NÖROLOJ K B L MLER ARAfiTIRMALARININ KL N K UYGULAMALARI Bölüm Editörü Eduardo E. Benarroch, MD Hipoksi ile tetiklenen mediyatörler ve nörolojik hastal k Eduardo E. Benarroch, MD Yaz flma adresi ve reprint istekleri için Dr. Eduardo E. Benarroch, Department of Neurology, 200 First Street SW, West 8A Mayo Bldg., Rochester, MN 55905 benarroch.eduardo@mayo.edu Oksijen, aktif hücresel ifllevlerin ço unlu u için enerji kayna olan ATP nin üretildi i, aerobik glukoz metabolizmas nda son elektron al c s d r. Hücreler hipoksiyi fark eden ve hipoksi ile tetiklenen faktör (HIF) arac l ile iflleyen, evrimsel olarak korunmufl bir yolu tetikleyen, h zl ve etkin bir moleküler yan t sistemine sahiptir. Bu, transkripsiyonel regülatör oksijen deste ini art ran ve anaerobik ATP üretimini destekleyen birçok adaptif genin induksiyonuna arac l k eder. Bu genler, glukoz transporter- 1 (GLUT-1), glikolitik enzimler, vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) ve eritropoetini (EPO) kodlayan genleri içermektedir. Normoksi s ras nda, Von Hippel Lindau tümör supressor geni (VHL), HIF a ba lan r ve ubikuitin arac l proteolizi tetikler. Hipoksi yan t n n normal hücre fonksiyonunda kritik adaptif rolü olmas n n yan nda, bu yan t n birçok efektör ajan, hemanjiyoblastom, malign gliyom ve serebral iskemi gibi birçok nörolojik bozuklukta ya patogenez ile iliflkilendirilmifl ya da nöroprotektif faktör olarak bildirilmifltir. Hem VEGF hem de EPO sinyal yollar bu gibi ve di er durumlarda potansiyel terapötik hedeflerdir. Bu konu bafll nda birçok iyi derleme bulunmaktad r. 1 15 HÜCRESEL OKS JEN ALGILAMA MEKAN ZMALARI Hipoksi ile tetiklenen faktör ve oksijen alg lama. Hipoksi ile tetiklenen faktör ve oksijen alg lama HIF ler, hipoksi ile regüle olan elementler olarak adland r - lan, kanonik DNA segmentlerine ba lanan transkripsiyon faktörleridir. Bu faktörler, hücre metabolizmas n, anjiyogenezi, vasküler tonusu, eritropoezi ve di er fonksiyonlar regüle eden proteinleri kodlayan birçok genin ekspresyonunu aktive ederler. 1 3 HIF, bir adet hipoksi ile tetiklenen (HIF1α ya da 2α) alt ünitesinden ve temel eleman olan HIF1β dan oluflan heterodimerik, bir DNA ba lay c komplekstir. HIF yolu oksijene ba ml postranslasyonel hidroksilasyonu ile regüle edilir ve bunun sonucunda normoksi s ras nda h zl flekilde inaktivasyon ve degredasyon oluflur (flekil 1). alt üniteleri prolil hidroksilaz bölgesi enzimleri (PHD) ve aspargil hidroksilaz (faktör inhibe edici HIF, FIF) içeren oksijene ba ml enzimler ailesinin substratlar d r. Bu enzimler oksijen alg lay c lar olarak ifl görürler ve normoksik koflullarda n n özel bölgelerden hidroksilasyonunu katalize ederler. 1 4 Bu hidroksilazlar moleküler oksijeni kullan rlar ve kofaktör olarak, ferröz demir (Fe +2 ), askorbat ve alfaketogulterata ihtiyaç duyarlar. 1,2 Normoksi s ras nda, PHD ler HIF1α n n 2 korunmufl prolin kal nt s n hidroksile ederler ve VHL proteini için bir ba lanma bölgesi olufltururlar. 4 Bu protein bir E3 ubikuitin ligazd r ve n n proteazom taraf ndan ubikuitinasyon ve degradasyonuna yard mc olur. Orta seviyelerde hipokside, FIH HIF1α n n C terminal transaktivatör bölgesini hidroksile eder ve bunun sonucunda HIF1α n n transkripsiyonel ko-aktivatör CREB (c- AMP-yan t element ba lay c protein) ile iliflkisi önlenmifl olur. Hipoksik koflullarda, proteazomal y - k mdan kaçar, sitozolde birikir ve nükleusa geçerek HIFβ ile heteromerik bir kompleks oluflturur. Bu kompleks hedef genlerin promoter ya da art r c sekanslar na ba lan r (flekil 1). Hipoksiye ek olarak, TNF-α ve interlökün 1β gibi proinflamatuvar sitokinler de HIF ekspresyonunu tetikleyebilir. 9 Mitokondriler, oksijen alg lama ve HIF yolu. Mitokondriyal sinyaller ve HIF aktivitesi aras nda karfl l kl iletiflim oldu una dair önemli kan tlar bulunmaktad r. 1 3 Mitokondriyal aktivite seviyesi HIF yolu aktivasyonunu etkiler ve HIF yolu ürünleri de mitokondriyal metabolizmay kontrol eder. Hipoksi s ras nda mitokondriyal kompleks III te reaktif oksijen ürünlerinin oluflmas (ROS) Fenton III reaksi- SÖZLÜK ALS = amiyotrofik lateral skleroz; AMPA = α-amino-3-hydroxy-5-metil-4-izoksazol propionat; ATP = adenozin trifosfat; CBP = CREB ba lay c protein; COX = sitokrom c oksidaz; CREB = camp yan t element ba lay c proteini; EPO = eritropoietin; EPOR = EPO reseptörü; FIH = faktör inhibe edici HIF; GLUT-1 = glukoz transporter-1; HIF = hipoksi ile tetiklenen faktör; HRE = hipoksi ile regüle olan element; IDH = izositrat dehidrogenaz; NADPH = nikotin-adenin nükleotid fosfat; NFκB = nükleer faktör kappa B; NOS = nitrik oksit sentaz; NP = nöropilin; PHD = prolil hidroksilaz domain enzim; PI3K/Akt = fosfatidilinositol 3 kinaz-akt; POEMS = polinöropati, organomegali, endokrinopati, M protein ve deri de ifliklikleri; ROS = reaktif oksijen ürünleri; Ub = ubikuitin; VEGF = vasküler endotelyal büyüme faktörü; VEGFR = VEGF reseptörü; VHL = von Hippel Lindau. Mayo Clinic, Department of Neurology, Rochester, MN. Beyan: Yazarlar n beyanlar makalenin sonunda verilmifltir. 382 Copyright 2009 by AAN Enterprises Inc.
Şekil 1 Hücresel oksijen algılama mekanizmaları HIF aktivitesi O 2 düzeyi HIFβ CBP FIH PHD VHL O 2, Fe +2, α-kg OH VHL OH OH OH OH OH OH OH OH Ub Ub Ub HIFβ CBP Hipoksi + GLUT-1 ile VEGF tetiklenen EPO genler Proteozom aracılı degradasyon HRE DNA OH OH Asparajin-OH Prolin-OH Hipoksi ile tetiklenen faktörler (HIF), DNA nın hipoksi ile regüle olan element (HRE) sekanslarına bağlanan ve glutamat transporter-1 (GLUT-1), vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) ve eritropoietin (EPO) dahil birçok genin ekspresyonunu aktive eden transkripsiyon faktörleridir. HIF, hipoksi ile tetiklenen ve esas HIFβ alt ünitelerinden oluşan, heterodimerik, DNA bağlayıcı komplekstir. Oksijen (O 2 ) varlığında, propil hidroksilazlar (PHD) ve aspargil hidroksilaz (faktör inhibe edici HIF, FIH) ile hidroksile olur. PHD aracılı hidroksilasyon von Hippel Lindau (VHL) proteini için bağlanacak bir yer oluşturur ve bu şekilde nın ubikinasyon ve proteozom degradasyonu tetiklenir. Orta seviyelerde hipokside, FIH tarafından HIF1α hidroksilasyonu HIF1α nın transkripsiyonel koaktivatör CREB (camp yanıt element bağlayıcı proteini) bağlayıcı protein (CBP) ile ilişki kurmasını engeller. yonunu tetikleyebilir ve Fe +3 birkimi ve prolil ya da aspargil hidroksilaz aktivitesi için gerekli olan Fe +2 in azalmas na neden olabilir. Hipoksi s ras nda, oksijen hücre içinde yeniden da l m gösterir; bulunan oksijenin büyük k sm mitokondriyal sitokrom oksidaz taraf ndan kullan l r ve bundan dolay geriye, PHD lerin aktivitesini art racak olan az oranda sitozolik oksijen kal r. 2,3 Hipoksi ile tetiklenen yan t n elemanlar. HIF a ba ml genler glikoliz, kan ak fl ve dokulara oksijen sa lanmas n düzenleyen proteinleri kodlar. Bunlar n içinde GLUT-1, birçok glikolitik enzimler VEGF, EPO, indüklenebilir nitrik oksid sentetaz (NOS), adrenomedullin, beta adrenerjik reseptörler ve karbonik anhidraz bulunmaktad r (tablo 1). Glikoliz ve mitokondriyal metabolizma. Birçok hipoksi ile tetiklenen hedef gen ürünleri glikolizi düzenler. GLUT-1, beyin endotelyal hücrelerinde yüksek oranda eksprese edilir ve MSS ye glukoz giriflinde kritiktir. Laktat dehidrogenaz- 1 gibi enzimler, Krebs siklusunun hesab na glikoliz yolu ile ATP üretimini art r rlar. HIF1α, ayr ca COX 4 1 ünitesini daha etkin olan COX 4 2 ünitesi ile de ifltirerek, kompleks IV seviyesinde aerobik solunumu düzenler ve artm fl mitokondriyal solunuma neden olur. 1 3 Vasküler endotelyal büyüme faktörü. VEGF, anjiyogenezin ve vasküler geçirgenli in anahtar düzenleyicisidir. 4,5 VEGF ailesi; VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D ve plasental büyüme faktörünü içermektedir. Bu çeflitli VEGF ler tirozin kinaz VEGF reseptörleri (VEGFR) 1, 2, 3 ve tirozin kinaz olmayan nöropillin reseptörleri (NP) 1 ve 2 yolu ile fonksiyon gösterirler. 5 VEGFR1 ve nöropillin-1 ekspresyonu hipoksi ile upregüle olur. Endotelyal hücrelerde, NP-1 ve NP-2 VEGFR2 ile heteromultimerik bir kompleks oluflturarak VEGF ler için koreseptör olarak fonksiyon görür. VEGF-A, endotelyal hücrelerin proliferasyon, filizlenme, migrasyon, canl kalmas n düzenler. Bu etkiler esas olarak VEGFR2 arac l ile olmaktad r ve fibroblast büyüme faktörü-2 gibi di er anjiyogenik sitokinler taraf ndan da art r l r. 5 VEGF-A ayr ca, birçok antiapoptotik proteinlerin ekspresyonunu düzenler, vasküler geçirgenli i Neurology 73 August 18, 2009 383
Tablo Effektör Glukoz transporter-1 Laktat dehidrogenaz-1 Piruvat dehidrogenaz kinaz-1 Karbonik anhidraz Adrenomedullin -adrenerjik reseptör Hipoksi ile tetiklenen cevabın effektörleri Vasküler endotelyal büyüme faktörü Eritropoietin Mekanizma Kan beyin bariyerinden glukoz transportu Piruvatın laktata dönüşünü artırır Piruvatın asetil ko-a ya dönüşümünde gerekli olan piruvat dehidrogenaz aktivitesini azaltır CO 2 ve sudan karbonik asit oluşumunu katalize eder ve burdan PH regulasyonu yapan HCO 3 ve H oluşur Vazodilatasyon Vazodilatasyon Proliferasyon, filizlenme, migrasyon ve endotelyal hücrelerin canlı kalması, vazodilatasyon, artmış vasküler geçirgenlik, apoptozu inhibe eder Eritropoez, apoptoz inhibisyonu yapar, anjiyogenez, nörotrofizm, inflamasyon inhibisyonu, kan-beyin bariyeri geçirgenliğini azaltır, APQ4 aracılı hücresel ödemi azaltır art r r ve endotelyal NOS indüksiyonu yoluyla vazodilatasyona neden olur. VEGF ayr ca, nöronlar da dahil olmak üzere, di- er hücrelerde bulunan reseptörlere de ba lan r; son zamanlarda bulunan kan tlar VEGF-A, VEGF- B ve VEGF-C nin direkt olarak nöral hücreleri etkileyebildi ini göstermifltir. Örne in, in vitro ve transgenik fare modellerinde yap lan çal flmalar VEGF nin spinal motor nöronlar üzerinde, AMPA (alfa- amino- 3-hidroksi- 5-metil-4-izoksazol propiyonat) reseptörünün GluR2 alt ünitesinin upregülasyonu ve bu reseptörlerin kalsiyuma karfl geçirgen olmamas n sa lamak gibi birçok mekanizma yolu ile nöroprotektif özellikleri oldu unu göstermektedir. 16 VEGF ayr ca bu hücrelerde apoptozu inhibe eden, fosfatidilinozitol 3 kinaz-akt (protein kinaz B) sinyal transduksiyon yolunu aktive eder. 17 Eritropoietin. Eritropoietin, esas fonksiyonu k rm - z kan hücrelerinin üretimini stimule etmek olan kanda dolaflan bir glikoproteindir. Sistemik EPO nun %90 böbreklerde yap l rken, bu protein ayr ca MSS de dahil olmak üzere non-eritropietik hücrelerde de saptanm flt r. 6 9 Eritropoietin mrna s insan beyninde esas olarak korteks ve hipokampusta eksprese olur. Nöronlar, astrositler, mikrogliya ve beyin endotelyal hücreleri EPO reseptörleri eksprese eder; bu reseptörler özellikle kapillerlerin etraf ndaki astrosit ayak ç k nt lar nda çok say da bulunmaktad r. 6 8 EPO ekspresyonu hipoksi ile güçlü flekilde regüle edilirken, EPO reseptörlerinin ekspresyonu HIF a sensitif de ildir, fakat proinflamatuvar sitokinler ve EPO nun kendisi taraf ndan upregüle edilir. 7 9 EPO nun MSS de, nöroproteksiyon, nörotrofizm, anjiyogenez, immunomodulasyon ve sinaptik plastisite de dahil olmak üzere parakrin etkileri oldu una dair, in vitro, deneysel modeller ve reseptör knock-out fare çal flmalar ndan elde edilen çok say da kan t bulunmaktad r. 7 9,18 Eritropoietinin hipoksi, iskemi, kafa travmas ya da nöbetler gibi durumlarda nöronal canl l n sürdürülmesinde önemli rolü olabilir. 7 9 Örne- in, astrositlerden hipoksi ile tetiklenen EPO sal n m nöronlarda glutamat sal n m ve apoptozisi inhibe edebilir. EPO nun nöroprotektif etkilerine arac l k eden reseptörler eritropoezi sa layanlardan farkl gibi görünmektedir. Eritropoietin, fosfatidilinozitol 3 kinaz-akt yolunu aktive ederek ve nükleer faktör kappa B nin çekirde e translokasyonunu düzenleyerek apoptozisi inhibe eder ve nöroprotektif ve antiapoptotik proteinlerin ekspresyonlar na neden olur. 7 9 Eritropoietin ayr ca, astrositlerin proliferasyonunu, oligodendrositlerin farkl laflmas n, anjiyogenezi düzenler ve kan beyin bariyerini VEGF arac l artm fl geçirgenli e karfl korur. 7 9 EPO normal BOS ta bulunabilse de, reseptör arac l transitozis yolu ile sa lan kan-beyin bariyerinden geçebilirlik derecesine dair tart flmalar söz konusudur. KL N K KORELASYONLAR von Hippel Lindau Hastal. Von Hippel Lindau hastal, kromozom 3p35 26 üzerindeki VHL genindeki mutasyonlara ba l, otozomal dominant bir hastal kt r. VHL hastal, MSS (özellikle serebellum ve spinal kord) ve retinan n hemanjiyoblastomlar, berrak hücreli renal karsinoma, feokromositoma ve iç organ kistleri (özellikle böbrek ve pankreas) ile karakterizedir. 4,11 VHL geni, y degradasyon amac yla hedefleyen, negatif olarak hipoksi ile tetiklenebilen mrna sentezini regüle eden ve RNA polimeraz II aktivitesinde yer alan düzenleyici alt ünitelerle yar flan, 2 tümör supressör proteinini kodlar. 1,4 ki tip VHL kompleksi bilinmektedir: VHL kompleksi tip 1 (düflük feokromositoma riski) ve VHL kompleksi tip 2 (yüksek feokromositoma riski ile).vhl kompleks tip 1 tafl yan ailelerin tipik olarak VHL gen delesyonlar ya da protein trunkasyon mutasyonlar bulunmaktad r; tip 2 VHL kompleksi bulunan ailelerde esas olarak missense mutasyonlar bulunmaktad r. 4,11 Hem HIF a ba ml olan hem de olmayan VHL fonksiyonlar n n VHL hastal nda tümör oluflumuna katk s oldu u düflünülmektedir. 4 HIF2α deregulasyonunun berrak hücreli renal karsinomlarda rolü var görünmektedir ve hemanjiyoblastomlar n geliflimine da katk s olabilir. 4 Hemanjiyoblastomlar n zengin vasküler yap s VEGF fazla ekspresyonuna ba l d r; hemanjiyoblastomlar n neoplastik hücreleri stromal hücrelerdir ve EPO upregulasyonuna ba l olarak ekstrameduller hematopoez yetene ine sahiptirler. Bu durum, bu tümörlerin polisitemi ile iliflkilerini aç klamaktad r. 11 Hemanjiyoblastomlar intrakraniyal tümörlerin %1.5 2.5 ini oluflturmaktad r ve ya VHL hastal n n bir parças olarak (vakalar n %25 30 u) ya da sporadik tümörler olarak ortaya ç kabilirler. 11 Serebellum en s k görüldü ü bölgedir ve bunu medulla ve spinal kanal izler. Okü- 384 Neurology 73 August 18, 2009
Şekil 2 Hipoksi şartların tetiklediği nörokorunma mekanizmaları Hipoksi ROS Fe +3 Fe +2 PHD Proinflamatuvar sitokinler HIFβ GLUT-1 VEGF EPO Glukoz VEGFR EPOR Glukotik enzimler NOS PI3K/Akt NF κb AQP4 Glukoz ile ATP üretimi Vazodilasyon Anjiyogenez Apoptozis Eksitotoksisite Sitotoksik ödem Hipoksi zemininde reaktif oksijen ajanlarına (ROS), proinflamatuvar sitokinler ya da diğer uyaranlara maruz kalmak, hipoksi ile tetiklenen faktör (HIF) aktivasyonu glutamat transporter-1 (GLUT-1), glikolitik enzimler, nitrik oksid sentetaz (NOS) vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) ve eritropoietini (EPO), kodlayan birçok genin transkripsiyonunu tetiklemektedir. VEGF reseptörleri ve (VEGFR) ve EPO reseptörlerinin (EPOR) aktivasyonu anjiyogenezi düzenler, eksitotoksisiteyi inhibe eder ve nöral hücreleri apoptozdan korur. Bu etki protein 3 kinaz-akt proteini (Pl3K/Akt) ve nükleer faktör kappa B (NFκB) yolu aktivasyonunu da kapsamaktadır. VEGF vasküler geçirgenliği artırırken, EPO hem vazojenik hem de sitotoksik ödemi engeller. ler hemanjiyoblastomlar, VHL kompleksi bulunan hastalar n %45 60 nda görülür. Gliyom. Metabolik enzimlerdeki de iflikliklerin kanser patogenezine katk s na dair kan tlar n say s gittikçe artmaktad r ve bu k smen HIF sinyallerindeki de iflikli e ba l olabilir. 19 VEGF arac l anjiyogenez malign gliyomlar n tipik özelli idir 12,20,21 ve HIF aktivitesindeki art fl yans t yor olabilir. Genomda yap lan bir çal flmada, 22 izositrat dehidrogenaz (IDH) 1 i kodlayan IDH1 genindeki somatik mutasyonlar gliyoblastoma multiforme vakalar n n %12 sinde saptanm flt r. Bu mutasyonlar daha düflük dereceli gliyomlar n transformasyonundan kaynaklanan tümörlerde daha s k bulunmaktayd. Bu durum IDH1 mutasyonlar n n gliyomlar n gelifliminde erken bir dönemde ortaya ç kt n göstermektedir. 19,22 Yan ve ark. 23 II ya da III. Evre astrositomlar n ya da oligodendrogliyomlar n en az %70 inin sitozolik IDH1 ya da mitokondriyal IDH2 mutasyonu tafl - d n bildirmifltir. zositrat dehidrogenaz, izositrat n PDH aktivitesi ve inaktivasyonu için gereken α-ketogluterata dönüflümünü katalize eder. Bundan dolay, IDH1 ya da IDH2 fonksiyonunun kayb 23 birikimi ve artm fl VEGF ekspresyonuna ve buna ba l malign gliyomdaki anjiyogeneze neden olabilir. 20 IDH1 ya da IDH2 mutasyonu tafl yan düflük ve orta derece gliomlarda hipervaskularizasyon nadir oldu undan, HIF disregülasyonu gliomlar n erken geliflimindeki tek mekanizma olmayabilir. Oksidatif stresten ve apoptozdan koruyan ve tümör hücrelerinin canl kalmas n ve büyümelerini düzenleyen Nikotin adenin nükleotid fosfat (NADPH) birikimi gibi alternatif olaylar da ileri sürülmüfltür. 19 Son derlemelerde yer alan çeflitli çal flmalarda, tekrarlayan malign gliomlu hastalarda VEGF ve VEGFR yi hedef alan antiangiogenik tedavilerin kullan m incelenmifltir. 12 VEGF ye karfl humanize monoklonoal bir antikor olan bevacizumab ve cediranib gibi VEGFR inhibitörü küçük mole- Neurology 73 August 18, 2009 385
küllerin nörogörüntülemelerde dramatik tümör yan t oluflturduklar, progresyonsuz sa kal m uzatt klar ve tekrarlayan malign gliomlu hastalarda kortikosteroid ihtiyac n azaltt klar gösterilmifltir. 12 Yine de, flu anda elimizde bulunan rejimlerle yan t süresi s n rl d r. Antianjiyogenik tedaviye direnç k smen alternatif proanjiyogenik faktörlerin varl na ba l d r. 12 POEMS. Polinöropati, organomegali, endokrinopati, M protein ve cilt de ifliklikleri (POEMS) nöropatisi kronik inflamatuvar demiyelinizan poliradikülonöropatiye benzer; sistemik özellikler, hepatosplenomegali, lenfadenopati, endokrinopati, ciltte hiperpigmantasyon, hipertrikozis, parmakta çomaklaflma ve dermal anjiyomlard r. PO- EMS sendromu, genellikle altta yatan, IgG ya da IgA lambda paraproteini ile birlikte osteosklerotik miyelomdan kaynaklanmaktad r. Serum VEGF de anormal art fllar POEMS tan s n düflündürücü faktördür ve patogenezi ile de iliflkili olabilir. VEGF mikrovasküler geçirgenli i art r r ve kan beyin bariyeri y k m ve periferik demiyelinizasyona neden olabilen sitokinleri ve matriks metalloproteinazlar upregüle edebilir. Proliferatif endotelyal hücrelere ve hiperkoagulabilite nedeni ile olan oklüzyona ba l mikroanjiyopati de aksonal hasara katk da bulunabilir. Otolog periferik kan kök hücre transplantasyonu polinöropati üzerinde yararl etki gösterebilir ve ayr ca VEGF seviyesinde h zl ve kal c bir düflüflü tetikleyebilir, bu VEGF nin sadece önemli bir gösterge de il, fakat bu hastal n patogenezinde de primer bir molekül olabilece ini göstermektedir. 24 Amiyotrofik lateral skleroz. In vitro ve s çan modeli deneyleri VEGF nin spinal motor nöronlar üzerinde nöroprotektif etkisi oldu unu göstermektedir. 25,27 Son zamanlarda VEGF ve ALS nin aras ndaki iliflkiyi inceleyen derlemeler yap lm flt r. 28 Postmortem çal flmalar ALS vakalar n n spinal motor nöronlar nda VEGF ve VEGFR-2 ekspresyonunda azalma göstermektedir. 29 Sporadik ALS de yap lan baz genom çal flmalar 30 ve ALS de hipoksemiye yan t olarak BOS ta VEGF upregulasyonu olmas, ALS patogenezi ve VEGF nin nörotropik etkisinde azalmas aras ndaki bir iliflki oldu unu desteklemektedir. Yine de, son zamanlarda yap lan genifl bir meta-analiz çal flmas VEGF genotipleri ya da haplotipleri ile sporadik ALS aras nda bir iliflki olmad n göstermifltir. 32 ALS de plazma, serum ya da BOS ta VEGF seviye ölçümleri farkl sonuçlar vermektedir. 28 skemik koflulland rma ve nöroproteksiyon. Birçok in vitro ve in vivo çal flmalar hipoksik ya da iskemik hasar vermeyen koflulland r c lara önceden maruz kalman n geçici olarak beynin iskemik hasara direncini art rd n göstermifltir. Bu nöroprotektif etki için birçok mekanizma önerilmifl olsa da, 33 36 önemli faktörlerden biri GLUT-1, glikolitik enzimler VEGF ve EPO nun upregulasyonu da dahil HIF-1 arac l reaksiyonlar n aktivasyonu olabilir (flekil 2). 33,36 39 Son zamanlarda beyin ya da spinal kord hasar, inme, nöbet, MS ve Parkinson hastal gibi çeflitli nörolojik hastal k modellerinde EPO nun potansiyel nöroprotektif etkileri incelenmifltir. 7 9 Potansiyel nöroprotektif mekanizmalar glutamat sal n m n n inhibisyonu, apoptoz inhibisyonu, nörotrofik fonksiyon, anjiyogenez, azalm fl kan-beyin bariyeri geçirgenli i, antiinflamatuvar etkiler ve aquaporin 4 ba ml astrosit fliflmesi inhibisyonudur. 40 PERSPEKT F Hipoksi ile düzenlenen genlerin ürünlerinin, birçok nörolojik hastal ktaki önemine dikkat çekilmifltir ve bu durumlar için potansiyel terapötik hedef oluflturmaktad rlar. Malign gliyomlarda antiangiogenez tedavisi bir aktif araflt rma alan olmaya devam etmektedir. 12 VEGF nin ALS de patojenik ya da potansiyel terapötik rolünü kan tlamak için daha fazla araflt rma gerekmektedir. 28 Deneysel inme ya da spinal kord hasar modellerinde PHD inhibitörleri 41 ya da tiloron 42 gibi HIF seviyelerini art ran farmakolojik manipulasyonlar n nöroproteksiyona neden oldu- unu gösteren çal flmalar, bu hastal klarda klinik denemeler için de bir dayanak oluflturmaktad rlar. Akut iskemik inmeli yetiflkinlerde yap lan bir I/II. faz çal flmada EPO güvenli ve prognozda iyileflme ile iliflkili bulunmufltur. 43 Yine de in vitro ve deneysel modellerde yap lan çal flmalar EPO nun hipoksik hasardan hemen sonra ve erken dönemlerde nöroprotektif oldu unu fakat yararl etkilerinin zamanla azald n ve hipoksi zemininde EPO nun yüksek seviyede olmaya devam etmesinin apoptozu art rabilece ini öne sürmektedir. Bundan dolay, EPO nun ya da di er hipoksi ile tetiklenen genlerin nörolojik hastal klarda potansiyel klinik yarar hakk nda karara varmadan önce iyi kontrollü, çok merkezli çal flmalar ve uzun süreli hasta de erlendirmelerine ihtiyaç vard r. KAYNAKLAR 1. Kaelin WG, Jr., Ratcliffe PJ. Oxygen sensing by metazoans: the central role of the HIF hydroxylase pathway. Mol Cell 2008;30:393 402. 2. Taylor CT. Mitochondria and cellular oxygen sensing in the HIF pathway. Biochem J 2008;409:19 26. 3. Chavez A, Miranda LF, Pichiule P, Chavez JC. Mitochondria and hypoxia-induced gene expression mediated by hypoxiainducible factors. Ann NY Acad Sci 2008;1147:312 320. 4. Kaelin WG, Jr. The von Hippel-Lindau tumour suppressor protein: O2 sensing and cancer. Nat Rev Cancer 2008; 8:865 873. 5. Testa U, Pannitteri G, Condorelli GL. Vascular endothelial growth factors in cardiovascular medicine. J Cardiovasc Med 2008;9:1190 1221. 6. Weidemann A, Johnson RS. Nonrenal regulation of EPO synthesis. Kidney Int 2009;75:682 688. 386 Neurology 73 August 18, 2009
7. Brines M, Cerami A. Emerging biological roles for erythropoietin in the nervous system Nat Rev Neurosci 2005;6: 484 494. 8. Marti HH. Erythropoietin and the hypoxic brain. J Exp Biol 2004;207:3233 3242. 9. Rabie T, Marti HH. Brain protection by erythropoietin: a manifold task. Physiology 2008;23:263 274. 10. Jain RK, di Tomaso E, Duda DG, Loeffler JS, Sorensen AG, Batchelor TT. Angiogenesis in brain tumours. Nat Rev Neurosci 2007;8:610 622. 11. Hussein, MR. Central nervous system capillary haemangioblastoma: the pathologist s viewpoint Int J Exp Pathol 2007;88:311 324. 12. Norden AD, Drappatz J, Wen PY. Novel antiangiogenic therapies for malignant gliomas. Lancet Neurol 2008;7:1152 1160. 13. van der Kooij MA, Groenendaal F, Kavelaars A, Heijnen CJ, van Bel F. Neuroprotective properties and mechanisms of erythropoietin in vitro and in vivo experimental models for hypoxia/ischemia. Brain Res Rev 2008;59:22 33. 14. Liu XB, Wang JA, Yu SP, Keogh CL, Wei L. Therapeutic strategy of erythropoietin in neurological disorders. CNS Neurol Disord Drug Targets 2008;7:227 234. 15. Siren AL, Fasshauer T, Bartels C, Ehrenreich H. Therapeutic potential of erythropoietin and its structural or functional variants in the nervous system. Neurotherapeutics 2009;6:108 127. 16. Bogaert E, Van Damme P, Poesen K, et al. VEGF protects motor neurons against excitotoxicity by upregulation of GluR2. Neurobiol Aging Epub 2009 Jan 28. 17. Tolosa L, Mir M, Olmos G, Llado J. Vascular endothelial growth factor protects motoneurons from serum deprivation-induced cell death through phosphatidylinositol 3-kinase-mediated p38 mitogen-activated protein kinase inhibition. Neuroscience 2009;158:1348 1355. 18. Adamcio B, Sargin D, Stradomska A, et al. Erythropoietin enhances hippocampal long-term potentiation and memory. BMC Biol 2008;6:37. 19. Thompson CB. Metabolic enzymes as oncogenes or tumor suppressors. N Engl J Med 2009;360:813 815. 20. Meyer MA. Malignant gliomas in adults. N Engl J Med 2008;359:1850; author reply 1850. 21. Knizetova P, Ehrmann J, Hlobilkova A, et al. Autocrine regulation of glioblastoma cell cycle progression, viability and radioresistance through the VEGF-VEGFR2 (KDR) interplay. Cell Cycle 2008;7:2553 2561. 22. Parsons DW, Jones S, Zhang X, et al. An integrated genomic analysis of human glioblastoma multiforme. Science 2008;321:1807 1812. 23. Yan H, Parsons DW, Jin G, et al. IDH1 and IDH2 mutations in gliomas. N Engl J Med 2009;360:765 773. 24. Gutgemann I, Stevens K, Loftus D, Schmidt-Wolf IG, George TI. VEGF and osteosclerosis in POEMS syndrome. Ann Hematol 2008;87:243 245. 25. Tovar YRLB, Zepeda A, Tapia R. Vascular endothelial growth factor prevents paralysis and motoneuron death in a rat model of excitotoxic spinal cord neurodegeneration. J Neuropathol Exp Neurol 2007;66:913 922. 26. Li X, Lu L, Bush DJ, et al. Mutant copper-zinc superoxide dismutase associated with amyotrophic lateral sclerosis binds to adenine/uridine-rich stability elements in the vascular endothelial growth factor 3 -untranslated region. J Neurochem 2009;108:1032 1044. 27. Poesen K, Lambrechts D, Van Damme P, et al. Novel role for vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor-1 and its ligand VEGF-B in motor neuron degeneration. J Neurosci 2008;28:10451 10459. 28. Sathasivam S. VEGF and ALS. Neurosci Res 2008;62:71 77. 29. Brockington A, Wharton SB, Fernando M, et al. Expression of vascular endothelial growth factor and its receptors in the central nervous system in amyotrophic lateral sclerosis. J Neuropathol Exp Neurol 2006;65:26 36. 30. Takahashi Y, Seki N, Ishiura H, et al. Development of a high-throughput microarray-based resequencing system for neurological disorders and its application to molecular genetics of amyotrophic lateral sclerosis. Arch Neurol 2008;65:1326 1332. 31. Moreau C, Gosset P, Brunaud-Danel V, et al. CSF profiles of angiogenic and inflammatory factors depend on the respiratory status of ALS patients. Amyotroph Lateral Scler 2009;10:1 7. 32. Lambrechts D, Poesen K, Fernandez-Santiago R, et al. Meta-analysis of VEGF variations in ALS: increased susceptibility in male carriers of the -2578AA genotype. J Med Genet Epub 2008 Jul 17. 33. Gidday JM. Cerebral preconditioning and ischaemic tolerance. Nat Rev Neurosci 2006;7:437 448. 34. Dirnagl U, Simon RP, Hallenbeck JM. Ischemic tolerance and endogenous neuroprotection. Trends Neurosci 2003; 26:248 254. 35. Pignataro G, Scorziello A, Di Renzo G, Annunziato L. Post-ischemic brain damage: effect ofi schemic preconditioning and postconditioning and identification of potential candidates for stroke therapy. FEBS J 2009;276:46 57. 36. Sharp FR, Ran R, Lu A, et al. Hypoxic preconditioning protects against ischemic brain injury. NeuroRx 2004;1:26 35. 37. Bernaudin M, Nedelec AS, Divoux D, MacKenzie ET, Petit E, Schumann-Bard P. Normobaric hypoxia induces tolerance to focal permanent cerebral ischemia in association with an increased expression of hypoxia-inducible factor-1 and its target genes, erythropoietin and VEGF, in the adult mouse brain. J Cereb Blood Flow Metab 2002;22:393 403. 38. Tang Y, Pacary E, Freret T, et al. Effect of hypoxic preconditioning on brain genomic response before and following ischemia in the adult mouse: identification of potential neuroprotective candidates for stroke. Neurobiol Dis 2006;21:18 28. 39. Dirnagl U, Becker K, Meisel, A. Preconditioning and tolerance against cerebral ischaemia: from experimental strategies to clinical use. Lancet Neurol 2009;8:398 412. 40. Gunnarson E, Song Y, Kowalewski JM, et al. Erythropoietin modulation of astrocyte water permeability as a component of neuroprotection. Proc Natl Acad Sci USA 2009; 106:1602 1607. 41. Siddiq A, Ayoub IA, Chavez JC, et al. Hypoxia-inducible factor prolyl 4-hydroxylase inhibition: a target for neuroprotection in the central nervous system. J Biol Chem 2005;280:41732 41743. 42. Ratan RR, Siddiq A, Aminova L, et al. Small molecule activation of adaptive gene expression: tilorone or its analogs are novel potent activators of hypoxia inducible factor-1 that provide prophylaxis against stroke and spinal cord injury. Ann NY Acad Sci 2008;1147:383 394. 43. Ehrenreich H, Timner W, Siren AL. A novel role for an established player: anemia drug erythropoietin for the treatment of cerebral hypoxia/ischemia. Transfus Apher Sci 2004;31:39 44. Neurology 73 August 18, 2009 387