Введение
Эритропоэтин (/ɪ/,/r//ɪ//θ//r//oʊ/'/p//ɔɪ//.////t//ɪ//n//, // //r//ə// //, // //p//ɔɪ/'/ɛ//t//ɪ//n//, // /'/iː//t//ɪ//n/; EPO), также известный как эритропоэтин, гематопоэтин или гемопоэтин, – это гликопротеиновый цитокин, который секретируется преимущественно почками в ответ на клеточную гипоксию; он стимулирует образование красных кровяных клеток (эритропоэз) в костном мозге. Низкие уровни ЭПО (около 10 мЕ/мл) постоянно секретируются в достаточном количестве для компенсации нормального обновления эритроцитов. К распространенным причинам клеточной гипоксии, приводящей к повышению уровня ЭПО (до 10 000 мЕ/мл), относятся любые виды анемии и гипоксемия, вызванная хроническими заболеваниями легких и болезнями полости рта. Эритропоэтин продуцируется интерстициальными фибробластами в почках в тесной связи с перитубулярными капиллярами и проксимальными извитыми канальцами. Он также продуцируется в перисинусоидальных клетках печени. Продукция печени преобладает в период внутриутробного развития и перинатальный период, тогда как продукция почек преобладает у взрослых. Он гомологичен тромбопоэтину. Экзогенный эритропоэтин, рекомбинантный эритропоэтин человека (rhEPO), производится с помощью технологии рекомбинантной ДНК в клеточной культуре и в совокупности называется стимуляторами эритропоэза (ESA): два примера – эпоэтин альфа и эпоэтин бета. Препараты ESA используются для лечения анемии при хронической болезни почек, анемии при миелодиспластическом синдроме и анемии, вызванной химиотерапией рака. Риски терапии включают смерть, инфаркт миокарда, инсульт, венозную тромбоэмболию и рецидив опухоли. Риск возрастает при повышении уровня гемоглобина более 11 г/дл до 12 г/дл в результате лечения ЭПО: этого следует избегать. rhEPO нелегально используется в качестве допинга для повышения спортивных результатов. Его часто можно обнаружить в крови из-за незначительных различий от эндогенного белка, например, в особенностях посттрансляционных модификаций.
Erythropoietin (/ɪ/,/r//ɪ//θ//r//oʊ/'/p//ɔɪ//.//ᵻ//t//ɪ//n//, // //r//ə// //, // //p//ɔɪ/'/ɛ//t//ɪ//n//, // /'/iː//t//ɪ//n/; EPO), also known as erythropoetin, haematopoietin, or haemopoietin, is a glycoprotein cytokine secreted mainly by the kidneys in response to cellular hypoxia; it stimulates red blood cell production (erythropoiesis) in the bone marrow. Low levels of EPO (around 10 mU/mL) are constantly secreted in sufficient quantities to compensate for normal red blood cell turnover. Common causes of cellular hypoxia resulting in elevated levels of EPO (up to 10 000 mU/mL) include any anemia, and hypoxemia due to chronic lung disease and mouth disease. Erythropoietin is produced by interstitial fibroblasts in the kidney in close association with the peritubular capillary and proximal convoluted tubule. It is also produced in perisinusoidal cells in the liver. Liver production predominates in the fetal and perinatal period; renal production predominates in adulthood. It is homologous with thrombopoietin. Exogenous erythropoietin, recombinant human erythropoietin (rhEPO), is produced by recombinant DNA technology in cell culture and are collectively called erythropoiesis stimulating agents (ESA): two examples are epoetin alfa and epoetin beta. ESAs are used in the treatment of anemia in chronic kidney disease, anemia in myelodysplasia, and in anemia from cancer chemotherapy. Risks of therapy include death, myocardial infarction, stroke, venous thromboembolism, and tumor recurrence. Risk increases when EPO treatment raises hemoglobin levels over 11 g/dL to 12 g/dL: this is to be avoided. rhEPO has been used illicitly as a performance enhancing drug. It can often be detected in blood, due to slight differences from the endogenous protein; for example, in features of posttranslational modification.
Фармакология
Эритропоэтин (ЭПО) сильно гликозилирован (составляет 40% от общей молекулярной массы), период полувыведения в крови составляет около 5 часов. Период полувыведения ЭПО может варьироваться между эндогенным и различными рекомбинантными версиями. Дополнительное гликозилирование или другие модификации ЭПО, полученного с помощью рекомбинантных технологий, привели к увеличению стабильности ЭПО в крови (что позволяет снизить частоту инъекций).
Производство красных кровяных телец
Эритропоэтин — важнейший гормон для производства красных кровяных клеток. Без него полноценный эритропоэз не осуществляется. В условиях гипоксии почки производят и секретируют эритропоэтин, чтобы увеличить выработку эритроцитов, воздействуя на подгруппы CFU E, проэритробластов и базофильных эритробластов в процессе дифференцировки. Эритропоэтин оказывает основное действие на прогениторные клетки и предшественники эритроцитов (которые у человека находятся в костном мозге), способствуя их выживанию за счет защиты от апоптоза, или гибели клеток. Эритропоэтин является главным эритропоэтическим фактором, который взаимодействует с различными другими факторами роста (например, IL-3, IL-6, глюкокортикоидами и SCF), участвующими в развитии эритроидного ростка из мультипотентных предшественников. Клетки, формирующие всплески (BFU E), начинают экспрессию рецепторов эритропоэтина и становятся чувствительными к нему. На последующей стадии, колониеобразующие единицы эритроидов (CFU E), демонстрируют максимальную плотность экспрессии рецепторов эритропоэтина и полностью зависят от него для дальнейшей дифференцировки. Предшественники эритроцитов – проэритробласты и базофильные эритробласты – также экспрессируют рецептор эритропоэтина и, следовательно, подвергаются его влиянию.
Негематопоэтические роли
Сообщалось, что эритропоэтин обладает широким спектром действия, выходящим за рамки стимуляции эритропоэза, включая вазоконстриктор-зависимую гипертензию, стимуляцию ангиогенеза и поддержание выживания клеток посредством активации рецепторов EPO, что приводит к антиапоптотическому эффекту в ишемических тканях. Однако это утверждение является спорным, поскольку многочисленные исследования не выявили какого-либо эффекта. Это также противоречит низкому уровню экспрессии рецепторов EPO в этих клетках. Клинические испытания на людях с ишемией сердечной, нервной и почечной тканей не продемонстрировали тех же преимуществ, что и в исследованиях на животных. Кроме того, некоторые исследования показали нейропротекторное действие при диабетической нейропатии, однако эти данные не были подтверждены в клинических испытаниях, проведенных на глубоком малоберцовом, поверхностном малоберцовом, большеберцовом и икроножном нервах.
Механизм действия
Было показано, что эритропоэтин реализует свое действие посредством связывания с эритропоэтиновым рецептором (EpoR). ЭПО связывается с рецептором эритропоэтина на поверхности предшественников эритроцитов и активирует сигнальный каскад JAK2. Это запускает пути STAT5, PIK3 и Ras MAPK. В результате происходит дифференцировка, выживание и пролиферация эритроидных клеток. Также экспрессируются SOCS1, SOCS3 и CIS, которые выступают в качестве отрицательных регуляторов цитокинового сигнала. Высокий уровень экспрессии эритропоэтиновых рецепторов локализован в эритроидных клетках-предшественниках. Несмотря на сообщения об обнаружении рецепторов ЭПО в ряде других тканей, таких как сердце, мышцы, почки и периферическая/центральная нервная ткань, эти результаты могут быть искажены неспецифичностью реагентов, например, антител к EpoR. В контролируемых экспериментах функциональный рецептор ЭПО в этих тканях не обнаруживается. В кровотоке сами эритроциты не экспрессируют рецептор эритропоэтина и, следовательно, не реагируют на ЭПО. Однако сообщалось о косвенной зависимости продолжительности жизни эритроцитов в крови от уровня эритропоэтина в плазме, процесс, известный как неоцитолиз. Кроме того, имеются убедительные доказательства повышения экспрессии рецепторов ЭПО при повреждении головного мозга.
Синтез и регулирование
Уровни эритропоэтина в крови довольно низкие при отсутствии анемии, около 10 мЕ/мл. Однако при гипоксическом стрессе продукция ЭПО может увеличиваться в 1000 раз, достигая 10 000 мЕ/мл крови. У взрослых ЭПО синтезируется главным образом интерстициальными клетками в перитубулярном капиллярном сплетении коры почек, при этом дополнительное количество вырабатывается в печени и перицитах головного мозга. Регуляция, как считается, основана на механизме обратной связи, измеряющем оксигенацию крови и доступность железа. Транскрипционные факторы для ЭПО, постоянно синтезируемые и известные как факторы, индуцируемые гипоксией, гидроксилируются и подвергаются протеосомному расщеплению в присутствии кислорода и железа. Во время нормоксии GATA2 ингибирует промоторную область гена ЭПО. Уровень GATA2 снижается при гипоксии, что позволяет стимулировать продукцию ЭПО. Производство эритропоэтина может быть индуцировано как HIF 2α, так и PGC 1α. Эритропоэтин также активирует эти факторы, что приводит к образованию положительной обратной связи. Анемия, вызванная химиотерапией, наблюдается у пациентов с онкологическими заболеваниями, воспалительными заболеваниями кишечника (болезнь Крона и язвенный колит) и миелодисплазией, возникающей в результате лечения рака (химиотерапии и лучевой терапии). В инструкции к препарату содержатся предостережения о повышенном риске смерти, инфаркта миокарда, инсульта, венозной тромбоэмболии и рецидива опухоли, особенно при использовании для повышения уровня гемоглобина более чем до 11–12 г/дл.
История
В 1905 году Пол Карно предположил, что выработка красных кровяных клеток регулируется гормоном. После экспериментов на кроликах, подвергшихся кровопусканию, Карно и его аспирантка Клотильда Камилла Дефландр связали увеличение числа красных кровяных телец у кроликов с гемотропным фактором, названным гемопоэтином. Ева Бонсдорф и Ева Джалависто назвали гемопоэтическое вещество «эритропоэтином». К. Р. Рейсман и Аллан Дж. Эрслев показали, что определенное вещество, циркулирующее в крови, способно стимулировать выработку красных кровяных телец и повышать гематокрит. Это вещество было очищено и идентифицировано как эритропоэтин. В 1977 году Голдвассер и Кунг очистили ЭПО. Очищенный ЭПО позволил частично установить последовательность аминокислот и изолировать ген. В 1985 году Лин и соавторы изолировали ген эритропоэтина человека из геномной фаговой библиотеки и использовали его для производства ЭПО. В 1989 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило гормон Эпоген для лечения некоторых видов анемий. Грегг Л. Семенза и Питер Дж. Ратклифф изучали ген ЭПО и его регуляцию, зависящую от кислорода. Вместе с Уильямом Келином-младшим они были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине в 2019 году за открытие фактора, индуцируемого гипоксией (HIF), который регулирует ген EPO, а также другие гены в ответ на гипоксию.
Биоподобные
В декабре 2007 года Retacrit и Silapo (оба эпоэтина зета) были одобрены для применения в Европейском Союзе.
Использование в качестве допингового средства
В качестве препарата, повышающего работоспособность, ЭПО запрещено с начала 1990-х годов, но первый тест для его обнаружения был разработан только к летним Олимпийским играм 2000 года. До появления этого теста некоторые спортсмены были дисквалифицированы после признания в употреблении ЭПО, например, в деле Festina, когда был обнаружен автомобиль с допинговыми препаратами для велосипедной команды Festina. Первый допинг-тест в велоспорте был применен в 2001 году на гонке "La Flèche Wallonne". Первым спортсменом, давшим положительный результат, был Бо Гамбургер, однако позже он был оправдан, поскольку его контрольный образец B не был убедительным. Команда профессиональных велосипедистов U.S. Postal Service, под руководством Лэнса Армстронга и Йохана Брюнеля, проводила сложную программу допинга, продолжавшуюся на протяжении многих лет в конце 1990-х и начале 2000-х годов. Эритропоэтин был распространенным веществом, используемым велосипедистами. Исследование 2007 года показало, что ЭПО… Исследование 2017 года показало, что при субмаксимальных нагрузках эффекты ЭПО не отличались от эффектов плацебо, и было установлено, что "[при] субмаксимальных [нагрузках] [средняя мощность] не различалась между группами". Тем не менее, при "максимальных [нагрузках] мощность была выше в группе, получавшей rHuEPO, по сравнению с группой плацебо". Таким образом, несмотря на отсутствие различий при более низких уровнях нагрузки, группа, принимавшая ЭПО, демонстрировала лучшие результаты при максимальных нагрузках. В марте 2019 года американский боец смешанных единоборств и бывший чемпион UFC в легчайшем весе Т.Диллашоу был обнаружен с использованием ЭПО в допинг-тесте, проведенном USADA, в результате чего он был лишен титула чемпиона UFC в легчайшем весе и дисквалифицирован на 2 года. В сентябре 2023 года двукратная победительница турниров Большого шлема Симона Халеп получила 4-летнюю дисквалификацию от Международного агентства по поддержанию честности в теннисе за два отдельных нарушения, одно из которых касалось уровня ЭПО в образце крови, взятом в августе 2022 года. Халеп настаивала на своей невиновности и заявила о намерении обжаловать решение о дисквалификации. ЭПО используется в качестве средства повышения работоспособности в конном спорте, по крайней мере, с 2019 года.