Erythropoietin - effekt på nydannelse af nerveceller i hjernen

Den almindelige antagelse har længe været, at antallet af nerveceller i hjernen er givet ved fødslen, og derefter kun kan blive mindre grundet skader, sygdomme og aldringsprocesser. Den voksne hjerne er imidlertid - også på dette punkt - langt mere plastisk end tidligere antaget. Senest er det således dokumenteret, at der i den voksne pattedyrhjerne, inkl. menneskets, sker en fortsat nydannelse af nerveceller i bestemte områder. De nye nerveceller dannes fra mindre grupper af umodne, stadigt delende celler - neurale stamceller, der både danner forskellige typer af nerveceller og glia (astrocytter og oligodendrocytter).

Nydannelsen af nerveceller (neurogenesen) i den voksne hjerne sker primært i fascia dentata-delen af hippocampus samt i de ventrikulære/subventrikulære cellelag fortil i lateralventriklerne. I fascia dentata optages de nydannede nerveceller i det tilstødende lag af kornceller (granulaceller), mens de nydannede celler, der dannes i de ventrikulære/

subventrikulære cellelag, migrerer som neuroblaster (nervecelleforstadier), som en såkaldt rostral migrationsstrøm, frem til bulbus olfactorius, hvor de uddifferentieres til dopaminerge og GABAerge nerveceller. Den kontinuerlige tilførsel af nerveceller til de to nævnte områder af hjernen er veldokumenteret, men også til andre områder, inkl. hjerne-

barken (neocortex), synes der at være en mere beskeden og situationsbestemt tilførsel/nydannelse af nerve- og gliaceller.

Mange neurologiske lidelser skyldes tab af nerveceller efter traumer, iskæmi og neurodegenerativ sygdom - som fx Parkinsons sygdom. Transplantation af umodne nerveceller, dannet fra neurale stamceller, der er isoleret, opformeret og prædifferentieret i vævskultur, eller stimulation af hjernens egne (endogene) stamceller til dannelse af nerveceller, kan meget vel på længere sigt tænkes at afhjælpe flere af disse lidelser. Der mangler dog helt afgørende viden om de faktorer (induktionsfaktorer, nervevækstfaktorer, signalmolekyler), der regulerer cellernes migration og uddifferentiering i såvel den raske som den beskadigede hjerne. I terapeutisk sammenhæng er det helt nødvendigt på forhånd at vide, hvad der styrer de udifferentierede cellers migration mod specifikke hjerneområder eller læsioner (homing) og deres differentiering i specifik neuronal retning.

Lav ilttension og erythropoietin

Nyere studier har påvist, at hypoksi (cerebral iskæmi) stimulerer hjernens neurogenese. Det er desuden vist, at erythropoietin (EPO), et hormon/cytokin, der er mest kendt for stimulationen af dannelsen af røde blodlegemer i knoglemarven (hæmatopoesen), også produceres i hjernen. Her menes det bl.a. at have en cellebeskyttende, anti-apoptotisk effekt, som reaktion på hypoksien (1-3). I den voksne hjerne dannes EPO også lokalt i den ventrikulære/subventrikulære zone, hvor det bindes til specifikke EPO-receptorer på de nestinpostive stamceller. Eksperimentelle studier af uddifferentieringen af dyrkede neurale stamceller har vist, at lavt ilttryk* signifikant øger dannelsen af nerveceller i forhold til gliaceller (4, 5). I parallelle in vitro-forsøg er det vist, at genekspressionen af EPO forøges som respons på nedsat ilttension, og at den øgede nydannelse af nerveceller efter hypoksi kan eftergøres ved direkte tilsætning af EPO til stamcellernes dyrkningsmedium, samt at EPO-effekten blokeres ved samtidig tilsætning af EPO-bindende antistoffer. På voksne mus har man fundet, at EPO injiceret i lateralventriklerne øger antallet af migrerende neuroblaster fra de ventrikulære og subventrikulære cellelag, og dermed nydannelsen af interneuroner i bulbus olfactorius. En tilsvarende intraventrikulær infusion af antistoffer mod EPO blokerer for denne

effekt og resulterer i stedet i en stigning i antallet af udifferentierede stamceller lokalt i den ventrikulære/subventrikulære zone (4). Det er altså dokumenteret, at EPO enten via auto- eller parakrine mekanismer kan regulere migrationen og den fænotypiske uddifferentiering af neurale stamceller i retning af nerveceller i hjernen.

Grundvidenskabelige og kliniske perspektiver

De grundvidenskabelige perspektiver af den forøgede neurogenese efter behandling med EPO, er store. Mange forskningsgrupper verden over, inkl. grupper ved det nyetablerede Dansk Center for Stamcelleforskning (DASC), med deltagere fra Odense, Aalborg og Københavns Universiteter samt Odense Universitetshospital, NsGene A/S og Hagedorn Research Institute, arbejder nu målrettet på at anvende denne nye viden til effektivt at styre den specifikke uddifferentiering af stamceller fra bl.a. hjerne, navlesnorsblod, lever og pancreas mod vævsspecifikke celler i behandlingsmæssigt øjemed (Fig. 1 ). For hjernen er der her og andre steder specielt fokus på dannelse af dopaminerge nerveceller ud fra neurale og non-neurale stamceller. I den henseende foreligger der ikke detaljeret viden om, hvorvidt EPO-behandlingen giver ophav til en blandet population af nerveceller, eller om der overvejende dannes nerveceller med bestemte fænotypiske karakteristika. Alt tyder dog på, at det er nødvendigt med tidsmæssigt tilpassede behandlinger med blandinger af forskellige induktionsfaktorer, nervevækstfaktorer og hormoner, før man kan etablere cellebanker med veldefinerede populationer af nerveceller til behandling af fx Parkinsons sygdom.

Omvendt er der umiddelbare og interessante kliniske perspektiver vedr. stimulation af hjernens endogene stamceller ved behandling med EPO. Disse perspektiver dækker bl.a. over mulig behandling af mild traumatisk beskadigelse af hjernen samt flere af de alvorlige neurodegenerative sygdomme, hvor man i dag kun kan symptombehandle eller udrette meget lidt. Om man vil kunne opnå signifikante regenerative eller neuroprotektive effekter ved behandling med EPO er fortsat uklart, men muligheden er der og vil forholdsvist hurtigt kunne efterprøves. EPO har således ikke alvorlige bivirkninger i de terapeutiske doser, der allerede anvendes i klinikken i dag.

Syddansk Universitet, Institut for Medicinsk Biologi, Anatomi og Neurobiologi.

*) Reelt et ilttryk, som er nærmere det, der findes i vævene normalt, og altså kun specielt lavt i forhold til det ufysiologisk høje ilttryk, man sædvanligvis anvender i dyrkningsinkubatorer.

1. Chikuma M, Masuda S, Kobayashi T, Nagao M, Sasaki R. Tissue-specific regulation of erythropoietin production in the murine kidney, brain, and uterus. Am J Physiol Endocrinol Metab 2000; 279: 1242-8.
2. Morishita E, Masuda S, Nagao M, Yasuda Y, Sasaki R. Erythropoietin receptor is expressed in rat hippocampal and cerebral cortical neurons, and erythropoietin prevents in vitro glutamate-induced neuronal death. Neuroscience 1997; 76: 105-16.
3. Wen TC, Sadamoto Y, Tanaka J, Zhu PX, Nakata K, Ma YJ et al. Erythropoietin protects neurons against chemical hypoxia and cerebral ischemic injury by up-regulating Bcl-xL expression. J Neurosci Res 2002; 67: 795-803.
4. Shingo T, Sorokan T, Shimazaki T, Weiss S. Erythropoietin regulates the in vitro and in vivo production of neuronal progenitors by mammalian forebrain neural stem cells. J Neuroscience 2001; 21: 9733-43.
5. Studer L, Csete M, Lee SH, Kabbani N, Walikonis J, Wold B et al. Enhanced proliferation, survival, and dopaminergic differentiation of CNS precursors in lowered oxygen. J Neuroscience 2000; 20: 7377-83.