促红细胞生成素及其受体对红系细胞的作用

2008年 6月 第 8卷第 2期 湖南 学报 Journal of Hunan First Normal College Jun1 2008 Vol18 No12 收稿日期 : 2008—01—22 作者简介 :曹 　蕾 (1980—) ,女 ,湖南郴州人 ,湖南第一师范学院体育部助教 ;卜宇岚 (1973—) ,男 ,湖南益阳人 ,湖南 公安高等专科学校讲师。 模拟高原训练的关键 ———促红细胞生成素及其受体对红系细胞的作用 曹　蕾 1 ,卜宇岚 2 (11湖南第一师范学院 ,湖南 长沙 　410002; 2. 湖南公安高等专科学校 ,湖南 长沙 　410138) 摘 　要 :促红细胞生成素受体 ( Erythropoietin recep tor, EPOR)是近年来比较受关注的 ,尤其是在高原训练和模拟高原 训练的研究领域。当促红细胞生成素 ( Erythropoietin, EPO)的研究已经到了一个相当高的研究水平的时候 ,对其受体的研 究就被提到了议程上来。由于 EPO的表达在各项研究中并不一致 ,引起了很多争论 ,现在更多的研究是试图从一个更深 的层次 ,即由 EPO的受体表达来确定高原训练最合适的时间和强度。 关键词 :模拟高原训练 ;促红细胞生成素受体 ;运动 中图分类号 : Q 51 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 4369 (2008 ) 02 - 0170 - 02 　　1. 前言 高原训练是近年来倍受关注的一种训练模式 ,有关促 红细胞生成素 ( Erythropoietin, EPO )和促红细胞生成素受 体 ( Erythropoietin recep tor, EPOR )以及红系细胞与运动训 练的关系的研究则是这一训练模式中的重点。各国纷纷将 各项运动的运动员都送到高原进行训练。事实也证明高原 训练可以明显地提高运动员的成绩 ,仅仅十几年的时间 ,对 高原训练的研究已经有了非常大的进步 ,但对 EPOR的相 关报导尚不多见。 　　21促红细胞生成素受体概述 211　结构 1989年 D’Andera等利用鼠红白血病细胞成功地克隆 了鼠 EPOR cDNA, 1990年人的 EPOR cDNA也被克隆成功。 EPOR基因定位于人 19号染色体短臂 ,长约 5～615Kb,由 8 个外显子和 7个内含子构成。EPOR是一种跨膜蛋白质 , 62KD,由 507个氨基酸组成 ,人与鼠有 82%的同源性 ,其结 构可分为三部分 :胞膜外部分、跨膜区域、胞内区部分。[ 1 ] 212　表达 能表达 EPOR的细胞主要为 :红系干细胞、巨核细胞的 干细胞 ,另外多种神经细胞亦可表达 EPOR。 促红细胞生成素 ( erythropoietin, EPO )的主要靶细胞是 红细胞系集落形成细胞 (CFU - E) ,因而 CFU - E具有促红 细胞生成素受体 ( EPO - R) 量最多。但其他一些细胞也有 EPOR的存在 ,如白血病细胞。 EPO是通过靶细胞膜表面的促红细胞生成素受体 ( EPOR) 而发挥作用的 , EPO的第 118个氨基酸被认为是 受体结合部位。人的 EPOR基因位于 19号染色体短臂 24 区 (19p24) ,只在红系细胞和红白血病细胞内表达。EPOR 具有其家族的保守序列即胞外域的 4个半胱氨酸残基和 1 个色丝 X丝结构 (W SXW S motif)。W SXW S结构域既为 EPOR二聚化所需 ,又为结合 EPO所需。但其并不直接结 合 EPO,而在 EPOR的正确折叠过程中起关键作用。 EPOR的数目与该细胞对 EPO的依赖性大小有关。有 人证实 ,所有的 CFU - E细胞上均有 EPOR,而只有 20%的 FUE细胞上有 EPOR。当红系细胞逐渐成熟 ,对 EPO的依 赖性下降 ,受体逐渐丧失 ,到成熟红细胞阶段只有很少的 EPOR不再依赖 EPO。[ 2 ] 213　信号传导和功能 有三种形式的 EPOR存在于人体环境中 :完整的 EPOR ( EPOR - F)、截断型受体 ( EPOR - T)和可溶性 EPOR ( sE2 POR)。这些不同形式的受体是受体 mRNA选择性剪切的 结果 ,其中可溶性受体 ( sEPOR)基因序列表明它实际 上就是 hEPOR的胞外区蛋白 ,它对于造血系统的正常运转 可能具有重要的生理功能。 EPO对红细胞的生成有特异性刺激作用 ,促进骨髓造 血干细胞加速分化为原始红细胞 ,促进有核红细胞分裂 ,并 促进巨幼红细胞的成熟 ,促进骨髓内网格及成熟红细胞向 血中释放。此外 , EPO也能使单个红细胞内的血红蛋白合 成增加 ,以维持血液中红细胞和血红蛋白的数量。 当 EPO与受体结合后 , EPOR在其胞外部分的一个由 20个氨基酸组成的片段的引导下发生同种二聚反应 ,使与 受体相连的 Janus激酶 (JAK2)发生转磷酸化而被激活 ,继 071 续引发下游信号转导过程。此信号转导过程有多条途径 , 其中研究比较透彻的是 EPOR - JAK2 - STAT5途径 : JAK2 活化后 , 作用于受体胞浆部分 , 使得两个酪氨酸残基 ( Y343, Y401)磷酸化 ,导致构型发生改变 ,暴露出剪切酶的 作用位点 ,水解含有 SH2片段的特定胞浆蛋白 ,产生信号 转导与转录激活因子 ( STAT5) ,最终启动相关基因转录。 已证实的信号传导机制还包括 : ( 1) EPOR - JAK2 - P I3K(磷脂酰肌醇 - 3激酶 )途径 ; (2) EPOR - JAK2 - ERKs (胞外信号调节激酶 - 1, 2)途径 ; (3) EPOR - JAK2 - NFKap2 paB (核因子 NFKappaB)途径 ; (4) EPOR - JAK2 - Ras (Ras 蛋白 ) MAPK(有丝分裂原活化蛋白激酶 )途径等。 与 EPOR 结合的酪氨酸激酶 JAK2已被证明可以被 EPO激活 ,而且在 EPO的生成中也发挥了积极的作用。然 而 ,人们对其它酪氨酸激酶在 EPO的信号转导中的作用还 知之甚少。我们检验 SYK是否也和 EPOR的活性有关 ,共 同沉淀免疫反应试验证明在活化的 UT7细胞中磷酸化的 EPOR是与激酶 SYK相关联的。EPO和 EPOR的结合可以 导致激酶的活性增加。 Far W estern blotting进一步指出 SYK直接作用于 EPOR并且 SYK与 EPOR的相互作用只发 生在 EPO活化以后。这些数据显示在 EPOR酪氨酸残基 上的磷酸化也许受 SYK受体结合的影响 ,即通过 SYK的两 个 SH2区域和受体的酪氨酸的相互作用。现在的研究者 们猜测除了 JAK2,也许还有 SYK蛋白质激酶参与组成 EPOR的信号传导系统。还有研究发现敲除 EPO和 EPOR 基因的胚胎会心室发育不全或直接至死。[ 3 ] 　　31最新研究进展 311　模拟高原训练中的促红细胞生成素及其受体 高住低训 ( living high, training low, H iLo)是近年来流 行的一种高原训练模式 ,即让运动员居住在高原或人工低 氧环境 ,训练于平原或较低高度的地方。这种训练方法是 1991年由美国学者 Levine提出来的。[ 4 ]一些实践证明 ,高 住低训与高住高训效果相同 ,甚至优于后者 ,理由是低练可 以上强度 ,在对高住高练和高住低练的研究中最多的是对 EPO的研究。 1972年 Petet报道 , 5名男性运动员进入 4300m高原 , 血浆 EPO15～30h达到峰值 , 4～11天 RBC、Hb显著升高。 但冯连世等发现 ,上高原后 EPO一直下降 ,到下高原后 3 周才缓慢上升 ,他解释为取血时相与 EPO实际升高时相不 一致造成的。因为他是上高原一周后才测定的 EPO的 ,而 同时测得 RBC和 Hb显著升高。EPO水平与海拔高度有 关 ,但不是直线关系 ,一般认为 1600～2500m是 EPO增高 较适宜的高度 ,高于 6000m的高原 , EPO上升速度下降 ,原 因可能是 EPO活性在血氧饱和度小于 60%时显著降低 ,也 可能是 EPO 受体饱和 ,抗体浓度上升 , PH 值降低造成 的。[ 5 ] EPO还可以刺激内皮细胞表达的 EPOR增殖和生成 , 不论是在要的静脉和动脉或是骨髓的微血管内皮细胞系 , 这种作用在低氧分压和正常氧分压下都有着显著差异 ,低 氧分压使内皮细胞通过产生 EPOR和内皮一氧化氮氧化酶 ( eNOS)提高了对 EPO反应性产生一氧化氮 (NO )的能力。 另有研究认为 ,运动产生的热量可使大鼠在颅脑损伤等应 激状态下快速表达较多的 EPOR,说明运动本身就可以提 高 EPOR的表达。还有研究证明在肿瘤中 EPOR的表达与 肿瘤的大小以及内部的缺氧程度有关 ,从而进一步地验证 了高原的缺氧环境对 EPOR表达可能产生的影响。R i - L i 在海拔 1780米、2085米、2454米及 2800米高度安静 人群的肾脏供氧情况和血液中 EPO的含量 ,发现进入高原 6小时后 EPO就开始增加 ,同时尿的氧分压呈下降趋势。 在较低的两个高度 (1780米和 2085米 )上 , 24小时后尿氧 分压回到了原来的值 ,但在其它两个高度上则是持续降低 , EPO在 2454米的高度上则与尿氧分压有相反的表现。他 们的实验表明 :能诱导 EPO上升的海拔高度为海拔 ≥2100 - 2500米 ,在某种意义上看起来像一个刺激 EPO持续释放 的极限。而人体在较低海拔经过短期环境适应之后就可以 恢复肾组织的供氧和抑制 EPO的上升。在高原上 ,红细胞 的反应有非常显著的个体差异 ,这只能部分解释为“负反 馈 ”生理因素 ,就像产生 EPO组织对氧的运输的反应。[ 6 ]所 有这些研究都是在安静状态下进行的。 在运动性贫血的研究中人们发现 ,运动性贫血的大鼠 骨骼中 EPOR的 mRNA表达显著低于安静对照组和运动加 营养组。并推测可能是由于骨髓有核细胞中表达 EPOR的 细胞减少或是某一红系造血细胞减少所致。运动员在运动 性贫血时骨髓内有核细胞构成比例可能有所改变。有研究 发现 ,在 2000m高原训练时训练占主导地位 ,可以提高运 动强度和运动量来加深运动训练对机体的刺激 ,同时也兼 顾到了机体对高原环境适应的有利的一面。耐力训练使 RBC的生成率增加并随之带来更新率的加速。 将 8个来自不同海拔的居民置于相当于 4100m高度的 低氧舱中两周 ,每天安静暴露 2小时 ,并分别于暴露前、第 7天和第 14天抽取血样 ,他们发现在 14天的实验中 ,红细 胞、红细胞比容、网织红细胞及转铁蛋白的含量都没有增 加 ,而且运动能力也没有提高。而在证实两周的剧烈运动 对造血系统的影响的实验中 ,人们将高住低练组安排在 1956m高度 ,训练和低住组则在 800m海拔 ,结果发现低住 低练组所有指标都没有明显改变 ,而高住低练组的 EPO浓 度有短暂地升高 ,网织红细胞数也比低住低练组来说有升 高的趋势 ,他们推测可能是由于运动导致红细胞的破坏可 以通过缓和的低氧刺激红血球的再生来补偿。 有人用顶尖的女性自行车运动员试图验证短时间的低 氧训练是否能对网织红细胞和血红蛋白有所影响 ,他们让 这些运动员在训练的第 21天到第 34天居住在 2650m海拔 高度上 ,然后在训练第 27天、34天、48天 (出低氧舱 15天 ) 和第 67天分别作测试 ,但前后所有数值都没有表现出明显 差异。据此推断 , 12晚的低氧暴露并不能对这些顶尖运动 员的网织红细胞和血红蛋白产生影响。 3. 2　其他方面的研究 现在对促红细胞生成素受体的研究尚在起步阶段 ,而 且研究多集中于对于红白血病和贫血等疾病的研究。如再 生障碍性贫血是红系祖细胞上的 EPOR有缺陷所致。法国 学者 Koam i Dagnon等还发现在正常和肿瘤性非造血细胞 中都有 EPOR的表达。在 97%的头颈癌患者组织活检中发 现 EPOR伴随 EPO一起出现增加的有 90% ,并证明了 EPO 与 EPOR的出现与肿瘤的大小和缺氧程度有关。 171 　　41小结 EPOR对于大多数科研工作者来说都是一个既熟悉又 陌生的词 ,因为对于 EPO在高原训练中的作用已经没有异 议了 ,但是各国不同的科学研究对 EPO生成及起作用的时 间还是众说纷纭。现在有许多的研究则试图从更深一个层 次即 EPO的受体的表达来确定训练的时间和强度 ,我们期 待进一步的研究成果的出现。 参考文献 : [ 1 ]岳黎敏 1红细胞生成素受体的分子结构及细胞内信息传 递 [J ]1邯郸医学高等专科学校学报 , 2000, (1) : 78 - 801 [ 2 ]李静 1促红细胞生成素与红细胞生成的调控 [ J ]1国外医 学临床生物化学与检验学分册 , 2001, 22 (5) : 239 - 2411 [ 3 ] Kwerwsz N, W u J, Chen TH, Sucov HM , et al1 The roleof erythropoietin in regulating angiogenesis [ J ] 1D ev B iol12004, 276 (1) : 101 - 101[ 4 ]Levine BD1“L iving high - training low”, the effect of alti2tude acclimatization / normoxic training in trained runners[ J ]1 M ed1 Sci1 Sports Exerc, 1991, 23: S251[ 5 ]洪平 ,冯连世 ,赵晶 1模拟不同海拔高度训练对大鼠红细胞变形性的影响 [ J ]1中国应用生理学杂志 , 1998, 14(4) : 296～2991[ 6 ]R I - L I GE, S1 W ITKOW SKI, Y1 ZHANG, C1 Determ i2nants of erythropoietin release in response to short - termhypobaric hypoxia [ J ] 1A ppl Physiol, 2002, 92: 2361 -23671 Key to S im ula ting H ighland Tra in ing : Function of Erythropo ietin and Its Receptors on Erythrocytes CAO Lei1 , BU Yu - Lan2 (11Hunan First Normal College, Changsha, Hunan 410002; 21Hunan Public Security College, Changsha, Hunan 410138) Abstract: Erythropoietin is widely concerned in recent years, especially in the research of highland training and simulating highland training. Since the research on erythropoietin has received great achievement, the research on its recep tor is com ing to the age. Because the exp ression of erythropoietin is not agreed with each other, many researches try to use the exp ression of erythropoie2 tin recep tor to confirm the time and intensity of the training. Key W ords: simulating highland training; erythropoietin recep tor; sports [责任编辑 :胡重光 ] (上接第 166页 ) 　在紧张激烈的比赛中 ,需要运动员有较 好的心理素质。运动员在有限的时间里要学习一些心理学 的内容 ,特别是体育心理学的内容。新规则下的比赛变得 更加紧凑、更加激烈 ,在得不到教练员指导的时候 ,选手自 己要做到“心里有数 ”,进行有效的心理调节 ,使自己保持 良好的心态 ,表现出稳定的高竞技水平。 总之 ,当乒乓球比赛的规则、赛制修改后 ,对运动员的 意志要求提出了新的要求 ,只有发挥自己的主观能动性 ,认 真的分析自己的优缺点所在 ,提高自己各方面的素质 ,通过 各种科学合理的训练加强自己在意志方面的锻炼 ,才能顺 应规则和赛制的修改 ,在训练和比赛中稳定地发挥自己的 水平 ,获得优异的成绩。 参考文献 : [ 1 ]祖国伟. 对乒乓球 11分赛制带来挑战的思考 [ J ]. 哈尔 滨体育学院学报 , 2004, (2). [ 2 ]戴临中. 实行新规则后对乒乓球基础训练的思考 [ J ]. 体育科学 , 2005, (7). [ 3 ]李恒江. 试论乒乓球运动员的意志品质及其培养 [ J ]. 广西右江民族师专学报 , 2004, (12). On the W ill Problem of Table Tenn is A thletes Under New Regular and New Com petition System L I Yi - bing ( PE Faculty, Chenzhou Professional Technology Institute, Chenzhou, Hunan 423000) Abstract: Since the imp lement of new regular and new competition system, there is a higher request on the will for table tennis athletes. In order to meet the new requirements in such a situation, table tennis athletes should raise self - confidence, keep p leas2 ant mood, remove the external interference, and enhance basic skills and knowledge. Key W ords: new regular; new competition system; table tennis; p sychology; will [责任编辑 :李宣平 ] 271