高原紅細胞增多癥發病基因的研究進展

馬婕,崔森,冀林華,熊華

(青海大學附屬醫院，西寧810000)

高原紅細胞增多癥發病基因的研究進展

馬婕,崔森,冀林華,熊華

(青海大學附屬醫院，西寧810000)

高原紅細胞增多癥(HAPC)是常駐高原居民中發病率最高、危害最大的慢性高原病。近年來，有許多針對高原地區人群遺傳相關的研究。其中缺氧誘導因子1、促紅細胞生成素、內皮型一氧化氮合酶、血管緊張素轉換酶、血管內皮生長因子等相關基因與HAPC發病具有一定相關性，其水平變化對HAPC的病因研究有重要意義。

高原紅細胞增多癥；缺氧誘導因子1；促紅細胞生成素；內皮型一氧化氮合酶；血管緊張素轉換酶；血管內皮生長因子

全世界約有1.4億人居住在海拔2 500 m以上的高原地區，主要分布在南美安第斯山脈、埃塞俄比亞高原和我國的青藏高原，占總人口的2%。平原人進入高原后機體會發生一系列變化以適應高原低氧環境，可引起一類高原特發性疾病，包括急性高原病和慢性高原病。其中，高原紅細胞增多癥(HAPC)是常駐高原居民中發病率最高、危害最大的慢性高原病[1]。HAPC患者全血容量絕對增加、紅細胞變形性下降，使得血液黏滯度增加、血流阻力增大、微循環障礙；這種血液高凝狀態進而加重各臟器缺血缺氧狀態，從而導致惡性循環，臨床表現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HAPC的發病率為2.4%～37.5%，發病率隨海拔升高而升高。各地區HAPC的發病率報道不一[1，2]，考慮與調查地區的海拔高度及被調查人群的勞動強度、種族、性別[3]等方面的差異有關。研究發現，個體間對缺氧所致嚴重的紅細胞增多存在很大差異，這個特征提示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部的特定遺傳因素。現就與HAPC發病相關的基因研究綜述如下。

1 缺氧誘導因子1(HIF-1)

HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β組成的異質二聚體，HIF-1α是HIF-1特有的氧調節蛋白，對HIF-1的活性起決定作用[4]。目前，已經發現有幾百種基因直接或間接被HIF-1調控。HIF-1是調控體內氧平衡重要的轉錄因子，也是對細胞能量代謝、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控的反應基因，對協調氧供與細胞代謝起重要作用[5]。

在常氧情況下HIF-1位于細胞質中，極不穩定，可被泛素-蛋白酶體系統迅速降解，半衰期很短(<5 min)；但在低氧情況下HIF-1α轉移至細胞核內，與HIF-1β結合，活化成為具有完整轉錄功能的HIF-1，其穩定性和轉錄活性都顯著增加，從而促進下游基因的轉錄。上調HIF-1活性可以使細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，能引起細胞低氧應答的顯著特異性。Appenzeller等[7]發現，HIF-1在慢性高原病患者中的表達水平升高，當他們移居至低海拔地區后HIF-1基因表達水平未下降，仍保持著缺氧刺激時的較高水平。選擇合并嚴重HAPC的慢性高原病患者及相同海拔健康人群為對照，用基因標記物定位在HIF-1基因或VHL、PHDs、PTEN等調控其穩定性的基因上，發現兩組間無明顯差異，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性方面起了重要的作用，他們發現HIF在紅細胞生成過程中不僅對EPO及EPOR的基因編碼起主要的調控作用，同時對DMT1、鐵調素、轉鐵蛋白及其受體也有重要的調控作用，所有這些基因表達的蛋白調控機體鐵的利用，從而調控紅細胞的生成及分化過程。

2 促紅細胞生成素(EPO)

EPO是紅細胞生成過程中的重要因素，是促進并調節紅系前體細胞向成熟紅細胞分化的一種糖蛋白，同時也對血管生成、免疫調節等非紅系造血過程起調節作用。在成人體內，腎臟產生90%的EPO，同時在肝、脾、腦、肺等組織都發現低氧誘導EPO轉錄[10]，骨髓紅系前體細胞通過自分泌及旁分泌形式也可以產生EPO[11]。HIF-1是EPO的關鍵調控因子，缺氧情況下不僅促進HIF-1表達升高，同時也促進EPO表達升高，從而促進紅細胞生成增加；同時，EPO的合成與釋放也受甲狀腺素、生長素、睪酮、血管緊張素Ⅱ等多種激素與介質的影響。

對于慢性高原病患者，血中EPO水平與正常人群比較有時并無顯著差別。HAPC骨髓紅系祖細胞體外培養時發現，紅系祖細胞集落數隨著EPO濃度的增加而逐漸增多，但當EPO濃度超過一定限度后紅系祖細胞集落數不再增加[12]，提示血漿EPO水平的高低并不是HAPC的惟一發病因素。但急進高原的人其血漿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法測定慢性高原病患者與健康人血漿與骨髓中的EPO水平，發現兩者血漿EPO水平無明顯差異，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]關于基因相關性研究分析顯示，EPO和其受體(EPOR)基因是功能性候選基因，而且對高原本土人細胞系EPO基因的編碼及下游調控區進行測序，在編碼測序、內含子和外顯子的界限及調控區域等方面未發現變化。EPO及EPOR的多態性與紅細胞增多之間未發現明顯的單倍體，這說明可能導致HAPC的因素除了EPO外還有其他因素。

3 血管緊張素轉換酶(ACE)

腎素-血管緊張素系統(RAS)是具有復雜功能的重要調節系統，它對調節機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，轉變成血管緊張素Ⅰ(AngⅠ)，ACE激活AngⅠ轉變成AngⅡ；AngⅡ是RAS的主要效應物質，作為一種強有力的血管收縮劑通過激活醛固酮的釋放調控血壓以及水、鈉鹽的平衡。同時，ACE也能通過激活緩激肽2(BK2)受體釋放血管緩激態，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號染色體上，由于其第16內含子中的1個287 bp DNA片段而呈現ACE基因插入/缺失(I/D)多態性，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于缺失型具有較低ACE蛋白功能。血漿ACE水平及RAS都會因低氧而改變，同時這一作用反過來間接調節了高原低氧地區人群的心血管反應[17]。通多對大鼠的研究提示，ACE在低氧誘導的肺動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換酶抑制劑(ACEI)對酶親和力的不同導致局部組織ACE與血液循環中ACE的不同[18]。

目前研究結果顯示，除循環RAS外，機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，骨髓造血細胞及骨髓造血微環境中發現了RAS中幾乎所有的成分，如腎素、ACE、AGT、AngⅡ等，且骨髓局部RAS可在生理和病理條件下調控造血細胞的增殖及分化。對多種組織局部RAS的研究表明，低氧在體內外均可促進ACE基因的表達，HIF-1介導這一作用過程，認為ACE基因是HIF-1的靶基因[20]。李占全等[21]研究表明，HAPC患者骨髓單個核細胞中ACE蛋白表達水平、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的發生機制中發揮作用。

4 血管內皮生長因子(VEGF)

VEGF是相對分子質量為46 kD的糖蛋白，其作用于血管內皮細胞的特異性有絲分裂原，通過旁分泌的方式與其受體VEGFR特異性結合，活化磷脂酞肌醇3激酶(PI3K)，增加血管通透性，促進內皮細胞的增殖，誘導新生血管形成。

VEGF是最關鍵的血管生長促進因子，缺氧是VEGF表達的最主要的調節因素之一。既往研究證明，在缺氧條件下VEGF誘導內皮細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，缺氧時KDR升高13倍，而KDR與VEGF的結合力不變；說明缺氧不僅誘導VEGF的增加，也通過旁分泌誘導VEGFR數量和功能的增加致使VEGF的生物效應增強[22]。Walter等[23]在比較不同海拔高度人群的VEGF，認為高海拔可誘導VEGF釋放，并且存在性別及個體差異。王洪斌等[24]用ELISA法測定居住在海拔4 500 m的漢、藏族男性和女性HAPC及各自健康對照組血清VEGF水平，結果表明HAPC患者VEGF水平高于健康對照組，漢族高于藏族，男性高于女性，有顯著性和極顯著性差異；在健康對照組中，藏族男性高于女性，但漢族男性和女性相比無差異。表明高原缺氧能誘導VEGF分泌增多，VEGF在肺動脈高壓、低氧適應調節劑并發癥中可能發揮了重要作用。但在世居藏族HAPC組和健康對照組的VEGF水平明顯低于移居漢族，這可能與藏族長期世居高海拔地區的進化過程中形成對低氧適應比較完整的機制有關。張易青等[25]用免疫組化的方法檢測了HAPC和正常人骨髓組織VEGF的表達情況，發現HAPC組VEGF陽性表達率明顯高于正常人，這與之前觀察到的血漿和血清VEGF水平變化結果相一致。

總之，基因研究對HAPC及慢性高原病的病因研究有重要意義。然而，迄今公布的數據對探索不同低氧環境下的基因變化還缺乏嚴格的實驗假設，可能是因為基因的影響很小(多基因)。此外，基因-基因或基因-環境相互作用也應該被考慮在高海拔疾病的遺傳原因中。在未來的研究中，我們建議使用基因多態性數據庫和全基因組單體型圖提高可能存在的易感位點之間關系的檢測能力。同時，值得注意的是，到目前為止在基因研究結果的可變性表明由于種群的遺傳背景各不相同，基因表達強弱也各有不同，慢性高原病和(或)HAPC患者可能存在對下游感受器獨立的影響因素。多種方法可能有助于明確在不同的高海拔地區種群不耐受缺氧的遺傳基礎，最終起到幫助個體識別患慢性高原病的風險。

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