TNF 对造血调控的影响及在高原红细胞增多症中的作用

解友邦 年 蔚 刘彦民 高云梅 石雪峰 郗爱旗

1.青海省人民医院血液风湿科，青海西宁 810007；2.青海省人民医院老年医学科，青海西宁 810007；3.青海省人民医院心血管介入科，青海西宁 810007；4.青海省人民医院呼吸与危重症医学科，青海西宁 810007；5.青海省第四人民医院老年医学科，青海西宁 810000

慢性高原病（chronic mountain sickness，CMS）是高原低氧环境下发生的常见病，曾用名为高原红细胞增多症（high altitude polycythemia，HAPC），是长期生活在海拔2500 m 以上的世居者或移居者对高原低氧环境逐渐失去习服而引起的临床综合征，其特点为过度的红细胞增多症（女性血红蛋白含量≥19 g/dL，男性血红蛋白含量≥21 g/dL）和严重的低氧血症[1]。通常伴有中度或重度肺动脉高压，可能演变为肺心病并导致充血性心力衰竭。随着海拔的下降，CMS 的临床表现逐渐消失，并在返回高海拔后重新出现。在青藏高原，海拔为2261～2980 m 时CMS 占人口的1.05%，在3128～3980 m 时为3.75%，在4000～5226 m 时上升至11.83%[2]。另外，印度的一项研究报告[3]称在海拔在2350～3000 m 时没有CMS 的病例，而在3000～4150 m时患病率为13.3%，随海拔的升高CMS 的患病率升高。本课题前期的研究发现作为造血抑制因子之一的肿瘤坏死因子（TNF）-β 在HAPC 患者的骨髓中明显升高，基于此对HAPC 红细胞增多的机制及TNF 对造血调控相关的研究进行综述。

1 高原红细胞增多症概述

慢性低氧暴露被广泛接受为HAPC 的潜在原因，高原低氧通气导致钝化出现中枢通气不足作为主要机制解释了加重低氧血症和随后的过度红细胞生成反应，从而对多系统产生影响，如凝血系统及全身血液循环的异常，主要累及心、肺、脑、肾等主要脏器及系统的损害，同时影响睡眠结构[4-5]。CMS 主要表现为骨髓红系造血异常旺盛以及与低氧和红系造血相关的部分基因表达异常。CMS 患者的骨髓造血面积增大，增生程度活跃，以红系增生为主，成熟红细胞形态、大小异常[6]。同时，骨髓细胞凋亡水平及凋亡相关因子表达增高[7]，但也有报道发现CMS 患者骨髓有核红细胞凋亡减低[8]，故CMS 患者红细胞增多的机制还存在争议，主要认为与早红系过度增殖或凋亡减少有关。而与此一致的是低氧致CMS 与骨髓造血相关的基因表达异常有关[9]，从而介导红细胞过度增殖和血红蛋白合成增加。研究多集中在缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）表达增加[10]、部分造血生长因子[如：促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）及其受体、促血小板生成素（thrombopoietin，TPO）、白细胞介素（interleukin，IL）-3 和IL-6]表达异常[11-13]、红系造血相关转录因子GATA-1、GATA-2 和信号转导及转录激活因子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）表达水平增高[14-15]、血红素加氧酶（heme oxygenase，HO）表达增高[16]方面。这些异常表达的信号分子可能调节着诸多红系特异性基因及相关基因（如珠蛋白基因、血红素生物合成酶基因、膜蛋白基因、EPO 及其受体基因）的表达，引起红细胞数量和血红蛋白增加。目前研究主要基于HAPC 中导致红细胞生成增多的正向调控因子的研究较多，关于负向调控的研究几乎没有，既往报道认为TNF 家族是主要的造血抑制因子，TNF 在HAPC 红系调控中的作用如何目前没有相关报道。

2 TNF-α 在造血调控中的作用

除造血相关基因的表达升高之外，造血抑制因子和造血生长因子相互作用也是造血调控的重要机制之一，其通过控制造血细胞的增殖和分化，最终达到调控造血的目的。作为造血抑制因子之一的TNF 家族，主要有TNF-α 和TNF-β 两种，其中TNF-β 又称为淋巴毒素（lymphotoxin，LT），两者对干细胞和祖细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 或粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）存在的条件下TNF 促进HPP-集落形成细胞（CFC）的生长，而在IL-1 加粒细胞集落刺激因子（G-CSF）存在下则抑制HPP-CFC 的生长[17]。关于TNF-α 在体外对纯化原代红细胞培养24 h 后的基因表达谱提示，主要调节的基因显著富集于编码参与控制Ⅰ型干扰素信号传导的蛋白质和对病毒感染的免疫应答的基因[18]。TNF-α 是一种强大的促炎细胞因子，通过两种特异性肿瘤坏死因子受体（TNFR）的参与发挥功能，即55 kD TNFR1（也称为TNFRSF1A）和75 kD TNFR2（也称为TNFRSF1B）。TNFR1 在大多数细胞类型中表达，而TNFR2 仅表达于免疫和内皮细胞。TNF 家族受体及功能[24]见图1。TNF-α 信号传导调节成人造血功能方面也有报道[19]。TNF-α 通过其经典途径激活核因子κB（NF-κB），其中NF-κB 抑制剂（IκB）被磷酸化、泛素化和降解，释放NF-κB 二聚体，然后易位至细胞核以结合特异性NF-κB DNA 结合位点以激活基因表达[20]。NF-κB 在造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）中的直接作用尚未得到广泛研究，最近报道NF-κB 可正调节参与HSC 和祖细胞维持和稳态的基因转录[21]。并且TNF-α 通过TNFR2 激活Notch 和NF-κB 信号传导途径，是在没有感染的情况下，发育中的胚胎利用促炎信号传导产生造血系统的途径之一，表明在HSC 产生中需要炎症信号传导[22]。TNF-α 已被证明是HSC 和祖细胞生长的双功能调节因子，尽管一些抗TNF-α 药物已经用于临床治疗，但已经有报道发现了严重的副作用，如淋巴组织增生性疾病[23]。该领域的主要挑战是整合上述造血相关因子以更好地阐明在不同空间和时间的要求，使得造血调控及网络机制可用于从人多能造血前体细胞的体外决定HSC 的命运，为再生医学提供强有力的理论基础。

图1 TNF 家族受体及功能

3 TNF-β 在造血调控中的作用

TNF 家族的TNF-β 关于造血的研究近期很少有报道，上世纪有报道在小鼠炎症反应期间发现的TNF-α 和TNF-β 水平增高，TNF-α 和TNF-β 可诱导GM-CSF、巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）和IL-1 的转录和分泌[25]。TNF-β 受体，即淋巴毒素-β 受体（LTβR）表达于许多造血组织中，如淋巴组织中的基质细胞上，但也在骨髓髓系细胞、单核细胞、肺泡巨噬细胞、肥大细胞和树枝状细胞上表达，TNF-β 可激活NF-κB 信号通路产生一系列生物学效应，淋巴系统恶性肿瘤常导致NF-κB 信号传导异常，激活基因突变，而在正常细胞中，该途径在控制细胞生长、存活、应激反应和炎症中具有重要作用。磷脂酰肌醇-3-羟激酶（PI3K）还能够促进NF-κB 蛋白异源二聚体P65/ReIA 的憐酸化，从而募集转录共激活因子，例如p300 进而全面激活NF-κB 的转录与激活功能[26]。IA 型PI3 的p110 亚单位也被证明能够通过p85α 与酪氨酸磷酸化IκB-α结合促进的NF-κB p65 磷酸化，促进NF-κB 反式激活，募集转录共刺激因子与NF-κB p65 的结合，增加其转录活性[27]。PI3K 和NF-κB 作用信号通路见图2。而LTβR 信号传导以细胞类型限制的方式导致NF-κB活化，即不是所有LTβR 阳性细胞中的受体连接后都会激活NF-κB[28]。HAPC 患者骨髓CD71+细胞凋亡降低、Akt 和Bcl-xl 的mRNA 和蛋白表达较高，caspase-9降低[29]，提示HAPC 骨髓CD71+细胞存在PI3K/Akt 信号通路的激活和凋亡的减低。故基于HAPC 与PI3K/Akt信号通路和NF-κB 信号通路的相关性，以及TNF-β既往的生物学作用和在信号传导方面的研究，推测TNF-β 可能在HAPC 造血调控中尤其是红系造血中发挥一定作用。

图2 PI3K 和NF-κB 信号通路

4 展望

TNF 家族相关信号通路的作用是把双刃剑，有激活和抑制两方面，参与造血只是其中之一。在再生障碍性贫血中造血功能受损是由于TNF/LT 过度分泌造成的[30]。故关于TNF-β 在HAPC 红系造血中的功能如何目前没有报道。应明确TNF-β 对HAPC 骨髓红系增殖和分化的影响机制，探讨HAPC 中是否存在TNF-β 对红系造血的调节作用，全面了解TNF-β 在HAPC 病理机制中的作用，从而为靶向治疗药物的开发提供新的理论依据。研究HAPC 患者中TNF-β 在红系造血过程是促进还是抑制因子，有可能使TNF-β作为新的治疗靶点应用于HAPC 的治疗。