低氧诱导因子-1α在AECOPD继发性肺动脉高压中的意义

洪书源 汤建磊 郑琦涵 许姣 周尧

肺动脉高压（PH）是以肺动脉压力增高为特征 的心肺血循环紊乱疾病［1，2］。肺血管重构是肺动脉高压的标志，病理可见肺血管外膜、中膜和内膜都有不同程度的增厚，包括成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞的肥大或增生以及细胞外基质沉积等［3］。其诊断标准为：海平面、静息状态下经右心导管检测显示肺动脉平均压（mPAP）≥25 mmHg，运动状态下，肺动脉平均压（mPAP）≥30 mmHg。肺动脉高压发病率高达15/1，000，000，平均年龄50±15 岁，5 年死亡率高达34%［4，5］。各种肺部疾病如肺间质性疾病、支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）等均可引起肺动脉高压。COPD 是呼吸系统常见病，已经成为与高血压、糖尿病、恶性肿瘤等量齐观的“第四大慢病”。PH 是COPD 发展成肺源性心脏病的关键病理环节，成为影响COPD 患者预后的独立危险因素［6］。目前COPD 继发PH 的发病机制尚未完全明确，低氧血症是COPD 和PH 共同的临床特征。机体氧平衡是生物进化的结果，其中低氧诱导因子（HIFs）家族成员发挥着重要作用。HIF-1 诱导血管新生、红细胞生成、氧摄取和运输等低氧反应性基因的表达，参与细胞内氧平衡状态的调节。HIF-2 主要在骨髓造血、血管生长、儿茶酚胺合成等方面参与氧平衡。本研究通过观察COPD 继发PH 患者中HIF-1α 的表达，以探讨COPD 继发PH 的发病机制，现报告如下。

1 临床资料

1.1 一般资料（1）入选标准：符合COPD 急性发作（AECOPD）的诊断标准［7］；PH 诊断标准［8］；并签署知情同意书。（2）排除标准：其他疾病所致PH；心血管疾病患者；严重肝肾功能不全者；肿瘤患者；精神障碍者。2017 年1 月－2018 年12 月在江苏省常州市武进人民医院就诊的AECOPD 患者共160 例，根据有无PH 分为AECOPD 无PH 组（A 组，n=76）、AECOPD 并PH 组（B 组，n=84），B 组再分为AECOPD 轻度PH 组（B1 组，n=52）、AECOPD 中重度PH 组（B2 组，n=32）。

1.2 方法（1）血液标本的采集及测定：所有患者均于入院24 h 内进行桡动脉或股动脉血及肘静脉血。ABL90 血气分析仪测定氧分压，人低氧诱导因子1α（HIF-1α）ELISA 检测试剂盒检测血清HIF-1α。（2）肺动脉压力（sPAP）测定：由本院超声科医师采用彩色多普勒超声心动图仪（IE33，S5 探头频率2.5～4.0MHz）测定三尖瓣最大反流速度，再估测出sPAP。三尖瓣峰值流速>3.4 m/s 或sPAP>50 mmHg 为肺动脉高压的诊断基线值，sPAP 估测按改良版伯努利方程［8］。肺动脉高压超声分级：轻 度（50 mmHg≤sPAP<60 mmHg），中 度（60 mmHg≤sPAP<70 mmHg） ，重 度（ sPAP≥70 mmHg）［8］。

1.3 观察指标（1）A、B 组年龄、性别、吸烟支数、病程和动脉血氧（PaO2）比较；（2）A、B1、B2 组PaO2、血清HIF-1α 比较及相关性分析。

1.4 统计学方法采用SPSS 16.0 统计软件进行数据分析，以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 A、B 组一般资料和PaO2比较见表1。

表1 A、B 组一般资料和PaO2比较［例（%）］

2.2 AECOPD 继发PH 率及其分型本组160 例中并PH84 例，占52.5%，其中轻度PH52 例，占61.9%，中重度PH38.1%。

2.3 A、B1、B2 组PaO2、血清HIF-1α 比较见表2。

表2 A、B1、B2 组PaO2、血清HIF-1α 比较（±s）

注：与A 组比较，*P<0.05，与B1 组比较，#P<0.05。

组别A 组B1 组B2 组例数（例）76 52 32 PaO2（mmHg）70.66±9.02 65.10±7.65*57.08±4.83*#HIF-1α（μg/L）57.13±4.72 73.85±6.90*79.89±9.14*#

2.4 AECOPD 患者PaO2、血清HIF-1α、sPAP 的相关性见表3。

表3 PaO2、血清 HIF-1α、sPAP 的相关性分析

3 讨 论

对氧浓度变化的感知和反应能力是所有生物生存的基本技能。在生理和病理生理条件下，肺都会出现局部或全身性缺氧的情况。适应缺氧需要大量基因的协调调节，HIFs 已经成为适应缺氧的关键介质。HIF-1 以异二聚体的形式存在，由HIF-1α 和HIF-1β 亚基组成。在常氧条件下HIF-1β 普遍表达，而HIF-1α 被泛素化，并受到蛋白酶体的降解，表达水平极低。因此，HIF-1α 是缺氧诱导HIF-1 转录活性的敏感和特异指标。HIF-1水平的下降可导致严重的血管和支气管发育不全，在非缺氧调节下，在胎肺中诱导HIF-1 蛋白可诱导肺发育，而用反义寡核苷酸诱导HIF-1 可减少肺分支形成和血管化［8］。急性缺氧时肺泡上皮细胞、支气管上皮细胞、血管内皮细胞、血管平滑肌细胞等肺部细胞均高表达HIF-1α，其中肺泡、支气管上皮细胞、血管内皮细胞表达最多［9］。在小鼠体内，7%O2暴露30 min 后，HIF-1αmRNA 水平升高［10］。当肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）或内皮细胞急性暴露于低氧（1%O2）导致HIF-1α 蛋白水 平 和HIF-1 升 高［9，10］。本 研 究 结 果 显 示AECOPD 并PH 组PaO2明 显 低 于AECOPD 无PH组，且随sPAP 升高而下降，并与sPAP 负相关（P<0.05）；AECOPD 并PH 组 血 清HIF-1α 明 显 高 于AECOPD 无PH 组，且随sPAP 升高血清HIF-1α 表达增多，与sPAP 正相关。本研究还发现AECOPD继发PH 发病率为52.5%，AECOPD 继发PH 主要表现为轻度肺动脉高压，占61.9%，可能是COPD 患者缺氧状态下更容易并发PH。内皮素-1（ET-1）、血管内皮生长因子（VEGF）、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、促红细胞生成素与糖代谢有关的酶等为HIF 调控的靶基因，均参与了PH 的形成［9］。ET-1是内皮细胞分泌的具有强缩血管作用的活性多肽［11］。研究发现，ET-1 基因启动子区有HIF-1α的结合位点，其作用机制可能为缺氧时HIF-1α通过激活ET-1 基因表达，使其分泌增多，sPAP升高［12］。用电刺激培养的心肌细胞可降低3-磷酸甘油醛脱氢酶和HIF-1α 的表达，反义寡核昔酸可显著降低HIF-1α 和ET-1 磷酸甘油醛脱氢酶基因的表达，提示HIF-1α 诱导ET-1 的产生，其机制可能与增强糖酵解有关。HIF-1α 可介导缺氧引起肺内皮细胞iNOS 基因的转录，诱导iNOS的产生。大鼠实验发现缺氧可诱导HIF-1α 及iNOS 的表达，提高内皮细胞iNOS 的活性，且其表达量与缺氧引起的肺动脉改建有正相关性，而HIF-1α 突变或丢失，这种情况就会消失，证明HIF-1α 可介导缺氧引起肺内皮细胞iNOS 基因的转录。

目前大多研究主要从基础实验或肺动脉动物模型观察HIF-1α 在肺动脉高压中的作用，本研究结果显示血清HIF-1α 参与了COPD 患者PH的病理生理过程，可作为评估病情严重程度和预后的指标。但本研究样本例数偏少，且为单中心研究，其确切结论有待进一步大样本多中心研究。