馬婕,崔森,冀林華,熊華

(青海大學(xué)附屬醫(yī)院，西寧810000)

高原紅細胞增多癥發(fā)病基因的研究進展

馬婕,崔森,冀林華,熊華

(青海大學(xué)附屬醫(yī)院，西寧810000)

高原紅細胞增多癥(HAPC)是常駐高原居民中發(fā)病率最高、危害最大的慢性高原病。近年來，有許多針對高原地區(qū)人群遺傳相關(guān)的研究。其中缺氧誘導(dǎo)因子1、促紅細胞生成素、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶、血管內(nèi)皮生長因子等相關(guān)基因與HAPC發(fā)病具有一定相關(guān)性，其水平變化對HAPC的病因研究有重要意義。

高原紅細胞增多癥；缺氧誘導(dǎo)因子1；促紅細胞生成素；內(nèi)皮型一氧化氮合酶；血管緊張素轉(zhuǎn)換酶；血管內(nèi)皮生長因子

全世界約有1.4億人居住在海拔2 500 m以上的高原地區(qū)，主要分布在南美安第斯山脈、埃塞俄比亞高原和我國的青藏高原，占總?cè)丝诘?%。平原人進入高原后機體會發(fā)生一系列變化以適應(yīng)高原低氧環(huán)境，可引起一類高原特發(fā)性疾病，包括急性高原病和慢性高原病。其中，高原紅細胞增多癥(HAPC)是常駐高原居民中發(fā)病率最高、危害最大的慢性高原病[1]。HAPC患者全血容量絕對增加、紅細胞變形性下降，使得血液黏滯度增加、血流阻力增大、微循環(huán)障礙；這種血液高凝狀態(tài)進而加重各臟器缺血缺氧狀態(tài)，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)，臨床表現(xiàn)為多器官缺氧性損傷，尤以腦、心、肺、肝等氧耗量較多的臟器受累為重，嚴重者可因血管栓塞而猝死[2]。在海拔3 000～4 700 m的高原地區(qū)HAPC的發(fā)病率為2.4%～37.5%，發(fā)病率隨海拔升高而升高。各地區(qū)HAPC的發(fā)病率報道不一[1，2]，考慮與調(diào)查地區(qū)的海拔高度及被調(diào)查人群的勞動強度、種族、性別[3]等方面的差異有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，個體間對缺氧所致嚴重的紅細胞增多存在很大差異，這個特征提示HAPC患者存在基因的遺傳易感性，但目前尚不確定不同海拔高度種族之間及內(nèi)部的特定遺傳因素。現(xiàn)就與HAPC發(fā)病相關(guān)的基因研究綜述如下。

1 缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)

HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β組成的異質(zhì)二聚體，HIF-1α是HIF-1特有的氧調(diào)節(jié)蛋白，對HIF-1的活性起決定作用[4]。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有幾百種基因直接或間接被HIF-1調(diào)控。HIF-1是調(diào)控體內(nèi)氧平衡重要的轉(zhuǎn)錄因子，也是對細胞能量代謝、鐵代謝、兒茶酚胺代謝、血管收縮的控制以及新生血管功能調(diào)控的反應(yīng)基因，對協(xié)調(diào)氧供與細胞代謝起重要作用[5]。

在常氧情況下HIF-1位于細胞質(zhì)中，極不穩(wěn)定，可被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)迅速降解，半衰期很短(<5 min)；但在低氧情況下HIF-1α轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi)，與HIF-1β結(jié)合，活化成為具有完整轉(zhuǎn)錄功能的HIF-1，其穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性都顯著增加，從而促進下游基因的轉(zhuǎn)錄。上調(diào)HIF-1活性可以使細胞在低氧狀況下的生存能力提高，并生成大量組織血管[6]。HIF通路的修飾，能引起細胞低氧應(yīng)答的顯著特異性。Appenzeller等[7]發(fā)現(xiàn)，HIF-1在慢性高原病患者中的表達水平升高，當(dāng)他們移居至低海拔地區(qū)后HIF-1基因表達水平未下降，仍保持著缺氧刺激時的較高水平。選擇合并嚴重HAPC的慢性高原病患者及相同海拔健康人群為對照，用基因標(biāo)記物定位在HIF-1基因或VHL、PHDs、PTEN等調(diào)控其穩(wěn)定性的基因上，發(fā)現(xiàn)兩組間無明顯差異，但這并不能排除這些基因在慢性高原病中所起的作用[8]。Prabhakar等[9]指出HIF-1在安第斯人、藏族人等世居高海拔人群的適應(yīng)性方面起了重要的作用，他們發(fā)現(xiàn)HIF在紅細胞生成過程中不僅對EPO及EPOR的基因編碼起主要的調(diào)控作用，同時對DMT1、鐵調(diào)素、轉(zhuǎn)鐵蛋白及其受體也有重要的調(diào)控作用，所有這些基因表達的蛋白調(diào)控機體鐵的利用，從而調(diào)控紅細胞的生成及分化過程。

2 促紅細胞生成素(EPO)

EPO是紅細胞生成過程中的重要因素，是促進并調(diào)節(jié)紅系前體細胞向成熟紅細胞分化的一種糖蛋白，同時也對血管生成、免疫調(diào)節(jié)等非紅系造血過程起調(diào)節(jié)作用。在成人體內(nèi)，腎臟產(chǎn)生90%的EPO，同時在肝、脾、腦、肺等組織都發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)EPO轉(zhuǎn)錄[10]，骨髓紅系前體細胞通過自分泌及旁分泌形式也可以產(chǎn)生EPO[11]。HIF-1是EPO的關(guān)鍵調(diào)控因子，缺氧情況下不僅促進HIF-1表達升高，同時也促進EPO表達升高，從而促進紅細胞生成增加；同時，EPO的合成與釋放也受甲狀腺素、生長素、睪酮、血管緊張素Ⅱ等多種激素與介質(zhì)的影響。

對于慢性高原病患者，血中EPO水平與正常人群比較有時并無顯著差別。HAPC骨髓紅系祖細胞體外培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，紅系祖細胞集落數(shù)隨著EPO濃度的增加而逐漸增多，但當(dāng)EPO濃度超過一定限度后紅系祖細胞集落數(shù)不再增加[12]，提示血漿EPO水平的高低并不是HAPC的惟一發(fā)病因素。但急進高原的人其血漿EPO水平是增高的，提示EPO可能在急性缺氧中起更為重要的作用[13]。Su等[14]用ELISA法測定慢性高原病患者與健康人血漿與骨髓中的EPO水平，發(fā)現(xiàn)兩者血漿EPO水平無明顯差異，但慢性高原病患者骨髓EPO水平明顯高于正常人群。León-Velarde等[15]關(guān)于基因相關(guān)性研究分析顯示，EPO和其受體(EPOR)基因是功能性候選基因，而且對高原本土人細胞系EPO基因的編碼及下游調(diào)控區(qū)進行測序，在編碼測序、內(nèi)含子和外顯子的界限及調(diào)控區(qū)域等方面未發(fā)現(xiàn)變化。EPO及EPOR的多態(tài)性與紅細胞增多之間未發(fā)現(xiàn)明顯的單倍體，這說明可能導(dǎo)致HAPC的因素除了EPO外還有其他因素。

3 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)

腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)是具有復(fù)雜功能的重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它對調(diào)節(jié)機體血壓及血容量起重要作用。血管緊張素原(AGT)在腎素催化下，轉(zhuǎn)變成血管緊張素Ⅰ(AngⅠ)，ACE激活A(yù)ngⅠ轉(zhuǎn)變成AngⅡ；AngⅡ是RAS的主要效應(yīng)物質(zhì)，作為一種強有力的血管收縮劑通過激活醛固酮的釋放調(diào)控血壓以及水、鈉鹽的平衡。同時，ACE也能通過激活緩激肽2(BK2)受體釋放血管緩激態(tài)，BK2受體能刺激釋放NO和前列腺素，并能抑制AngⅡ的作用[16]。

人類ACE基因定位于17號染色體上，由于其第16內(nèi)含子中的1個287 bp DNA片段而呈現(xiàn)ACE基因插入/缺失(I/D)多態(tài)性，包括2條等位基因均為缺失型的 DD型、2條等位基因均為插入型的II型、雜合子型的DI型。其中，插入型等位基因相對于缺失型具有較低ACE蛋白功能。血漿ACE水平及RAS都會因低氧而改變，同時這一作用反過來間接調(diào)節(jié)了高原低氧地區(qū)人群的心血管反應(yīng)[17]。通多對大鼠的研究提示，ACE在低氧誘導(dǎo)的肺動脈高壓的病因方面起作用。但這必須考慮到不同組織血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)對酶親和力的不同導(dǎo)致局部組織ACE與血液循環(huán)中ACE的不同[18]。

目前研究結(jié)果顯示，除循環(huán)RAS外，機體許多器官和組織如心、腦、腎及血管組織也存在局部RAS。Haznedaroglu等[19]提出并證實，骨髓造血細胞及骨髓造血微環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了RAS中幾乎所有的成分，如腎素、ACE、AGT、AngⅡ等，且骨髓局部RAS可在生理和病理條件下調(diào)控造血細胞的增殖及分化。對多種組織局部RAS的研究表明，低氧在體內(nèi)外均可促進ACE基因的表達，HIF-1介導(dǎo)這一作用過程，認為ACE基因是HIF-1的靶基因[20]。李占全等[21]研究表明，HAPC患者骨髓單個核細胞中ACE蛋白表達水平、骨髓液ACE濃度及ACE的骨髓-血液濃度梯度均增高，考慮ACE的水平增高可能在HAPC的發(fā)生機制中發(fā)揮作用。

4 血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)

VEGF是相對分子質(zhì)量為46 kD的糖蛋白，其作用于血管內(nèi)皮細胞的特異性有絲分裂原，通過旁分泌的方式與其受體VEGFR特異性結(jié)合，活化磷脂酞肌醇3激酶(PI3K)，增加血管通透性，促進內(nèi)皮細胞的增殖，誘導(dǎo)新生血管形成。

VEGF是最關(guān)鍵的血管生長促進因子，缺氧是VEGF表達的最主要的調(diào)節(jié)因素之一。既往研究證明，在缺氧條件下VEGF誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞有絲分裂敏感性增加,是由于VEGF特異性受體KDR的酪氨酸磷酸化作用加強，缺氧時KDR升高13倍，而KDR與VEGF的結(jié)合力不變；說明缺氧不僅誘導(dǎo)VEGF的增加，也通過旁分泌誘導(dǎo)VEGFR數(shù)量和功能的增加致使VEGF的生物效應(yīng)增強[22]。Walter等[23]在比較不同海拔高度人群的VEGF，認為高海拔可誘導(dǎo)VEGF釋放，并且存在性別及個體差異。王洪斌等[24]用ELISA法測定居住在海拔4 500 m的漢、藏族男性和女性HAPC及各自健康對照組血清VEGF水平，結(jié)果表明HAPC患者VEGF水平高于健康對照組，漢族高于藏族，男性高于女性，有顯著性和極顯著性差異；在健康對照組中，藏族男性高于女性，但漢族男性和女性相比無差異。表明高原缺氧能誘導(dǎo)VEGF分泌增多，VEGF在肺動脈高壓、低氧適應(yīng)調(diào)節(jié)劑并發(fā)癥中可能發(fā)揮了重要作用。但在世居藏族HAPC組和健康對照組的VEGF水平明顯低于移居漢族，這可能與藏族長期世居高海拔地區(qū)的進化過程中形成對低氧適應(yīng)比較完整的機制有關(guān)。張易青等[25]用免疫組化的方法檢測了HAPC和正常人骨髓組織VEGF的表達情況，發(fā)現(xiàn)HAPC組VEGF陽性表達率明顯高于正常人，這與之前觀察到的血漿和血清VEGF水平變化結(jié)果相一致。

總之，基因研究對HAPC及慢性高原病的病因研究有重要意義。然而，迄今公布的數(shù)據(jù)對探索不同低氧環(huán)境下的基因變化還缺乏嚴格的實驗假設(shè)，可能是因為基因的影響很小(多基因)。此外，基因-基因或基因-環(huán)境相互作用也應(yīng)該被考慮在高海拔疾病的遺傳原因中。在未來的研究中，我們建議使用基因多態(tài)性數(shù)據(jù)庫和全基因組單體型圖提高可能存在的易感位點之間關(guān)系的檢測能力。同時，值得注意的是，到目前為止在基因研究結(jié)果的可變性表明由于種群的遺傳背景各不相同，基因表達強弱也各有不同，慢性高原病和(或)HAPC患者可能存在對下游感受器獨立的影響因素。多種方法可能有助于明確在不同的高海拔地區(qū)種群不耐受缺氧的遺傳基礎(chǔ)，最終起到幫助個體識別患慢性高原病的風(fēng)險。

[1] 高鈺琪.高原軍事醫(yī)學(xué)[M].重慶:重慶出版社,2005:276-285.

[2] Wu TY. Chronic mountain sickness on the Qinghai-Tibetanplateau[J]. Chin Med J (Engl), 2005,118(2):161-168.

[3] Leon-Velarde F, Rivera-Chira M, Tapia R, et al. Relationship of ovarian hormones to hypoxemiain women residents of 4, 300 m[J]. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2001,280(2):488-493.

[4] Schmind T, Zhou J, Brune B. HIF-1 and p53: communication oftranscription functions under hypoxia[J]. Cell Mol Med, 2004,8(4):243

[5] Semenza GL. Hydroxylation of HIF-1: Oxygen sensingat the molecular level[J]. Physiology, 2004,19:176-182.

[6] Span PN, Bussink J. Biology of hypoxia[J]. Semin Nucl Med, 2015,45(2):101-109.

[7] Appenzeller O, Minko T, Qualls C, et al. Gene expression, autonomicfunction and chronic hypoxia: lessons from the Andes[J]. ClinAutonRes, 2006,16(3):217-222.

[8] Mejía OM, Prchal JT, León-Velarde F, et al. Genetic association analysis of chronic mountain sickness in an Andean high-altitude population[J]. Haematologica, 2005,90(1):13-19.

[9] Prabhakar NR, Semenza GL. Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2[J]. Physiol Rev, 2012,92(3):967-1003.

[10] Weidemann A, Johnson RS. Nonrenal regulation of EPO synthesis[J]. Kidney Int, 2009,75(7):682-688.

[11] Fandrey J.Oxygen-dependent and tissue-specific regulation of erythropoietin gene expression[J]. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2004,286(6):977-988.

[12] Ronzoni L,Bonara P,Rusconi D, et al. Erythroid differentiation and maturation from peripheral CD34+cells in liquid culture: cellular and molecular characterization[J]. Blood Cells Mol Dis, 2008,40(2):148-155.

[13] Haase VH. Regulation of erythropoiesis by hypoxia-inducible factors[J]. Blood Rev, 2013,27(1):41-53.

[14] Su J, Li Z, Cui S, et al. The local HIF-2 a/EPO pathway in the bone marrowis associated with excessive erythrocytosisand the increase in bone marrow microvesseldensity in Chronic Mountain Sickness[J]. High Alt Med Biol, 2015,16(4):318-330.

[15] León-Velarde F, Mejía O. Gene expression in chronic high altitude diseases[J]. High Alt Med Biol, 2008,9(2):130-139.

[16] Yuan M, Duan Z, Sun Y, et al. Effects of estrogen on ACE-Ang II-AT1 axis in ovariectomy and hypoxic pulmonary hypertension rats[J]. Zhonghua Yi Xue Za Zhi, 2014,94(22):1696-1700.

[17] Puthucheary Z, Skipworth JR, Rawal J, et al. The ACE gene and human performance: 12 years on[J]. Sports Med, 2011,41(6):433-448.

[18] Xiang YH, Su XL, He RX, et al. Effects of different patterns of hypoxia on renin angiotension system in serum and tissues of rats[J]. Zhonghua Jie He He Hu Xi Za Zhi, 2012,35(1):33-36.

[19] Haznedaroglu IC, Beyazit Y. Pathobiological aspects of the local bone marrowrenin-angiotensin system: A review[J]. J Renin Angiotensin Aldosterone Syst, 2010,11(4):205-213.

[20] Emanuele E, Bertona M, Geroldi D. A multilocus candidate approach identifies ACE and HIF1A as susceptibility genes for cellulite[J]. J Eur Acad Dermatol Venereol, 2010,24(8):930-935.

[21] 李占全,傅薇.慢性高原病患者骨髓造血組織局部ACE-AngⅡ-AT1軸主要成分表達水平研究[D].西寧：青海大學(xué),2013.

[22] 王宇亮,高鈺琪,劉福玉.模擬高原缺氧不依賴肺動脈高壓促進大鼠右心室ACE2的表達[J].中國病理生理雜志,2009,25(7):1298-1302．

[23] Walter R, Maggiorini M, Scherrer U, et al. Effects of high-altitude exposure on vascular endothelial growth factor levels in man[J]. Eur JAppl Physiol,2001,85(1-2):113-117.

[24] 王洪斌,李素芝,姚文新,等.高原紅細胞增多癥的VEGF變化研究[J].西南國防醫(yī)藥,2006,16(2):167-168.

[25] 張易青,袁霞,李占全,等.慢性高原病患者骨髓組織HIF-1α及VEGF表達水平和MVD變化[J].高原醫(yī)學(xué)雜志,2010,20(4):9-10.

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.10.040

R555.1

A

1002-266X(2017)10-0112-03

2016-08-24)