血小板生成素
血小板生成素(Thromboietin TPO)又名巨核细胞生长因子(MegakaryocyteGrowthandDevelopmentMGDF)由332氨基酸组成的糖蛋白。TPO产生部位主要为肾脏(亦有证据表明TPO产生部位主要为肝脏)。TPO是一种激素调节因子,它的分泌受外周血小板数量的影响,与血小板计数呈负相关。
血小板是止血的一个必要成分。它是由骨髓和脾脏的多功能干细胞分化的巨核细胞(megakaryocyte,MK)产生的。通常患癌症接受化疗或骨髓移植的病人的血小板水平恢复非常缓慢,会有因大出血而死亡的危险。因此,寻找可以加速血小板再生的血细胞生长因子就显得十分紧迫了。
早期研究认为血小板缺乏症动物血浆中存在一种活性物质,它可以通过增加骨髓中巨核细胞的大小和数量来调节外周血小板水平,并将之命名为血小板生成素(thrombopoietin,TPO)。
70年代以来,许多研究人员着手尝试从一系列生物来源中纯化和检测TPO的工作。但由于起始材料的专一性低和生物分析过程过于繁琐,TPO一直没能得到明确的鉴定。直到1990年,Sougri等发现了c-mpl原癌基因,才使克隆TPO成为可能。
(1)生理调节造血祖细胞演化成成熟巨核细胞增殖和分化;
(2)与EPO一起相互协调,共同刺激原核细胞和红细胞的生成;共同促进骨髓抑制疗法后血小板和红细胞的恢复;
(3)TPO作为Mpl受体的配体,可防止血小板减少而不增加血栓闭塞并发症的危险。国外最新文献报道:急性白血病、骨髓增生异常综合症(MDS)、肝硬化、特发性血小板减少性紫癜患者TPO水平降低;再障患者TPO水平明显升高。根据免疫竞争原理,用平衡法直接检测血清TPO水平的放射免疫分析方法。
c-mpl原癌基因最早是在鼠转导的骨髓增生白血病病毒(MPLV)中发现的,其所编码的c-Mpl是造血生长因子受体超家族的一个新成员,它在小鼠的脾、骨髓和胎肝以及人的巨核细胞、血小板和巨核细胞前体CD34+细胞上限制性表达,与红细胞生成素(erythropoietin,EPO)受体家族具有同源性。c-mplmRNA的反义寡脱氧核苷酸与CD34+细胞作用,可选择性抑制巨核细胞集落的形成而不影响其他细胞系集落的形成,表明Mpl是调节巨核细胞生成的细胞因子的细胞表面受体。
Wending等证明,在血小板减少的血浆中,所有巨核细胞集落刺激因子活性和能使血小板增加的活性均可由重组的c-Mpl清除,可见这些生物活性都归功于c-Mpl配体。进一步实验表明,重组的c-Mpl配体可在鼠中较其他已知的细胞生长因子大大地提高血小板水平,同时还可以刺激巨核细胞的形成。因此,可以确定,c-Mpl配体就是人们所努力寻找的TPO。
1994年,deSauvage等利用c-Mpl亲和柱从经放射处理的患再生障碍性贫血的猪的血浆(aplasticporcineplasma,APP)中提纯到Mpl配体,即TPO,利用其氨基酸序列信息从人的胎肝的cDNA文库中分离到人的TPOcDNA。
Foster等利用鼠的TPOcDNA为探针,从人类基因库中分离到一个编码人类TPO的基因,这个基因约为6kb大小,由6个外显子和5个内含子组成,并与EPO基因具有相似结构。通过中期染色体制备物的原位杂交将此基因定位在染色体3q26-27上。
人类TPOcDNA全长为1774bp,包括一个1059bp的开放读码框架(ORF),编码一个由353个氨基酸残基构成的前体多肽,ORF的5’端和3’端非编码区分别为215bp和498bp,还有一个Poly(A)+尾巴。
人的TPO蛋白前体N端为21个氨基酸残基组成的信号肽,经水解后形成332个氨基酸残基组成的成熟TPO蛋白,分子量约为38kD。成熟的TPO蛋白含两个完全不同的结构域。一个是153个氨基酸残基组成的氨基末端结构域,与EPO、α-干扰素和β-干扰素同源,在人类和鼠中具高度保守性。与EPO一样,TPO在此区中也含有4个Cys,其中3个具有保守性,第一个和最后一个Cys组成一个二硫键,是维持TPO和EPO生物活性所必需的。对全长人TPO蛋白与仅由N端153个氨基酸残基组成的多肽进行生物活性对比,发现两者具有相似的生物活性,表明TPO蛋白的生物活性主要由其N端结构域决定。另一个结构域是178个氨基酸残基组成的羧基末端结构域,富含Ser、Thr和Pro,并具有6个(鼠中7个)潜在的糖基化位点,此区具有广泛的种属特异性,此区的功能可能与稳定和增加循环中的TPO的半衰期有关。在这两个结构域之间存在一个潜在的Arg-Arg分裂位点,可能是蛋白质分子被切割加工的位点,暗示332个氨基酸残基组成的TPO可能仍是一个蛋白前体,需经有限蛋白水解产生成熟的配体。
TPO是细胞分裂素的一种,是一种血浆糖蛋白。大量实验证明,TPO可影响巨核细胞的增殖和成熟并释放血小板进入血液,是循环中调节血小板水平的主要生理因子。重组TPO还被证明可以有力地刺激造血前体细胞,导致它们增殖和分化为巨核细胞集落。
Lok等每天给小鼠腹腔内注射50ng的纯化重组TPO,7天后,循环中血小板数比对照组增加4倍,骨髓和脾中的巨核细胞数也大大增加。
Kaushansky等将不含成熟巨核细胞的骨髓细胞接种于含TPO的无血清的培养液中生长6天,与对照组比较,TPO诱导的巨核细胞体积更大、数量更多,细胞内核酸含量也大大增加,且趋于释放血小板。每天100ng高纯度的TPO作用于造血前体细胞可使骨髓和脾脏的巨核系祖细胞(CFG-MK)增加20倍,而每天10μgIL-6或3μgIL-11作用5~7天最多只能使之提高3倍。
研究认为,TPO的刺激作用是通过与巨核细胞上的TPO受体Mpl结合,激活了细胞上的JAK/STAT通路,诱导包括Jak2、Stat5蛋白在内的多种蛋白的酪氨酸磷酸化,从而活化巨核细胞,促使其增殖和分化产生血小板,达到提高循环中血小板水平的目的。有实验证明,TPO还可以诱导人类血小板上的Stat3和Stat5酪氨酸磷酸化。
RNA印迹分析表明,人TPOmRNA在胎肝和成人肝脏以及肾脏有表达。肝和肾可能是TPO的主要产生部位。
Sungaran等利用原位杂交检测了人类肾、肝、骨髓及脾中的TPOmRNA含量。分析表明,在正常人的骨髓中杂交信号很弱,而在患血小板减少症的个体骨髓基质细胞中有大量的TPOmRNA表达。在具有正常血小板数的个体中,位于肾小管近端的细胞中TPOmRNA有持续的表达,而肾小管远端细胞则无。在肝细胞中可测到强烈的杂交信号。而在脾中,即使是血小板减少症的个体,杂交信号也很弱。在所有的个体中,肝和脾的间质细胞和内皮细胞、肾小管外周细胞和骨髓的造血前体细胞都无TPOmRNA表达。这个结果表明人骨髓中TPOmRNA的表达可能是由血小板的数量来调节。Cohen-Solar等更证明,不仅血小板数量而且巨核细胞数量也对调节循环中的TPO水平起一定作用,TPOmRNA的量与血小板量成反比。
TPO主要的临床应用就是作为血小板减少症的治疗药物,特别是那些因化疗和放疗而导致的血小板减少症。
目前,对血小板减少症的临床治疗手段主要是血小板输入法。这种方法虽可以暂时减少出血事故,但必须经常性输入,费用庞大,而且还存在其他限制:储存的血小板的寿命短,有通过血液传染其它疾病的危险,以及异体免疫等问题。一般多次输血后,近70%的病人会对输入的血小板产生抗体,使以后的输血效率大大减小。
而近来重组TPO在动物体内的实验表明,它不仅能比其它造血因子更有效地增加血小板水平,还具有促进其它造血细胞系活力的能力。Grossman等分别用TPO(90μg/kg)、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)(250μg/kg)、TPO+G-CSF对骨髓抑制的鼠进行皮下注射,测定治疗后血小板、红细胞以及中性白细胞的数量。通过与对照组比较,证明TPO、G-CSF单独特别是共同作用可以大大缩短以上3种细胞生成的时间,同时也可加快骨髓、红细胞系以及巨核前体细胞的恢复。Borge等也证实,TPO不仅能在体内外刺激巨核前体细胞的生长发育,增加其多倍性,还可以有效地促进骨髓前体细胞Lin-Sca-1+前体的活性,使其后代不仅具有生成巨核细胞的潜力,而且能生成为其它骨髓细胞系。
可见,TPO将会大大减少化疗和骨髓移植的危险,有效治疗血小板减少症以及其它可能的相关病症。TPO将有广阔的应用前景。
1、http://www.sinoukbio.com/show.asp?pro_id=445
2、http://www.fx120.net/yxlw/jcyx/xbfzswx/200607191417115061.htm
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