脊髓损伤( spinal cord injury, SCI) 后, 除创伤造成的直接损伤外, 脊髓局部还将发生一系列继发性病理改变,如血管病变、缺血再灌注、谷氨酸兴奋性中毒、离子稳态失衡、细胞氧化损伤、严重的炎症应答及细胞凋亡等, 而且造成的损害超过原发性损伤, 最终会导致脊髓的进行性变性[1、2]。针对以上直接损伤及继发性病理变化目前尚没有很好的治疗方案, 这是脊柱外科以及临床康复亟待解决的难题。
红细胞生成素( erythropoietin, EPO) 是一种内源性的造血生长因子, 调节红细胞生成, 在医学上常用来治疗贫血、慢性肾衰或药物中毒。但最近研究表明, EPO 是一种多功能营养因子及神经保护因子, 具有调节中枢神经系统发育、神经营养及神经保护作用, 能够保护缺血、缺氧和神经系统变性疾病中大脑神经元的损伤[3]。另外, 新的EPO 衍生物的出现较EPO 本身具有更直接的神经保护作用, 氨甲酰化EPO( carbamylated erythropoietin, CEPO) 、去唾液酸基EPO 不能与正常红细胞生成素受体( erythropoietin receptor, EPO- R) 结合, 在人类细胞信号试验或长期用于各种动物未见任何造血活性[4]。这表明, CEPO 和各种非造血EPO 衍生物在体外可保护细胞, 对中风、脊髓压迫、糖尿病性神经病及实验性自体免疫性脑脊髓炎具有保护作用和潜在临床应用价值[5、6]。基于此, 笔者对EPO 及其主要衍生物在中枢神经系统尤其在脊髓损伤治疗方面的实验研究作一综述。
1 EPO 及其衍生物的结构及生物学功能
1.1 EPO 及其受体结构与功能
EPO 是一个分子量为34kD 的糖蛋白, 其基因位于7q11- q22, 由5 个外显子和4 个内含子组成。EPO 通过与EPO- R 结合而发挥作用, EPO- R 是一种分子量为66kD的膜受体, 其基因定位于染色体19p13.3。该受体是508 个氨基酸残基组成的跨膜蛋白, 其中包括一个24 个氨基酸的信号肽、226 个氨基酸的跨膜片段和一个236 个氨基酸的胞浆区。EPO/EPO- R 在神经系统发育过程中高表达, 出生后表达下调, 神经损伤后表达再度上调, 显示EPO/EPO- R 可能是内源性的神经保护系统。中枢神经系统内EPO 的表达受多种因素影响, 缺血、缺氧是影响EPO 生成的关键因素[7]。但研究表明脊髓损伤后脊髓内神经元和少突胶质细胞中EPO 及其受体表达并不平行, 内源性EPO 表达相对不足, 而大量表达EPO 受体的神经元和少突胶质细胞处于缺乏EPO 的状态, 因此不能启动EPO 和EPO- R 结合后的一系列神经保护信号传导途径, 导致神经细胞死亡, 功能缺失。因此对外源性EPO 或重组EPO 的研究成为热点。
1.2 重组人EPO( recombinant human erythropoietin, rHu-EPO) 的结构与功能
重组人EPO ( rHu- EPO) 是一种通过基因重组DNA技术生产的、含有与天然分离的EPO 完全相同氨基酸序列的糖蛋白, 生物学活性也相似。作为一种含唾液酸的酸性蛋白质, 由165 个氨基酸组成, 结构中有4 个半胱氨酸形成两条二硫键。成分包括60%蛋白质( 重量) 及40%的碳水化合物, 碳水化合物部分由3 个N- 键复合碳水化合物侧链及1 个O- 键侧链组成。N 末端前有27 个高度疏水的氨基酸构成分泌前导肽。去唾液酸或去糖基化不影响本品的体外生物学活性, 但却缩短了在体内的半衰期, 使其完全丧失了在体内的活性。Grasso 等[8]研究表明, 去唾液酸基EPO 与EPO- R 具有较高的亲和力, 但却具有较短的血清半衰期, 而且证明这种非造血衍生物能够在不产生其他不良作用的情况下提供神经保护功能。
2 EPO 及其衍生物对损伤脊髓作用的实验研究
有研究表明, EPO 通过多种途径介导对中枢神经系统损伤产生保护作用: 降低炎症反应、抑制凋亡和恢复血管的自动调节功能、促进神经干细胞和祖细胞增殖与分化等。
2.1 EPO 及其衍生物对抗炎症的作用
Sela 等[9]经多种方法证实, 血液透析患者多型核白细胞的胞膜上有EPO- R, 还发现EPO 能抑制多型核白细胞的致炎反应。在应用EPO 后6 个月, 患者体内的致炎因子、肿瘤坏死因子( tumor necrosis factor, TNF) 减少、抗炎因子白介素- 10( interleukin- 10, IL- 10) 增多。更直接的证据是给肿瘤实验诱发的自身免疫性脑膜炎大鼠注射EPO后, 脑膜炎症状明显改善[10]。Gorio 等[11]通过鼠脊髓损伤模型对比伤后1 个月应用EPO 和甲基强的松龙(methylprednisolone, MP) 对致炎因子生成、组织损伤和运动功能的作用, 发现只有EPO 与小神经胶质细胞的浸润、减少瘢痕形成和持续的神经恢复有关。Okutan 等[12]对大鼠急性脊髓损伤模型进行了此类研究, 伤后24h 开始功能评价并检测细胞凋亡蛋白酶( caspase- 3) 和髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO) 活性, 发现伤后两者水平较正常组明显升高, 而经EPO 或者MPSS 治疗后有明显降低。表明EPO 能够促进脊髓损伤后早期的功能恢复。需要指出的是, 尽管EPO 和MPSS 对脊髓损伤都具有明显的抗炎作用, 但是两者却没有协同作用, 同时服用MPSS 会拮抗EPO 的神经保护作用[11]。
