ERYTHROPOIETIN (EPO): ลักษณะการผลิตหน้าที่ - ชีววิทยา - 2026

erythropoietin, haemopoietin หรือ EPOเป็นฟังก์ชั่นฮอร์โมนไกลโคโปรตีน (ไซโตไคน์) รับผิดชอบในการควบคุมการแพร่กระจายของความแตกต่างและความอยู่รอดของเซลล์ต้นกำเนิดของเม็ดเลือดแดงหรือเม็ดเลือดแดงในไขกระดูกคือการสร้างเม็ดเลือดแดง

โปรตีนนี้เป็นหนึ่งในปัจจัยการเจริญเติบโตต่างๆที่ควบคุมกระบวนการสร้างเม็ดเลือดซึ่งจากเซลล์ต้นกำเนิดที่มีจำนวนมากกลุ่มเล็ก ๆ เซลล์ที่พบในเลือดจะถูกสร้างขึ้น: ทั้งเม็ดเลือดแดงเม็ดเลือดขาวและลิมโฟไซต์ นั่นคือเซลล์ของไมอีลอยด์และต่อมน้ำเหลือง

แผนภาพแสดงถึงการสร้างเม็ดเลือดแดงซึ่งรวมถึงกระบวนการสร้างเม็ดเลือดแดงหรือ Erythropoiesis โดยที่ erythropoietin ทำหน้าที่ (ที่มา: OpenStax College ผ่าน Wikimedia Commons)

ความสำคัญอยู่ที่ความสำคัญในการทำงานของเซลล์ที่ช่วยในการเพิ่มจำนวนความแตกต่างและการเจริญเติบโตเนื่องจากเม็ดเลือดแดงมีหน้าที่ในการขนส่งออกซิเจนจากปอดไปยังเนื้อเยื่อต่างๆของร่างกาย

Erythropoietin เป็นปัจจัยการเจริญเติบโตตัวแรกที่ได้รับการโคลน (ในปี 2528) และการบริหารเพื่อรักษาโรคโลหิตจางที่เกิดจากไตวายได้สำเร็จในปัจจุบันได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA)

ความคิดที่ว่าเม็ดเลือดแดงถูกควบคุมโดยปัจจัยด้านร่างกาย (ปัจจัยที่ละลายน้ำได้ที่มีอยู่ในการไหลเวียน) ได้รับการเสนอขึ้นเมื่อกว่า 100 ปีที่แล้วโดย Carnot และ Deflandre เมื่อศึกษาผลในเชิงบวกต่อการเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของเซลล์แดงในกระต่ายที่ได้รับการรักษาด้วยซีรั่ม ของสัตว์โลหิตจาง

อย่างไรก็ตามจนถึงปีพ. ศ. 2491 Bonsdorff และ Jalavisto ได้นำคำว่า "erythropoietin" มาใช้เพื่ออธิบายปัจจัยด้านร่างกายที่มีความหมายเฉพาะเกี่ยวกับการสร้างเม็ดเลือดแดง

ลักษณะเฉพาะ

Erythropoietin เป็นโปรตีนจากตระกูลไกลโคโปรตีน มีความเสถียรที่ pH ที่เป็นกรดและมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 34 kDa

มีกรดอะมิโนประมาณ 193 ชนิดรวมทั้งบริเวณขั้ว N-terminal ที่ไม่ชอบน้ำ 27 ตัวซึ่งถูกกำจัดโดยการประมวลผลร่วมกัน และอาร์จินีนตกค้างที่ตำแหน่ง 166 ซึ่งสูญเสียไปด้วยดังนั้นโปรตีนหมุนเวียนจึงมีกรดอะมิโน 165 ชนิด

ในโครงสร้างของมันสามารถมองเห็นการก่อตัวของสะพานไดซัลไฟด์สองตัวระหว่างซิสเทอีนที่เหลืออยู่ในตำแหน่ง 7-161 และ 29-33 ซึ่งเชื่อมโยงกับการทำงานของมัน ประกอบด้วยแอลฟาเฮริซมากหรือน้อยกว่า 50% ซึ่งเห็นได้ชัดว่ามีส่วนร่วมในการก่อตัวของภูมิภาคหรือส่วนทรงกลม

มีคาร์โบไฮเดรต 40% ซึ่งแสดงโดยโซ่โอลิโกแซ็กคาไรด์ 3 สายที่เชื่อมโยงกับสารตกค้างของกรดแอสปาร์ติก (Asp) ที่แตกต่างกันและห่วงโซ่ O ที่เชื่อมโยงกับสารตกค้างซีรีน (Ser) โอลิโกแซ็กคาไรด์เหล่านี้ประกอบด้วยฟูโคสแมนโนส N-acetyl glucosamine กาแลคโตสและกรด N-acetyl neuraminic

พื้นที่คาร์โบไฮเดรตของ EPO มีบทบาทหลายประการ:

- มีความสำคัญต่อฤทธิ์ทางชีวภาพ

- ปกป้องจากความเสื่อมโทรมหรือความเสียหายที่เกิดจากอนุมูลอิสระของออกซิเจน

- โซ่โอลิโกแซ็กคาไรด์จำเป็นสำหรับการหลั่งโปรตีนที่โตเต็มที่

ในมนุษย์ยีนที่เป็นรหัสของโปรตีนนี้จะอยู่ตรงกลางแขนยาวของโครโมโซม 7 ในภูมิภาค q11-q22 พบในสำเนาเดียวในพื้นที่ 5.4kb และมีห้า exons และสี่ introns การศึกษาเกี่ยวกับความคล้ายคลึงกันระบุว่าลำดับของมันมีตัวตน 92% กับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่นและ 80% กับสัตว์ฟันแทะบางตัว

การผลิต

ในทารกในครรภ์

ในระหว่างการพัฒนาของทารกในครรภ์ erythropoietin ส่วนใหญ่ผลิตในตับ แต่มีการพิจารณาแล้วว่าในช่วงเดียวกันนี้ยีนที่เป็นรหัสของฮอร์โมนนี้จะแสดงออกอย่างมากในบริเวณกลางของไต nephrons

ในวัยผู้ใหญ่

หลังคลอดในทุกขั้นตอนหลังคลอดฮอร์โมนจะถูกผลิตขึ้นที่ไตเป็นหลัก โดยเฉพาะโดยเซลล์ของเยื่อหุ้มสมองและพื้นผิวของคลังข้อมูลของไต

ตับยังมีส่วนร่วมในการผลิต erythropoietin ในระยะหลังคลอดซึ่งจะถูกขับออกมากหรือน้อยกว่า 20% ของปริมาณ EPO ที่หมุนเวียนทั้งหมด

อวัยวะ "นอกรีต" อื่น ๆ ที่ตรวจพบการสร้าง erythropoietin ได้แก่ เซลล์บุผนังหลอดเลือดส่วนปลายเซลล์กล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดและเซลล์ที่สร้างอินซูลิน

ศูนย์การหลั่ง EPO บางแห่งเป็นที่รู้กันว่ามีอยู่ในระบบประสาทส่วนกลาง ได้แก่ ฮิปโปแคมปัสเยื่อหุ้มสมองเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดสมองและแอสโตรไซต์

ระเบียบการผลิต erythropoietin

การผลิต erythropoietin ไม่ได้ถูกควบคุมโดยตรงโดยจำนวนเม็ดเลือดแดงในเลือด แต่โดยการจัดหาออกซิเจนในเนื้อเยื่อ การขาดออกซิเจนในเนื้อเยื่อจะกระตุ้นการผลิต EPO และตัวรับในตับและไต

การกระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เป็นสื่อกลางในภาวะขาดออกซิเจนนี้เป็นผลมาจากการกระตุ้นวิถีทางของกลุ่มปัจจัยการถอดความที่เรียกว่าปัจจัยที่ขาดออกซิเจนที่ทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจน 1 (HIF-1)

จากนั้นภาวะขาดออกซิเจนทำให้เกิดการก่อตัวของโปรตีนเชิงซ้อนจำนวนมากที่ทำหน้าที่ต่าง ๆ ในการกระตุ้นการแสดงออกของ erythropoietin และเชื่อมโยงโดยตรงหรือโดยอ้อมกับปัจจัยที่แปลสัญญาณกระตุ้นไปยังตัวส่งเสริมของยีน EPO กระตุ้นการถอดความ .

ความเครียดอื่น ๆ เช่นภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำ (น้ำตาลในเลือดต่ำ) การเพิ่มขึ้นของแคลเซียมในเซลล์หรือการปรากฏตัวของออกซิเจนที่มีปฏิกิริยาจะทำให้เกิดวิถี HIF-1

กลไกการออกฤทธิ์

กลไกการออกฤทธิ์ของ erythropoietin ค่อนข้างซับซ้อนและส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความสามารถในการกระตุ้นการส่งสัญญาณที่แตกต่างกันที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มจำนวนเซลล์ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นของปัจจัยและฮอร์โมนอื่น ๆ

ในร่างกายมนุษย์ของผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพดีมีความสมดุลระหว่างการผลิตและการทำลายเซลล์เม็ดเลือดแดงหรือเม็ดเลือดแดงและ EPO มีส่วนร่วมในการรักษาสมดุลนี้โดยแทนที่เม็ดเลือดแดงที่หายไป

เมื่อปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อต่ำมากการแสดงออกของยีนที่เข้ารหัสของ erythropoietin จะเพิ่มขึ้นในไตและตับ นอกจากนี้ยังสามารถกระตุ้นได้จากความสูงการแตกของเม็ดเลือดแดงภาวะโลหิตจางอย่างรุนแรงการตกเลือดหรือการได้รับคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นเวลานาน

เงื่อนไขเหล่านี้ทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจนซึ่งทำให้การหลั่งของ EPO เพิ่มขึ้นทำให้เกิดเซลล์สีแดงจำนวนมากขึ้นและเศษของเรติคูโลไซต์ในการไหลเวียนซึ่งเป็นหนึ่งในเซลล์ต้นกำเนิดของเม็ดเลือดแดงก็เพิ่มขึ้นด้วย

ศปภ. ดำเนินการกับใคร?

ในเม็ดเลือดแดง EPO มีส่วนเกี่ยวข้องเป็นหลักในการเพิ่มจำนวนและความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดที่เกี่ยวข้องกับสายเลือดของเม็ดเลือดแดง (สารสร้างเม็ดเลือดแดง) แต่ยังกระตุ้นการทำงานของไมโทซิสในการสร้างเม็ดเลือดแดงและเม็ดเลือดแดงพื้นฐานและยังช่วยเร่งการปลดปล่อย reticulocytes ของไขกระดูก

ระดับแรกที่โปรตีนทำงานอยู่ในการป้องกันการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ (apoptosis) ของเซลล์ตั้งต้นที่ก่อตัวขึ้นในไขกระดูกซึ่งทำได้โดยการยับยั้งปฏิสัมพันธ์กับปัจจัยที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้

มันทำงานอย่างไร?

เซลล์ที่ตอบสนองต่อ erythropoietin มีตัวรับเฉพาะสำหรับ erythropoietin ที่เรียกว่า erythropoietin receptor หรือ EpoR เมื่อโปรตีนก่อตัวเป็นตัวรับที่ซับซ้อนสัญญาณจะถูกถ่ายโอนเข้าสู่เซลล์: ไปยังนิวเคลียส

ขั้นตอนแรกสำหรับการถ่ายโอนสัญญาณคือการเปลี่ยนแปลงตามรูปแบบที่เกิดขึ้นหลังจากที่โปรตีนจับตัวกับตัวรับซึ่งในเวลาเดียวกันจะถูกผูกไว้กับโมเลกุลของตัวรับอื่น ๆ ที่เปิดใช้งาน ในหมู่พวกเขาคือ Janus-tyrosine kinase 2 (Jack-2)

ในบรรดาเส้นทางบางส่วนที่เปิดใช้งานปลายน้ำหลังจากที่ Jack-2 เป็นสื่อกลางในการฟอสโฟรีเลชันของไทโรซีนที่ตกค้างของตัวรับ EpoR คือ MAP ไคเนสและโปรตีนไคเนส C pathway ซึ่งกระตุ้นปัจจัยการถอดรหัสที่เพิ่มขึ้น การแสดงออกของยีนเฉพาะ

คุณสมบัติ

เช่นเดียวกับปัจจัยของฮอร์โมนหลายชนิดในสิ่งมีชีวิต erythropoietin ไม่ได้ จำกัด อยู่ที่การทำงานเดียว สิ่งนี้ได้รับการชี้แจงผ่านการสืบสวนหลายครั้ง

นอกเหนือจากการทำหน้าที่เป็นปัจจัยการเพิ่มจำนวนและการสร้างความแตกต่างของเม็ดเลือดแดงซึ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งก๊าซผ่านทางกระแสเลือดแล้ว erythropoietin ดูเหมือนจะทำหน้าที่เพิ่มเติมบางอย่างซึ่งไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการเพิ่มจำนวนและความแตกต่างของเซลล์

ในการป้องกันการบาดเจ็บ

การศึกษาชี้ให้เห็นว่า EPO ป้องกันความเสียหายของเซลล์และแม้ว่ากลไกการออกฤทธิ์จะไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่เชื่อว่าสามารถป้องกันกระบวนการอะพอพโทติกที่เกิดจากความตึงเครียดของออกซิเจนที่ลดลงหรือขาดหายไปกระตุ้นความเป็นพิษและการสัมผัสกับอนุมูลอิสระ

ในการตายของเซลล์

การมีส่วนร่วมในการป้องกันการตายของเซลล์ได้รับการศึกษาโดยปฏิสัมพันธ์กับปัจจัยกำหนดในการลดลงของสัญญาณ: เจนัส - ไทโรซีนไคเนส 2 (Jak2), คาเปส 9, คาเปส 1 และคาเปส 3, ไกลโคเจนซินเทสไคเนส-3β, ปัจจัยกระตุ้นของ โปรตีเอสอะพอพโทติก 1 (Apaf-1) และอื่น ๆ

ฟังก์ชั่นในระบบอื่น ๆ

มีส่วนร่วมในการยับยั้งการอักเสบของเซลล์โดยการยับยั้ง cytokines ที่ก่อให้เกิดการอักเสบเช่น interleukin 6 (IL-6), tumor necrosis factor alpha (TNF-α) และ monocyte chemo-Attraction protein 1

ในระบบหลอดเลือดได้แสดงให้เห็นว่ามันทำงานร่วมกันในการบำรุงรักษาความสมบูรณ์และในการสร้างเส้นเลือดฝอยใหม่จากหลอดเลือดที่มีอยู่ในบริเวณที่ไม่มีการสร้างหลอดเลือด (angiogenesis) นอกจากนี้ยังป้องกันการซึมผ่านของสิ่งกีดขวางเลือดสมองระหว่างการบาดเจ็บ

เชื่อกันว่าจะกระตุ้นการสร้างเซลล์ประสาทหลังคลอดโดยการเพิ่มการเคลื่อนย้ายของเซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูกไปยังส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย

มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดของระบบประสาทโดยการกระตุ้นของปัจจัยนิวเคลียร์ KB ซึ่งส่งเสริมการผลิตเซลล์ต้นกำเนิดประสาท

ทำหน้าที่ร่วมกับไซโตไคน์อื่น ๆ EPO มีบทบาท "modulatory" ในการควบคุมการแพร่กระจายและเส้นทางการสร้างความแตกต่างของ megakaryocytes และ granulocyte-monocytes

อ้างอิง

1. Despopoulos, A. , & Silbernagl, S. (2003). แผนที่สีของสรีรวิทยา (ฉบับที่ 5) นิวยอร์ก: Thieme
2. Jelkmann, W. (1992). Erythropoietin: โครงสร้างการควบคุมการผลิตและหน้าที่ Physiological Reviews, 72 (2), 449–489.
3. Jelkmann, W. (2004). อณูชีววิทยาของ Erythropoietin. อายุรศาสตร์, 43 (8), 649–659.
4. Jelkmann, W. (2011). ระเบียบการผลิต erythropoietin J. Physiol , 6, 1251-1258
5. Lacombe, C. , และ Mayeux, P. (1998). ชีววิทยาของ Erythropoietin Haematologica, 83, 724–732
6. Maiese, K. , Li, F. , & Zhong, Z. (2005). แนวทางใหม่ของการสำรวจ Erythropoietin จามา, 293 (1), 1–6.