急性高原肺水肿患者ODC1蛋白表达差异与肺动脉高压的相关性研究

久太 冯喜英 关巍 华毛 杜发茂 拉周 崔金霞 李玉红刘洪千 安文静 马维秀 时莹庆 颜然然 徐海亮 冯斐

急性高原肺水肿患者ODC1蛋白表达差异与肺动脉高压的相关性研究

久太1冯喜英1关巍1华毛1杜发茂1拉周1崔金霞1李玉红1刘洪千1安文静1马维秀1时莹庆1颜然然2徐海亮2冯斐2

目的钻研高原肺水肿患者血浆中一氧化氮浓度改变；研究高原肺水肿患者血浆一氧化氮合酶和鸟氨酸脱羧酶酶活力和蛋白表达变化，及其血清蛋白浓度与肺动脉高压的相关性研究。经此研究，探究一氧化氮合酶和鸟氨酸脱羧酶对高原肺水肿发生和发展的作用。方法通过对30例高原肺水肿患者血浆中一氧化氮浓度、一氧化氮合酶和鸟氨酸脱羧酶活力和蛋白表达进行检测，并与30例正常人进行差异性比较。结果高原肺水肿患者血浆中一氧化氮水平显著下降(Plt;0.01)；一氧化氮合酶显著降低(Plt;0.01)；鸟氨酸脱羧酶酶活力较正常人没有差异(Pgt;0.01)，但是有上升的趋势；鸟氨酸脱羧酶显著升高(Plt;0.01)；高原肺水肿患者肺动脉压与血浆中鸟氨酸脱羧酶含量呈负相关(Plt;0.05)。结论一氧化氮和一氧化氮合酶在高原肺水肿的发生和发展起着重要的调节作用；鸟氨酸脱羧酶在高原肺水肿患者血浆中的高表达可能对受损组织起到修复作用。

高原肺水肿；一氧化氮；一氧化氮合酶；鸟氨酸脱羧酶

高原肺水肿(High altitude pulmonary edema，HAPE)，是由于高原地区低压、低氧等环境因素超过机体适应能力而引起的高原特发性疾病。随海拔的升高，大气压力、空气氧含量、环境温度均降低，紫外线辐射却增高，其中前两项对人体影响最大。高原低氧环境引起快速进入高原地区人员的心率增快，心排出量增加；循环血再分布引起肺血流量增加，既引起肺循环血量增加，肺动脉压力激增，造成肺泡和毛细血管损伤，细胞膜通透性增加，细胞外液转移至肺间质和(或)肺泡[1]。肺动脉高压(pulmonary hypertension，PH) 和缺氧性肺血管收缩(hypoxicpulmonary vasoconstriction，HPV)是高原肺水肿发生和发展的主要原因[2]。HAPE起病急、进展快，需紧急采取抢救措施，否则可迅速引起急性呼吸衰竭，甚至引起死亡，为高原肺水肿被列为急性高原特发病[3]。一氧化氮氧化合成的氧化氮(nitrogenoxides，NOx)可以防止缺氧引起的损害[2]。NO能够特异性的作用于肺循环有效的调解缺氧情况下PH改变，同时不影响体循环，因此可改善高原肺水肿者肺通气和需氧饱和度而影响其预后。血管的平滑肌细胞和内皮细胞中的一氧化氮合酶 (nitricoxide synthase，NOS)作用于L-精氨酸，加快其与氧气的反应而合成一氧化氮。鸟氨酸脱羧酶 (Ornithine decarboxylase 1，ODC1)是多胺生物合成进程之中催化鸟氨酸脱羧反应的限速酶，故ODC1的表达量及生物活性直接影响多胺的生成。所以，本研究拟对确诊为HAPE的患者测定血浆中NO、NOS和ODC1酶活力，了解其与肺水肿损伤修复之间相关性。

资料与方法

一、研究对象

本组研究对象为我院于2015年6月-2016年1月收治并确诊为HAPE的患者30例，男性占27例，女性占3例，年龄20-46岁。研究组纳入的30例患者均按照1995年中华医学会发布的HAPE诊断标准[5]纳入，即符合：① 新到高原(海拔≥3000m)者，静息状态下呼吸困难，咳嗽、咳痰，为白色或粉红色泡沫状痰；② 中央性紫绀，肺部湿啰音；③ 主要诊断依据为胸部X线，双肺表现为弥漫性、不规则性浸润阴影，心影多正常；④ 卧床休息、连续氧气吸入或快速低转后，患者症状迅速好转，胸片征象消散。排除标准为：临床诊断为心肌梗死、心力衰竭等心肺疾患，并排除肺炎；另选30例年龄19-40岁的正常人群作对照，男性22例，女性8例。全部受试者均签署知情同意书，且经青海大学附属医院伦理委员会批准。两组研究对象年龄比对无差异。

二、方法

本研究由我院超声科专业人员利用PHILIPS IE33型彩色超声诊断仪以同样标准分别检测实验组HAPE和对照组肺动脉压(mPAP)[19]测定肺动脉压力。高原肺水肿组和对照组，分别在早晨采集静脉血，分离血浆。选用NO、ODC1和NOS检测试剂盒(南京建成生物工程研究所)进行测定，实验过程中严格按照说明书的程序和公式转换，用紫外分光光度计(选用540nm 波长)测量其消光值来反映样品NO、 ODC1和NOS浓度, 同设空白管和标准管, 空白管调零。采纳高效液相色谱(HPLC)法检测两组检测对象样品中ODC1酶活力。比色法检测两组研究对象血浆中NOS酶活力，实验步骤严格按照NOS分型试剂盒(南京建成生物工程研究所)要求进行，仪器采用可见分光光度计SP-722(上海光谱仪器有限公司)。

三、统计学处理

结 果

一、研究对象一般情况

本研究共纳入HAPE组30人，平均年龄33.7±6.9岁。高原健康对照组30人，平均年龄31岁。两组研究对象的平均年龄及性别、血常规及SaO2构成差异无统计学差异，具有可比性。(见表1)。

二、血浆ODC1-1、NOS酶活力和NO的测定结果显示

HAPE组患者血浆中NO为40.80±12.04 μmol/L,健康对照组NO为56.09±14.98μmol/L，HAPE组NO含量明显低于健康对照组(Plt;0.01)；HAPE患者血浆中ODC1和NOS酶活力较正常人没有差异(Pgt;0.01)。血浆ODC1-1、NOS酶活力和NO的测定成果显示：HAPE患者血浆NOS含量为0.750±0.120U/L，而健康对照组为0.793±0.106U/L，HAPE患者血浆中NOS含量较健康对照组明显降低(Plt;0.01)；HAPE患者血浆中ODC1含量为0.943±0.160U/L，健康对照组为0.936±0.130U/L，较健康对照组没有差异(Pgt;0.01)。(见表2)。

三、相关性结果显示

HAPE患者组内比较得肺动脉压与血浆中ODC1含量呈负相关(Plt;0.05,r=-0.045)，而健康对照组组内无相关性(Pgt;0.05，r=2.7653)。(见图1，2)。

表1 研究对象一般资料

表2 高原肺水肿患者血浆中ODC1、NOS酶活力和NO测定

与健康对照组比较*Plt;0.01

图1 HAPE患者组肺动脉压和血浆ODC1相关性分析

图2 健康对照组肺动脉压和血浆ODC1相关性分析

讨 论

高原地区低压、低氧且昼夜温差大、气候万变，环境极其恶劣。大气压亦随海拔升高而降低，海拔4000m时，大气压仅460mmHg。高原海拔越高，环境中含氧量和氧分压却越低，经肺通气达肺泡内的氧分压亦下降，肺换气后动脉氧分压及饱和度也随之下降，达到一定程度时，血液循环系统运输的氧不足以提供机体正常生理活动所需氧量是，引起机体的代偿性的改变和损伤，机体表现出缺氧症状，最终导致高原病的发生。即HAPE发病机制为高原低氧状况下肺毛细血管通透性改变、肺血管因周围无氧代谢酸性产物积聚而过度收缩和肺泡清除液体的能力下降[6]。

HAPE特指在高原环境低氧环境影响下发生的肺水肿，多在快速进入海拔2500m以上地区时发生，多见于久居住于高原地区住户进入海拔更高区域者或平原人初次迅速进入高原地区者中发生，其发病概率较高，有研究报告为0.4%-2%[6]。高原肺水肿具有起病急，进展快特点，可对机体造成严重的损伤，可迅速引起患者呼吸衰竭，甚至引起死亡。一氧化氮 (nitric oxide，NO)为由肺血管内皮细胞在内皮型一氧化氮合酶等诱导下合成的血管扩张剂，可由多种因素刺激血管内皮细胞合成分泌。一氧化氮氧化合成的氧化氮(nitrogenoxides，NOx)可以防止缺氧引起的损害[2]。NO与NOS的表达及生物活性密切相关，L-精氨酸在NOS催化下与氧气反应生成的NO是机体内的重要内皮扩张因子。NO能调节肺循环血管的舒张，降低肺血管阻力、肺循环总阻力、缺氧性肺血管收缩和肺动脉高压；同时，NO可提高蛋白激酶活性，促进钙转运蛋白磷酸化，增加细胞内游离钙离子结合并转运、储存至肌浆网内，降低细胞内游离的Ca2+浓度，减少肌纤维收缩，平滑肌表现为松弛。该效应作用于支气管和肺血管时表现为扩张气道、肺血管[7]。另有研究显示：NO可迅速弥散到邻近的平滑肌细胞，促进胞浆内环鸟苷酸(cGMP)的合成，达到舒张平滑肌一直收缩作用，表现为肺血管的舒张[8]。Scherrer等[9]研究发现平原人进入高原地区后肺组织中NO水平与高原地区长期居住者相比，其结果明显低于世居者，同时令新抵达高原地区的人吸入NO后，肺动脉压显着下降，且与长期居住者接近。本文的研究成果显示：HAPE患者血浆中NO含量为40.80±12.04μmol/L，而健康对照组为6.09±14.98μmol/L，HAPE组较健康对照组明显降低(Plt;0.01)，与上述研究结果相似。研究认为[10]，在缺氧时，氧化应激自由基的增加可显著降低NO的合成和释放。此前的研究发现[11]，HAPE明显损害患者肺组织中一氧化氮合酶，本文的研究结果与前述研究一致，本研究结果表明：HAPE患者血浆中NOS显著降低(Plt;0.01)，与本文的研究结果相一致。Beall 等[12]探究总结了NOS与HAPE的密切关系，其探究成果表明NOS缺陷导致NO的低水平可能是HAPE发病的一个重要原因。这些都表明：NO和NOS在HAPE的发生和发展起着重要的调节作用。

鸟氨酸脱羧过程是动物体内腐胺生物合成的重要途径，腐胺在亚精胺合成酶的催化下转变成亚精胺，进而生成精胺。普遍见于动物各组织细胞内，存在于细胞质、细胞核中的ODC1是细胞内多胺合成过程当中的重要的调节酶，多胺作为基础物质，参与细胞的增殖、分化和移行，因而ODC1表达活性与细胞的状态和种类相关[13]。Pavel Babal 研究表明ODC1参与了低氧损伤引起肺血管收缩的过程，且低氧损伤情况促进大鼠肺组织中ODC1活性，促进鸟氨酸脱羧反应，精胺生成增加[16]。有研究结果讲明：选用慢病毒载体介导的RNA干预技术沉默ODC1基因表达后，细胞增殖遭到抑制，细胞增殖周期从223h延长至320h，S期细胞比例上升，G0/G1和G2/M期细胞显著减少，这进一步证明了ODC1对细胞增殖起调控作用[20]。本结果显示：HAPE患者血浆中ODC1酶活力较正常人没有差异(Pgt;0.01)，但是有上升的趋势；HAPE患者血浆中ODC1蛋白表达显著升高(Plt;0.01)；HAPE患者肺动脉压与血浆中ODC1含量呈负相关(Plt;0.05)。提示ODC1在HAPE患者血浆中的高表达可能对受损组织起到修复作用，这与先前的研究结果一致。表明ODC1在细胞生长过程当中发挥首要的调节作用, 对组织损伤后的修复具有重要意义[18]。

综上所述，本研究研究表明：ODC1、NO和NOS在HAPE的发生和发展起着重要的调节作用，且ODC1可能对受损组织的修复有一定的意义。

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CorrelationbetweentheexpressiondifferenceofODC1proteinandpulmonaryhypertensioninpatientswithacutehighaltitudepulmonaryedema

JIUTai,FENGXi-ying,GUANWei,HUAMao,DUFa-mao,LAZhou,CUIJin-xia,LIYu-hong,LIUHong-qian,ANWen-jing,MAWei-xiu,SHIYing-qing,YANRan-ran,XUHai-liang,FEIFeng
DepartmentofRespiration,theAffiliatedHospitalofQinghaiUniversity,Xi’ning,Qinghai810001,China

ObjectiveTo investigate plasma nitric oxide concentration change, plasma nitric oxide synthase, and ornithine decarboxylase enzyme activity and protein expression in patients with high altitude pulmonary edema, and to explore the correlation between serum protein concentration and pulmonary hypertension, in order to research the association of nitric oxide synthase and ornithine decarboxylase levels in serum with the development of high altitude pulmonary edema.MethodsThe levels of NO, NO synthase and ornithine decarboxylase enzyme activity and protein expression were detected in 50 patients with high altitude pulmonary edema plasma, and the results were compared with 49 cases of healthy subjects.ResultsNO and NO synthase decreased significantly (Plt;0.01), and ornithine decarboxylase enzyme activity showed no difference (Pgt; 0.01) in HAPE patients. Ornithine decarboxylase increased significantly (Plt;0.01). High altitude pulmonary edema and pulmonary artery pressure in ornithine decarboxylase plasma levels were negatively correlated (Plt;0.05).ConclusionNitric oxide and nitric oxide synthase in the development of high-altitude pulmonary edema play important regulatory role, and ornithine decarboxylase in high altitude pulmonary edema plasma expression can repair damaged tissue.

altitude pulmonary edema; nitric oxide; nitric oxide synthase; ornithine decarboxylase

10.3969/j.issn.1009-6663.2017.12.008

青海省卫计委指导性课题(No 2015-13)

1.810001 青海 西宁,青海大学附属医院呼吸科 2.810001 青海 西宁,青海大学

2017-05-15]