1红细胞生成素

e}({ 红 细 胞 生 成 素 ‘／ 堕 悚臣科大学组织学与旺胎学系 ㈣勒 7 。、 ／ 摘要 红细胞生成素(Epo)是一种调节缸系祖细胞生长的细胞因子。近年来，尤其是 大量重组 Epo的生产，使 Epo的基础及应用研究进入崭新时代。本文详迷了Epo基因 结构 蛋 白质结构及生化特性，产生 Epo的器官及其细胞定位 的研究进展，体 内Epo 含量 的细胞 及分 子水平调控 的可能梗，制，Epo受体 的种 类、分子 结构和 蛋 白质结构 以 及 Epo与受体结合后信号传递的可能途径。 关键词 骂坚 生 墨堡；苎 ’ fJ ’ j 红细胞生成素(Erythropoietin Epo)是一种由肾脏分泌的调节红系祖细胞生长的细胞因子。 最近研究明：它既可作为分裂原使红系祖细胞池扩大，又可作为分化原使祖细胞向幼红细胞 乃至成熟红细胞方向分化和成熟。此外，它还具有抗氧化稳定红细胞膜的作用．调节红细胞膜 脂质流动性和蛋白质构象，促进膜 Na 一K ATP酶的活力．维持膜内外正常渗透压以及对多能 造血祖细胞、粒单系祖细胞、巨核系祖细胞Ecolony forming unit—granuloeyte、erythroid、monocyte、 megakaryocyte(CFU—GEMM )，CFU—granulomonocy rSc series(CFU—GM )，CFU—megakaryocyte se ries (CFU—Meg)]也有一定的刺激作用。本文根据 目前对 Epo研究的进展，就 Epo的生化特性与结 构、产生部位及调节、受体及其结梅等作一概述 。 ～ 、 Epo的生化特性及结构 Epo是一种酸性糖蛋白，分子量为 34kD．等电点 P1为 4．5。它的蛋白质部分具有 166个氨 基酸残基，分子量 18．4kD。其编码基因是单拷 贝基因，定位于人的7号染色体长臂 2l区，小鼠 的 5号染色体D区。它由 4个内含子和 5个外显子组成，其中外显子编码的 197,4-氨基酸残基 的N端前 27个高度琉水的前导链在分泌时裂解下来变为成熟的 Epo 成熟 Epo分子 内含 J个 N一糖苷化位点和 4个半胱氪酸(通过两个二硫键结合) 实验发现二硫键缺少会导致生物活性 降低；硫氢基的烷基化会使其生物活性不可逆性的丧失。Lin用脯氪酸代替第 33位半胱氨酸 使生物活性明显降低 Epo的糖基部分是由三条分别与胺链中 2 、38、83位点的天冬氨酸残基 连结的和一条与 l26位点的丝氪酸连结的寡糖链共同构成。糖基的存在对于 Epo合成后的分 泌、Epo体内生物活性都具有重要意义。Nielson等用膜霉素(tunieamycin)抑制N一糖基的实验证 实了，N糖基对动物细胞 Epo的正常分泌是必需的。Dube等用各氨酰胺代替 38或 83位点的天 门冬酰胺或用甘氪酸代替 l 26位点丝氪酸．可使Epo分泌明显减少。唾液酸是糖基部分中重要 成分，占 40 ，它对维持 Epo体内生物效应是必需的。它覆盖 N一糖基中的半乳糖残基 ．并且阻 断后者与肝细胞表面半乳糖受体结合。去唾液酸或去糖基化的Epo加速肝脏对其清除．其半寿 期缩短，Epo完全丧失其体 内活性 ，但其体外作用不但未减少，反而由于减少 电荷或立体阻力 而增加与靶细胞受体结合的能力 期 弟 蕾 蕃 年 5 昌； 晨 进 学 薛 ，， 生 一 ，> 7 维普资讯 http://www.cqvip.com 生埋科学进展 1995年第 2B卷弟 J期 二 、Epo产生的部位 I 957年 Jacobsorl等首次发现双侧 肾切除的成年鼠对缺氧后红细胞增多的反应受到抑制。 肾衰竭后期病人或严重贫血病人血清中 Ego 非常低，但当肾移植后 ．Epo恢复正常。1 986年 Bolldur'ant应用杂交技术发现动物贫血时．肾脏中 Epo mRNA 1．5h后开始增加，曲 后 Epo上升 至正常的 200倍 ，而此时动物的肝脏中只能检测少量 Epo mRNA．其它组织如脾、肌肉组织及 血清中 Ego 水平和肾脏Epo mRNA的总水 ’f呈正相关 上述 事实证实：肾脏不仅仅是控制血清 Ego 的含量的器官 ，而且是直接产生 Epo的器官。Epo产生细胞的定位是借助原位杂交方法通 过定位 Epo tuRNA而宴现的。Koury、Lacombe等认为肾皮质区肾小管周围的间质细胞(位于基 膜外层)是产生 Ego 的细胞 电镜下观察这些细胞的胞核突出于毛细血管腔内 ．提示这些细胞 可能原先是毛细血管 内皮细胞．当开始合成 Ego 时，才转变为非内皮细胞 。Koury等“ 发现 -随 着贫血状态加剧 ，具有 EpomRNA的间质细胞数 日呈指数形式增加 ，而且血清 Epo水平和肾组 织内 Ep0 mRNA 总量也以指数增加 据估算 20 ～30％的肾皮质细胞、lO 的外髓质的间质 细胞都表现出Ego mRNA的转录活性，这说明问质细胞即是 Epo合成细胞，也提示缺氧诱导的 肾Epo台成增加是 合成 Ego 细胞数量的增加．而不是单个细胞 Ego 合成增加。肝脏作为产生 Epo的祖器官仍然保持着很大潜力，当机体严重缺氧时 ，相 当数量枯否氏细胞仍参与 Epo合 成。有 发现巨噬细胞内也存在Epo的 mRNA．说明巨噬细胞也参与 Epo合成。 三 、Epo的体 内调节 机体映氧是肾脏产生 Ego 的始动固素。敞氧可激活 Epo mRNA的转录 Schuster等发现小 鼠缺氧后 2～4h基目转录激活．随后 Ego mRNA和血清中 Ego 都相继增加 。Costa Giom 认为 Ego mRNA增加可能是由于基因转录率增高 。从缺氧到产生 Ego 细胞激活的转换机制 目前认 为在于前列腺素和 cAMP。根据大量实验推测可能是缺氧促进肾组织台成和释放前列腺素-后 者促进肾 cAMP合成．使其在细胞内旅度提高 ．进而促进 Epn台成 _毙于Epo分子水平的调节．多数学者认为 Epo表达的调控和非编码区有极密切的联系，且 非编码鹾在不同种属间有较强的保守性。Imagawa等 在 Epo基因非编码区发现 ，促使 Evo基 因表达的启动子和增效子。同样 ．Setllenza等 发现在非编码区有 负向调节因子。他们将人Epo 基固的特殊片段移八鼠受精卵中(因为两者的 Ego 基圉同源性很高)．并观察转基 固在缺氧或 CoCJ 处理下表达情况。根据结果认为在 Ego基田的 5。端 0 4～0 6kb之间可能有 个负向凋 节目子．抑制转基因在肾和肝中的表达。Goldberg。 ：用禽有控制 GRH基困的HindⅢ一bxa基因片 段的质粒感染Hep3B细胞，发现该细胞对缺氧或钴处理的反应减弱 ，从而确定了在 HindⅡ一bxa 的 I l 92bp片段内有氧调节序列。Costa—G Jorni等从缺氧的 Hep3B细胞中提取 一种核酸 ．将其加 到体外的 Ego 基因转录系统中，发现转录规模增加 ．推测可能在提取的核酸 中含有功能性相互 作用固子．它可特异地刺激 Epo基因转录，并与 po基田转录片段相互作用。Beru等 庄产生 Ego 细胞的胞核中提取 一种更有意义的核糖蛋白，它能够通过其 RNA与 Epo基因寡聚脱氧棱 苷酸胞嘧啶丰富区结合．后者相当于 Epo基因上游 6 ～4 5kb的双链 DNA区域 。用 CoClz刺激 Epo产生细胞时，结合到双链 DNA区域的梭糖蛋白的 RNA明显减少。Beru 为渡种核糖核蛋 白是 Epo基因表达的负反馈调节因子。对Ego表达的调控．除了发现负调节序列外，还与氧的 敏感性、组织待异性以及 RNA转录多启始 点有关。 四、Epo受体 Epo的牛物作用是通过相应靶细胞膜表面受体介导的-以_F就 Epo受体(EgoR)作简述。 维普资讯 http://www.cqvip.com 理科学进展 1 99b年第 26嚣第 1 Ic¨ (一)EpoR数目及种类 应用 。I标记 Epo的试验表明，多数细胞如人 CFU E、FVA细胞及 对 Epo依赖的大多数红系祖细胞都有高亲和力和低亲和力两种受体 ，且受体的数 目随细胞来 源不同忻变化。人的 CFU—E有大约 1 000个EpoR，其中高、低亲和力受体分别为 200个(Kd： 0．1nmollL)和 800个(Kd：0．57nmol／L)。但有的细胞只有一种受体 ，但它们的生物效应并 受 到影响 如红细胞增多症病人的 CFU E只有低亲和力受件 ．鼠的 CFU—E只有高亲和力受体 HCD33和 ITCD57细胞的生存．以及 E0o促进的繁殖都是通过低亲和力受体介导的。 依赖 Epo的非造缸干细胞也有 EpoR．如小鼠的巨核细胞有 EpoR(Kd：0．29nmo[／L)．鼠的胎盘 上也有 低亲和力受体(可能参与 E9o从母系到胎儿的转移)。 Epo受体的存在数 目与该细胞对 Epo的依赖性大小有关 当红系细胞逐渐成熟 ．对 Epo的 依赖性 F降，受体逐渐丢失 。当 Epo与受体结 台后发生下调效应，Epo与受体 的复合物 陕速内 饮化，进而与溶酶体融台。受体的维持和更新需要新的蛋白质合成 而不是循环使用。 【一 )受体的蛋白结构和生化特性 通过 Epo与其受体 交联 的方法研究 ．Epo受体是单链 糖蚩白，但通常” 1 rEpo与造血细胞膜交联出现两个交替带，可能是 E0o糖基化不同所致。 最近编码成功的人 EpoR cDNA桉酸序列表明．人 与小鼠的 EpoR在氯基酸组成上有 82 同源性。而 且EpoR与其它几种造血增殖剐 了受体也有很大的同源性 ，同属于‘造血因 受体超家族”。它『『J均届 I型膜糖量 白．有一单十疏水性跨膜区段．膜外区由 N端构成的，含两 个保守性亚 ，N端附近 一约 60 氯基酸的亚 医．含 4个间隔排列的保守性 Cys(形成胞外区 的 硫环状结构)和 一个保 守性 Trp残基。近膜 端第 ■十亚区．约有 40个氡基酸 ．含肯 WSXWS箍， Trp Set x Trp Ser医段 胞内区域是 C端构成的较短区段 ，内含糖瞒化位点及 串胱氨酸，忸无任何激酶活性 ， Epo对细胞生物学行为调节作用 要通过细胞内 系列信号分 l『，但其在起始信号传 导 过程 中的作用机制仍存在种种猜测 实验发现尽管 EpoR的胞浆 区缺少酪氯酸激酶 片段，但 Epo n用后的细胞胞浆内有关蛋白(包括 EpoR本身)的酪氡酸被磷酸化 ．显然受体介导的信号 莺 帕起始一定存在其它辅助蛋白。Osanlu。 等发现 EpoR与磷酸肌醇 3激酶的 85kD的调 砸 位的SH 2区段形成复台物并附在细胞膜 。现已确认Epo与受体结台后受体膜外区构型 发生变化．继之出现相同的单链分子问的 ■聚化 (由膜外区的保守序列决定)。这种受体的二 聚化 方面形成了高亲和性受体 ，另一·方面也是起始信号传导的第 步 ，促成了受体胞浆内区 段酶活性增加 ：．以及 EpoR的活化或与相关倍弓分子间亲和力的改变 ”。实验证明 Epo与受 体结 台后改变了膜对阳离 于尤其是 Ca 的运输．促进 DNA合成 ．活化转录 ，而无需 DNA或蛋 白质合成。 目前尽管对 匕p。R结构有 r相当的 解．世美 f其 与配体作用过程 巾信号传递的机 ． 如 ：信号传导的起始、上游和 F游过程等问还需进一步阐明。 <本文承蒙晏江声教授审阅．特此致谢 参 考 文 献 Koury ST．Koury MJ．Bendurant MC．et aI Quanti t~ion of erythrapoietin producting cetl~in kidneys of m fce hv in situ hybridilation． COOFlation l廿1 hema toorit．renal e thr0p0fct n mRNA ·and serumerythr opoiefin concentration Bkmd． 198g． 74 ： 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．钒酸盐在 F匠脑水平并不具有胰岛素样作用．其抑制摄食亦并非通过抑 制下丘脑神经肽生成起作用的 作者通过以上观察认为 ．钒酸盐对 STZ糖尿病大 鼠的降糖作 用是 由丁其对饮食的抑制。 (Diabetes，1994，34：g～1 5 (束 玲 玲 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com