IL-6與高原病的研究進展※

史子畢 綜述 朱玲玲審校

(軍事科學院軍事醫學研究院軍事認知與腦科學研究所)

基于人群和動物模型的研究發現，炎癥被認為是高原病發生的一個重要危險因素[1，2]。對急進高原人群(日喀則，海拔3860米)的研究發現，高原低氧可誘發機體炎癥反應，急性高原病(Acute mountain sickness，AMS)組與非急性高原病組相比，白細胞介素-6(Interleukin-6，IL-6)、白介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)等炎癥因子的水平上升更高，提示炎癥因子的上升程度與AMS的發生相關[3]?？寡姿幬镌诟咴☆A防和治療中的應用也進一步驗證了炎癥與高原病的密切關系。

Klausen等人檢測了海平面和高原(海拔4350米)暴露不同時間點志愿者血清中的炎癥因子，發現只有IL-6的水平持續升高，而其他因子如IL-1β、TNF-α和C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)沒有顯著變化，提示IL-6對高原暴露的反應較為敏感[4]。高原腦水腫動物模型的實驗結果表明IL-6在模型組的升高幅度尤為顯著[5]。以上研究結果提示，IL-6在高原病的發生發展中扮演著重要角色?，F就IL-6與高原病的研究進展予以綜述。

1.IL-6與高原病相關性的研究

IL-6是目前發現的功能最廣泛的細胞因子之一，與機體炎癥反應程度密切相關?；谌巳汉蛣游锬Ｐ偷难芯拷Y果都證實了高原暴露能夠刺激IL-6的產生。Hartmann等對登山志愿者研究發現，即使在非高原肺水腫(High altitude pulmonary edema，HAPE)患者中，高原低氧也會導致血漿中的IL-6升高，提示機體在某個部位存在顯著炎癥反應，這種情況支持了炎癥反應參與HAPE發病的假說[6]。Bailey等對49名受試者在海平面和快速進入高海拔(4559米)地區時檢測發現HAPE患者IL-6水平顯著升高[7]。周其全等回顧性調查3 184例高原病患者臨床資料，發現重癥急性高原病患者的IL-6、TNF-α、IL-1、IL-8等細胞因子均明顯高于高原健康人群，提示低氧環境誘發的全身炎癥反應在高原致多器官功能損傷中發揮了重要作用[8]。對早期HAPE患者的支氣管肺泡灌洗液檢測中發現包括IL-6在內的多種細胞因子均顯著升高，肺動脈壓差和IL-6、TNF-α濃度顯著相關，這些發現表明，炎性細胞因子能夠在HAPE早期發揮作用，可能與肺動脈高壓有關[9]。因此，動態監測IL-6水平對于高原病診治具有參考價值。

在高原低氧動物模型研究中也發現了IL-6被低氧誘導表達的情況。Dheer等人發現大鼠暴露于模擬高原環境(3～14天)后促炎細胞因子TNF-α和IL-6水平升高[10]。短期暴露于常壓缺氧時血清IL-6濃度無明顯變化，但低氧12小時后IL-6水平顯著高于基線水平[11]。在低壓低氧暴露實驗中，大鼠和小鼠的血清和海馬組織中TNF-α、IL-6、IL-1β的水平均顯著升高，其中IL-6的上升幅度尤為明顯[3，5]。

IL-6水平的升高也見于慢性高原病患者中。莎珍等研究發現臧、漢兩族高原紅細胞增多癥患者中的IL-6的含量較健康人大幅度增高，提示IL-6表達量與是否是高原紅細胞增多癥患者有關[12]。隨模擬高原低氧時間增加(2～28天)小鼠肺組織中炎癥細胞浸潤增多，炎癥因子IL-6、TNF-α等表達上調。進一步研究發現，低氧可在染色質重塑水平影響基因的轉錄表達，從而影響小鼠肺組織中炎癥細胞的聚集及肺血管炎癥反應，進而介導肺血管收縮乃至改建肺血管結構以促進高原肺水腫和低氧性肺動脈高壓的形成[13]。

有文獻報道高原地區IL-6的升高還與高原運動有關，運動的強度和持續時間都可致血清IL-6水平升高[14，15]。在低氧和常氧條件下進行等量訓練時的IL-6水平都會增加，但低氧條件下的訓練可以誘導更高的IL-6水平，并且血漿IL-6隨著高強度間歇訓練和缺氧程度的增加而增加[16，17]。Lundby等人的研究證明，在相同工作量下進行休閑運動的受試者運動1小時后，血漿IL-6只增加約6pg/mL，而Hagobian等人觀察到運動3小時后IL-6增加約18 pg/mL，這提示持續運動時間的長短可能會影響IL-6水平，相反，在低氧條件下，相同的絕對的運動強度會導致IL-6水平升得更高[18～19]。由此可見，低氧條件下的運動會導致IL-6水平明顯變化。

細胞因子基因的多態性可影響其表達水平。有研究認為IL-6基因啟動區一些位點的多態性可引起血漿IL-6水平的改變[20]。人IL-6基因位于第7號染色體短臂上，含4個內含子、5個外顯子，基因啟動子區含有多個單核苷酸多態性(Single Nucleotide Polymorphism，SNP)位點。目前，關于IL-6基因多態性研究最為廣泛的位點有-174G/C、-572C/G、-634 C/G以及罕見位點-1363等[21]。He等人在265名HAPE和303名健康志愿者中對IL-6和IL-4的10個多態性進行了研究，發現IL-6基因中的兩個SNP(rs1800796和rs1524107)與HAPE顯著相關。而IL-4的多態性與HAPE沒有任何關聯[22]。同時也有研究發現，IL-6基因-572C/G多態性可能與慢性阻塞性肺疾病易感性相關，該位點攜帶G等位基因的人群可能更容易發生慢性阻塞性肺疾病[23]。以上結果提示，IL-6可能在HAPE的進展中起作用，其多態性可作為預測HAPE易感性的遺傳標記。

2.IL-6的來源及其調控

血清中IL-6的升高與多種因素有關，如自身免疫性疾病、感染性疾病、外科創傷性疾病等。IL-6不僅可由免疫細胞如巨噬細胞、樹突狀細胞、肥大細胞及活化的T細胞和B細胞等產生，也可由內皮細胞、上皮細胞及成纖維細胞等非免疫細胞生成。多種刺激可誘導IL-6表達，如IL-1β和TNF-α是IL-6表達的主要激活劑，其他如前列腺素、血小板衍生因子等細胞因子以及脂多糖 (lipopolysaccharide，LPS)等病原體相關成分都可以促進IL-6的合成[24]。神經組織受到特異性刺激時，膠質細胞和血管內皮細胞會產生分泌大量的IL-6。低氧和LPS均可誘導膠質細胞分泌IL-6、TNF-α等炎性介質[25]。Willis等人發現在腦損傷早期，海馬組織中增加的IL-6由海馬顆粒分泌[26]。在低氧性肺動脈高壓模型中分離培養大鼠原代肺微血管內皮細胞發現，肺微血管內皮細胞能夠合成分泌IL-6，提示肺微血管內皮細胞也可能是低氧條件下IL-6的一個重要來源。

由高原低氧刺激的IL-6受到神經內分泌的調控。高原暴露作為一種環境壓力源，能夠通過神經內分泌反應影響免疫功能。低氧刺激可導致腎上腺髓質釋放腎上腺素、全身和組織特異性交感神經活動的增加以及循環皮質醇水平的短暫增加[27，28]。IL-6的產生和釋放是由β-腎上腺素能通路激活所引起的，注射腎上腺素會誘導大鼠血漿IL-6濃度的劑量依賴性增加。重要的是，這種腎上腺素誘導的血漿IL-6增加被β-腎上腺素能受體拮抗劑普萘洛爾阻斷。在高原暴露早期，β-腎上腺素水平升高和IL-6水平的快速增加保持同步。然而，在持續的高原暴露期間，IL-6的基礎水平始終保持升高狀態，而腎上腺素會恢復到海平面水平，提示有其他因素介導了IL-6的持續增加。有研究發現去甲腎上腺素作用于α-腎上腺素能受體的交感神經活動，是導致IL-6水平在高海拔地區隨時間持續升高的主要因素[29]。

最近的研究結果顯示小鼠在不同應激條件刺激下，體內IL-6水平會大幅度升高，但其他炎癥因子的水平則不會發生明顯改變。通過手術切除和條件性基因敲除實驗證實，應激狀態產生的IL-6的主要來源為棕色脂肪組織，并且受β-腎上腺素/β-腎上腺素受體-3(Beta-3 adrenergic receptor，ADRB3)調控[30]。棕色脂肪產生的IL-6不僅對肝臟代謝進行重編程以維持應激狀態下機體的血糖水平，同時也介導了壓力刺激下脂多糖對小鼠造成的高死亡率。

3.IL-6的病理生理學意義

3.1 IL-6與HACE

高原腦水腫(High altitude cerebral edema，HACE)是由急性低壓低氧引起的高原病，其癥狀主要是頭痛、頭昏、共濟失調、意識障礙等。雖然HACE的發病機制尚不十分清楚，但炎癥在其中的作用受到日益關注。炎性細胞因子如IL-6和TNF-α是HACE的一個重要生物標志物。高原低氧激活膠質細胞后，釋放IL-6、TNF-α、NO等炎性介質參與炎癥反應，增加細胞的通透性，從而誘發細胞水腫[31]。在低劑量LPS(0.5mg/kg)聯合低氧(6000米)誘導的HACE模型中，小鼠血漿和海馬組織IL-6水平上升比TNF-α、IL-1β更為顯著，且腦含水量增加，說明低氧加重LPS誘導的炎癥反應并誘發腦水腫[5]。此外，在低氧(6000米)聯合低溫(2℃)誘導的HACE模型中，血清IL-6和TNF-α的水平顯著升高，說明冷應激可以加劇低氧狀態下大鼠的炎癥反應[32]。在低氧條件下神經元分泌S100A8，并且在小膠質細胞中誘導IL-6的分泌，進一步誘發腦水腫[33]。以上研究結果都證實以IL-6升高為標志的炎癥反應在HACE的發生發展中起重要作用。

3.2 IL-6與HAPE

HAPE是一種非心源性肺水腫，其主要癥狀是胸悶、咳嗽、發紺和咳粉紅色泡沫痰及靜息時發生呼吸困難。目前，HAPE發生的主要機制被認為是低氧誘導的炎性細胞因子導致肺毛細血管滲漏和肺血管收縮導致的肺動脈高壓[34，35]。Swenson等人回顧性調查發現，HAPE發病后循環和肺泡組織中的IL-6水平均升高[36]。急性缺氧可能導致肥大細胞釋放IL-6和5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)、血管緊張素II(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)等炎性因子，來促進肺微血管收縮和肺動脈壓升高，進一步加劇肺損傷并導致肺水腫[37，38]。低氧誘導促有絲分裂因子(Hypoxia-induced mitogenic factor，HIMF)是缺氧誘導肺動脈高壓的關鍵刺激物。Johns RA等人研究發現，HIMF顯著增加了肺駐留細胞中的IL-6，并增加了表達IL-6的巨噬細胞在血管周圍的積聚度，提示HIMF/IL-6通路在缺氧炎癥和肺動脈高壓發病中起著重要作用[39]。過表達IL-6的轉基因小鼠會發生自發性肺血管重塑和肺動脈高壓[40]；而IL-6基因敲除會導致肺部炎癥細胞募集減少，提示IL-6積極參與了小鼠缺氧誘導的肺部炎癥反應和肺血管重塑[41]。上述研究表明，IL-6與HAPE的發生發展密切相關。

3.3 IL-6與血腦屏障功能異常

血腦屏障(Blood brain barrier，BBB)是一種多細胞結構，由腦微血管內皮細胞、周細胞、星形細胞末端足和基膜組成。BBB結構和功能的完整性對于維護腦組織的內穩態起著關鍵作用，可精細調控外周循環和中樞神經系統之間的相互作用。IL-6能夠直接對血管內皮細胞的通透性產生影響。IL-6處理牛血管內皮細胞后導致異硫氰酸熒光素標記的白蛋白穿過內皮單層的滲透性顯著增加；去除培養基的IL-6后，內皮細胞的通透性又恢復到基線水平[42]。以人臍靜脈內皮細胞為模型研究發現，IL-6以劑量和時間依賴性方式增加內皮通透性，同時伴隨著緊密連接蛋白ZO-1和細胞骨架肌動蛋白的重新分布和細胞間邊界的紊亂，說明IL-6可通過改變緊密連接的超微結構分布和細胞的形態變化來增加內皮通透性[43]。Furutama等人研究發現，牙周炎癥誘導的IL-6表達與海馬神經炎癥和BBB破壞有關，也與認知障礙有關[44]。上述研究結果說明，IL-6可直接作用于內皮細胞并影響BBB正常功能。

3.4 IL-6與心肌肥厚

心肌肥厚是心臟對各種病理狀態的代償反應，其表現為心肌細胞肥大、膠原增生、心肌重構等。動物實驗以及臨床研究均表明高原低壓低氧環境可以引發以右心室肥大為主的心肌結構重塑以及相應的心臟泵功能改變[45-47]。以主動脈弓縮窄手術模擬慢性心室肥大模型研究證實IL-6在心肌肥厚中起著重要作用。心肌細胞和成纖維細胞均可產生IL-6，通過自分泌或旁分泌方式誘導心肌肥厚。Zhao等人研究證實IL-6在響應壓力超負荷誘導左心室肥大的發病機制中發揮了關鍵作用。在小鼠主動脈弓縮窄模型中，IL-6基因缺失可減輕左心室肥厚和功能障礙程度[48]。在體外細胞模型中，IL-6的過表達足以誘導心肌成纖維細胞增殖、分化和纖維化，IL-6受體拮抗劑則可以阻斷這種誘導效應。同時IL-6還可以通過促血管因子表達增加血管內皮細胞的血管發生，因此IL-6能夠對缺氧條件下心肌成纖維細胞進行多功能重編程以實現纖維化，從而在缺血缺氧性心肌重構中發揮作用[49]。雖然目前沒有直接證據證明IL-6參與了高原低氧性心肌肥厚的發生過程，但借助于基因敲除技術和特異性受體阻斷劑，探討IL-6在高原低氧性心肌肥厚中的作用及其可能分子機制，對于探討相關疾病的發病機制具有重要意義。

4.結語

IL-6是一個具有廣泛生物效應的細胞因子，與高原病的發生發展密切相關。低氧刺激可以通過神經內分泌調節IL-6水平，并參與了高原腦水腫、高原肺水腫、血腦屏障障礙、心肌肥厚等病理生理過程。雖然目前還不清楚IL-6在高原病中的具體機制，但其在高原病中的重要意義日益受到研究者的關注。在應用研究中，應進一步探討IL-6在高原病的診斷、治療、預后中的應用價值；在基礎研究中，應進一步探討IL-6的來源、調控及其具體的分子作用機制，它們對于了解高原病的發病機制具有理論意義。