Біологія та медицина

Основне місце біосинтезу еритропоетину в дорослому організмі - нирки (Garcia J. et al., 1979, Jacobson C. et al., 1957), а у ембріона - печінка (Fried W., 1972). Головним фактором, що регулює продукцію еритропоетину, є гіпоксія. В умовах гіпоксії кількість циркулюючого в плазмі еритропоетину зростає приблизно в 1000 разів і досягає 5-30 од./мл (Garcia J. et al., 1982).

У численних експериментах із ізольованою ниркою показано, що нирка містить сенсори, що реагують на зміни концентрації кисню (Fisher J., Langston J., 1968). Сучасні уявлення про регулювання за принципом зворотного зв'язку продукції еритропоетину можуть бути представлені у вигляді схеми (Erslev A., Caro J., 1987):

КИСНЕВИЙ СЕНСОР НИРКИ

Клітини, що секретують еритропоетин, розташовані, мабуть, у кірковій частині нирки (Jelkmann W., Baner C., 1981). Зазначимо, що у цій частині перебуває зона найнижчого тиску кисню ( Aperia A. et al., 1968 ).

У роботі Schuster J. et al., 1987 досліджували питання про кінетику продукції еритропоетину у відповідь на гіпоксію. Було показано, що через 1 годину після встановлення гіпоксії кількість мРНК еритропоетину в нирці зростає, і мРНК продовжує накопичуватися протягом 4 год. При знятті гіпоксії рівень мРНК еритропоетину швидко знижується. Зміни кількості плазмового та ниркового еритропоетину, що виявляються за допомогою еритропоетин-специфічних антитіл, відбуваються строго паралельно зі зміною кількості мРНК з відповідним лаг-періодом. Отримані у цій роботі результати свідчать, що з гіпоксії стимулюється de novo продукція еритропоетину.

У той же час описані випадки поліцитемій, зумовлених гіперпродукцією еритропоетину, у пацієнтів з карциномами тубулярного походження. Імуногістохімічний аналіз показав, що пухлинні клітини мають епітеліальну природу і конститутивно продукують значні кількості еритропоетину (Da Silva J. et al., 1990).

Показано, що від 5 до 15% плазмового еритропоетину у дорослих тварин має непочечне походження (Erslev A. et al., 1980). Як зазначалося, в ембріонів основне місце синтезу еритропоетину - печінка. У дорослому організмі печінка також є основним органом, що продукує непочечний еритропоетин (Fried W., 1972). Цей висновок був підтверджений у недавніх експериментах щодо виявлення еритропоетинової мРНК у різних органах. Еритропоетиновая мРНК була виявлена ​​тільки в нирках та печінці, причому її продукція стимулювалася при гіпоксії (Boudurant M., Koury M., 1986, Beru N. et al., 1986). Методом імуно-флюоресцентного аналізу було показано, що найбільш ймовірним місцем синтезу еритропоетину в ембріональній печінці є селезінки та кісткового мозку, тому що в культурі цих органів in vitro виявляється активність еритропоетину (Rich I. et al., 1982). Це припущення було підтверджено Rich I. et al., 1988 під час аналізу експресії гена еритропоетину методом гібридизації in situ. Було показано, що як культивовані макрофаги, так і макрофаги кісткового мозку in vivo за нормальних умов синтезують еритропоетин.

Питання, яким чином і чому відбувається зміна місця синтезу основної кількості еритропоетину в організмі протягом онтогенезу, залишається нез'ясованим.Показано, що трансплантована в дорослу вівцю ембріональна печінка продовжує секретувати еритропоетин, незважаючи на наявність функціонально активних у цьому відношенні нирок дорослої тварини. . Очевидно, зміна основного місця синтезу еритропоетину протягом онтогенезу є генетично детермінованою подією (Flake A. et al., 1987).

Посилання:

Ерітропоетін

Ерітропоетін (грецький erythros червоний + poietikos, що створює, що виробляє; синонім еритропоезстимулюючий фактор) - гормон глікопротеїнової природи, що стимулює проліферацію та диференціювання еритропоетинчутливої ​​клітини в морфологічно розпізнавані еритробласти.

Вперше еритропоетин було виявлено Карно та Дефландром (P. Carnot, С. Def-landre) у 1906 році (див. Гемопоетини). У 1974 році Комісією з біохімічної номенклатури Міжнародного союзу теоретичної та прикладної хімії та Міжнародної біохімічної спілки еритропоетин був включений до списку пептидних гормонів, отриманих у чистому вигляді.

В експерименті доведено, що еритропоетин є постійно діючим фізіологічним регулятором еритроцитопоезу (див. Кровотворення, регуляція кровотворення). Зміст еритропоетину відображає стан кістковомозкового кровотворення на стадії нерозпізнаних попередників еритроцитів, тому дослідження його в біологічних рідинах відкриває широкі можливості поглибленого дослідження нормального еритроцитопоезу та його порушень. Визначення еритропоетин застосовується як тест для вивчення еритропоетинообразующей системи організму при патол.станах нирок, функціонального стану еритроцитопоезу при анеміях, диференціальній діагностиці поліцитемії та вторинних еритроцитозів з нез'ясованою етіологією, за наявності прихованих пухлинних процесів для контролю за станом еритроцитопоезу при лікуванні гематологічних захворювань.

Еритропоетин у чистому вигляді отриманий з плазми крові овець з анемією, викликаною введенням фенілгідразину, та сечі хворих на апластичну анемію. Електрофоретична рухливість еритропоетину така сама, як у альфа-2-глобуліну, ізоелектрична точка знаходиться при pH 4,5-5,0, і молекулярна вага (маса) дорівнює 41 000 - 46 000. Передбачається, що гормон існує у формі мономеру, димеру чи комплексу обох форм. Гормони, виділені з плазми крові овець та сечі людини, подібні до складу. Вони містять 65-76% білка і вуглеводи, у складі яких знаходиться глюкоза, манноза, сіалова кислота, галактоза і глюкозамін. Білкова частина має одноланцюжкову будову, містить близько 340 амінокислот, при цьому переважна кількість представлена ​​кислими амінокислотами, які разом із сіалової кислотою (див.) зумовлюють низьку ізоелектричну точку еритропоетину. Сіалова кислота визначає біологічну стабільність гормону, оскільки «безсіалова» його форма зв'язується гепатоцитами і, подібно до інших глікопротеїдів, швидко виводиться з циркуляції.

Вважається, що фактором, що стимулює утворення еритропоетину в організмі, є зниження напруги кисню в тканинах. Синтез гормону відбувається переважно у нирках, про що свідчить підвищення його вмісту у крові у відповідь на зниження оксигенації нирок, спричинене гіпоксією (див.).При патологічних процесах у нирках відзначається низький вміст еритропоетину в крові, що не відповідає ступеню анемії. Припускають, що в нирках утворюється неактивний попередник еритропоетину - нирковий стимулюючий еритроцитопоез фактор (еритрогенін, прееритропоетин), який активується при контакті з плазмовим фактором (альфа-2-глобуліном), При цьому активна форма гормону може також утворюватися. Локалізація утворення гормону остаточно не з'ясовано. Гормон був виділений з мозкової та кіркової речовини нирки. Освіта еритропоетину пов'язані з функцією нефрону загалом. Синтез еритропоетину або його попередника здійснюється шляхом активації циклічного 3',5'-АМФ та циклічного гуанозинмонофосфату за участю ниркових простагландинів (див.).

Вважають, що в нормі печінка не бере участі в утворенні еритропоетину, проте отримані експериментальні та клінічні дані, що свідчать про те, що при видаленні нирки або порушенні її ендокринної функції печінка бере на себе роль еритропоетинсинтезуючого органу.

Основною клітиною-мішенню для еритропоетину є морфологічно нерозпізнавані еритроїдні попередники, що було показано в експерименті на мишах з пригніченим еритроцитопоез. Динаміка змін еритробластів в кістковому мозку і селезінці мишей, а також реєстрація ефекту за величиною включення 69Fe в еритроцити або за кількістю ретикулоцитів, що з'явилися в крові через 48-72 години після одноразового введення еритропоетину, вказують на існування групи клітин, вище, ніж проеритробласт (див. Кровотворення). Ця клітина була названа еритропоетинчутливою клітиною.

За допомогою методів культивування клітин виділено три типи еритроїдних попередників: бурсоутворюючі одиниці - БОЕ1Е, БОЕ2Е і колонієутворююча еритроїдна одиниця - КОЕе (див. Культури клітин і тканин). Вплив еритропоетину здійснюється на стадії БОЕ2Е та КОЕЕ. Є дані, що еритропоетин активує проліферацію та дозрівання еритробластів, що знаходяться в кістковому мозку під час введення еритропоетину, а також стимулює дозрівання ретикулоцитів та вихід їх у кров'яне русло.

Для біологічних методів визначення активності еритропоетину використовують мишей з пригніченим еритроцитопоез. У тварин спочатку викликають еритроцитоз шляхом утримання їх по 8-20 годин на добу в барокамері при тиску 04-05 атм протягом 15-24 діб або за допомогою введення 70-80% суспензії відмитих гомологічних еритроцитів. У пост-гіпоксичний або посттрансфузійний період на тлі пригнічення еритроцитопоезу тваринам вводять досліджуваний матеріал і потім за кількістю ретикулоцитів, що з'явилися в крові, або за включенням радіоактивного заліза в еритроцити судять про еритропоетичну активність гормону. Величину еритропоетичної активності визначають у міліодиницях (мед) шляхом зіставлення еритропоетичної активності досліджуваного гормону та референс-препарату еритропоетину, який попередньо титрують за Міжнародним стандартом еритропоетину. Існують три Міжнародні стандарти: стандарт «А» (еритропоетин отриманий з плазми крові овець з анемією, викликаної введенням фенілгідразину), стандарт I та стандарт II (еритропоетин виділено відповідно з сечі хворих на апластичну анемію та з глистевою інвазією). Чутливість біологічних методів визначення активності еритропоетину становить 20-100 мед/мл.

З методів in vitro застосовують метод визначення еритропоетину в культурі ембріональної печінки мишей та радіоімунологічний метод. Чутливість цих методів вища, ніж чутливість біологічних методів. У зв'язку з відсутністю уніфікованого стандарту еритропоетину високого ступеня очищення в клин, практиці метод in vitro для визначення вмісту еритропоетину в біологічних рідинах (кров, сеча) не застосовують. Показано, що еритропоетин становить 0,0003% білків плазми навіть при анемії.

У нормі концентрація еритропоетину в крові людини та тварин становить 10-50 мед/мл. При різних станах (наприклад, гіпоксії), а також при деяких гематологічних захворюваннях вміст еритропоетину в крові збільшується в 50-100 разів, при цьому кількість гормону, що утворюється, як правило, залежить від вираженості анемії. При високому вмісті еритропоетину в крові він виявляється зазвичай і в сечі, але в 2-5 разів менше концентрації.

Бібліогр.: Кінетичні аспекти гемопоезу, за ред. р. І. Козинця та Е. Д. Гольдберга, Томськ, 1982; Нормальне кровотворення та її регуляція, під ред. н. А. Федорова, с. 341, М., 1976; Фізіологія системи крові, Фізіологія еритропоезу, за ред. Ст. н. Чернігівського та ін., с. 118, Л., 1979; Dunn С. D. a. Lange R. D. Erythropoietin titers in normal human serum, appraisal of assay techniques, Exp. Hematol., v. 8, p. 231, 1980; E s pa d a J., Langton A. A. a. Dorado M. Human erythropoietin, Sta-dies on purity and partial characterization, Biochim. biophys. Acta (Amst.), v. 285, p. 427, 1972; Fisher J. W. Extrare-nal ерітропоієтин production, J. Lab. clin. Med., v. 93, p. 695, 1979; Goldwas-s e r E. Erythropoietin, Blut, v. 33, p. 135, 1976; Kidney hormones, ed. by J. W. Fisher, v. 2, L. a. о., 1977.

Фізіологія ендокринної системи

Еритропоетин (Epo) – глікопротеїд молекулярною масою 34 кДа.У дорослому організмі основне місце його продукції - нирки, в організмі плода - печінка і, меншою мірою, юкстагломерулярний апарат нирок. Еритропоетин, синтезований нирками, через кров надходить у червоний кістковий мозок, де стимулює еритропоез. У нормі концентрація Epo у крові невелика, але при крововтраті чи гіпоксії вона збільшується протягом кількох годин з допомогою збільшення продукції гормону нирками.

Усередині клітини синтез еритропоетину залежить від наявності фактора, що індукується гіпоксією (HIF). Проте експресія цього чинника стимулюється як кисневим голодуванням, а й циркулюючими андрогенами і глюкокортикоїдами.

Рецептори еритропоетину (EpoR) відносяться до надродини рецепторів цитокінів, куди також входять рецептори інших гематопоетичних факторів (Г-КСФ 103 ряду інтерлейкінів). Еритропоетин, зв'язуючись з гомодимером свого рецептора, індукує фосфорилювання тирозинкінази Януса класу 2 (JAK2) та передачу сигналу фосфатидилінозитольним та іншим шляхам. Рецептори Epo локалізуються не тільки в гематопоетичних тканинах, а й у ЦНС, ендотелії, пухлинах, печінці та матці. Ерітропоетин (Epo) – головний регулятор еритропоезу. Діючи на клітини еритроїдного ряду він:

• стимулює мітоз і дозрівання
• пригнічує апоптоз
• покращує трофіку

І хоча Epo є ключовим регулятором еритропоезу, значний внесок роблять і інші сигнальні з'єднання: Г-КСФ, інтерлейкіни, ІФР-1. Крім антиапоптотичної та проліферативної дії, Epo стимулює трофіку ретикулярної тканини кісткового мозку, збільшуючи споживання необхідних для поділу речовин (Fe 2+ , Cu 2+ , фолієвої кислоти, B12 та ін.).

Цитопротекторна активність еритропоетину проявляється у еритроидном ряду, а й у нервової тканини за умов гіпоксії.Зв'язуючись зі своїми рецепторами на нервових клітинах, еритропоетин підтримує їхню життєдіяльність, послаблюючи запальну реакцію, запобігаючи апоптозу та покращуючи нейротрофіку. А за рахунок стимуляції проліферації ендотелію, Epo збільшує ангіогенез в ішемізованих областях, покращуючи їхнє кровопостачання та оксигенацію.

У клініці рекомбінантний людський еритропоетин (rHuEPO) застосовують для лікування гіпо/апластичних анемій 104 на фоні онкологічних захворювань, хіміотерапії та ураження нирок, а також підготовки пацієнта до операції зі значною крововтратою. Робляться спроби використовувати Epo у терапії ішемічних інсультів.

До створення рекомбінантних препаратів еритропоетину для лікування рефрактерних (стійких до тривіальної терапії) анемій застосовували андрогенно-анаболічні стероїди, напр. Оксиметолон чи Оксандролон. В даний час через здатність підвищувати вміст імунних клітин у крові ці засоби стали застосовуватися для лікування ВІЛ-інфікованих пацієнтів.

1. Erytropoietins, Erythropoietic Factors, і Erythropoiesis: Molecular, Cellular, Preclinical, і Clinical Biology-2009. - Birkhäuser Basel. – P. 326. – ISBN: 9783764386948, 3764386940

2. Zhang Y., Wang L., Dey S., Alnaeeli M., Suresh S., Rogers H., Teng R., Noguchi C.T. // Erythropoietin action in stress response, tissue maintenance and metabolism.– Int J Mol Sci.– 2014. – 15 (6):10296-333.

3. Noguchi C.T., Wang L., Rogers H.M., Teng R., Jia Y.// Survival and proliferative roles of erythropoietin bey the erythroid lineage. – Expert Rev Mol Med. – 2008. – 1;10:e36.

4. Maiese K. // Regeneration in the nervous system with erythropoietin. - Front Biosci. – (Landmark Ed). – 2016. – 21 (3): 561-596.

5. Souma T., Suzuki N., Yamamoto M. // Renal erythropoietin-producing cells in health and disease. - Front Physiol. – 2015. – 6:16

103 Гранулоцитарний Колонієстимулюючий Фактор.

104 Анемії з уповільненням/припиненням синтезу еритроцитів.