TNF 對造血調控的影響及在高原紅細胞增多癥中的作用

解友邦 年 蔚 劉彥民 高云梅 石雪峰 郗愛旗

1.青海省人民醫院血液風濕科，青海西寧 810007；2.青海省人民醫院老年醫學科，青海西寧 810007；3.青海省人民醫院心血管介入科，青海西寧 810007；4.青海省人民醫院呼吸與危重癥醫學科，青海西寧 810007；5.青海省第四人民醫院老年醫學科，青海西寧 810000

慢性高原病（chronic mountain sickness，CMS）是高原低氧環境下發生的常見病，曾用名為高原紅細胞增多癥（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高原低氧環境逐漸失去習服而引起的臨床綜合征，其特點為過度的紅細胞增多癥（女性血紅蛋白含量≥19 g/dL，男性血紅蛋白含量≥21 g/dL）和嚴重的低氧血癥[1]。通常伴有中度或重度肺動脈高壓，可能演變為肺心病并導致充血性心力衰竭。隨著海拔的下降，CMS 的臨床表現逐漸消失，并在返回高海拔后重新出現。在青藏高原，海拔為2261～2980 m 時CMS 占人口的1.05%，在3128～3980 m 時為3.75%，在4000～5226 m 時上升至11.83%[2]。另外，印度的一項研究報告[3]稱在海拔在2350～3000 m 時沒有CMS 的病例，而在3000～4150 m時患病率為13.3%，隨海拔的升高CMS 的患病率升高。本課題前期的研究發現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HAPC 紅細胞增多的機制及TNF 對造血調控相關的研究進行綜述。

1 高原紅細胞增多癥概述

慢性低氧暴露被廣泛接受為HAPC 的潛在原因，高原低氧通氣導致鈍化出現中樞通氣不足作為主要機制解釋了加重低氧血癥和隨后的過度紅細胞生成反應，從而對多系統產生影響，如凝血系統及全身血液循環的異常，主要累及心、肺、腦、腎等主要臟器及系統的損害，同時影響睡眠結構[4-5]。CMS 主要表現為骨髓紅系造血異常旺盛以及與低氧和紅系造血相關的部分基因表達異常。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，成熟紅細胞形態、大小異常[6]。同時，骨髓細胞凋亡水平及凋亡相關因子表達增高[7]，但也有報道發現CMS 患者骨髓有核紅細胞凋亡減低[8]，故CMS 患者紅細胞增多的機制還存在爭議，主要認為與早紅系過度增殖或凋亡減少有關。而與此一致的是低氧致CMS 與骨髓造血相關的基因表達異常有關[9]，從而介導紅細胞過度增殖和血紅蛋白合成增加。研究多集中在缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）表達增加[10]、部分造血生長因子[如：促紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）及其受體、促血小板生成素（thrombopoietin，TPO）、白細胞介素（interleukin，IL）-3 和IL-6]表達異常[11-13]、紅系造血相關轉錄因子GATA-1、GATA-2 和信號轉導及轉錄激活因子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）表達水平增高[14-15]、血紅素加氧酶（heme oxygenase，HO）表達增高[16]方面。這些異常表達的信號分子可能調節著諸多紅系特異性基因及相關基因（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，引起紅細胞數量和血紅蛋白增加。目前研究主要基于HAPC 中導致紅細胞生成增多的正向調控因子的研究較多，關于負向調控的研究幾乎沒有，既往報道認為TNF 家族是主要的造血抑制因子，TNF 在HAPC 紅系調控中的作用如何目前沒有相關報道。

2 TNF-α 在造血調控中的作用

除造血相關基因的表達升高之外，造血抑制因子和造血生長因子相互作用也是造血調控的重要機制之一，其通過控制造血細胞的增殖和分化，最終達到調控造血的目的。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），兩者對干細胞和祖細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 或粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）存在的條件下TNF 促進HPP-集落形成細胞（CFC）的生長，而在IL-1 加粒細胞集落刺激因子（G-CSF）存在下則抑制HPP-CFC 的生長[17]。關于TNF-α 在體外對純化原代紅細胞培養24 h 后的基因表達譜提示，主要調節的基因顯著富集于編碼參與控制Ⅰ型干擾素信號傳導的蛋白質和對病毒感染的免疫應答的基因[18]。TNF-α 是一種強大的促炎細胞因子，通過兩種特異性腫瘤壞死因子受體（TNFR）的參與發揮功能，即55 kD TNFR1（也稱為TNFRSF1A）和75 kD TNFR2（也稱為TNFRSF1B）。TNFR1 在大多數細胞類型中表達，而TNFR2 僅表達于免疫和內皮細胞。TNF 家族受體及功能[24]見圖1。TNF-α 信號傳導調節成人造血功能方面也有報道[19]。TNF-α 通過其經典途徑激活核因子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，然后易位至細胞核以結合特異性NF-κB DNA 結合位點以激活基因表達[20]。NF-κB 在造血干細胞（hematopoietic stem cell，HSC）中的直接作用尚未得到廣泛研究，最近報道NF-κB 可正調節參與HSC 和祖細胞維持和穩態的基因轉錄[21]。并且TNF-α 通過TNFR2 激活Notch 和NF-κB 信號傳導途徑，是在沒有感染的情況下，發育中的胚胎利用促炎信號傳導產生造血系統的途徑之一，表明在HSC 產生中需要炎癥信號傳導[22]。TNF-α 已被證明是HSC 和祖細胞生長的雙功能調節因子，盡管一些抗TNF-α 藥物已經用于臨床治療，但已經有報道發現了嚴重的副作用，如淋巴組織增生性疾病[23]。該領域的主要挑戰是整合上述造血相關因子以更好地闡明在不同空間和時間的要求，使得造血調控及網絡機制可用于從人多能造血前體細胞的體外決定HSC 的命運，為再生醫學提供強有力的理論基礎。

圖1 TNF 家族受體及功能

3 TNF-β 在造血調控中的作用

TNF 家族的TNF-β 關于造血的研究近期很少有報道，上世紀有報道在小鼠炎癥反應期間發現的TNF-α 和TNF-β 水平增高，TNF-α 和TNF-β 可誘導GM-CSF、巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）和IL-1 的轉錄和分泌[25]。TNF-β 受體，即淋巴毒素-β 受體（LTβR）表達于許多造血組織中，如淋巴組織中的基質細胞上，但也在骨髓髓系細胞、單核細胞、肺泡巨噬細胞、肥大細胞和樹枝狀細胞上表達，TNF-β 可激活NF-κB 信號通路產生一系列生物學效應，淋巴系統惡性腫瘤常導致NF-κB 信號傳導異常，激活基因突變，而在正常細胞中，該途徑在控制細胞生長、存活、應激反應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NF-κB 蛋白異源二聚體P65/ReIA 的憐酸化，從而募集轉錄共激活因子，例如p300 進而全面激活NF-κB 的轉錄與激活功能[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結合促進的NF-κB p65 磷酸化，促進NF-κB 反式激活，募集轉錄共刺激因子與NF-κB p65 的結合，增加其轉錄活性[27]。PI3K 和NF-κB 作用信號通路見圖2。而LTβR 信號傳導以細胞類型限制的方式導致NF-κB活化，即不是所有LTβR 陽性細胞中的受體連接后都會激活NF-κB[28]。HAPC 患者骨髓CD71+細胞凋亡降低、Akt 和Bcl-xl 的mRNA 和蛋白表達較高，caspase-9降低[29]，提示HAPC 骨髓CD71+細胞存在PI3K/Akt 信號通路的激活和凋亡的減低。故基于HAPC 與PI3K/Akt信號通路和NF-κB 信號通路的相關性，以及TNF-β既往的生物學作用和在信號傳導方面的研究，推測TNF-β 可能在HAPC 造血調控中尤其是紅系造血中發揮一定作用。

圖2 PI3K 和NF-κB 信號通路

4 展望

TNF 家族相關信號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]。故關于TNF-β 在HAPC 紅系造血中的功能如何目前沒有報道。應明確TNF-β 對HAPC 骨髓紅系增殖和分化的影響機制，探討HAPC 中是否存在TNF-β 對紅系造血的調節作用，全面了解TNF-β 在HAPC 病理機制中的作用，從而為靶向治療藥物的開發提供新的理論依據。研究HAPC 患者中TNF-β 在紅系造血過程是促進還是抑制因子，有可能使TNF-β作為新的治療靶點應用于HAPC 的治療。