Современное понимание механизма регуляции эритропоэза

Структура, основные свойства и метаболизм эритропоэтина

Особая роль в биологической активности ЭПО принадлежит сиаловой кислоте, которая является терминальным остатком в олигосахариде, связанным в качестве простетической группы с полипептидной цепью молекулы гормона. Удаление сиаловой кислоты с помощью сиалидазы (нейраминидазы) приводит к образованию десиализированного ЭПО. Десиализированный или асиало-ЭПО полностью теряет биологическую активность in vivo, но не утрачивает ее in vitro. Сиаловая кислота в молекуле ЭПО выполняет защитную или транспортную функцию, предотвращая инактивацию или экскрецию этого гормона.

Синтезированный в почках (или внепочечно) ЭПО поступает в циркуляцию крови, утилизируется клетками, несущими на поверхности ЭПО-Р, и подвергается инактивации и удалению из плазмы.

Катаболизм ЭПО происходит в печени, которая является местом расщепления и удаления плазменных глико-протеинов из циркуляции. В лаборатории J. Fisher были получены убедительные данные о ферментативном механизме инактивации ЭПО, который связан с лизосома-ми печени. Механизм клиренса ЭПО из циркулирующей крови недостаточно ясен. По-видимому, он является аналогичным механизму удаления из крови других циркулирующих гликопротеинов и связан с десиализацией гормона. Исследования с использованием изолированной перфузируемой крысиной печени показали, что десиализированный ЭПО быстро удаляется из перфузионной среды, тогда как интактный ЭПО — гораздо медленнее.

Нормальная концентрация ЭПО в сыворотке крови находится в пределах от 5 до 30 МЕ/л и является достаточной для поддержания уровня гемоглобина в диапазоне 120-160 г/л. При тяжелой гипоксии титр сывороточного ЭПО может достигать 10000 МЕ/л и выше.

Эритропоэтиновый рецептор

Взаимодействие ЭПО с эритропоэтинчувствительными клетками (ЭЧК) осуществляется через взаимодействие со специфическим рецептором на наружной мембране ЭЧК — эритропоэтиновым рецептором (ЭПО-Р). Человеческий ЭПО-Р был клонирован в 1990 г., спустя 15 лет после его лиганда — ЭПО. ЭПО-Р принадлежит к большому семейству цитокиновых рецепторов I типа: для ИЛ-2, ИЛ-7, ИЛ-9, Г-КСФ, ГМ-КСФ. Большинство рецепторов для полипептидных гормонов, включая ЭПО-Р, располагается на клеточной наружной мембране. В последние годы эти рецепторы были обнаружены и в виде растворимых изоформ. ЭПО-Р представляет собой одноцепочечный белок, состоящий из 484 аминокислот с молекулярной массой 56-57 кДа.

Молекула ЭПО-Р состоит из внеклеточной, трансмембранной и цитоплазматической частей. Дистальная часть содержит 8 функциональных остатков тирозина, необходимых для сигнальной трансдукции через некоторые киназы. Взаимодействие ЭПО с ЭПО-Р запускает Jak2 — STAT5-механизм сигнальной трансдукции, который является основным и определяет пролиферацию, дифференцировку и созревание эритроидных клеток-предшественников в сторону зрелых эритроцитов. Время, необходимое для преобразования колониеобразующей эритроидной клетки в ретикулоцит, составляет около 7 дней и включает 4-6 последовательных клеточных делений. Значительный ретикулоцитоз появляется через 3-4 дня после повышения уровня сывороточного ЭПО.

Важная роль ЭПО-Р показана в экспериментах на мышах, которые не экспрессируют этот рецептор. В результате эритропоэз заканчивается на стадии эритроидной колониеобразующей единицы, и образования эритроцитов не происходит. Этот эксперимент показал абсолютную необходимость ЭПО-Р для эффективного эритропоэза.

Место образования эритропоэтина

Главным местом образования ЭПО являются почки. Однако в эмбриональном и раннем постнатальном периодах жизни ЭПО образуется в основном в печени. Почечная продукция ЭПО «включается» в более поздний период между 2-4 нед. неонатального периода и достигает пика к 5-й нед. Прогрессивное увеличение почечной продукции ЭПО выключает образование гормона в печени, в которой продуцируется только 10% ЭПО взрослого человека.

Исследования А.Д. Павлова, проведенные задолго до обнаружения экспресии ЭПО-гена и определения ЭПО мРНК в тканевых гомогенатах и in situ гибридизацией на гистологических образцах, позволили сделать заключение, что образование ЭПО происходит путем de novo синтеза гормона в почках. В этих экспериментах было продемонстрировано, что продукция ЭПО в ответ на гипоксические стимулы сопровождается увеличением синтеза всех классов РНК, в состав которой входит мРНК. На основании этих фактов было сделано заключение, что образование ЭПО в почках — это ДНК-зависимый синтез гормона на полирибосомах, включающий в себя, очевидно, механизм дерепрессии РНК, специфических для биогенеза ЭПО.

Имеются данные о синтезе ЭПО в нервной, репродуктивной системах, коже и других органах и тканях организма. Однако роль экстраренальных сайтов в модуляции почечной продукции ЭПО в настоящее время не доказана.

Влияние различных факторов на продукцию эритропоэтина

Симпатическая нервная система, очевидно, принимает участие в регуляции эритропоэза в условиях эритропоэтического стресса. Так, у спортсменов при больших физических, стрессовых нагрузках активация симпатической нервной системы может вызвать значительное повышение уровня ЭПО в плазме.

Наиболее выраженным действием на эритропоэз обладают гормоны гипофиза, щитовидной железы, надпочечников и половых желез. Механизмы действия этих гормонов не выявлены, но включают в себя такие эффекты, которые изменяют метаболизм и потребности тканей в O₂ или модулируют взаимодействие ЭПО с клетками-мишенями. Повышенная секреция или введение некоторых гормонов может вызвать развитие вторичной полицитемии вследствие избыточной продукции ЭПО. С другой стороны, при эндокринной недостаточности и пониженной секреции этих гормонов развиваются анемии, которые могут быть обусловлены уменьшенной продукцией ЭПО. Развитие анемии при эндокринной недостаточности (за исключением овариальной недостаточности) является целесообразной ответной реакцией на понижение потребности организма в кислороде.

Введение кортикотропина, тиреотропина и соматотропина гипофизэктомированным крысам вызывает значительную стимуляцию эритропоэза, измеренного по включению 59Fe в эритроциты. Поскольку анти-ЭПО-сыворотка полностью блокирует эритропоэтический эффект гипофизарных гормонов, можно заключить, что он связан с образованием ЭПО.

Измерения уровней ЭПО у гипотиреоидных и гипертиреоидных пациентов с помощью высокочувствительной иммуноферментной системы (ELISA) показали, что уровень ЭПО в сыворотке был значительно выше у гипертиреоидных пациентов. Хотя стимулирующий эффект тиреоидных гормонов на эритропоэз посредством их метаболического, калоригенного действия не может быть исключен, ряд исследователей полагает, что тиреоидные гормоны повышают продукцию ЭПО и эритропоэз главным образом некалоригенным путем.

Адреналэктомия у экспериментальных животных и гипофункция коры надпочечников у пациентов с болезнью Аддисона сопровождаются, с одной стороны, развитием умеренной анемии, которая корригируется заместительной терапией кортикостероидами.

Введение глюкокортикоидов интактным животным вызывает как стимулирующий, так и ингибирующий эффект на эритропоэз в зависимости от выбранной дозы и продолжительности курса, хотя четкой корреляции между дозой и эффектом обнаружить не удалось. В исследованиях, проведенных Е.Ф. Морщаковой и соавт., была установлена прямая зависимость между дозой дексаметазона, вводимого лабораторным животным, и повышением продукции ЭПО.

Андрогены стимулируют, а эстрогены ингибируют эритропоэз. Стимулирующее влияние андрогенов на эритропоэз отчетливо проявляется при использовании больших фармакологических доз. Это свойство тестостерона и его эритропоэтически активных метаболитов хорошо известно в клинической практике, и андрогенная терапия использовалась при таких заболеваниях, как хронические болезни почек, сопровождающиеся анемией, и гипопластические анемии. В отличие от андрогенов эстрогены оказывают тормозящее влияние на эритропоэз. Введение животным больших фармакологических доз эстрогенов вызывает развитие умеренной или тяжелой анемии. Физиологические дозы эстрадиола и других эстрогенов оказывают также угнетающее действие на эритропоэз у крыс-самцов. Эстрогены также уменьшают стимуляцию эритропоэза, индуцированную экзогенным ЭПО, а последний, в свою очередь, уменьшает ингибирование эритропоэза, вызванное эстрогенами. Y. Ikeda и соавт. (2012) показали, что эстрогены индуцируют GPR30 — ВМРб-зависимую экспрессию мРНК-гепцидина в клетках печени. Этот механизм влияния эстрогенов на метаболизм железа, по мнению авторов, объясняет аккумулирование железа в организме при эстрогендефицитных состояниях, например, у женщин в менопаузе.

Провоспалительные цитокины, такие как ФНО-α, ИНФ-γ и ТРФ-β, оказывают ингибирующее влияние на эритропоэз.

Неэритропоэтические биологические функции эритропоэтина

В физиологических условиях нормальный уровень продукции ЭПО поддерживает образование до 2 х 1011 зрелых эритроцитов в сутки. В течение последних 10 лет установлено, что кроме своей основной функции — стимуляции эритропоэза — ЭПО выполняет ряд важных физиологических функций, не имеющих отношения к эритропоэзу. ЭПО и ЭПО-Р уже в первом триместре беременности обнаруживаются в паренхиматозных клетках печени, в интерстициальных и клетках проксимальных канальцев почек, сетчатке глаза и коре надпочечников плода. Получены данные о синтезе ЭПО в нервной и репродуктивной системе. В тканях этих систем существуют паракринная и/или аутокринная системы этого гормона, которые не зависят от эндокринной (почки [печень] — КМ) системы ЭПО. В центральной нервной системе основным производителем ЭПО являются астроциты. Вырабатываемый ими ЭПО связывается с ЭПО-Р, расположенными на нейронах головного мозга (паракринная система), и защищает их от различных типов повреждения. Гипоксия значительно повышает уровень ЭПО и ЭПО мРНК в почках и головном мозге. Однако уровни сывороточного ЭПО и почечной ЭПО мРНК быстро снижаются, несмотря на продолжающуюся гипоксию.

ЭПО-Р обнаружены на клетках синовиальной оболочки суставов у пациентов с ревматоидным артритом. Обнаружение ЭПО и ЭПО-Р на железистых эпителиальных клетках при эндометриозе позволило S. Matsuzaki и соавт. сделать вывод о возможной роли ЭПО в патофизиологии этого заболевания.

ЭПО-Р были обнаружены на поверхности раковых клеток. В дальнейшем эти данные послужили основанием для заявлений некоторых авторов о возможном влиянии рчЭПО на рост опухоли и обоснованием неблагоприятных эффектов рчЭПО-терапии, полученных в нескольких клинических исследованиях. Однако анализ современных литературных данных свидетельствует о том, что концентрация ЭПО-Р на раковых клетках в десятки раз ниже, чем на эритроидных. К тому же они являются нефункциональными и, весьма вероятно, неспецифичными для ЭПО. Используя методику моноклональных антител, S. Elliot и соавт. (2011) не обнаружили ЭПО-Р на поверхности нормальных и злокачественных клеток молочной железы, легких, толстой кишки, гортани, языка и кожи. Метаанализ, проведенный J. Vansteenkiste и соавт. (2012), показал, что препараты рчЭПО снижают потребность в гемотрансфузиях без повышения летальности.