促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)是由165个氨基酸组成的分子量为30.4 KDa的糖蛋白激素，在成人主要由肾脏产生，在缺氧诱导因子1(hypoxia inducible factor 1,HIF-1)的作用下可大量分泌进而促进红细胞生成，被广泛应用于临床上贫血的治疗并取得良好效果。近年来，EPO及其功能受体(EPOR)在许多非造血细胞系中被发现，如上皮细胞、肾小球内膜细胞、心肌和平滑肌纤维细胞以及神经细胞，提示EPO除了促进红细胞生成功能外在其他组织器官中尚有多种功能，神经保护功能是研究最多的功能之一。

自从Sakanaka等^[1]第一次在脑缺血大鼠模型上经侧脑室给予外源性的EPO并证实其作用后，EPO的神经保护作用逐渐被认识并重视。Minnerup等^[2]在对16篇EPO在脑缺血动物模型的作用所作的Meta分析中表明，EPO可以使脑梗死体积平均降低32%，肢体功能缺损降低38%，神经功能评分约改善37%。近期Ratilal等^[3]研究发现在建立大脑中动脉结扎致脑缺血模型前60 min给予重组人促红细胞生成素(rhEPO)即可明显减少大脑梗死体积，减轻脑水肿并改善神经功能。Hellewell等^[4]在颅脑创伤模型给予EPO后显著改善了大鼠的感觉运动及认知功能。此外，EPO还对多种神经疾病如帕金森病、癫痫、阿尔兹海默病等也具有保护作用。

EPO发挥神经保护作用的机制主要为抗凋亡、抗氧化及抗炎症，刺激神经增生及血管形成等。Ma等^[5]研究了EPO对Aβ25-35致PC12细胞损伤的保护机制，发现EPO可使PC12细胞的凋亡百分率显著降低，半胱氨酸门冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)活性降低而抗凋亡蛋白Bcl-xl增高。在鱼藤酮诱导的帕金森大鼠模型上给予EPO后，可降低MDA及肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)水平，增加HVA水平，发挥抗氧化及抗炎作用^[6]。Navarro等^[7]在颅脑损伤模型上比较给予EPO后野生型小鼠及NOS基因敲除小鼠脑血流量的变化，证实了EPO可通过调节内皮型一氧化氮合酶(eNOS)改善脑血流量，从而达到神经保护的目的。Chen等^[8]在实验性自身免疫性脑脊髓炎模型上给予EPO，神经系统中IFN-γ、IL-23、IL-6、IL-17 mRNA水平降低，IL-4 和IL-10 mRNA水平增高，血红素加氧酶-1(HO-1)表达增加，产生调节适应性免疫作用。

由于EPO发挥脑保护作用所需剂量远大于其引起促红细胞生成作用时的剂量，全身应用EPO将会激活其造血功能，引起全身血液动力学的改变，可引起明显的血栓形成，增加了脑梗死等并发症的发生率及死亡率。Ehrenreich等^[9]将EPO应用于临床随机双盲对照实验中，当急性脑缺血患者接受EPO 40000 IU时发现治疗组存在血栓形成的风险。此外，在其他研究中也发现EPO增加深静脉血栓的形成、促进肿瘤生长、增加平均动脉压。重复多次使用EPO带来的还有关于重组人蛋白免疫原性的担忧，EPO的自身免疫性可以导致纯红细胞发育不全而引起急性贫血。

近年来，研究者开发了一些保留神经保护作用，却没有促红细胞生成作用的EPO新类型，主要包括去唾液酸EPO(asialoEPO)、氨甲酰EPO(CEPO)和低唾液酸EPO(Neuro-EPO)等。

去唾液酸EPO(asialoEPO)是第一个被开发的EPO衍生物，与传统EPO相似都作用于EPOR发挥神经保护作用，但其血浆半衰期从5～6 h缩短为2 min，减少了红细胞慢性增生等不良反应。Erbayraktar等^[10]发现asialoEPO在大脑中动脉栓塞模型、脊髓受压及坐骨神经损伤模型中均有保护作用。Wang等^[11]研究发现asialoEPO在7天新生大鼠缺血缺氧模型中也具有保护神经的作用。尽管已证实asialoEPO神经保护作用，但如何将其半衰期短的特点大量应用于实际治疗中去仍需要进一步研究。

氨甲酰EPO(CEPO)是将EPO氨基酸序列改造的另一种衍生物，已有研究证明CEPO在多种疾病模型中的神经保护作用，并相对减轻EPO的促红作用。Ding等^[12]发现CEPO通过明显提升了缺血模型小鼠的认知能力，且这一过程与PI3/AKT通路有关。Xiong等^[13]在颅脑损伤模型中发现单次给CEPO就可显著促进损伤的皮质和海马区域血管及神经生成，减少脑组织损伤体积，进而提高感觉运动功能及学习能力。

低唾液酸EPO(Neuro-EPO)是唾液酸含量为4～7 mmol的重组EPO亚型，与哺乳动物的脑中EPO比较相似，由于分子量较小且低唾液酸，功能表现的更为活跃。Neuro-EPO容易被肝降解，所以其给药方式多采用鼻腔给药等方式。在脑缺血模型中经鼻腔给Neuro-EPO可缩小缺血及脑水肿体积并改善神经功能。Teste等^[14]研究在缺血沙土鼠模型上给予Neuro-EPO可显著改善神经功能评分及神经功能状态，使用剂量远远低于全身给重组人EPO(rhEPO)的用量。

在以往的大多研究中，EPO发挥神经保护作用的给药途径主要是经腹腔、静脉及侧脑室。前两种方式里EPO可直接进入血循环，产生促红细胞生成作用进而增加血容量，但易产生不良反应。经侧脑室给药操作要求高、风险大，创伤性大，不利于药物在临床应用的推广。鼻腔给rHu-EPO的有效剂量范围是16～80 U/kg，这与皮下或静脉给药的临床参考剂量(75～150 U/kg)相似，但是远小于动物实验中腹腔给药的有效剂量(1000～5000 U/kg)。鼻腔给药具有使用方便、生物利用度高、起效快，损伤性小等特点，避免了药物对胃肠道的刺激，消除了肝脏的首过效应，药物可穿过血脑屏障迅速进入大脑。

药物经鼻到达脑部是由于鼻腔与大脑的生理结构联系。鼻腔分为前庭区、嗅区和呼吸区。药物经呼吸区可吸收进入体循环；嗅区黏膜下筛状骨板将鼻腔与中枢神经系统分开，嗅神经从筛孔穿过并与大脑的嗅球相连。药物由鼻腔入脑主要分为为直接通路及间接通路，直接通路可分为嗅神经通路与嗅黏膜上皮通路。药物进入嗅神经元可经轴浆转运至嗅球，构成药物分子从鼻腔入脑的嗅神经通路。一些药物到达嗅黏膜部位借助被动扩散或者胞饮作用穿过支持细胞进入颅底，构成药物经鼻腔入脑的嗅黏膜上皮通路。间接通路主要为血液循环通路，药物经过鼻腔的呼吸区吸收进入血循环进而到达全身。其它还有三叉神经、视神经等通路。

EPO是可以通过鼻腔到达脑组织的。一项研究中^[15]，大鼠鼻腔给药25分钟后，大鼠的嗅神经和和三叉神经可分别检测到EPO的浓度为160.3 ± 53.1 ng/ml和152.4 ± 21.6 ng/ml，说明大鼠EPO经鼻腔给药是经过多条途径进入中枢神经系统的。60 min后再检测发现其水平下降明显，然而大脑皮质EPO浓度上升，肝脏中可检测到的EPO含量很少，表明鼻腔小剂量给EPO进入循环系统的药量很少。EPO经鼻腔给药是一种快速的途径，有研究发现Neuro-EPO经鼻腔给药达到脑脊液仅需5 min，并且经鼻给Neuro-EPO达到的脑脊液药物浓度是经静脉给rHu-EPO达到浓度的3.5倍。

EPO可经鼻给药在多种模型发挥神经保护作用。有研究^[16]发现经鼻给予低剂量500 U/kg的rHu-EPO可增强缺血大鼠海马区的EPO及EPOR的表达活性。Merelli等^[17]研究在CoCl2诱导的大鼠慢性缺血模型上经鼻给予rhEPO，发现rhEPO可明显改善大鼠的自发活动及平衡能力，而这与多药耐药基因1(MDR-1)及EPOR的共表达相关。从行为学上证实了经鼻腔给rhEPO的神经保护作用，探讨机制可能是EPO促进了细胞的增值、分化及成熟及抗凋亡因子的表达增加。Yu等^[18]在脑缺血模型上经鼻给4.8 U、12 U、24 U的rhEPO可以减小梗死体积及水肿面积，降低细胞损害，改善行为障碍，证实小剂量的rhEPO对于脑缺血具有神经保护作用。

Maurice等^[19]用侧脑室注射聚合的 Aβ25-35建立阿尔兹海默病模型模型，对照组经静脉给予125～500 μg/kg 的rhEPO，实验组经鼻腔给予62～250 μg/kg的Neuro-EPO。结果rhEPO和 Neuro-EPO明显降低了Aβ25-35导致的学习功能损害，降低了海马的脂质过氧化。rhEPO或Neuro-EPO降低了Bax、TNF-α和IL-1β水平并减低了Akt的活化。但是经鼻腔给Neuro-EPO静脉给rhEPO剂量较低且更高效，为治疗阿尔兹海默病提供了新疗法。

低唾液酸EPO是被研究过的唯一经鼻腔给药的EPO衍生物。Neuro-EPO经鼻腔给药避免了肝脏的首过效应快速到达大脑，消除了EPO的不良反应却保留其神经保护作用。Lagarto等^[20]研究发现经大鼠鼻腔给予Neuro-EPO后并未增加毒性，且Neuro-EPO并未引起促红作用及免疫反应。

Gao等^[21]在沙土鼠脑缺血模型中，经鼻腔持续Neuro-EPO后组织病理学显示脑内神经元的死亡显著降低，沙土鼠的死亡率也从未给药组的73.6%下降到26.4%，显著改善了存活大鼠的感觉及运动功能。此次研究检测了多个时间点上的大鼠脑红蛋白(Ngb)及EPOR，结果表明在大多数时间点Ngb在大脑皮质及海马的表达都是升高的，而EPOR大多时间点的表达是下降的。此研究发现10 min到1 h及24 h到72 h是经鼻腔给Neuro-EPO发挥保护作用的两个重要时间窗。

近来还有许多实验研究EPO与其他药物合用经鼻给药后的作用。Fletcher等^[22]研究经鼻给EPO加胰岛素生长因子-1(IGF-1)可以降低大脑中动脉栓塞模型中梗死体积，改善90 d后的神经功能评分，并发现经鼻腔混合给EPO加IGF-1比单独用药更高效。在25 min后可在损害大脑部位检测到EPO与IGF-1，且由于缺血大脑可以引起血管功能紊乱进而增加血脑屏障的通透性，缺血大脑比正常大脑的脑内药物浓度高。在该项实验中，经鼻腔给药剂量100 U，比静脉、腹腔及皮下给药都更高效的发挥脑保护作用。

有研究^[23]将EPO加IGF-1合用于人免疫缺陷病毒(HIV)感染所致神经细胞损害模型中，可减少病毒所致神经细胞丢失但是并不能改善星形细胞及胶质细胞增生。在HIV病毒所致神经系统损害的模型中，连续4个月每周1次EPO加IGF的经鼻腔给药可激活磷酸化AKT的表达，进而激活下游GSK-(3β)的表达，减少导致神经系统损害的Tau蛋白的过度磷酸化，从而起到保护神经系统的作用。

越来越多的实验表明在治疗神经系统疾病时经鼻腔给EPO比全身给药更加安全高效。但是经鼻腔给药时动物的体位、麻醉方式及给药剂量均会影响给药的效果。另外，不同的种族及动物年龄差距也会影响实验结果。

在将经鼻给EPO治疗作用应用于人类时，还有许多需要考虑的因素，如鼻腔体积、最适浓度、鼻腔是否有炎症、病人的依从性。尽管经鼻腔给药有透过血脑屏障的优点，但鼻腔的体积较小，限制了鼻腔给药的药物体积，并且嗅神经黏膜及鼻腔黏膜体积也很小限制了药物的吸收。鼻腔给药可使药物绕过血脑屏障，靶向递送到脑部，因此有效范围剂量与体重无直接关联^[1]，且大多研究提示鼻炎不会影响鼻腔给药的药物动力学及药效学。如今应用EPO临床治疗时常以一周两到三次的频率经皮下或静脉给药，因此，经鼻腔给EPO将更容易被长期用药的慢性病人所接受。

综上所述，EPO经鼻腔给药作为一种简便的、无侵入性的、快速吸收性的脑靶向性给药方式已成为神经系统疾病新型的治疗方式，但将其应用于临床仍需大量的动物实验及临床实验去证实。