高原紅細(xì)胞增多癥發(fā)病基因的研究進(jìn)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(xì)胞增多癥發(fā)病基因的研究進(jìn)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(xì)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(lái)，有許多針對(duì)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(xì)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(zhǎng)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(duì)HAPC的病因研究有重要意義。

高原紅細(xì)胞增多癥；缺氧誘導(dǎo)因子1；促紅細(xì)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(zhǎng)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(guó)的青藏高原，占總?cè)丝诘?%。平原人進(jìn)入高原后機(jī)體會(huì)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(xì)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(duì)增加、紅細(xì)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(jìn)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(yán)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(bào)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(dòng)強(qiáng)度、種族、性別[3]等方面的差異有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，個(gè)體間對(duì)缺氧所致嚴(yán)重的紅細(xì)胞增多存在很大差異，這個(gè)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?，F(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(duì)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(duì)細(xì)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(duì)協(xié)調(diào)氧供與細(xì)胞代謝起重要作用[5]。

在常氧情況下HIF-1位于細(xì)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(xì)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(jìn)下游基因的轉(zhuǎn)錄。上調(diào)HIF-1活性可以使細(xì)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(xì)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(dá)水平升高，當(dāng)他們移居至低海拔地區(qū)后HIF-1基因表達(dá)水平未下降，仍保持著缺氧刺激時(shí)的較高水平。選擇合并嚴(yán)重HAPC的慢性高原病患者及相同海拔健康人群為對(duì)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(wú)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(xì)胞生成過(guò)程中不僅對(duì)EPO及EPOR的基因編碼起主要的調(diào)控作用，同時(shí)對(duì)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(dá)的蛋白調(diào)控機(jī)體鐵的利用，從而調(diào)控紅細(xì)胞的生成及分化過(guò)程。

2 促紅細(xì)胞生成素(EPO)

EPO是紅細(xì)胞生成過(guò)程中的重要因素，是促進(jìn)并調(diào)節(jié)紅系前體細(xì)胞向成熟紅細(xì)胞分化的一種糖蛋白，同時(shí)也對(duì)血管生成、免疫調(diào)節(jié)等非紅系造血過(guò)程起調(diào)節(jié)作用。在成人體內(nèi)，腎臟產(chǎn)生90%的EPO，同時(shí)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(xì)胞通過(guò)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(jìn)HIF-1表達(dá)升高，同時(shí)也促進(jìn)EPO表達(dá)升高，從而促進(jìn)紅細(xì)胞生成增加；同時(shí)，EPO的合成與釋放也受甲狀腺素、生長(zhǎng)素、睪酮、血管緊張素Ⅱ等多種激素與介質(zhì)的影響。

對(duì)于慢性高原病患者，血中EPO水平與正常人群比較有時(shí)并無(wú)顯著差別。HAPC骨髓紅系祖細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，紅系祖細(xì)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(guò)一定限度后紅系祖細(xì)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(jìn)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(cè)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(wú)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(duì)高原本土人細(xì)胞系EPO基因的編碼及下游調(diào)控區(qū)進(jìn)行測(cè)序，在編碼測(cè)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(xì)胞增多之間未發(fā)現(xiàn)明顯的單倍體，這說(shuō)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(duì)調(diào)節(jié)機(jī)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(qiáng)有力的血管收縮劑通過(guò)激活醛固酮的釋放調(diào)控血壓以及水、鈉鹽的平衡。同時(shí)，ACE也能通過(guò)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(hào)染色體上，由于其第16內(nèi)含子中的1個(gè)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(duì)于缺失型具有較低ACE蛋白功能。血漿ACE水平及RAS都會(huì)因低氧而改變，同時(shí)這一作用反過(guò)來(lái)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(duì)大鼠的研究提示，ACE在低氧誘導(dǎo)的肺動(dòng)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(duì)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(jī)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(shí)，骨髓造血細(xì)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?xiàng)l件下調(diào)控造血細(xì)胞的增殖及分化。對(duì)多種組織局部RAS的研究表明，低氧在體內(nèi)外均可促進(jìn)ACE基因的表達(dá)，HIF-1介導(dǎo)這一作用過(guò)程，認(rèn)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(gè)核細(xì)胞中ACE蛋白表達(dá)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(jī)制中發(fā)揮作用。

4 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)

VEGF是相對(duì)分子質(zhì)量為46 kD的糖蛋白，其作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的特異性有絲分裂原，通過(guò)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(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)新生血管形成。

VEGF是最關(guān)鍵的血管生長(zhǎng)促進(jìn)因子，缺氧是VEGF表達(dá)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(xì)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(qiáng)，缺氧時(shí)KDR升高13倍，而KDR與VEGF的結(jié)合力不變；說(shuō)明缺氧不僅誘導(dǎo)VEGF的增加，也通過(guò)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(qiáng)[22]。Walter等[23]在比較不同海拔高度人群的VEGF，認(rèn)為高海拔可誘導(dǎo)VEGF釋放，并且存在性別及個(gè)體差異。王洪斌等[24]用ELISA法測(cè)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(duì)照組血清VEGF水平，結(jié)果表明HAPC患者VEGF水平高于健康對(duì)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(duì)照組中，藏族男性高于女性，但漢族男性和女性相比無(wú)差異。表明高原缺氧能誘導(dǎo)VEGF分泌增多，VEGF在肺動(dòng)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(duì)照組的VEGF水平明顯低于移居漢族，這可能與藏族長(zhǎng)期世居高海拔地區(qū)的進(jìn)化過(guò)程中形成對(duì)低氧適應(yīng)比較完整的機(jī)制有關(guān)。張易青等[25]用免疫組化的方法檢測(cè)了HAPC和正常人骨髓組織VEGF的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)HAPC組VEGF陽(yáng)性表達(dá)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(duì)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(duì)探索不同低氧環(huán)境下的基因變化還缺乏嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)假設(shè)，可能是因?yàn)榛虻挠绊懞苄?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(lái)的研究中，我們建議使用基因多態(tài)性數(shù)據(jù)庫(kù)和全基因組單體型圖提高可能存在的易感位點(diǎn)之間關(guān)系的檢測(cè)能力。同時(shí)，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(dá)強(qiáng)弱也各有不同，慢性高原病和(或)HAPC患者可能存在對(duì)下游感受器獨(dú)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(gè)體識(shí)別患慢性高原病的風(fēng)險(xiǎn)。

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