高原红细胞增多症发病基因的研究进展

马婕,崔森,冀林华,熊华

(青海大学附属医院，西宁810000)

高原红细胞增多症发病基因的研究进展

马婕,崔森,冀林华,熊华

(青海大学附属医院，西宁810000)

高原红细胞增多症(HAPC)是常驻高原居民中发病率最高、危害最大的慢性高原病。近年来，有许多针对高原地区人群遗传相关的研究。其中缺氧诱导因子1、促红细胞生成素、内皮型一氧化氮合酶、血管紧张素转换酶、血管内皮生长因子等相关基因与HAPC发病具有一定相关性，其水平变化对HAPC的病因研究有重要意义。

高原红细胞增多症；缺氧诱导因子1；促红细胞生成素；内皮型一氧化氮合酶；血管紧张素转换酶；血管内皮生长因子

全世界约有1.4亿人居住在海拔2 500 m以上的高原地区，主要分布在南美安第斯山脉、埃塞俄比亚高原和我国的青藏高原，占总人口的2%。平原人进入高原后机体会发生一系列变化以适应高原低氧环境，可引起一类高原特发性疾病，包括急性高原病和慢性高原病。其中，高原红细胞增多症(HAPC)是常驻高原居民中发病率最高、危害最大的慢性高原病[1]。HAPC患者全血容量绝对增加、红细胞变形性下降，使得血液黏滞度增加、血流阻力增大、微循环障碍；这种血液高凝状态进而加重各脏器缺血缺氧状态，从而导致恶性循环，临床表现为多器官缺氧性损伤，尤以脑、心、肺、肝等氧耗量较多的脏器受累为重，严重者可因血管栓塞而猝死[2]。在海拔3 000～4 700 m的高原地区HAPC的发病率为2.4%～37.5%，发病率随海拔升高而升高。各地区HAPC的发病率报道不一[1，2]，考虑与调查地区的海拔高度及被调查人群的劳动强度、种族、性别[3]等方面的差异有关。研究发现，个体间对缺氧所致严重的红细胞增多存在很大差异，这个特征提示HAPC患者存在基因的遗传易感性，但目前尚不确定不同海拔高度种族之间及内部的特定遗传因素。现就与HAPC发病相关的基因研究综述如下。

1 缺氧诱导因子1(HIF-1)

HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β组成的异质二聚体，HIF-1α是HIF-1特有的氧调节蛋白，对HIF-1的活性起决定作用[4]。目前，已经发现有几百种基因直接或间接被HIF-1调控。HIF-1是调控体内氧平衡重要的转录因子，也是对细胞能量代谢、铁代谢、儿茶酚胺代谢、血管收缩的控制以及新生血管功能调控的反应基因，对协调氧供与细胞代谢起重要作用[5]。

在常氧情况下HIF-1位于细胞质中，极不稳定，可被泛素-蛋白酶体系统迅速降解，半衰期很短(<5 min)；但在低氧情况下HIF-1α转移至细胞核内，与HIF-1β结合，活化成为具有完整转录功能的HIF-1，其稳定性和转录活性都显著增加，从而促进下游基因的转录。上调HIF-1活性可以使细胞在低氧状况下的生存能力提高，并生成大量组织血管[6]。HIF通路的修饰，能引起细胞低氧应答的显著特异性。Appenzeller等[7]发现，HIF-1在慢性高原病患者中的表达水平升高，当他们移居至低海拔地区后HIF-1基因表达水平未下降，仍保持着缺氧刺激时的较高水平。选择合并严重HAPC的慢性高原病患者及相同海拔健康人群为对照，用基因标记物定位在HIF-1基因或VHL、PHDs、PTEN等调控其稳定性的基因上，发现两组间无明显差异，但这并不能排除这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适应性方面起了重要的作用，他们发现HIF在红细胞生成过程中不仅对EPO及EPOR的基因编码起主要的调控作用，同时对DMT1、铁调素、转铁蛋白及其受体也有重要的调控作用，所有这些基因表达的蛋白调控机体铁的利用，从而调控红细胞的生成及分化过程。

2 促红细胞生成素(EPO)

EPO是红细胞生成过程中的重要因素，是促进并调节红系前体细胞向成熟红细胞分化的一种糖蛋白，同时也对血管生成、免疫调节等非红系造血过程起调节作用。在成人体内，肾脏产生90%的EPO，同时在肝、脾、脑、肺等组织都发现低氧诱导EPO转录[10]，骨髓红系前体细胞通过自分泌及旁分泌形式也可以产生EPO[11]。HIF-1是EPO的关键调控因子，缺氧情况下不仅促进HIF-1表达升高，同时也促进EPO表达升高，从而促进红细胞生成增加；同时，EPO的合成与释放也受甲状腺素、生长素、睾酮、血管紧张素Ⅱ等多种激素与介质的影响。

对于慢性高原病患者，血中EPO水平与正常人群比较有时并无显著差别。HAPC骨髓红系祖细胞体外培养时发现，红系祖细胞集落数随着EPO浓度的增加而逐渐增多，但当EPO浓度超过一定限度后红系祖细胞集落数不再增加[12]，提示血浆EPO水平的高低并不是HAPC的惟一发病因素。但急进高原的人其血浆EPO水平是增高的，提示EPO可能在急性缺氧中起更为重要的作用[13]。Su等[14]用ELISA法测定慢性高原病患者与健康人血浆与骨髓中的EPO水平，发现两者血浆EPO水平无明显差异，但慢性高原病患者骨髓EPO水平明显高于正常人群。León-Velarde等[15]关于基因相关性研究分析显示，EPO和其受体(EPOR)基因是功能性候选基因，而且对高原本土人细胞系EPO基因的编码及下游调控区进行测序，在编码测序、内含子和外显子的界限及调控区域等方面未发现变化。EPO及EPOR的多态性与红细胞增多之间未发现明显的单倍体，这说明可能导致HAPC的因素除了EPO外还有其他因素。

3 血管紧张素转换酶(ACE)

肾素-血管紧张素系统(RAS)是具有复杂功能的重要调节系统，它对调节机体血压及血容量起重要作用。血管紧张素原(AGT)在肾素催化下，转变成血管紧张素Ⅰ(AngⅠ)，ACE激活AngⅠ转变成AngⅡ；AngⅡ是RAS的主要效应物质，作为一种强有力的血管收缩剂通过激活醛固酮的释放调控血压以及水、钠盐的平衡。同时，ACE也能通过激活缓激肽2(BK2)受体释放血管缓激态，BK2受体能刺激释放NO和前列腺素，并能抑制AngⅡ的作用[16]。

人类ACE基因定位于17号染色体上，由于其第16内含子中的1个287 bp DNA片段而呈现ACE基因插入/缺失(I/D)多态性，包括2条等位基因均为缺失型的 DD型、2条等位基因均为插入型的II型、杂合子型的DI型。其中，插入型等位基因相对于缺失型具有较低ACE蛋白功能。血浆ACE水平及RAS都会因低氧而改变，同时这一作用反过来间接调节了高原低氧地区人群的心血管反应[17]。通多对大鼠的研究提示，ACE在低氧诱导的肺动脉高压的病因方面起作用。但这必须考虑到不同组织血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)对酶亲和力的不同导致局部组织ACE与血液循环中ACE的不同[18]。

目前研究结果显示，除循环RAS外，机体许多器官和组织如心、脑、肾及血管组织也存在局部RAS。Haznedaroglu等[19]提出并证实，骨髓造血细胞及骨髓造血微环境中发现了RAS中几乎所有的成分，如肾素、ACE、AGT、AngⅡ等，且骨髓局部RAS可在生理和病理条件下调控造血细胞的增殖及分化。对多种组织局部RAS的研究表明，低氧在体内外均可促进ACE基因的表达，HIF-1介导这一作用过程，认为ACE基因是HIF-1的靶基因[20]。李占全等[21]研究表明，HAPC患者骨髓单个核细胞中ACE蛋白表达水平、骨髓液ACE浓度及ACE的骨髓-血液浓度梯度均增高，考虑ACE的水平增高可能在HAPC的发生机制中发挥作用。

4 血管内皮生长因子(VEGF)

VEGF是相对分子质量为46 kD的糖蛋白，其作用于血管内皮细胞的特异性有丝分裂原，通过旁分泌的方式与其受体VEGFR特异性结合，活化磷脂酞肌醇3激酶(PI3K)，增加血管通透性，促进内皮细胞的增殖，诱导新生血管形成。

VEGF是最关键的血管生长促进因子，缺氧是VEGF表达的最主要的调节因素之一。既往研究证明，在缺氧条件下VEGF诱导内皮细胞有丝分裂敏感性增加,是由于VEGF特异性受体KDR的酪氨酸磷酸化作用加强，缺氧时KDR升高13倍，而KDR与VEGF的结合力不变；说明缺氧不仅诱导VEGF的增加，也通过旁分泌诱导VEGFR数量和功能的增加致使VEGF的生物效应增强[22]。Walter等[23]在比较不同海拔高度人群的VEGF，认为高海拔可诱导VEGF释放，并且存在性别及个体差异。王洪斌等[24]用ELISA法测定居住在海拔4 500 m的汉、藏族男性和女性HAPC及各自健康对照组血清VEGF水平，结果表明HAPC患者VEGF水平高于健康对照组，汉族高于藏族，男性高于女性，有显著性和极显著性差异；在健康对照组中，藏族男性高于女性，但汉族男性和女性相比无差异。表明高原缺氧能诱导VEGF分泌增多，VEGF在肺动脉高压、低氧适应调节剂并发症中可能发挥了重要作用。但在世居藏族HAPC组和健康对照组的VEGF水平明显低于移居汉族，这可能与藏族长期世居高海拔地区的进化过程中形成对低氧适应比较完整的机制有关。张易青等[25]用免疫组化的方法检测了HAPC和正常人骨髓组织VEGF的表达情况，发现HAPC组VEGF阳性表达率明显高于正常人，这与之前观察到的血浆和血清VEGF水平变化结果相一致。

总之，基因研究对HAPC及慢性高原病的病因研究有重要意义。然而，迄今公布的数据对探索不同低氧环境下的基因变化还缺乏严格的实验假设，可能是因为基因的影响很小(多基因)。此外，基因-基因或基因-环境相互作用也应该被考虑在高海拔疾病的遗传原因中。在未来的研究中，我们建议使用基因多态性数据库和全基因组单体型图提高可能存在的易感位点之间关系的检测能力。同时，值得注意的是，到目前为止在基因研究结果的可变性表明由于种群的遗传背景各不相同，基因表达强弱也各有不同，慢性高原病和(或)HAPC患者可能存在对下游感受器独立的影响因素。多种方法可能有助于明确在不同的高海拔地区种群不耐受缺氧的遗传基础，最终起到帮助个体识别患慢性高原病的风险。

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