HIF-1：高原肺水肿防治的新靶点*

吴 刚，高文祥，高钰琪△

(1.陆军军医大学高原军事医学系高原特需药品与器材研究室；2.极端环境医学教育部重点实验室，军队高原医学重点实验室，重庆 400038)

高原肺水肿(High Altitude Pulmonary Edema，HAPE)是严重威胁急进高原人群健康和生命安全的急性重症高原病，其发病机制尚不十分清楚，越来越多的研究表明炎症反应在其发病中起到重要的作用。低氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor 1，HIF-1)是细胞感知和适应低氧刺激的核心转录因子，同时在炎症反应调控中具有重要作用。本文综述了HAPE发生的炎症机制、HIF-1参与炎症反应调控的研究进展，以及使用HIF-1激动剂靶向调控HIF-1防治HAPE的新方向。

HAPE是指从低海拔快速进入高海拔地区后，短期内出现的以过多的液体集聚在肺泡腔和/或肺间质为特征的急性重症高原病，本病起病急、进展快，对初期进入高原人群的健康和生命安全造成严重危害。HAPE的发生发展与种族、海拔高度和进入高原的速度、劳动强度、个体和家族易感性以及上呼吸道感染等多种因素有关。有关发病机制迄今仍未阐明，以往研究认为肺血管不均一收缩和肺动脉压升高是其关键机制。近年来，越来越多的研究结果表明，炎症反应及其所导致的肺泡-毛细血管膜通透性增高在HAPE发生中具有重要作用。

1 炎症反应在HAPE发生中的作用

一般认为，HAPE是一种由肺动脉压过度增加导致液体漏出而产生的非心源性肺水肿，但这显然难以解释HAPE的一些重要临床特点，例如：①有些人在快速进入高海拔地区后肺动脉压力明显升高，但并未发生HAPE[1]；②重症HAPE患者在治疗前后的肺含水量与肺动脉压的变化无明显相关或者弱相关，提示肺动脉压并不是反映患者肺水肿程度的敏感指标[2]；③使用降低肺动脉压的药物对于重症HAPE患者治疗效果不甚理想[3]。上述现象提示，至少在部分HAPE患者中，肺动脉压力增高可能不是其发病的唯一关键机制。

病理结果证实，HAPE患者肺泡-毛细血管膜出现损伤，通透性增高[3，4]：①尸检发现，HAPE患者肺泡腔内存在纤维素沉积和透明膜形成情况；②HAPE患者支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中蛋白含量显著增高；③HAPE患者肺组织的超微结构显示，肺气血屏障内外侧结构出现局部缺损以及肺毛细血管细胞连接间隙增宽情况。以往认为，HAPE是由于肺微血管压力升高，导致的应激衰竭(stress failur)引起的非炎症性改变。然而，大量临床证据表明，炎症反应可能在HAPE发生中具有重要作用：①HAPE患者常表现出明显的炎症反应症状，如体温升高和外周血白细胞计数增加等；②患者外周血中炎性介质显著升高；③尸检发现HAPE患者肺泡腔内的红细胞、白细胞、蛋白质含量显著增多，炎症介质如白三烯B4、补体C5a显著升高；④上呼吸道感染是HAPE发生的重要诱因；⑤分析HAPE的常见诱因，如寒冷、运动、疲劳等机体反应的共同特点发现，这些因素均可引致机体炎症反应增强；⑥地塞米松对HAPE具有显著的防治效果。

急性肺损伤(Acute Lung Injury，ALI)是很多呼吸道重大疾病的病理基础，也是发生全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)时最易出现的组织损伤。ALI是以炎症反应和肺毛细血管通透性增高为特征的临床综合征，其病理特点为肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞受损导致弥漫性肺间质及肺泡水肿。高原低氧环境下，机体炎症反应的改变及其在高原低氧习服-适应机制中的作用研究较少。低氧刺激机体能够引起炎症反应，低氧可诱导肺血管内皮细胞分泌内皮素-1(Endothelin，ET-1)等血管活性物质和粘附分子，后者可介导炎症细胞在血管内皮细胞的粘附聚集，参与肺血管的改建和缺氧性肺动脉高压的发生[5]。Mishra等报道，HAPE易感者外周血单核细胞炎症蛋白1α(Macrophage Inflammatory Protein-1α，MIP-1α)和人单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemo-attractant protein-1，MCP-1)在常氧时即显著高于正常对照者，且在吸入低氧气时进一步增加，提示低氧时炎症反应增强可能参与HAPE发生，炎症水平较高的个体进入高原低氧环境后易发生HAPE[6]。我们新近研究发现，低氧可通过促进Toll样受体4(Toll like receptor 4，TLR4)信号通路激活，显著增强低剂量脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)诱发的炎症反应，导致大鼠肺组织中出现大量炎性细胞浸润，BALF蛋白浓度显著升高，肺组织出现间质性水肿，肺湿/干重比显著增大，外周血和BALF中白介素1(interleukine 1，IL-1)、IL-6、肿瘤坏死因子(tumor necrotosis factor α，TNF-α)等炎症因子水平显著升高[7]。这些研究结果提示，呼吸道感染患者及其他存在有感染或炎症性疾病者进入高原时，机体的炎症反应水平可在低氧条件下显著增强，更加容易诱发HAPE，这一研究为深入揭示HAPE的机制和寻求有效的防治措施提供了一个新的思路。

2 HIF-1调控炎症反应、参与HAPE发生

低氧是HAPE主要的发病因素。低氧诱导因子-1(Hypoxia Inducible Factors 1，HIF-1)普遍存在于机体各组织和细胞中。HIF-1由α和β亚基组成，其中HIF-1α是其关键的调节和活性亚基，其活性和稳定性受组织中氧浓度的影响。HIF-1α蛋白在常氧条件下被快速降解，缺氧时其降解受到抑制。有报道认为，外周血HIF-1α水平与HAPE易感性显著相关，提示HIF-1α可以作为筛查HAPE易感性的标志物[8]。低氧可刺激细胞的微泡/外泌体将HIF-1α分泌到血液中，HIF-1α参与细胞-细胞信号传导[9]。发生炎症反应时组织对氧的需求增加，同时由于血管血栓的形成或压迫使来自血液的营养供应减少，氧气的供应和需求比率变化使炎症组织低氧情况进一步加重[10]。此外，炎性细胞，如巨噬细胞、中性粒细胞和树突细胞等在激活时消耗大量的氧气，从而导致组织出现炎性低氧和稳定表达的HIF-1α[11]。HIF-1α在炎症性肠病和病原体感染及急性肺损伤等疾病相关的不良炎症过程中，在缺血-再灌注损伤期间均能够稳定表达且活性增加，HIF-1α的稳定表达对发生炎症反应的组织微环境和疾病转归都具有深远的影响[12]。

HIF-1α参与炎症反应调控的机制在不同的细胞、动物和疾病模型中报道不一。例如，HIF-1α能够通过促进T细胞中FoxP3的表达[13]和在单核细胞中上调IL-1受体相关的激酶(IRAKM)而起到抗炎作用[14]；HIF-1α能够直接调节骨髓谱系的粒细胞和单核细胞/巨噬细胞在炎症微环境中的存活能力和功能。在HIF-1α控制下的转录途径对肺组织具有保护和抗炎的作用，例如在发生ALI的肺组织中，由于炎性细胞聚集、细胞分泌增加、组织供氧不足等原因使局部组织形成低氧微环境，促使HIF-1α稳定表达并激活其下游各种抗炎靶基因，从而对肺损伤起到保护作用[15]。我们的研究发现，通过调控巨噬细胞内的HIF-1α表达水平，能够影响其TLR4启动子活性和炎症反应水平，采用过表达的方法，或用二甲基肟基甘氨酸(DMOG)使细胞内HIF-1α表达增加以后，肺泡巨噬细胞的TLR4启动子活性降低、IL-1β、IL6、TNF α等炎症因子表达降低[7]，提示HIF-1α可能通过抑制TLR4信号通路及其下游炎症反应被激活，从而在HAPE发生中发挥保护作用。

3 靶向HIF-1防治HAPE的应用前景

HIF-1在多种低氧相关疾病中发挥关键作用，比如HIF-1能够影响肿瘤适应微环境低氧时的血管生成和肿瘤生长。在各种慢性肺部疾病中，肺动脉平滑肌细胞长时间暴露在低氧时，HIF-1能够使细胞基础Ca2+和内皮素-1(Endothelin-1，ET-1)升高，而ET-1具有强效血管收缩作用，并且ET-1对肺动脉平滑肌细胞的HIF-1具有激活作用，能够引起肺血管结构的改建，导致肺动脉高压[16]。因此，靶向HIF-1的防治措施可能成为这些疾病救治的全新解决方案，如Gong J等人报道，HIF-1α的抑制剂香草酸可抑制血管内皮生长因子和促红细胞生成素的表达，破坏肿瘤血管的形成[17]；缺氧诱导因子脯氨酰羟化酶(prolyl hydroxylase domain-containing proteins，PHD)-HIF途径在肠道炎症期间发挥作用，HIF的激动剂可用于治疗炎症性肠病[18]；在基底亚型乳腺癌患者活组织检查中HIF-1α或HIF靶基因的表达增加与总体存活率降低有关，所以使用细胞毒性化疗和HIF抑制剂联合治疗三阴性乳腺癌患者可提高患者的生存率[19]。尽管机体启动HIF稳定化的机制可能不同，比如常氧时缺氧诱导因子1抑制因子(FIH)可抑制HIF-1α转录激活，而PHD和肿瘤抑制因子(The Von Hippel-Lindau tumor suppressor，pVHL)可协同作用经泛素-蛋白酶体途径降解HIF-1α蛋白，但控制HIF稳定表达的最终分子步骤聚集在PHD的作用中[18]，所以能够调控FIH或PHD活性的化学物质即可产生调控HIF-1α活性的药理作用。

目前尚无使用HIF激动剂防治HAPE的研究报道，我们最近的动物实验结果提示，HIF-1α可能成为预防和治疗HAPE的新靶点[7]。目前已有大量关于HIF激动剂的研究，例如使用DMOG能够增强肠上皮细胞中诱导HIF-1和NF-κB的活性，从而减少小鼠结肠炎模型肠上皮屏障功能障碍；使用PHD抑制剂(FG-2216)能够使终末期肾病患者HIF-1α稳定表达及促红细胞生成素水平升高；使用PHD抑制剂(FG-4497)能够通过VEGFR2/KDR增强小鼠造血干细胞的动员[20]等。此外，目前临床上使用HIF激动剂对炎症性疾病进行治疗研究，比如HIF稳定剂的I期临床研究正在进行，对HIF-1激动剂进行了不断改进；第二代PHD抑制剂(FG-4592)正在进行III期临床研究。综上所述，基于HIF激动剂的研究现状和HIF-1α在低氧和炎症疾病中的关键性作用，采用HIF-1α激动剂可能成为HAPE防治研究的一个新方向。