促紅細胞生成素在高原紅細胞增多癥發生中的作用及機制研究進展*

吳金春綜述　常　榮審校

qhschangrong@126.com

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促紅細胞生成素在高原紅細胞增多癥發生中的作用及機制研究進展*

吳金春綜述常榮#審校

qhschangrong@126.com

【摘要】高原紅細胞增多癥(HAPC) 是一類因機體對缺氧環境適應失代償而導致的紅細胞(RBC)過度代償性增生的慢性高原病，其發病機制雖未完全清楚，但目前普遍認為高原嚴重的失代償性低壓、低氧血癥、促紅細胞生成素(EPO)-骨髓EPO受體系統紊亂、促紅系增殖因子分泌異常、HAPC易感基因的存在等是HAPC發病的主要原因和可能機制。

【關鍵詞】促紅細胞生成素；高原紅細胞增多癥；作用機制

高原紅細胞增多癥(High Altitude Polycythernia，HAPC)是由于高原低氧引起的紅細胞(RBC)過度代償性增生的一種慢性高原病。與同海拔高度的健康人相比，HAPC病人表現為RBC、血紅蛋白(Hb)、紅細胞容積(Hct)顯著增高，動脈血氧飽和度(SaO2)降低以及相應臨床癥狀和體征。此病多見于高原移居人群，少見于高原世居人群，男性發病率明顯高于女性，兒童病例罕見。目前普遍認為慢性低壓性缺氧是罹患本病的根本原因，促紅細胞生成素(Erythropoietin,EPO)合成釋放增多，刺激骨髓紅系造血增強是其中的關鍵環節。本文綜述EPO對HAPC作用機制的研究進展。

1EPO對RBC生成的生理性調節

人體內EPO是由腎皮質腎小管周圍間質細胞和肝臟分泌的一種激素樣物質，主要作用于紅系定向祖細胞膜上的EPO受體，促進定向祖細胞增殖分化，加快RBC成熟，防止細胞凋亡。EPO的合成與釋放受到多種因素的調控，其中組織供氧不足是刺激EPO合成與釋放增加的最重要因素[1]。一般而言，當腎臟感受器受到低氧刺激后，腎臟加速分泌EPO，并刺激骨髓加速RBC的成熟，因而血液中RBC數量增加。其結果：一方面增加Hb的攜氧能力，提高氧傳遞，改善組織缺氧；另一方面如果Hct超過65%時，則顯著增加血液黏度，使血流緩慢，氧傳遞受阻，加重組織缺氧。缺氧環境下，腎臟因持續低氧，而激活磷脂酶和增加環磷酸腺苷(c-AMP)。磷脂酶進一步刺激前列腺素E2(PGE2)的生成，進而激活蛋白激酶；蛋白激酶與c-AMP即在水解酶加磷氧基作用下合成EPO[2]。EPO可調節骨髓多向造血干細胞向紅系增殖、分化和成熟，使血液中的Hb含量升高，完成機體對缺氧的代償性變化[3]，以適應低氧環境。此外，神經內分泌激素和一些局部炎癥介質等對EPO的合成與釋放也具有重要調節作用。

2EPO對HAPC的作用機制

久居高原，缺氧環境刺激機體分泌EPO，而腎皮質內因EPO的生成而消耗氧氣，使腎皮質缺氧進一步加重，形成“缺氧-EPO分泌增加-紅系增生-加重缺氧”的惡性循環。嚴重的低氧血癥又促進紅系增生，引起血液黏滯度升高，形成“缺氧-紅系增生-血液瘀滯-缺氧加重”的惡性循環[4]。可見EPO與HAPC有直接相關性，是HAPC發病的關鍵環節；但也有研究報道南美安第斯HAPC病人EPO水平與正常組相比差異無統計學意義[5]，還有研究認為急性低氧刺激與EPO的生成有關，但并無直接相關性，存在個體差異或其它機制原因。臨床上也可以見到有些癥狀嚴重，體征明顯的HAPC患者，其EPO水平并不高，因而推測血漿 EPO水平高低并不是 HAPC的唯一發病因素[2,6]。所以，探討EPO對HAPC發生機制的作用，并從中找到治療新靶點或者突破口，仍然具有最現實的臨床意義。

2.1EPO與骨髓EPO受體系統調節紊亂

機體長期暴露于低氧環境，使腎臟及腎外低氧感受器受到低氧刺激后，誘導缺氧誘導因子-1(Hypoxia Inducible Factor，HIF-1)的表達，調控腎臟及腎外器官的EPO合成和釋放，進而與骨髓內干細胞EPO受體結合引起紅系增殖，這是機體自適應低氧環境的重要因素[7]。正常情況下，EPO水

平不會無限制地增加，它可以通過腎內EPO-mRNA的合成減少來調控。但當機體處于上述嚴重低氧血癥時，EPO合成抑制減弱，而誘導EPO生成作用持續存在，形成HAPC患者體內的高水平EPO狀態[8]。此外，骨髓內干細胞EPO受體抑制因子水平的降低也可能是造成EPO-骨髓EPO受體系統紊亂的重要原因。近年來研究表明，一些個體之所以發生RBC過度增多，很有可能是由于這些個體的骨髓等造血組織對EPO造血效應保持了持續的高度敏感性所致[9]。故在低氧應激時EPO與骨髓EPO受體的調節機制紊亂，以及骨髓等造血組織對 EPO 敏感性增強可能是導致HAPC發病的關鍵環節。

2.2促紅系增殖因子的分泌異常(雄性激素的作用)

與紅系增殖相關的內分泌因子在缺氧環境下的異常分泌，也可能是導致HAPC的重要原因之一。已知雄性激素水平增高可以促進EPO的合成，進而刺激骨髓紅系造血；而HAPC患者中男性多于女性的表現也提示雄激素在HAPC發病中有重要作用。另有報道，內分泌系統中促腎上腺皮質激素(Adrenocorticotropic Hormone，ACTH)對EPO的協同作用以及cAMP/環磷酸鳥苷(cGMP)比值異常均在 HAPC的發病中發揮了重要作用[10，11]。

2.3EPO血漿水平變化

一般認為，低氧環境下，EPO的分泌過度可能是發生HAPC的重要因素[12]，有研究表明，居住高原的HAPC組血漿EPO水平顯著高于正常對照組，且移居者高于世居者，更比平原對照組明顯升高。EPO通過作用于靶細胞上EPO受體，不僅能刺激骨髓多能干細胞向RBC系列轉化，促進紅系原始細胞增殖、縮短RBC成熟時間，使骨髓中網織RBC釋放增加，最終導致外周血成熟RBC數量增加。但李素芝等[13]發現HAPC患者血漿EPO水平雖然明顯高于平原健康對照組，且與外周血Hb含量存在明顯正相關；但同時發現高原移居健康對照組血漿EPO水平與HAPC患者差異并無統計學意義，且高原健康對照組也未發生HAPC，提示 HAPC 發病過程中，EPO水平升高并不是發生HAPC的唯一因素，除了EPO 起重要作用外，還可能有其它造血因子發揮作用。

2.4EPO活性變化

黃益民等[14]通過對西藏地區HAPC患者血清EPO活性與同族對照組的比較觀察，發現EPO對低氧的反應性表達存在著個體差異，即部分患者的EPO過度表達，其血漿EPO水平高出對照組上限，最高者可高出數10倍；另一部分患者的EPO 表達正常或低水平表達，血漿EPO水平在2.0～14.4 IU/L范圍內，或低于2.0 IU/L甚至不能檢測到，認為低氧環境下， EPO活性變化可直接影響EPO對骨髓干細胞增殖的正常調控。再次證實EPO的過度合成與分泌不是HAPC的唯一因素[15,16]，還可能與EPO活性有關，對于EPO活性改變是否與EPO蛋白分子結構或糖基化的改變有關，有待進一步研究。

2.5EPO與其受體結合的敏感性增強

在同樣低氧刺激作用下，一些個體之所以發生RBC過度增多，很有可能是這些個體的骨髓等造血組織對EPO造血效應保持了持續的高度敏感性。有研究[17]指出，在低氧應激時，EPO合成與釋放機制調節紊亂，使骨髓等造血組織對EPO敏感性增強是導致HAPC發病的關鍵環節。但未能闡明其作用機制。還有研究[18]認為HAPC是一種低氧習服不良的慢性高原病，HAPC患者出現低氧血癥與頸動脈化學感受器對低氧的刺激反應鈍化有關。如急進高原的健康人EPO濃度可以明顯高于當地正常人，而世居高原和移居高原正常人可能無明顯差異。

2.6EPO基因多態性

EPO基因是最先發現的低氧適應基因，HAPC的發生與EPO的多態性相關[19]。在對EPO基因的研究過程中發現了低氧誘導因子-1(HIF-1)和以HIF-1為介導的基因表達調控。HIF-1由α和β亞基組成，α亞基對氧敏感。在低氧條件下，α和β亞基形成異源二聚體，結合到基因啟動子和增強子區域的低氧應答元件(HREs)上，對低氧做出應答反應[20]。采用PCR-SSCP方法對牦牛的EPO基因的多態性進行的檢測結果發現，AA、AB、BB 3種基因中AB為優勢基因型，A為優勢等位基因。高原藏族全基因組掃描結果發現了3個低氧正選擇基因：EPAS1、EGLN1和PPARA[21-23]，這3個基因的多態性與Hb濃度高度負相關，提示這3個基因可能是導致低氧環境中藏族居民HAPC發病率較低的關鍵基因。HAPC發病還具有明顯的種族差異和個體易感傾向，歐洲人比安第斯山世居者更易患HAPC，世居高原的藏族人HAPC的發病率也顯著低于生活在相同海拔高度的世居安第斯人和移居高原的漢族人。這種差異是否與不同種族人群在高原缺氧條件下，其EPO氧敏感區、正負調控區的基因多態性引起了EPO生成失調有關，需要繼續進行論證。

2.7其它

EPO對HAPC發病的作用機制是多方面的，除以上主要因素外，還有血漿成分及線粒體功能異常也會導致HAPC發生的報道[24]。羅勇軍等[25]發現，在HAPC患者中，由于VHL基因(抑癌基因)的DNA含量較低，按照中心法則，可能導致VHL基因的mRNA及蛋白質含量降低，使其對HIF-1α的降解作用減弱，導致HIF-1α含量增加；HIF-1α增加會引起EPO mRNA表達增多，促進EPO的合成與釋放，引起HAPC的發生。還有研究[26]提示，線粒體功能異常在HAPC的發病中發揮著重要的作用，線粒體DNA(mtDNA)拷貝數增加被認為是總線粒體呼吸功能的代償，低拷貝數mtDNA可能導致線粒體功能障礙，在高原習服適應過程中可出現高原習服不良，進而發生HAPC。另外，樊凌冰等[27]分析了海拔4250m地區高原人群血清EPO、T(睪酮)、E2(雌二醇)含量變化與 HAPC的相關性后發現，HAPC的發病與 EPO、T、E2無直接因果關系，機體在高原低氧環境下初期出現的RBC增高是功能代償適應現象，大部分人在經過血液系統和血液系統以外的神經、內分泌、免疫正、負調節4周后基本恢復正常。只有少數人在長期調節過程中發生耐受，對過多的RBC的負調節功能下降，導致了HAPC的發生。

3小結與展望

目前，HAPC 的發病機制還未完全闡明，EPO對HPAC的作用相對復雜，具有多因素、多途徑等特點，應用更多策略，尤其是基因與蛋白組學、生物信息學等技術和方法，以揭示 HAPC的發病機制，是今后HPAC研究的方向，期待更多新的進展為臨床防治HAPC提供支持。

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吳金春(1986-)，男，漢族，醫師，主要研究心血管病和高原疾病

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作者簡介：本文

[中圖分類號]R555+. 1

[文獻標識碼]A

[文章編號]1005-1740(2016)01-0061-03

*[基金項目]國家自然科學基金[81360301];青海省基礎研究計劃[2013-2-743]

本文2015-08-10收到，2015-10-19修回