王 超，李夢(mèng)馨，李永平

(1.青海大學(xué)，青海 西寧 810001；2.青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院中醫(yī)系，青海 西寧 810001)

隨著高原地區(qū)的開發(fā)和人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，其獨(dú)特的地理環(huán)境使人體產(chǎn)生一系列生理病理改變和代償性適應(yīng)變化，其中又以缺氧最為突出和嚴(yán)重。了解高原缺氧的發(fā)病機(jī)制，以預(yù)防和治療高原病對(duì)人體的損害，顯得尤為重要。急性高山病(account mountain sickness，AMS)是指機(jī)體在缺氧條件下發(fā)生的低氧血癥、高碳酸血癥和呼吸性堿中毒，癥狀表現(xiàn)為頭痛，胸悶，嗜睡等，嚴(yán)重的可導(dǎo)致肺水腫(high altitude pulmonary edema,HAPE)與腦水腫(high altitude brain edema ,HACE)。其患病率和嚴(yán)重程度隨海拔的升高而增加。海拔大于2 500米時(shí)中約有10%～25%的人群發(fā)生急性高山病。當(dāng)海拔達(dá)到4 500～5 500米時(shí)，高山病的發(fā)病率可到達(dá)到50%～85%，并危及生命[1]。高原腦水腫和肺水腫是急上高原人員死亡的高危因素。在一項(xiàng)針對(duì)朝圣者發(fā)生高原病的研究中，快速上升至4 380米的769人中，AMS的例數(shù)為226例，而發(fā)生HACE的例數(shù)為11例[2]。歷年研究發(fā)現(xiàn)高原病的發(fā)生，可能與下列分子機(jī)制密切相關(guān)。本文就高原缺氧的相關(guān)發(fā)生機(jī)制予以綜述，總結(jié)近年來低氧誘導(dǎo)因子，熱休克蛋白，血管緊張素轉(zhuǎn)還酶，炎癥反應(yīng)等與高原病發(fā)生的關(guān)系，為進(jìn)一步了解和闡釋高原病的發(fā)病機(jī)制，防治高原病提供依據(jù)。

1 熱休克蛋白(HSPs)

HSPs是可以被誘導(dǎo)的進(jìn)化過程中很保守的一類蛋白，通常有機(jī)體于高溫下誘導(dǎo)，亦能在紫外線，損傷，缺氧，病毒和細(xì)菌性感染等條件下誘導(dǎo)。HSPs作為一種保護(hù)性蛋白，能夠?qū)?xì)胞進(jìn)行保護(hù)對(duì)抗缺氧、損傷刺激，提高耐受性，亦可在細(xì)胞受損后對(duì)其進(jìn)行分解。HSPs在于細(xì)菌和哺乳動(dòng)物之中廣泛分布，當(dāng)較大的環(huán)境壓力作用于細(xì)胞時(shí)，會(huì)合成更多的熱休克蛋白。HSPs為伴侶蛋白，其主要功能為對(duì)抗氧化，清理消除氧自由基，減少溶酶體、線粒體等一系列細(xì)胞器的損害。Snoecks等依照組成蛋白的分子質(zhì)量，功能，氨基酸序列的結(jié)構(gòu)的差別將HSPs分為sHSP、HSP10、HSP40、HSP60、HSP70、SP90家族。觀察發(fā)現(xiàn)，HSP70-2B/B與HSP70-homB/B基因型更常見于發(fā)生AMS的患者中，并且與AMS發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)性相關(guān)[3]。在急性缺氧時(shí)，依賴ATP的HSP70和HSP90表達(dá)明顯降低，不依賴ATP的HSP27和HSP40也會(huì)在缺氧時(shí)間延長(zhǎng)后發(fā)生降低。提示這些伴侶蛋白會(huì)在缺氧后被優(yōu)先表達(dá)，可能是幫助機(jī)體降低耗能，維持蛋白的穩(wěn)定[4]，以進(jìn)行低氧環(huán)境的適應(yīng)。

2 低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)

在人類和各種哺乳動(dòng)物的細(xì)胞中，HIF-1均能被證實(shí)廣泛存在。在正常的氧環(huán)境下，細(xì)胞中的HIF-1會(huì)與泛素鏈接酶結(jié)合而迅速被降解，唯有在發(fā)生缺氧的條件時(shí)才能穩(wěn)定表達(dá)。HIF-1是氧氣在細(xì)胞水平上檢測(cè)和適應(yīng)的中央調(diào)節(jié)器，能夠激活與缺氧，紅細(xì)胞生成，血管生成和線粒體代謝的有關(guān)基因，以維持氧穩(wěn)態(tài)。HIF-1是由HIF-1α亞單位和HIF-1β亞單位組成的異源二聚體，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生缺氧時(shí)，因?yàn)镠IF-1的作用，糖酵解酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被上調(diào)，使細(xì)胞更多地通過糖酵解來降低耗氧量而不是有氧代謝，除此之外還能夠減少細(xì)胞分裂等過程中的養(yǎng)分消耗，以使機(jī)體更容易應(yīng)對(duì)低氧環(huán)境。在一項(xiàng)高原習(xí)服的研究中，對(duì)在適應(yīng)和未適應(yīng)個(gè)體中差異表達(dá)的microRNA進(jìn)行了通路分析，認(rèn)為在未適應(yīng)的個(gè)體中差異表達(dá)的上調(diào)的microRNA抑制了HIF通路，是發(fā)生高原缺氧和未習(xí)服的原因[5]。大多數(shù)報(bào)告顯示，HIF-1α和HIF-2α是缺氧轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的主要調(diào)控原件，但存在差異的是，細(xì)胞中的HIF-1α更多地介導(dǎo)了急性快速的缺氧過程，且會(huì)隨著時(shí)間的增加而逐步被降解，而HIF-2則會(huì)逐漸積累，骨髓有核紅細(xì)胞中HIF-2α的異常升高被視為參與了CMS(慢性高山病)的發(fā)生和發(fā)展，推斷其參與了下游缺氧基因的異常表達(dá)[6-7]。

3 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)

血管緊張素轉(zhuǎn)換酶可以幫助血管緊張素(ANG)I轉(zhuǎn)換為血管緊張素Ⅱ，后者能夠促進(jìn)血管收縮，血管壓力上升。亦能直接作用于腎上腺皮質(zhì)，是RAAS激活的關(guān)鍵步驟。醛固酮會(huì)強(qiáng)化腎小管對(duì)Na+的再吸收，嚴(yán)重時(shí)形成水鈉儲(chǔ)留，循環(huán)血量增加也會(huì)升高血壓，構(gòu)成發(fā)生高原病的危險(xiǎn)因素。RAAS系統(tǒng)和體液平衡是早期高原適應(yīng)的關(guān)鍵，研究發(fā)現(xiàn)，布地奈德能夠通過降低血管緊張素轉(zhuǎn)還酶，從而降低RAAS系統(tǒng)腎素的分泌，認(rèn)為這有助于對(duì)AMS的防治[8]。亦有研究表明，在高原缺氧的環(huán)境下ACE活性無變化，提示醛固酮的變化可能是通過非ACE機(jī)制形成的[9]。

4 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)

高原缺氧的發(fā)病機(jī)制被認(rèn)為與毛細(xì)血管通透性密切相關(guān)，VEGF及VEGF受體sFLt-1增高是腦水腫、肺水腫血管通透性增加的最可能原因，VEGF是一種在低氧條件下有效的血管通透因子，低氧能夠誘導(dǎo)VEGF的分泌增加，與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合后，通過破壞基底膜配合基來增加毛細(xì)血管通透性，導(dǎo)致血漿從毛細(xì)血管滲漏。sFLt-1能夠拮抗多種血管通透因子，與VEGF結(jié)合并降低其自由循環(huán)和生物活性。在大多數(shù)研究中，發(fā)生高原缺氧時(shí)VEGF水平升高。2018年一項(xiàng)研究中，HAPE患者血漿中VEGF和sFLt-1水平均顯著升高，目前尚不能清楚兩者同時(shí)升高的原因和機(jī)制[10]。

5 內(nèi)皮素(ET)

ET具有強(qiáng)烈的縮血管作用，其意義是維持血管的張力，在高原環(huán)境下，也會(huì)更容易引起肺動(dòng)脈高壓和腦組織的損傷，發(fā)生HACE和HAPE。ET-1、ET-2、ET-3是內(nèi)皮素的3個(gè)異構(gòu)體，分別于不同的組織表達(dá)，血管內(nèi)皮細(xì)胞主要表達(dá)ET-1，而ET-2和ET-3則主要位于神經(jīng)組織。利尿有助于高原適應(yīng)，能夠增加單位體積內(nèi)的血細(xì)胞比容和氧氣運(yùn)輸，以減輕低氧代償性呼吸增快導(dǎo)致的呼吸性堿中毒。AMS患者利尿減少，可能的機(jī)制是精氨酸升壓素(AVP)和肽素的上調(diào)或周圍化學(xué)感受器敏感性改變導(dǎo)致的[11]，AVP能夠刺激ET-1的釋放，而ET-1能夠拮抗AVP，促進(jìn)利尿維持體液平衡，減輕AMS。Boos等實(shí)驗(yàn)和分析認(rèn)為ET-1是AMS的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，但也說明了ET-1的總體風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)較低[12]。

6 微囊泡(MVs)

MVs是一類直徑為0.11 μm的亞細(xì)胞因子，在一般情況下，細(xì)胞會(huì)保持少量的MVs，當(dāng)受到缺氧環(huán)境和氧化應(yīng)激時(shí)，細(xì)胞產(chǎn)生的MVs會(huì)大大增加，MVs主要的來源是活化或凋亡的細(xì)胞。在一些缺氧性疾病中 ，如缺血性中風(fēng) ，或腦組織出血造成的局部缺血缺氧，MVs的測(cè)得量均顯著上升。MV會(huì)被多種類型的細(xì)胞釋放當(dāng)被激活，損傷或者正在經(jīng)歷凋亡時(shí)，它從被釋放的細(xì)胞中攜帶物質(zhì)，并轉(zhuǎn)運(yùn)到相鄰的正常細(xì)胞中，產(chǎn)生一系列的反應(yīng)，包括誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這一過程擴(kuò)大了損傷。MVs攜帶的可能是一些獨(dú)立的促凋亡信號(hào)，有研究表明，MVs可以攜帶ROS并轉(zhuǎn)移至靶細(xì)胞以介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[13]，也有研究認(rèn)為MVs攜帶的促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2的失衡是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵[14]。近年來，MVs亦被認(rèn)為在某些組織、細(xì)胞中在應(yīng)對(duì)缺氧環(huán)境下具有保護(hù)作用。

7 一氧化氮合酶(NOS)

NO分子質(zhì)量很小，能很輕松穿過細(xì)胞膜作用于平滑肌細(xì)胞，可溶性鳥苷酸環(huán)化酶被激活，生成3 ′,5′環(huán)狀單磷酸脂，使血管擴(kuò)張，增加血液和氧氣供應(yīng)。NO的產(chǎn)生，依賴于NOS與O2及L-精氨酸發(fā)生反應(yīng)從而生成L-瓜氨酸和NO。由于底物的減少，血管內(nèi)皮的缺氧會(huì)造成NO生成減少和ROS活性增高，從而增強(qiáng)血管通透性和發(fā)生水腫。同時(shí)，當(dāng)發(fā)生缺氧時(shí)，HIF-1，HIF-2會(huì)上調(diào)eNOS(內(nèi)皮型一氧化氮合酶)與iNOS(誘導(dǎo)型一氧化氮合酶)的產(chǎn)生，以生成更多的NO[15]，這可能是一種保護(hù)機(jī)制。在慢性缺氧的高原適應(yīng)中，研究發(fā)現(xiàn)藏族人血液中NO的水平要比平原人低很多，認(rèn)為這可能與較高的血流量有關(guān)[16]。在一項(xiàng)針對(duì)NOS亞型的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，得出結(jié)論認(rèn)為較高的nNOS和iNOS microRNA表達(dá)，較低的iNOS活性和NO代謝產(chǎn)物水平可能更有助于紅尾沙蜥進(jìn)行高原適應(yīng)[17]。

8 炎性反應(yīng)

炎性反應(yīng)與高原缺氧的關(guān)系主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是機(jī)體本身存在的炎性會(huì)誘導(dǎo)和增加AMS等的發(fā)生。Mishra等通過比較HAPE既往史和無既往史受試者血清中MCP-1、MIP-1α、lp-8的測(cè)得顯著上升，認(rèn)為具有HAPE既往史受試者較高的基線慢性炎性反應(yīng)，可能是升高HAPE易感性的因素[18]。二是高原病本身的炎性改變，與高原低氧最相關(guān)的疾病，如AMS、CMS、HACE等的發(fā)生發(fā)展中，均可見相關(guān)組織細(xì)胞的炎性改變和炎性標(biāo)志物檢測(cè)的上升。研究發(fā)現(xiàn)，高海拔缺氧會(huì)誘導(dǎo)人體TNF-α、lp-1β、lp-6的升高，且上述促炎因子與AMS的癥狀呈現(xiàn)正相關(guān)[19]。炎性反應(yīng)與高原病發(fā)病機(jī)制的關(guān)系仍是推測(cè)性的，有待討論。高鈺琪等認(rèn)為低氧引起lp-1β、lp-6等炎性反應(yīng)因子和內(nèi)皮細(xì)胞ICAM1等細(xì)胞粘附分子(CAMs)水平的上升，MKL1，Brg1/Brm介導(dǎo)細(xì)胞粘附分子CAMs的轉(zhuǎn)錄和激活，進(jìn)而導(dǎo)致血管收縮舒張失衡，通透性改變是HAPE發(fā)病的重要機(jī)制[20]。

此外，促紅細(xì)胞生成素，谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等亦被認(rèn)為與高原病的發(fā)生存在聯(lián)系，已有多篇文章對(duì)此進(jìn)行論述和總結(jié)，概不贅述。

隨著越來越多的人群進(jìn)入高原，出于工作或者娛樂等目的，研究高原對(duì)人體的損害及防治十分必要。高原缺氧的發(fā)病機(jī)制目前尚不能明確，存在爭(zhēng)議，有待研究者們進(jìn)一步證明和闡釋，以上總結(jié)的相關(guān)分子機(jī)制對(duì)高原病的發(fā)生存在著重要意義，可能對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和臨床研究提供一定的基礎(chǔ)依據(jù)，為高原病的防治提供指導(dǎo)。