红细胞生长素
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1308页（3950字）
红细胞系的生成过程已经明确，可分为4个阶段：(1)多能干细胞期；(2)造血祖细胞或红系干细胞期；(3)幼稚红细胞期；(4)红细胞期。
红细胞系的这种增殖与分化过程受到一系列的内源性因子的调控。20世纪初人们就认为存在着一种能促进红细胞生成的血循环物质，但直到50年代才被证实，这就是红细胞生成素(Epo)。
红细胞生成素主要作用于红细胞生成的第2阶段，此阶段的红细胞为Epo反应细胞(EFC)，按分化先后可分为红细胞克隆群形成细胞(BFU－E)和红细胞克隆形成细胞(CFU－E)两个阶段，它们均为红细胞的定向干细胞。Epo通过控制这些红细胞干细胞的增殖、分化和成熟而表现出它的生物活性。近期发现Epo尚可对其他血系干细胞、乃至多能干细胞起作用。Epo的深入研究有着重大的医学意义，是血液分子生物学研究热点之一。
Epo是一个酸性的，热稳定性的单链糖蛋白，由166个氨基酸组成，但第166位的精氨酸经常缺失，因而没有166位精氨酸的Epo可能是此生成素的天然形式。肽链分子量约18398。对人Epo结构的了解是随着它从难治性贫血患者尿中得以纯化而深入的。
纯化物的SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳显示为具有同种生物学效力的两条区带，反映了糖基成分的差异。含糖Epo分子量30400，糖占39%。Epo中有3个N－连接糖基化位点即24位、38位、83位的天冬酰胺(Asn)，以及一个0－连接糖基化位点即126位的丝氨酸(Ser)。
聚糖酶水解证实4个糖化位点均被糖基化。糖基化对Epo在体内的稳定是必要的。纯化的人Epo有两个二硫键，其对变性的Epo的活性构像的恢复是必须的。不同种属的哺乳动物如人，猴，鼠的Epo的氨基酸顺序显示出高度的同源性。
有关Epo的活性位点尚无权威性报道，但已有证据证实N－末端的26个氨基酸残基的有无不影响其生物活性而99－118位氨基酸及111－129位氨基酸对Epo的生物活性是必要的。二硫键对活生亦然，如鼠Epo中第33位氨基酸为脯氨酸而非人Epo的半胱氨酸，活性则下降。
像别的蛋白质激素一样，Epo行使它的生物学活性是通过受体介导的机制。高亲合力的及低亲合力的红细胞生成素受体(EpoR)均已被鉴定。
在红系分化过程中，EpoR在BFU－E和CFU－E细胞中特异性表达从而对Epo发生应答，高亲合力受体是诱导红系分化所必须的，而低亲合力受体主要参与了Epo的细胞增殖作用。FVA细胞是Friend红白血病病毒贫血变异株转染了的小鼠脾细胞，是对Epo敏感的细胞株，它有两种Epo受体，KD值分别为0．09nM和0．6nM，每个细胞上分别有300个和500～700个受体。这种FVA细胞显示，当180个左右的受体结合配基后有最大的生物学效应。Epo结合细胞表面的Epo受体后，配基－受体复合物内在化。
内在化对Epo的生物学作用是否必须或者Epo结合到其受体的细胞外区是否就足以引起靶细胞的生物学反应仍不清楚。但无疑受体所传导信号将激活一系列特殊的调控基因从而确定受体所在细胞的命运－是增殖还是终末分化。
EpoR基因表达的组织特异性和分化阶段特异性是由于此基因受特异的红细胞系转录激活因子GATA－Ⅰ的影响。
Epo特异地结合到它的受体EpoR后受体介导的信号促进CATA－Ⅰ基因在BFU－E和CFU－E细胞的转录，而GATA－Ⅰ基因的产物最终将在相当成熟的红血细胞中转录激活合成血红蛋白及珠蛋白有关的基因。
人Epo基因与任何已知的基因无同源性，位于第7号染色体长臂的21区，为单拷贝基因，全长约4kb。当以Epo的cDNA探针杂交那些用Hind Ⅲ或Hinf I消化的不同人的基因文库DNA时可观察到限制性内切酶片段长度的多态性(RFLP)。Epo基因有等位基因，家族性研究表明了RFLP的带型与孟德尔遗传规律相符。比较人、猴、鼠的Epo基因表明该基因的组成是保守的，有相同的内含子及外显数目，编码顺序的同源性人猴间为94%，人鼠间为79%。
经测序人Epo基因的起始密码上游600bp范围区并不含明确的启动子顺序，正常的聚A信号AATAAA也不存在，含5个外显子，转录出1个1．8kb的mRNA，缺氧刺激促进基因表达时mRNA的产量增加。
翻译的起始点为mRNA中的第2个AUG，而非大多数mRNA翻译起始于第1个AUG。
人的Epo基因编码1个27个氨基酸的信号肽以及1个166个氨基酸的Epo成熟蛋白组成的Epo前体蛋白。
1957年发现肾脏是成年动物Epo的主要来源，在鼠失血实验后10h将实验动物各器官组织的mRNA进行吸印转移和杂交，Epo的mRNA可在鼠肾中发现。
肾切片的原位杂交提示Epo是在肾皮质的周围小管细胞中产生，这种细胞既非血管小球性，也非肾小管性，而是毛细血管内皮细胞。在血球容积和Epo产生细胞间看来存在着密切的关系，这提示Epo合成的增加是由于这些细胞总数的增加或是由于单个细胞合成活力的增加。
研究表明肾中Epo的mRNA在钴注射3～6h后才出现，因此不存在储备的Epo的释放，而Epo基因的表达调控是一个转录水平的调控。近期研究表明Epo基因也在骨髓的巨噬细胞中表达，这个发现与广泛被接受的概念——血生成的调控也应取决于骨髓微环境内的体液反应相符合。
Epo基因在转化细胞中的表达的研究取得了进展。IW32和NN10细胞株都是病毒转染鼠脾细胞后能组成性分泌Epo的细胞。在这些细胞株里表达机制的研究有助于对Epo基因表达调控的理解。
Epo的生物学作用即对骨髓靶细胞的作用曾用一系列方法进行过广泛的研究。这一复杂的生物学事件导致了红细胞表型的表达，但机制尚不清楚。
Epo的作用是影响BFU－E和CFU－E，此外尚能影响多能干细胞进入红细胞系统的分化和增殖，支持这一观点是由于观察到Epo在体外可与其他集落刺激因子竟争干细胞发育为各自的血系细胞。
Epo对干细胞的定型作用尚有争论，而其对红血细胞的分化和增殖作用则已有定论。在靶细胞接触Epo后，首先是细胞质内钙离子的积聚，如FVA细胞4℃培养时加入高浓度Epo(2u／ml)后1min即可表现出钙离子的积聚，而集落明显增加的结果证实了Epo及钙离子在红细胞分化中的作用。
钙离子可能在Epo与其受体结合时起作用，但不清楚是否涉及到钙调蛋白或蛋白激酶C的调控过程。有人认为cAMP可能有第2信使作用，cGMP的作用尚未发现。骨髓干细胞接触Epo后0．5～2h内RNA聚合酶Ⅱ的活性增加，而后RNA聚合酶Ⅰ及非组蛋白增加，最大量的DNA的合成出现在48h后。血红蛋白的合成受Epo作用的影响，对珠蛋白基因转录的作用先于对血红素合成的作用。
有促进转铁蛋白受体增加的作用。
由于人的Epo基因已成功地克隆和表达，因而重组的人Epo(rHUEpo)已不仅用于生物学的观察，且用于临床。
它可用于肾病性贫血。通常这些患者需要不间断的输血以维持存活，近300例患者使用Epo后血红蛋白和红细胞比积增加，而不再依赖输血。
剂量为血透后静脉注射1．5～500IU／kg，每周3次。它可用于外科手术病人术前用药而后采血，供术时使用。它可用于有贫血的肿瘤患者，以校正红血细胞的生成。它可用于骨髓发育不全性贫血。
它可用于AIDS病治疗性贫血。由于Epo可刺激巨核细胞生成，可用于提高血中血小板数。由于Epo在成熟狒狒体内能刺激胎儿血红蛋白的出现，给镰刀状细胞贫血症的治疗提示了可行的方法。
基因重组Epo体外表达的成功，为其临床应用开拓了广阔的前景。
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(中国医学研究院基础研究所黄秉仁教授撰)