高原低氧性肺動(dòng)脈高壓與肺血管內(nèi)皮功能的相關(guān)性研究

馮恩志　黃寧俠　楊生岳　殷和　田忠新　張瑛

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·論著·

高原低氧性肺動(dòng)脈高壓與肺血管內(nèi)皮功能的相關(guān)性研究

馮恩志黃寧俠楊生岳殷和田忠新張瑛

810007 西寧，解放軍第四醫(yī)院蘭州軍區(qū)呼吸內(nèi)科中心

【摘要】目的探討高原低氧性肺動(dòng)脈高壓(HPH)與肺血管內(nèi)皮功能的關(guān)系。方法選擇由平原進(jìn)駐高原的健康男性官兵80例，年齡18～25歲。進(jìn)入高原前和進(jìn)入高原后2 d、30 d、60 d、90 d，分別測(cè)定平均肺動(dòng)脈壓(mPAP)、血清低氧誘導(dǎo)促有絲分裂因子(HIMF)、低氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、血漿內(nèi)皮素-1(ET-1)和一氧化氮(NO)含量。結(jié)果入高原后2 d，mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平明顯高于入高原前，NO含量水平明顯低于入高原前，(均P<0.01)；但 入高原后2 d的mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平明顯低于入高原后30 d，60 d和90 d，NO水平則明顯高于入高原后30、60、90 d(均P<0.01)；入高原后各指標(biāo)30 d與60 d和60 d與90 d比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)。入高原后2 d，mPAP與HIMF、HIF-1α、VEGF、ET-1呈顯著正相關(guān)(r=0.568、0.664、0.616、0.598)，與NO呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.608)，(均P<0.01)。結(jié)論HIMF、HIF-1α、VEGF、ET-1和NO可能共同參與了HPH的發(fā)生發(fā)展，高原HPH的發(fā)生與肺血管內(nèi)皮功能受損有密切關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】低氧性肺動(dòng)脈高壓；低氧誘導(dǎo)促有絲分裂因子；低氧誘導(dǎo)因子；血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子；內(nèi)皮素；一氧化氮；高原地區(qū)

平原人暴露于高原地區(qū)后，機(jī)體為了提高在低氧環(huán)境下氧的有效利用，以習(xí)服低氧環(huán)境的需要，常發(fā)生一系列代償性生理性變化來(lái)攜帶更多的氧氣供組織利用。平原人暴露于高原早期，低氧主要引起肺血管收縮反應(yīng)，使肺循環(huán)阻力增加，肺動(dòng)脈壓升高[1-2]。隨著在低氧環(huán)境暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，肺血管結(jié)構(gòu)重塑，肺動(dòng)脈壓持續(xù)升高，形成持續(xù)性低氧性肺動(dòng)脈高壓(hypoxia pulmonary artery hypertension, HPH)，個(gè)別人可發(fā)生高原肺動(dòng)脈高壓癥(高原心臟病)[3-5]。低氧誘導(dǎo)促有絲分裂因子(hypoxia-induced mitogenic factor, HIMF)是由低氧小鼠肺組織分離出的一種分泌蛋白，主要分布于支氣管上皮細(xì)胞、Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞、肺血管等部位，具有肺組織的特異性，在HPH形成中有刺激肺血管收縮、肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖、血管再生及調(diào)節(jié)與肺血管重塑等多種作用[6]。低氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor, HIF)是組織細(xì)胞在缺氧條件下的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控多種與缺氧相關(guān)因子的表達(dá)，在傳遞缺氧信號(hào)過(guò)程中發(fā)揮重要作用[7]。HIF-1α轉(zhuǎn)錄活化的一個(gè)重要靶基因是血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF),并可誘導(dǎo)VEGF的表達(dá)，VEGF是促進(jìn)新生血管形成的重要調(diào)節(jié)因子。內(nèi)皮素-1(endothelin-1, ET-1)是最強(qiáng)的縮血管物質(zhì)，可引起肺血管收縮和血管平滑肌細(xì)胞增殖，導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓。一氧化氮(nitric oxide, NO) 為作用較強(qiáng)的舒血管物質(zhì)，能明顯舒張肺血管，降低肺動(dòng)脈壓。目前有關(guān)HPH與上述細(xì)胞因子的關(guān)系主要見于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，而在對(duì)高原現(xiàn)場(chǎng)和在高原不同時(shí)間點(diǎn)的人體研究尚少見。

本研究對(duì)由平原進(jìn)入高原駐訓(xùn)部隊(duì)的官兵，在進(jìn)入高原前和進(jìn)入高原后不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)定其平均肺動(dòng)脈壓(mean pulmonary arterial pressure, mPAP)、血清HIMF、HIF-1α、VEGF和血漿ET-1、NO水平的變化，旨在探討高原HPH的發(fā)生與肺血管內(nèi)皮功能的關(guān)系，為干預(yù)HPH提供理論基礎(chǔ)。

對(duì)象與方法

一、研究對(duì)象

本研究為前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究，應(yīng)用隨機(jī)數(shù)字表法選擇2015年6月至9月由平原(海拔400 m)進(jìn)駐高原(海拔4 300 m)駐訓(xùn)的部隊(duì)健康男性官兵80名，年齡18～25歲，平均(21.6±3.1)歲。進(jìn)入高原前在平原和進(jìn)入高原后2 d、30 d、60 d、90 d，分別測(cè)定mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF和血漿ET-1、NO濃度。

二、研究方法

1. mPAP測(cè)定： 采用彩色多普勒超聲心動(dòng)圖儀(康柏RT-6800型)測(cè)定肺動(dòng)脈血流頻譜的右室射血前期時(shí)間(RVPEP)與肺動(dòng)脈血流加速時(shí)間(AT)，RVPEP是從心電圖Q波起點(diǎn)到肺動(dòng)脈收縮期血流頻譜起點(diǎn)的時(shí)間，AT是從肺動(dòng)脈收縮期血流頻譜起點(diǎn) 到達(dá)峰值速度的時(shí)間。mPAP(mmHg)=42.1(RVPEP/AT)-15.7[8]。

2. 血清HIMF、HIF-1α、VEGF和血漿ET-1、NO測(cè)定：取空腹靜脈血8 ml，置于含10% 二乙胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2) 30 μl抑肽酶30 μl的抗凝試管中，離心(4 ℃，離心半徑8 cm，3 000 r/min，離心10 min)后分別取血清和血漿，置于-30 ℃冰箱內(nèi)貯存待測(cè)。血清HIMF、HIF-1α、VEGF采用雙抗體夾心酶聯(lián)免疫法(ELSIA)測(cè)定，血漿ET-1測(cè)定采用放射免疫法測(cè)定，NO測(cè)定采用硝酸還原酶法。HIMF試劑盒由北京冬歌生物科技有限公司提供，HIF-1α、VEGF、ET-1和NO試劑盒由北京東亞免疫技術(shù)研究所提供。嚴(yán)格按試劑盒說(shuō)明書的操作步驟進(jìn)行。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié)　　果

一、 進(jìn)入高原后2 d與進(jìn)入高原前mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF和血漿ET-1、NO水平的比較

進(jìn)入高原后2 d，mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平明顯高于進(jìn)入高原前，NO水平明顯低于進(jìn)入高原前，有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.01)，見表1。

二、 進(jìn)入高原不同時(shí)間點(diǎn)mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF和血漿ET-1、NO水平的比較

進(jìn)入高原后2 d，mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平明顯低于入高原后30 d、60 d、90 d，NO水平明顯高于進(jìn)入高原后30 d、60 d和90 d，有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.01)，但進(jìn)入高原后30 d與60 d和60 d與90 d比較無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P>0.05)，見表2。

表1　進(jìn)入高原后2 d與進(jìn)入高原前mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF和血漿ET-1、NO水平的比較

注：mPAP：平均肺動(dòng)脈壓；HIMF：低氧誘導(dǎo)促有絲分裂因子；HIF-1α: 低氧誘導(dǎo)因子-1α；VEGF：血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子；ET-1：內(nèi)皮素-1；NO：一氧化氮

表2　進(jìn)入高原不同時(shí)間點(diǎn)mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF和血漿ET-1、NO水平的比較

注：與進(jìn)入高原后30 d、60 d、90的比較，aP<0.01

三、 進(jìn)入高原后2 d mPAP與HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1、NO的相關(guān)性分析

經(jīng)Pearson直線相關(guān)分析，mPAP與HIMF、HIF-1α、VEGF、ET-1呈顯著正相關(guān)(r=0.568、0.664、0.616、0.598)，與NO呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.608)(均P<0.01)。

討　　論

HPH發(fā)生的兩個(gè)主要環(huán)節(jié)是低氧性肺血管收縮反應(yīng)(hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV)和低氧性肺血管重塑(hypoxic pulmonary remodeling, HPSR)，前者主要發(fā)生在急性缺氧時(shí)，后者則出現(xiàn)在慢性缺氧時(shí)[9-10]。ET-1能引起肺血管強(qiáng)烈收縮及血管平滑肌細(xì)胞增殖，使肺血管阻力增加，進(jìn)而導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓。而NO則是較強(qiáng)的舒血管物質(zhì)，具有明顯降低肺血管阻力和肺動(dòng)脈壓的作用，同時(shí)還能抑制ET的合成及前列腺素F2α引起的肺血管收縮。ET和NO以血管內(nèi)皮為基本生成位點(diǎn)，內(nèi)皮損傷可影響它們的生成，二者可反映內(nèi)皮功能的變化。正常情況下，舒/縮血管因子比例保持平衡，才不會(huì)發(fā)生肺動(dòng)脈高壓。如果縮血管細(xì)胞因子增高和/或舒血管細(xì)胞因子降低即二者的比例失衡，則必然導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓。Kanazawa等[11]研究報(bào)道，大鼠暴露于低壓低氧環(huán)境下，ET-1在肺內(nèi)的生成增加，對(duì)肺動(dòng)脈高壓的形成起重要作用。在HPH形成中HIMF是重要的細(xì)胞因子樣生長(zhǎng)因子，它的主要作用使肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖及無(wú)肌性肺細(xì)小動(dòng)脈肌化，在HPSR形成過(guò)程中發(fā)揮重要的生物學(xué)效應(yīng)[3,8-9]。賀洪軍等[14]研究表明，大鼠低氧時(shí)HIF-1α通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活的方式上調(diào)其下游靶基因的表達(dá)，參與HPH的肺血管重塑，HIF-1α系HPSR中調(diào)控靶基因表達(dá)的關(guān)鍵分子開關(guān)。HIF-1α轉(zhuǎn)錄活化的一個(gè)重要靶基因?yàn)閂EGF，并可誘導(dǎo)VEGF的表達(dá)，后者是促進(jìn)新生血管形成的重要調(diào)節(jié)因子，參與HPH的形成過(guò)程。體外研究發(fā)現(xiàn)，缺氧環(huán)境可快速而強(qiáng)烈刺激VEGF的表達(dá)，給大鼠氣道內(nèi)灌注HIMF蛋白可引起氣道上皮細(xì)胞和肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞大量生成VEGF[15]。

本研究結(jié)果顯示，平原人暴露于高原2 d與暴露高原前的平原比較，mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平明顯升高，NO水平明顯降低(均P<0.01)；暴露高原30 d與暴露高原2 d比較，mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平進(jìn)一步升高，NO水平進(jìn)一步降低(均P<0.01)，但暴露高原30 d、60 d和90 d之間差異無(wú)顯著性(均P>0.05)。表明平原人暴露高原低氧環(huán)境2 d時(shí)，mPAP隨著血管活性細(xì)胞因子的變化而升高，暴露高原2 d至30 d時(shí)，這些變化進(jìn)一步加重，但此后隨著在高原低氧環(huán)境停留時(shí)間的延長(zhǎng)，mPAP和血管活性因子未見明顯進(jìn)行性變化，而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。本研究顯示，平原人暴露于高原初期，受低氧刺激使ET-1合成、分泌增多和NO的合成、分泌減少，同時(shí)HIMF、HIF-1α、VEGF的合成、分泌也增多，使其含量增加。早期以縮血管因子增加和舒血管因子減少而引起舒/縮血管因子失衡，從而導(dǎo)致以HPV為主的HPH。此時(shí)的HIMF、HIF-1α、VEGF含量升高，推測(cè)可能是受低氧刺激的反應(yīng)性改變。隨著在高原低氧環(huán)境停留時(shí)間的延長(zhǎng)，慢性持續(xù)性低氧刺激使HIMF、HIF-1α、VEGF持續(xù)性升高，這可能在后期的HPSR中發(fā)揮重要作用，從而導(dǎo)致持續(xù)性HPH。

本研究結(jié)果還顯示，mPAP與HIMF、HIF-1α、VEGF、ET-1呈顯著正相關(guān)，與NO呈顯著負(fù)相關(guān)(均P<0.01)。提示mPAP隨著HIMF、HIF-1α、VEGF、ET-1水平的升高和NO水平的降低而升高，HIMF、HIF-1α、VEGF、ET-1和NO共同參與了HPH的發(fā)生發(fā)展，HPH的發(fā)生與肺血管內(nèi)皮損傷和功能失調(diào)有密切關(guān)系。

綜上所述，平原人暴露高原2 d時(shí)，mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平明顯升高，NO水平明顯降低；暴露高原2 d至30 d時(shí)，mPAP、血清HIMF、HIF-1α、VEGF、血漿ET-1水平進(jìn)一步升高，NO水平進(jìn)一步降低；此后隨著在高原低氧環(huán)境停留時(shí)間的延長(zhǎng)，mPAP和血管活性因子維持穩(wěn)定狀態(tài)。HPH早期以HPV為主，后期以HPSR為主。HIMF、HIF-1α、VEGF、ET-1和NO可能共同參與了HPH的發(fā)生和發(fā)展，HPH的發(fā)生與肺血管內(nèi)皮損傷和功能失調(diào)密切相關(guān)。

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(本文編輯：王亞南)

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DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2016.03.003

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2009BA185B003)

通訊作者：楊生岳，Email: ysyday@163.com

中圖法分類號(hào)：R563

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Corresponding author：Yang Shengyue, Email：ysyday@163.com

(收稿日期：2016-03-21)

Investigate the relationship between the hypoxia pulmonary artery hypertension and pulmonary vascular endothelial function at high altitude

FengEnzhi,HuangNingxia,YangShengyue,YinHe,TianZhongxin,ZhangYing.CenterofRespiratoryMedicine,the4thHospital,LanzhouCommand,PLA,Xining810007,China

【Abstract】ObjectiveTo assess the relationship between the hypoxia pulmonary artery hypertension (HPH)and Pulmonary vascular endothelial function at high altitude. MethodsEighty healthy officers and sildiers leaving low altitude area to high altitude area were rolled for study，all of them were male, aged 18-25 years. Levels of mean pulmonary arterial pressure (mPAP), hypoxia-induced mitogenic factor (HIMF), hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α), vascular endothelial growth factor (VEGF), endothelin-1 (ET-1) and nitricoxide (NO) were measured respectively before entering plateau and on 2 days, 30 days, 60 days, and 190 days after entering plateau. ResultsAt 2 days after entering plateau, level of mPAP, serum HIMF, HIF-1α, VEGF, plasma ET-1 were significantly higher, and plasma NO was significantly lower than those of before entering plateau. At 2 days after entering plateau, level of mPAP, serum HIMF, HIF-1α, VEGF, plasma ET-1 were significantly lower, and plasma NO was significantly higher than those of 30 days, 60 days and 90 days after entering plateau(all P<0.01), there were no significantly differences between which 30 days and 60 days, 60 days and 90 days (all P>0.05). At 2 days after entering plateau, mPAP was positively correlated with HIMF, HIF-1α, VEGF and ET-1(r=0.568, 0.664, 0616, 0.598, respectively), and was positively correlated with NO(r=-0.608)(all P<0.01). ConclusionHIMF, HIF-1α, VEGF, ET-1 and NO may sect1icipated in the pathogenesis of HPH together, the occurrence of HPH has closely correlated with injury of pulmonary vascular endothelial function at high altitude.

【Key words】Hypoxia pulmonary artery hypertension;Hypoxia-induced mitogenic factor;Hypoxia-inducible factor;Vascular endothelial growth factor;Endothelin;Nitricoxide;High altitude area

青海省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目資助(2011-Z-710)