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.

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.