Eritropoietina nella neuroprotezione: cos’è, glicoproteina

L’eritropoietina nella neuroprotezione è l’uso della glicoproteina eritropoietina (Epo) per la neuroprotezione . L’EPO controlla l’ eritropoiesi o la produzione di globuli rossi.

Si pensava che l’eritropoietina e il suo recettore fossero presenti nel sistema nervoso centrale secondo esperimenti con anticorpi che si sono successivamente dimostrati non specifici. Mentre l’eritropoietina alfa è in grado di attraversare la barriera ematoencefalica attraverso il trasporto attivo le concentrazioni nel sistema nervoso centrale sono molto bassi. La possibilità che l’Epo possa avere effetti sui tessuti neurali ha portato a esperimenti per esplorare se l’Epo potesse essere protettivo per i tessuti.La presenza segnalata di Epo all’interno del fluido spinale dei neonati e l’espressione di Epo-R nel midollo spinale, ha suggerito un potenziale ruolo di Epo all’interno del sistema nervoso centrale, pertanto Epo rappresentava una potenziale terapia per proteggere i fotorecettori danneggiati dal pretrattamento ipossico.

In alcuni studi sugli animali, Epo ha dimostrato di proteggere le cellule nervose dalla tossicità del glutammato indotta dall’ipossia. Epo è stato anche segnalato per migliorare il recupero dei nervi dopo un trauma spinale. Celik e colleghi hanno studiato l’apoptosi dei motoneuroni nei conigli con un modello di ischemia spinale transitoria globale. Lo stato neurologico funzionale degli animali trattati con RhEpo era migliore dopo il recupero dall’anestesia e continuava a migliorare per un periodo di due giorni. Gli animali a cui è stata somministrata la soluzione salina hanno dimostrato uno stato neurologico funzionale scadente e non hanno mostrato miglioramenti significativi.Questi risultati hanno suggerito che RhEpo ha un’azione benefica sia acuta che ritardata nella lesione ischemica del midollo spinale.

In contrasto con questi risultati, numerosi studi hanno suggerito che l’Epo non ha avuto alcun beneficio neuroprotettivo nei modelli animali e che l’EpoR non è stato rilevato nei tessuti cerebrali utilizzando anticorpi anti-EpoR che si sono dimostrati sensibili e specifici.

Sviluppo con Epo ed EpoR mutanti

Sebbene l’EpoR sia stato rilevato nel cervello embrionale, il suo ruolo nello sviluppo del cervello non è chiaro. In uno studio Epo ha stimolato le cellule progenitrici neurali e ha prevenuto l’apoptosi nel cervello embrionale nei topi. I topi senza EpoR hanno dimostrato una grave anemia, uno sviluppo cardiaco difettoso e infine la morte intorno al giorno embrionale 13,5 per apoptosi nel fegato , endocardio , miocardioe cervello fetale. Già nel giorno embrionale 10.5 la mancanza di EpoR può influenzare lo sviluppo del cervello aumentando l’apoptosi cerebrale fetale e diminuendo il numero di cellule progenitrici neurali. Esponendo colture di neuroni corticali embrionali positivi per EpoR alla stimolazione mediante somministrazione di Epo, le cellule hanno ridotto l’apoptosi, in contrasto con la diminuzione della generazione di neuroni nelle cellule negative per EpoR.

Tuttavia è stato messo in dubbio se EpoR possa o meno essere un fattore determinante per la funzione del sistema nervoso . Il contributo di Epo ed EpoR alla neuroprotezione e allo sviluppo non è così chiaramente compreso come il suo ruolo nell’eritropoiesi nel tessuto ematopoietico . In una linea di topi che esprimevano EpoR esclusivamente nelle cellule ematopoietiche, i topi sviluppati normalmente avevano cervelli e funzioni cerebrali normali ed erano fertili, nonostante la mancanza di EpoR nel tessuto non ematopoietico. Espressione differenziale di EpoR tra cellule eritroidi. In particolare, la concentrazione plasmatica di Epo è regolata dall’espressione di EpoR non ematopoietica quando il picco delle concentrazioni plasmatiche per l’ anemia indottanei topi mutanti e wild-type. L’espressione di EpoR nel tessuto non ematopoietico è superflua nel normale sviluppo del topo, ma la sensibilità dei progenitori eritroidi all’Epo è regolata dall’espressione di EpoR.

È stato segnalato che i mutanti dell’eritropoietina R103-E e S100-E (sebbene S100 in Epo non esista) non sono eritropoietina ma mantengono la funzione neuroprotettiva. L’Epo con mutazione R103 è un potente inibitore dell’Epo wild type dal legame con il suo recettore. Sebbene il mutante R103-E Epo espresso dal vettore virale abbia dimostrato di essere inibitorio della progressione/sviluppo del danno al tessuto nervoso in molti modelli, non è dimostrato che recuperi il tessuto nervoso dopo il danno. Dati i rischi associati, sarebbe sciocco somministrare/esprimere Mutant come misura preventiva dal danno neuronale. Quindi, da un punto di vista medico o commerciale, non sono possibili mutanti Epo neuroprotettivi sicuri e fattibili.

Un bel po ‘di enfasi della ricerca è sui peptidi non eritropoietici ma neuroprotettivi dell’eritropoietina. Il peptide di Epo con aminoacidi 92-111 è neuroprotettivo mentre la sua potenza eritropoietica è 10 volte inferiore rispetto al tipo selvatico.

Una breve sequenza peptidica della molecola di eritropoietina chiamata JM4 è risultata non eritropoietica ma teoricamente neuroprotettiva e viene preparata per gli studi clinici di Fase 1 e 2.

Sistema nervoso periferico

Produzione e localizzazione in PNS

L’eritropoietina e il suo recettore sono anche riportati nel sistema nervoso periferico , in particolare nei corpi e negli assoni dei gangli nella radice dorsale, ea livelli aumentati nelle cellule di Schwann dopo una lesione del nervo periferico. La distribuzione di EpoR era diversa da Epo, in particolare in alcuni corpi cellulari neuronali nel ganglio della radice dorsale , nelle cellule endoteliali e nelle cellule di Schwann dei nervi normali. Ancora più importante, gli esperimenti con l’immunocolorazione hanno rivelato che la distribuzione e la concentrazione di EpoR sulle cellule di Schwann non cambia dopo la lesione del nervo periferico. Tuttavia, questi studi hanno un significato discutibile poiché gli anticorpi non erano specifici per EpoR. Altre ricerche che hanno suggerito che Epo è up-regolato secondoespressione di mRNA negli astrociti e nei neuroni indotti dall’ipossia, mentre EpoR no. Una correlazione tra l’espressione di Epo-R nelle cellule gangliari e il legame ai recettori sensoriali nella periferia come i corpi di Pacini e i fusi neuromuscolari suggerisce che Epo-R è correlato alla regolazione del tocco.

Lesione del nervo periferico

Luogo di lesione

Dopo la lesione del nervo, l’aumento della produzione di Epo può indurre l’attivazione di alcuni percorsi cellulari, mentre la concentrazione di EpoR non cambia. Nelle cellule di Schwann, l’aumento dei livelli di eritropoietina può stimolare la proliferazione delle cellule di Schwann tramite l’attivazione della chinasi JAK2 e ERK/MAP che verrà spiegata in seguito. Analogamente alla stimolazione delle cellule precursori dei globuli rossi (eritrogenesi), l’eritropoietina stimola la proliferazione delle cellule di Schwann non differenziate.

Meccanismi anti-apoptosi

Sebbene il meccanismo non sia chiaro, è evidente che l’eritropoietina ha un’azione anti-apoptotica dopo una lesione del nervo centrale e periferico. È stato dimostrato che il cross-talk tra le cascate di segnalazione JAK2 e NF-κB è un possibile fattore nella lesione del nervo centrale. È stato anche dimostrato che l’eritropoietina previene la degenerazione assonale quando prodotta dalle cellule di Schwann vicine con protossido di azoto come segnale di lesione assonale.

Modo di agire

Effetti diretti e indiretti

L’eritropoietina esercita il suo ruolo neuroprotettivo direttamente attivando molecole trasmittenti che svolgono un ruolo nell’eritrogenesi e indirettamente ripristinando il flusso sanguigno. È stata studiata la somministrazione sottocutanea di RhEpo sull’autoregolazione del flusso sanguigno cerebrale dopo emorragia subaracnoidea sperimentale. In diversi gruppi di ratti Sprague-Dawley maschi, l’iniezione di Epo dopo l’induzione dell’emorragia ha normalizzato l’autoregolazione del flusso sanguigno cerebrale, mentre quelli trattati con un veicolo non hanno mostrato alcuna autoregolazione.

Sentiero

Il percorso dell’eritropoietina nel sistema nervoso centrale e periferico inizia con il legame di Epo a EpoR. Questo porta alla fosforilazione enzimatica di PI3-Ke NF-κB e provoca l’attivazione di proteine ​​che regolano l’apoptosi delle cellule nervose. Ricerche recenti mostrano che Epo attiva cascate JAK2 che attivano NF-κB, portando all’espressione di CIAP e c-IAP2, due geni che inibiscono l’apoptosi. La ricerca condotta sui neuroni dell’ippocampo di ratto dimostra che il ruolo protettivo dell’Epo nella morte cellulare indotta dall’ipossia agisce attraverso le chinasi extracellulari regolate dal segnale ERK1, ERK2 e la protein chinasi Akt-1/PKB. L’azione di Epo non si limita solo a promuovere la sopravvivenza cellulare e l’inibizione dell’apoptosi neurale è alla base degli effetti protettivi a breve latenza di Epo dopo una lesione cerebrale. Di conseguenza, le azioni neurotrofiche possono dimostrare effetti di latenza più lunga, ma è necessario condurre ulteriori ricerche sulla sua sicurezza ed efficacia clinica.

Danno cerebrale e infiammazione

Oltre all’effetto anti-apoptotico, Epo riduce la risposta infiammatoria durante diversi tipi di danno cerebrale attraverso il percorso NF-κB. Il percorso NF-κB attivato dalla fosforilazione di Epo/EpoR svolge un ruolo nella regolazione della risposta infiammatoria e immunitaria, oltre a prevenire l’apoptosi dovuta allo stress cellulare. Le proteine ​​NF-κB regolano la risposta immunitaria attraverso il controllo dei linfociti B e la proliferazione dei linfociti T. Queste proteine ​​sono tutte importanti per l’espressione di geni specifici per la regolazione della risposta immunitaria e infiammatoria.

Effetti neuroprotettivi

Come agente neuroprotettivo, l’eritropoietina ha molte funzioni: antagonizzare l’azione citotossica del glutammato, migliorare l’espressione dell’enzima antiossidante, ridurre la velocità di produzione di radicali liberi e influenzare il rilascio di neurotrasmettitori. Esercita il suo effetto neuroprotettivo indirettamente attraverso il ripristino del flusso sanguigno o direttamente attivando molecole trasmittenti nei neuroni che svolgono anche un ruolo nell’eritrogenesi. Sebbene l’apoptosi non sia reversibile, l’intervento precoce con procedure terapeutiche neuroprotettive come la somministrazione di eritropoietina può ridurre il numero di neuroni che subiscono l’apoptosi.

Somministrazione di EPO umana ricombinante

È stato dimostrato che la somministrazione sistemica di RhEpo riduce l’apoptosi delle cellule gangliari della radice dorsale. Mentre gli animali trattati con RhEpo non erano inizialmente protetti dall’allodinia meccanica dopo lo schiacciamento del nervo spinale, è stato dimostrato un tasso di recupero significativamente migliore rispetto agli animali non trattati con RhEpo. Questa terapia con RhEpo ha aumentato la fosforilazione di JAK2, che si è rivelata un passaggio di segnalazione chiave nella neuroprotezione indotta da Epo mediante un meccanismo anti-apoptotico. Questi risultati dimostrano che la terapia Epo è un possibile trattamento del dolore neuropatico riducendo la protrazione del dolore dopo la lesione del nervo. Tuttavia, è necessario condurre ulteriori studi per determinare il tempo e il dosaggio ottimali per il trattamento con RhEpo.

Lesione cerebrale neonatale

Nei neonati con scarso sviluppo neurologico, la prematurità e l’ asfissia sono problemi tipici. Queste condizioni possono portare a paralisi cerebrale , ritardo mentale e compromissione sensoriale. Terapia dell’ipotermia per l’encefalopatia neonataleè una terapia comprovata per le lesioni cerebrali neonatali. Tuttavia, recenti ricerche hanno dimostrato che alte dosi di eritropoietina ricombinante possono ridurre o prevenire questo tipo di danno cerebrale neonatale se somministrate precocemente. Un alto tasso di apoptosi neuronale è evidente nel cervello in via di sviluppo a causa della sovrapproduzione iniziale. I neuroni che sono elettricamente attivi e fanno connessioni sinaptiche sopravvivono, mentre quelli che non subiscono l’apoptosi. Mentre questo è un fenomeno normale, è anche noto che i neuroni nel cervello in via di sviluppo corrono un rischio maggiore di subire l’apoptosi in risposta alla lesione. Una piccola quantità di RhEpo può attraversare la barriera emato-encefalica e proteggere dal danno ipossico-ischemia. Il trattamento con Epo ha anche dimostrato di preservare il volume cerebrale emisferico 6 settimane dopo l’ictus neonatale. Ha dimostrato sia effetti neuroprotettivi che una direzione verso la neurogenesi nell’ictus neonatale senza difficoltà associate a lungo termine.

Effetti cognitivi e comportamentali

È stato anche dimostrato che la somministrazione sistemica di RhEpo riduce il deterioramento comportamentale associato alla lesione nei ratti con lesioni ippocampali. Lo studio ha confermato che la somministrazione di Epo ha migliorato le capacità comportamentali e cognitive post-traumatiche rispetto a un controllo salino che non ha registrato alcun miglioramento, sebbene non abbia avuto alcun effetto rilevabile sull’acquisizione del compito negli animali non lesionati. Epo è in grado di ridurre o eliminare le conseguenze del danno meccanico all’ippocampo ma dimostra anche possibili effetti terapeutici in altri domini cognitivi.

Neuroni dopaminergici

Epo ha dimostrato di proteggere in modo specifico i neuroni dopaminergici , che sono strettamente legati al disturbo da deficit di attenzione e iperattività . In particolare nei topi, Epo ha dimostrato effetti protettivi sui neuroni dopaminergici nigrali in un modello murino del morbo di Parkinson . Questo recente esperimento ha testato l’ipotesi che RhEpo potesse proteggere i neuroni dopaminergici e migliorare l’esito neurocomportamentale in un modello di ratto della malattia di Parkinson. La somministrazione intrastriatale di RhEpo ha ridotto significativamente il grado di asimmetria rotazionale e i ratti trattati con RhEpo hanno dimostrato un miglioramento nell’uso esperto dell’avambraccio. Questi esperimenti hanno dimostrato che la somministrazione intrastriatale di RhEpo può proteggere i neuroni dopaminergici nigrali dal 6-OHDAmorte cellulare indotta e migliorare l’esito neurocomportamentale in un modello di ratto della malattia di Parkinson.

Trattamento attuale

Attualmente il metilprednisolone (Medrol) è l’unico agente farmaceutico usato per trattare i traumi del midollo spinale. È un corticosteroide che riduce i danni alle cellule nervose e diminuisce l’infiammazione vicino ai siti di lesione. Viene tipicamente somministrato entro le prime 8 ore dopo la lesione, ma dimostra scarsi risultati sia nei pazienti che nei modelli sperimentali. Sono sorte alcune controversie sull’uso del metilprednisolone a causa dei rischi associati e degli scarsi risultati clinici, ma è l’unico farmaco disponibile.

Ruolo neuroterapeutico

Se somministrato entro un periodo di tempo specifico in esperimenti con eritropoietina nel sistema nervoso centrale, Epo ha una risposta favorevole nelle lesioni cerebrali e del midollo spinale come traumi meccanici o emorragie subaracnoidee. La ricerca dimostra anche un ruolo terapeutico nella modulazione dell’eccitabilità neuronale e nell’agire come fattore trofico sia in vivo che in vitro. Questa somministrazione di eritropoietina funziona inibendo l’apoptosi dei neuroni sensori e motori attraverso la stimolazione delle vie metaboliche anti-apoptotiche intracellulari. L’azione dell’eritropoietina sulle cellule di Schwann e la risposta infiammatoria dopo un trauma neurologico indica anche la stimolazione iniziale della rigenerazione nervosa dopo una lesione del nervo periferico.

Ruolo nella neurogenesi

L’eritropoietina e il suo recettore hanno un ruolo essenziale nella neurogenesi , in particolare nella neurogenesi post-ictus e nella migrazione dei neuroblastiad aree di lesione neurale. Vengono trovati gravi difetti di neurogenesi embrionale negli animali che erano nulli per i geni Epo o EpoR. Negli animali knock-down EpoR, la delezione dei geni EpoR specifici del cervello porta a una riduzione della crescita cellulare nella zona subventricolare e a una compromissione della neurogenesi dopo l’ictus. Questa neurogenesi post-ictus è stata caratterizzata da un’alterata migrazione dei neuroblasti nella corteccia peri-infartuale. Questo risultato è in accordo con l’approccio classico ai contributi Epo/EpoR nello sviluppo in quanto ha dimostrato un requisito Epo/EpoR per lo sviluppo neurale embrionale, la neurogenesi adulta e la rigenerazione dei neuroni dopo l’infortunio. Alte dosi di eritropoietina esogena potrebbero dimostrare un ruolo neuroprotettivo legandosi a un recettore che contiene il recettore beta comune ma manca di EpoR.

Neurorigenerazione

Mentre gli effetti neuroprotettivi della somministrazione di Epo nei modelli di lesioni cerebrali e malattie sono stati ben descritti, gli effetti dell’Epo sulla neurorigenerazione sono attualmente oggetto di studio. La somministrazione di Epo durante la transazione del nervo ottico è stata utilizzata per valutare le proprietà neuroprotettive in vivo e per dimostrare le capacità neurorigenerative. L’iniezione intravitreale di Epo ha aumentato le cellule gangliari della retinasopravvivenza dei somi e degli assoni dopo la transazione. Una piccola quantità di assoni è penetrata nel sito della transazione e si è rigenerata fino a 1 mm nel nervo distale. In un secondo esperimento, Epo ha raddoppiato il numero di assoni delle cellule gangliari della retina che si rigenerano lungo un tratto di nervo innestato sul nervo ottico retrobulbare. Questa prova dell’Epo come agente neuroprotettivo e neurorigenerativo è estremamente promettente per l’Epo come terapia nella lesione e riparazione del nervo centrale.

Direzioni di ricerca

L’eritropoietina ha dimostrato di avere un ruolo neuroprotettivo sia nel sistema nervoso centrale che in quello periferico attraverso percorsi che inibiscono l’apoptosi. Ha avuto successo nel dimostrare gli effetti neuroprotettivi in ​​molti modelli di lesioni cerebrali e in alcuni esperimenti. È anche in grado di influenzare la stimolazione dei neuroni e promuovere la rigenerazione dei nervi periferici. Epo ha molti potenziali usi e potrebbe fornire una risposta terapeutica per le lesioni del sistema nervoso. Tuttavia, è necessario condurre ulteriori studi per determinare il tempo e il dosaggio ottimali per il trattamento con Epo.

Glaucoma

La neuroprotezione è anche un concetto utilizzato in oftalmologia per quanto riguarda il glaucoma . L’unica neuroprotezione attualmente dimostrata nel glaucoma è la riduzione della pressione intraoculare. Tuttavia, ci sono teorie secondo cui esistono altre possibili aree di neuroprotezione, come la protezione dalla tossicità indotta dalla degenerazione delle fibre nervose dal glaucoma. I modelli di coltura cellulare mostrano che è possibile impedire la morte delle cellule gangliari della retina mediante alcuni trattamenti farmacologici. L’iniezione intraperitoneale di Epo nei topi DBA/2J ha protetto/rallentato la degenerazione delle cellule gangliari della retina (RGC). La sovraespressione di mutanti Epo ed Epo nell’occhio tramite vettori virali è tossica per la retina.


https://en.wikipedia.org/wiki/Erythropoietin_in_neuroprotection

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