TNF 對(duì)造血調(diào)控的影響及在高原紅細(xì)胞增多癥中的作用

解友邦 年 蔚 劉彥民 高云梅 石雪峰 郗愛旗

1.青海省人民醫(yī)院血液風(fēng)濕科，青海西寧 810007；2.青海省人民醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，青海西寧 810007；3.青海省人民醫(yī)院心血管介入科，青海西寧 810007；4.青海省人民醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，青海西寧 810007；5.青海省第四人民醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，青海西寧 810000

慢性高原?。╟hronic mountain sickness，CMS）是高原低氧環(huán)境下發(fā)生的常見病，曾用名為高原紅細(xì)胞增多癥（high altitude polycythemia，HAPC），是長期生活在海拔2500 m 以上的世居者或移居者對(duì)高原低氧環(huán)境逐漸失去習(xí)服而引起的臨床綜合征，其特點(diǎn)為過度的紅細(xì)胞增多癥（女性血紅蛋白含量≥19 g/dL，男性血紅蛋白含量≥21 g/dL）和嚴(yán)重的低氧血癥[1]。通常伴有中度或重度肺動(dòng)脈高壓，可能演變?yōu)榉涡牟〔?dǎo)致充血性心力衰竭。隨著海拔的下降，CMS 的臨床表現(xiàn)逐漸消失，并在返回高海拔后重新出現(xiàn)。在青藏高原，海拔為2261～2980 m 時(shí)CMS 占人口的1.05%，在3128～3980 m 時(shí)為3.75%，在4000～5226 m 時(shí)上升至11.83%[2]。另外，印度的一項(xiàng)研究報(bào)告[3]稱在海拔在2350～3000 m 時(shí)沒有CMS 的病例，而在3000～4150 m時(shí)患病率為13.3%，隨海拔的升高CMS 的患病率升高。本課題前期的研究發(fā)現(xiàn)作為造血抑制因子之一的腫瘤壞死因子（TNF）-β 在HAPC 患者的骨髓中明顯升高，基于此對(duì)HAPC 紅細(xì)胞增多的機(jī)制及TNF 對(duì)造血調(diào)控相關(guān)的研究進(jìn)行綜述。

1 高原紅細(xì)胞增多癥概述

慢性低氧暴露被廣泛接受為HAPC 的潛在原因，高原低氧通氣導(dǎo)致鈍化出現(xiàn)中樞通氣不足作為主要機(jī)制解釋了加重低氧血癥和隨后的過度紅細(xì)胞生成反應(yīng)，從而對(duì)多系統(tǒng)產(chǎn)生影響，如凝血系統(tǒng)及全身血液循環(huán)的異常，主要累及心、肺、腦、腎等主要臟器及系統(tǒng)的損害，同時(shí)影響睡眠結(jié)構(gòu)[4-5]。CMS 主要表現(xiàn)為骨髓紅系造血異常旺盛以及與低氧和紅系造血相關(guān)的部分基因表達(dá)異常。CMS 患者的骨髓造血面積增大，增生程度活躍，以紅系增生為主，成熟紅細(xì)胞形態(tài)、大小異常[6]。同時(shí)，骨髓細(xì)胞凋亡水平及凋亡相關(guān)因子表達(dá)增高[7]，但也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)CMS 患者骨髓有核紅細(xì)胞凋亡減低[8]，故CMS 患者紅細(xì)胞增多的機(jī)制還存在爭(zhēng)議，主要認(rèn)為與早紅系過度增殖或凋亡減少有關(guān)。而與此一致的是低氧致CMS 與骨髓造血相關(guān)的基因表達(dá)異常有關(guān)[9]，從而介導(dǎo)紅細(xì)胞過度增殖和血紅蛋白合成增加。研究多集中在缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-inducible factor，HIF）表達(dá)增加[10]、部分造血生長因子[如：促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin，EPO）及其受體、促血小板生成素（thrombopoietin，TPO）、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-3 和IL-6]表達(dá)異常[11-13]、紅系造血相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子GATA-1、GATA-2 和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子5（signal transduction and activator of transcription，STAT5）以及p38-促分裂原活化的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）表達(dá)水平增高[14-15]、血紅素加氧酶（heme oxygenase，HO）表達(dá)增高[16]方面。這些異常表達(dá)的信號(hào)分子可能調(diào)節(jié)著諸多紅系特異性基因及相關(guān)基因（如珠蛋白基因、血紅素生物合成酶基因、膜蛋白基因、EPO 及其受體基因）的表達(dá)，引起紅細(xì)胞數(shù)量和血紅蛋白增加。目前研究主要基于HAPC 中導(dǎo)致紅細(xì)胞生成增多的正向調(diào)控因子的研究較多，關(guān)于負(fù)向調(diào)控的研究幾乎沒有，既往報(bào)道認(rèn)為TNF 家族是主要的造血抑制因子，TNF 在HAPC 紅系調(diào)控中的作用如何目前沒有相關(guān)報(bào)道。

2 TNF-α 在造血調(diào)控中的作用

除造血相關(guān)基因的表達(dá)升高之外，造血抑制因子和造血生長因子相互作用也是造血調(diào)控的重要機(jī)制之一，其通過控制造血細(xì)胞的增殖和分化，最終達(dá)到調(diào)控造血的目的。作為造血抑制因子之一的TNF 家族，主要有TNF-α 和TNF-β 兩種，其中TNF-β 又稱為淋巴毒素（lymphotoxin，LT），兩者對(duì)干細(xì)胞和祖細(xì)胞的作用在不同的集落刺激因子（CSF）刺激下各不相同，在IL-1 加IL-3 或粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）存在的條件下TNF 促進(jìn)HPP-集落形成細(xì)胞（CFC）的生長，而在IL-1 加粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF）存在下則抑制HPP-CFC 的生長[17]。關(guān)于TNF-α 在體外對(duì)純化原代紅細(xì)胞培養(yǎng)24 h 后的基因表達(dá)譜提示，主要調(diào)節(jié)的基因顯著富集于編碼參與控制Ⅰ型干擾素信號(hào)傳導(dǎo)的蛋白質(zhì)和對(duì)病毒感染的免疫應(yīng)答的基因[18]。TNF-α 是一種強(qiáng)大的促炎細(xì)胞因子，通過兩種特異性腫瘤壞死因子受體（TNFR）的參與發(fā)揮功能，即55 kD TNFR1（也稱為TNFRSF1A）和75 kD TNFR2（也稱為TNFRSF1B）。TNFR1 在大多數(shù)細(xì)胞類型中表達(dá)，而TNFR2 僅表達(dá)于免疫和內(nèi)皮細(xì)胞。TNF 家族受體及功能[24]見圖1。TNF-α 信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)成人造血功能方面也有報(bào)道[19]。TNF-α 通過其經(jīng)典途徑激活核因子κB（NF-κB），其中NF-κB 抑制劑（IκB）被磷酸化、泛素化和降解，釋放NF-κB 二聚體，然后易位至細(xì)胞核以結(jié)合特異性NF-κB DNA 結(jié)合位點(diǎn)以激活基因表達(dá)[20]。NF-κB 在造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cell，HSC）中的直接作用尚未得到廣泛研究，最近報(bào)道NF-κB 可正調(diào)節(jié)參與HSC 和祖細(xì)胞維持和穩(wěn)態(tài)的基因轉(zhuǎn)錄[21]。并且TNF-α 通過TNFR2 激活Notch 和NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)途徑，是在沒有感染的情況下，發(fā)育中的胚胎利用促炎信號(hào)傳導(dǎo)產(chǎn)生造血系統(tǒng)的途徑之一，表明在HSC 產(chǎn)生中需要炎癥信號(hào)傳導(dǎo)[22]。TNF-α 已被證明是HSC 和祖細(xì)胞生長的雙功能調(diào)節(jié)因子，盡管一些抗TNF-α 藥物已經(jīng)用于臨床治療，但已經(jīng)有報(bào)道發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的副作用，如淋巴組織增生性疾病[23]。該領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)是整合上述造血相關(guān)因子以更好地闡明在不同空間和時(shí)間的要求，使得造血調(diào)控及網(wǎng)絡(luò)機(jī)制可用于從人多能造血前體細(xì)胞的體外決定HSC 的命運(yùn)，為再生醫(yī)學(xué)提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)。

圖1 TNF 家族受體及功能

3 TNF-β 在造血調(diào)控中的作用

TNF 家族的TNF-β 關(guān)于造血的研究近期很少有報(bào)道，上世紀(jì)有報(bào)道在小鼠炎癥反應(yīng)期間發(fā)現(xiàn)的TNF-α 和TNF-β 水平增高，TNF-α 和TNF-β 可誘導(dǎo)GM-CSF、巨噬細(xì)胞集落刺激因子（M-CSF）和IL-1 的轉(zhuǎn)錄和分泌[25]。TNF-β 受體，即淋巴毒素-β 受體（LTβR）表達(dá)于許多造血組織中，如淋巴組織中的基質(zhì)細(xì)胞上，但也在骨髓髓系細(xì)胞、單核細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和樹枝狀細(xì)胞上表達(dá)，TNF-β 可激活NF-κB 信號(hào)通路產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)，淋巴系統(tǒng)惡性腫瘤常導(dǎo)致NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)異常，激活基因突變，而在正常細(xì)胞中，該途徑在控制細(xì)胞生長、存活、應(yīng)激反應(yīng)和炎癥中具有重要作用。磷脂酰肌醇-3-羥激酶（PI3K）還能夠促進(jìn)NF-κB 蛋白異源二聚體P65/ReIA 的憐酸化，從而募集轉(zhuǎn)錄共激活因子，例如p300 進(jìn)而全面激活NF-κB 的轉(zhuǎn)錄與激活功能[26]。IA 型PI3 的p110 亞單位也被證明能夠通過p85α 與酪氨酸磷酸化IκB-α結(jié)合促進(jìn)的NF-κB p65 磷酸化，促進(jìn)NF-κB 反式激活，募集轉(zhuǎn)錄共刺激因子與NF-κB p65 的結(jié)合，增加其轉(zhuǎn)錄活性[27]。PI3K 和NF-κB 作用信號(hào)通路見圖2。而LTβR 信號(hào)傳導(dǎo)以細(xì)胞類型限制的方式導(dǎo)致NF-κB活化，即不是所有LTβR 陽性細(xì)胞中的受體連接后都會(huì)激活NF-κB[28]。HAPC 患者骨髓CD71+細(xì)胞凋亡降低、Akt 和Bcl-xl 的mRNA 和蛋白表達(dá)較高，caspase-9降低[29]，提示HAPC 骨髓CD71+細(xì)胞存在PI3K/Akt 信號(hào)通路的激活和凋亡的減低。故基于HAPC 與PI3K/Akt信號(hào)通路和NF-κB 信號(hào)通路的相關(guān)性，以及TNF-β既往的生物學(xué)作用和在信號(hào)傳導(dǎo)方面的研究，推測(cè)TNF-β 可能在HAPC 造血調(diào)控中尤其是紅系造血中發(fā)揮一定作用。

圖2 PI3K 和NF-κB 信號(hào)通路

4 展望

TNF 家族相關(guān)信號(hào)通路的作用是把雙刃劍，有激活和抑制兩方面，參與造血只是其中之一。在再生障礙性貧血中造血功能受損是由于TNF/LT 過度分泌造成的[30]。故關(guān)于TNF-β 在HAPC 紅系造血中的功能如何目前沒有報(bào)道。應(yīng)明確TNF-β 對(duì)HAPC 骨髓紅系增殖和分化的影響機(jī)制，探討HAPC 中是否存在TNF-β 對(duì)紅系造血的調(diào)節(jié)作用，全面了解TNF-β 在HAPC 病理機(jī)制中的作用，從而為靶向治療藥物的開發(fā)提供新的理論依據(jù)。研究HAPC 患者中TNF-β 在紅系造血過程是促進(jìn)還是抑制因子，有可能使TNF-β作為新的治療靶點(diǎn)應(yīng)用于HAPC 的治療。