促紅細(xì)胞生成素在高原紅細(xì)胞增多癥發(fā)生中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展*

吳金春綜述　?！s審校

qhschangrong@126.com

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促紅細(xì)胞生成素在高原紅細(xì)胞增多癥發(fā)生中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展*

吳金春綜述常榮#審校

qhschangrong@126.com

【摘要】高原紅細(xì)胞增多癥(HAPC) 是一類因機(jī)體對缺氧環(huán)境適應(yīng)失代償而導(dǎo)致的紅細(xì)胞(RBC)過度代償性增生的慢性高原病，其發(fā)病機(jī)制雖未完全清楚，但目前普遍認(rèn)為高原嚴(yán)重的失代償性低壓、低氧血癥、促紅細(xì)胞生成素(EPO)-骨髓EPO受體系統(tǒng)紊亂、促紅系增殖因子分泌異常、HAPC易感基因的存在等是HAPC發(fā)病的主要原因和可能機(jī)制。

【關(guān)鍵詞】促紅細(xì)胞生成素；高原紅細(xì)胞增多癥；作用機(jī)制

高原紅細(xì)胞增多癥(High Altitude Polycythernia，HAPC)是由于高原低氧引起的紅細(xì)胞(RBC)過度代償性增生的一種慢性高原病。與同海拔高度的健康人相比，HAPC病人表現(xiàn)為RBC、血紅蛋白(Hb)、紅細(xì)胞容積(Hct)顯著增高，動脈血氧飽和度(SaO2)降低以及相應(yīng)臨床癥狀和體征。此病多見于高原移居人群，少見于高原世居人群，男性發(fā)病率明顯高于女性，兒童病例罕見。目前普遍認(rèn)為慢性低壓性缺氧是罹患本病的根本原因，促紅細(xì)胞生成素(Erythropoietin,EPO)合成釋放增多，刺激骨髓紅系造血增強(qiáng)是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文綜述EPO對HAPC作用機(jī)制的研究進(jìn)展。

1EPO對RBC生成的生理性調(diào)節(jié)

人體內(nèi)EPO是由腎皮質(zhì)腎小管周圍間質(zhì)細(xì)胞和肝臟分泌的一種激素樣物質(zhì)，主要作用于紅系定向祖細(xì)胞膜上的EPO受體，促進(jìn)定向祖細(xì)胞增殖分化，加快RBC成熟，防止細(xì)胞凋亡。EPO的合成與釋放受到多種因素的調(diào)控，其中組織供氧不足是刺激EPO合成與釋放增加的最重要因素[1]。一般而言，當(dāng)腎臟感受器受到低氧刺激后，腎臟加速分泌EPO，并刺激骨髓加速RBC的成熟，因而血液中RBC數(shù)量增加。其結(jié)果：一方面增加Hb的攜氧能力，提高氧傳遞，改善組織缺氧；另一方面如果Hct超過65%時，則顯著增加血液黏度，使血流緩慢，氧傳遞受阻，加重組織缺氧。缺氧環(huán)境下，腎臟因持續(xù)低氧，而激活磷脂酶和增加環(huán)磷酸腺苷(c-AMP)。磷脂酶進(jìn)一步刺激前列腺素E2(PGE2)的生成，進(jìn)而激活蛋白激酶；蛋白激酶與c-AMP即在水解酶加磷氧基作用下合成EPO[2]。EPO可調(diào)節(jié)骨髓多向造血干細(xì)胞向紅系增殖、分化和成熟，使血液中的Hb含量升高，完成機(jī)體對缺氧的代償性變化[3]，以適應(yīng)低氧環(huán)境。此外，神經(jīng)內(nèi)分泌激素和一些局部炎癥介質(zhì)等對EPO的合成與釋放也具有重要調(diào)節(jié)作用。

2EPO對HAPC的作用機(jī)制

久居高原，缺氧環(huán)境刺激機(jī)體分泌EPO，而腎皮質(zhì)內(nèi)因EPO的生成而消耗氧氣，使腎皮質(zhì)缺氧進(jìn)一步加重，形成“缺氧-EPO分泌增加-紅系增生-加重缺氧”的惡性循環(huán)。嚴(yán)重的低氧血癥又促進(jìn)紅系增生，引起血液黏滯度升高，形成“缺氧-紅系增生-血液瘀滯-缺氧加重”的惡性循環(huán)[4]。可見EPO與HAPC有直接相關(guān)性，是HAPC發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；但也有研究報道南美安第斯HAPC病人EPO水平與正常組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義[5]，還有研究認(rèn)為急性低氧刺激與EPO的生成有關(guān)，但并無直接相關(guān)性，存在個體差異或其它機(jī)制原因。臨床上也可以見到有些癥狀嚴(yán)重，體征明顯的HAPC患者，其EPO水平并不高，因而推測血漿 EPO水平高低并不是 HAPC的唯一發(fā)病因素[2,6]。所以，探討EPO對HAPC發(fā)生機(jī)制的作用，并從中找到治療新靶點或者突破口，仍然具有最現(xiàn)實的臨床意義。

2.1EPO與骨髓EPO受體系統(tǒng)調(diào)節(jié)紊亂

機(jī)體長期暴露于低氧環(huán)境，使腎臟及腎外低氧感受器受到低氧刺激后，誘導(dǎo)缺氧誘導(dǎo)因子-1(Hypoxia Inducible Factor，HIF-1)的表達(dá)，調(diào)控腎臟及腎外器官的EPO合成和釋放，進(jìn)而與骨髓內(nèi)干細(xì)胞EPO受體結(jié)合引起紅系增殖，這是機(jī)體自適應(yīng)低氧環(huán)境的重要因素[7]。正常情況下，EPO水

平不會無限制地增加，它可以通過腎內(nèi)EPO-mRNA的合成減少來調(diào)控。但當(dāng)機(jī)體處于上述嚴(yán)重低氧血癥時，EPO合成抑制減弱，而誘導(dǎo)EPO生成作用持續(xù)存在，形成HAPC患者體內(nèi)的高水平EPO狀態(tài)[8]。此外，骨髓內(nèi)干細(xì)胞EPO受體抑制因子水平的降低也可能是造成EPO-骨髓EPO受體系統(tǒng)紊亂的重要原因。近年來研究表明，一些個體之所以發(fā)生RBC過度增多，很有可能是由于這些個體的骨髓等造血組織對EPO造血效應(yīng)保持了持續(xù)的高度敏感性所致[9]。故在低氧應(yīng)激時EPO與骨髓EPO受體的調(diào)節(jié)機(jī)制紊亂，以及骨髓等造血組織對 EPO 敏感性增強(qiáng)可能是導(dǎo)致HAPC發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.2促紅系增殖因子的分泌異常(雄性激素的作用)

與紅系增殖相關(guān)的內(nèi)分泌因子在缺氧環(huán)境下的異常分泌，也可能是導(dǎo)致HAPC的重要原因之一。已知雄性激素水平增高可以促進(jìn)EPO的合成，進(jìn)而刺激骨髓紅系造血；而HAPC患者中男性多于女性的表現(xiàn)也提示雄激素在HAPC發(fā)病中有重要作用。另有報道，內(nèi)分泌系統(tǒng)中促腎上腺皮質(zhì)激素(Adrenocorticotropic Hormone，ACTH)對EPO的協(xié)同作用以及cAMP/環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)比值異常均在 HAPC的發(fā)病中發(fā)揮了重要作用[10，11]。

2.3EPO血漿水平變化

一般認(rèn)為，低氧環(huán)境下，EPO的分泌過度可能是發(fā)生HAPC的重要因素[12]，有研究表明，居住高原的HAPC組血漿EPO水平顯著高于正常對照組，且移居者高于世居者，更比平原對照組明顯升高。EPO通過作用于靶細(xì)胞上EPO受體，不僅能刺激骨髓多能干細(xì)胞向RBC系列轉(zhuǎn)化，促進(jìn)紅系原始細(xì)胞增殖、縮短RBC成熟時間，使骨髓中網(wǎng)織RBC釋放增加，最終導(dǎo)致外周血成熟RBC數(shù)量增加。但李素芝等[13]發(fā)現(xiàn)HAPC患者血漿EPO水平雖然明顯高于平原健康對照組，且與外周血Hb含量存在明顯正相關(guān)；但同時發(fā)現(xiàn)高原移居健康對照組血漿EPO水平與HAPC患者差異并無統(tǒng)計學(xué)意義，且高原健康對照組也未發(fā)生HAPC，提示 HAPC 發(fā)病過程中，EPO水平升高并不是發(fā)生HAPC的唯一因素，除了EPO 起重要作用外，還可能有其它造血因子發(fā)揮作用。

2.4EPO活性變化

黃益民等[14]通過對西藏地區(qū)HAPC患者血清EPO活性與同族對照組的比較觀察，發(fā)現(xiàn)EPO對低氧的反應(yīng)性表達(dá)存在著個體差異，即部分患者的EPO過度表達(dá)，其血漿EPO水平高出對照組上限，最高者可高出數(shù)10倍；另一部分患者的EPO 表達(dá)正?；虻退奖磉_(dá)，血漿EPO水平在2.0～14.4 IU/L范圍內(nèi)，或低于2.0 IU/L甚至不能檢測到，認(rèn)為低氧環(huán)境下， EPO活性變化可直接影響EPO對骨髓干細(xì)胞增殖的正常調(diào)控。再次證實EPO的過度合成與分泌不是HAPC的唯一因素[15,16]，還可能與EPO活性有關(guān)，對于EPO活性改變是否與EPO蛋白分子結(jié)構(gòu)或糖基化的改變有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

2.5EPO與其受體結(jié)合的敏感性增強(qiáng)

在同樣低氧刺激作用下，一些個體之所以發(fā)生RBC過度增多，很有可能是這些個體的骨髓等造血組織對EPO造血效應(yīng)保持了持續(xù)的高度敏感性。有研究[17]指出，在低氧應(yīng)激時，EPO合成與釋放機(jī)制調(diào)節(jié)紊亂，使骨髓等造血組織對EPO敏感性增強(qiáng)是導(dǎo)致HAPC發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但未能闡明其作用機(jī)制。還有研究[18]認(rèn)為HAPC是一種低氧習(xí)服不良的慢性高原病，HAPC患者出現(xiàn)低氧血癥與頸動脈化學(xué)感受器對低氧的刺激反應(yīng)鈍化有關(guān)。如急進(jìn)高原的健康人EPO濃度可以明顯高于當(dāng)?shù)卣Ｈ?，而世居高原和移居高原正常人可能無明顯差異。

2.6EPO基因多態(tài)性

EPO基因是最先發(fā)現(xiàn)的低氧適應(yīng)基因，HAPC的發(fā)生與EPO的多態(tài)性相關(guān)[19]。在對EPO基因的研究過程中發(fā)現(xiàn)了低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)和以HIF-1為介導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控。HIF-1由α和β亞基組成，α亞基對氧敏感。在低氧條件下，α和β亞基形成異源二聚體，結(jié)合到基因啟動子和增強(qiáng)子區(qū)域的低氧應(yīng)答元件(HREs)上，對低氧做出應(yīng)答反應(yīng)[20]。采用PCR-SSCP方法對牦牛的EPO基因的多態(tài)性進(jìn)行的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AA、AB、BB 3種基因中AB為優(yōu)勢基因型，A為優(yōu)勢等位基因。高原藏族全基因組掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)了3個低氧正選擇基因：EPAS1、EGLN1和PPARA[21-23]，這3個基因的多態(tài)性與Hb濃度高度負(fù)相關(guān)，提示這3個基因可能是導(dǎo)致低氧環(huán)境中藏族居民HAPC發(fā)病率較低的關(guān)鍵基因。HAPC發(fā)病還具有明顯的種族差異和個體易感傾向，歐洲人比安第斯山世居者更易患HAPC，世居高原的藏族人HAPC的發(fā)病率也顯著低于生活在相同海拔高度的世居安第斯人和移居高原的漢族人。這種差異是否與不同種族人群在高原缺氧條件下，其EPO氧敏感區(qū)、正負(fù)調(diào)控區(qū)的基因多態(tài)性引起了EPO生成失調(diào)有關(guān)，需要繼續(xù)進(jìn)行論證。

2.7其它

EPO對HAPC發(fā)病的作用機(jī)制是多方面的，除以上主要因素外，還有血漿成分及線粒體功能異常也會導(dǎo)致HAPC發(fā)生的報道[24]。羅勇軍等[25]發(fā)現(xiàn)，在HAPC患者中，由于VHL基因(抑癌基因)的DNA含量較低，按照中心法則，可能導(dǎo)致VHL基因的mRNA及蛋白質(zhì)含量降低，使其對HIF-1α的降解作用減弱，導(dǎo)致HIF-1α含量增加；HIF-1α增加會引起EPO mRNA表達(dá)增多，促進(jìn)EPO的合成與釋放，引起HAPC的發(fā)生。還有研究[26]提示，線粒體功能異常在HAPC的發(fā)病中發(fā)揮著重要的作用，線粒體DNA(mtDNA)拷貝數(shù)增加被認(rèn)為是總線粒體呼吸功能的代償，低拷貝數(shù)mtDNA可能導(dǎo)致線粒體功能障礙，在高原習(xí)服適應(yīng)過程中可出現(xiàn)高原習(xí)服不良，進(jìn)而發(fā)生HAPC。另外，樊凌冰等[27]分析了海拔4250m地區(qū)高原人群血清EPO、T(睪酮)、E2(雌二醇)含量變化與 HAPC的相關(guān)性后發(fā)現(xiàn)，HAPC的發(fā)病與 EPO、T、E2無直接因果關(guān)系，機(jī)體在高原低氧環(huán)境下初期出現(xiàn)的RBC增高是功能代償適應(yīng)現(xiàn)象，大部分人在經(jīng)過血液系統(tǒng)和血液系統(tǒng)以外的神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫正、負(fù)調(diào)節(jié)4周后基本恢復(fù)正常。只有少數(shù)人在長期調(diào)節(jié)過程中發(fā)生耐受，對過多的RBC的負(fù)調(diào)節(jié)功能下降，導(dǎo)致了HAPC的發(fā)生。

3小結(jié)與展望

目前，HAPC 的發(fā)病機(jī)制還未完全闡明，EPO對HPAC的作用相對復(fù)雜，具有多因素、多途徑等特點，應(yīng)用更多策略，尤其是基因與蛋白組學(xué)、生物信息學(xué)等技術(shù)和方法，以揭示 HAPC的發(fā)病機(jī)制，是今后HPAC研究的方向，期待更多新的進(jìn)展為臨床防治HAPC提供支持。

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吳金春(1986-)，男，漢族，醫(yī)師，主要研究心血管病和高原疾病

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作者簡介：本文

[中圖分類號]R555+. 1

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1005-1740(2016)01-0061-03

*[基金項目]國家自然科學(xué)基金[81360301];青海省基礎(chǔ)研究計劃[2013-2-743]

本文2015-08-10收到，2015-10-19修回