急性高原肺水腫患者ODC1蛋白表達差異與肺動脈高壓的相關性研究

久太 馮喜英 關巍 華毛 杜發茂 拉周 崔金霞 李玉紅劉洪千 安文靜 馬維秀 時瑩慶 顏然然 徐海亮 馮斐

急性高原肺水腫患者ODC1蛋白表達差異與肺動脈高壓的相關性研究

久太1馮喜英1關巍1華毛1杜發茂1拉周1崔金霞1李玉紅1劉洪千1安文靜1馬維秀1時瑩慶1顏然然2徐海亮2馮斐2

目的鉆研高原肺水腫患者血漿中一氧化氮濃度改變；研究高原肺水腫患者血漿一氧化氮合酶和鳥氨酸脫羧酶酶活力和蛋白表達變化，及其血清蛋白濃度與肺動脈高壓的相關性研究。經此研究，探究一氧化氮合酶和鳥氨酸脫羧酶對高原肺水腫發生和發展的作用。方法通過對30例高原肺水腫患者血漿中一氧化氮濃度、一氧化氮合酶和鳥氨酸脫羧酶活力和蛋白表達進行檢測，并與30例正常人進行差異性比較。結果高原肺水腫患者血漿中一氧化氮水平顯著下降(Plt;0.01)；一氧化氮合酶顯著降低(Plt;0.01)；鳥氨酸脫羧酶酶活力較正常人沒有差異(Pgt;0.01)，但是有上升的趨勢；鳥氨酸脫羧酶顯著升高(Plt;0.01)；高原肺水腫患者肺動脈壓與血漿中鳥氨酸脫羧酶含量呈負相關(Plt;0.05)。結論一氧化氮和一氧化氮合酶在高原肺水腫的發生和發展起著重要的調節作用；鳥氨酸脫羧酶在高原肺水腫患者血漿中的高表達可能對受損組織起到修復作用。

高原肺水腫；一氧化氮；一氧化氮合酶；鳥氨酸脫羧酶

高原肺水腫(High altitude pulmonary edema，HAPE)，是由于高原地區低壓、低氧等環境因素超過機體適應能力而引起的高原特發性疾病。隨海拔的升高，大氣壓力、空氣氧含量、環境溫度均降低，紫外線輻射卻增高，其中前兩項對人體影響最大。高原低氧環境引起快速進入高原地區人員的心率增快，心排出量增加；循環血再分布引起肺血流量增加，既引起肺循環血量增加，肺動脈壓力激增，造成肺泡和毛細血管損傷，細胞膜通透性增加，細胞外液轉移至肺間質和(或)肺泡[1]。肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH) 和缺氧性肺血管收縮(hypoxicpulmonary vasoconstriction，HPV)是高原肺水腫發生和發展的主要原因[2]。HAPE起病急、進展快，需緊急采取搶救措施，否則可迅速引起急性呼吸衰竭，甚至引起死亡，為高原肺水腫被列為急性高原特發病[3]。一氧化氮氧化合成的氧化氮(nitrogenoxides，NOx)可以防止缺氧引起的損害[2]。NO能夠特異性的作用于肺循環有效的調解缺氧情況下PH改變，同時不影響體循環，因此可改善高原肺水腫者肺通氣和需氧飽和度而影響其預后。血管的平滑肌細胞和內皮細胞中的一氧化氮合酶 (nitricoxide synthase，NOS)作用于L-精氨酸，加快其與氧氣的反應而合成一氧化氮。鳥氨酸脫羧酶 (Ornithine decarboxylase 1，ODC1)是多胺生物合成進程之中催化鳥氨酸脫羧反應的限速酶，故ODC1的表達量及生物活性直接影響多胺的生成。所以，本研究擬對確診為HAPE的患者測定血漿中NO、NOS和ODC1酶活力，了解其與肺水腫損傷修復之間相關性。

資料與方法

一、研究對象

本組研究對象為我院于2015年6月-2016年1月收治并確診為HAPE的患者30例，男性占27例，女性占3例，年齡20-46歲。研究組納入的30例患者均按照1995年中華醫學會發布的HAPE診斷標準[5]納入，即符合：① 新到高原(海拔≥3000m)者，靜息狀態下呼吸困難，咳嗽、咳痰，為白色或粉紅色泡沫狀痰；② 中央性紫紺，肺部濕啰音；③ 主要診斷依據為胸部X線，雙肺表現為彌漫性、不規則性浸潤陰影，心影多正常；④ 臥床休息、連續氧氣吸入或快速低轉后，患者癥狀迅速好轉，胸片征象消散。排除標準為：臨床診斷為心肌梗死、心力衰竭等心肺疾患，并排除肺炎；另選30例年齡19-40歲的正常人群作對照，男性22例，女性8例。全部受試者均簽署知情同意書，且經青海大學附屬醫院倫理委員會批準。兩組研究對象年齡比對無差異。

二、方法

本研究由我院超聲科專業人員利用PHILIPS IE33型彩色超聲診斷儀以同樣標準分別檢測實驗組HAPE和對照組肺動脈壓(mPAP)[19]測定肺動脈壓力。高原肺水腫組和對照組，分別在早晨采集靜脈血，分離血漿。選用NO、ODC1和NOS檢測試劑盒(南京建成生物工程研究所)進行測定，實驗過程中嚴格按照說明書的程序和公式轉換，用紫外分光光度計(選用540nm 波長)測量其消光值來反映樣品NO、 ODC1和NOS濃度, 同設空白管和標準管, 空白管調零。采納高效液相色譜(HPLC)法檢測兩組檢測對象樣品中ODC1酶活力。比色法檢測兩組研究對象血漿中NOS酶活力，實驗步驟嚴格按照NOS分型試劑盒(南京建成生物工程研究所)要求進行，儀器采用可見分光光度計SP-722(上海光譜儀器有限公司)。

三、統計學處理

結 果

一、研究對象一般情況

本研究共納入HAPE組30人，平均年齡33.7±6.9歲。高原健康對照組30人，平均年齡31歲。兩組研究對象的平均年齡及性別、血常規及SaO2構成差異無統計學差異，具有可比性。(見表1)。

二、血漿ODC1-1、NOS酶活力和NO的測定結果顯示

HAPE組患者血漿中NO為40.80±12.04 μmol/L,健康對照組NO為56.09±14.98μmol/L，HAPE組NO含量明顯低于健康對照組(Plt;0.01)；HAPE患者血漿中ODC1和NOS酶活力較正常人沒有差異(Pgt;0.01)。血漿ODC1-1、NOS酶活力和NO的測定成果顯示：HAPE患者血漿NOS含量為0.750±0.120U/L，而健康對照組為0.793±0.106U/L，HAPE患者血漿中NOS含量較健康對照組明顯降低(Plt;0.01)；HAPE患者血漿中ODC1含量為0.943±0.160U/L，健康對照組為0.936±0.130U/L，較健康對照組沒有差異(Pgt;0.01)。(見表2)。

三、相關性結果顯示

HAPE患者組內比較得肺動脈壓與血漿中ODC1含量呈負相關(Plt;0.05,r=-0.045)，而健康對照組組內無相關性(Pgt;0.05，r=2.7653)。(見圖1，2)。

表1 研究對象一般資料

表2 高原肺水腫患者血漿中ODC1、NOS酶活力和NO測定

與健康對照組比較*Plt;0.01

圖1 HAPE患者組肺動脈壓和血漿ODC1相關性分析

圖2 健康對照組肺動脈壓和血漿ODC1相關性分析

討 論

高原地區低壓、低氧且晝夜溫差大、氣候萬變，環境極其惡劣。大氣壓亦隨海拔升高而降低，海拔4000m時，大氣壓僅460mmHg。高原海拔越高，環境中含氧量和氧分壓卻越低，經肺通氣達肺泡內的氧分壓亦下降，肺換氣后動脈氧分壓及飽和度也隨之下降，達到一定程度時，血液循環系統運輸的氧不足以提供機體正常生理活動所需氧量是，引起機體的代償性的改變和損傷，機體表現出缺氧癥狀，最終導致高原病的發生。即HAPE發病機制為高原低氧狀況下肺毛細血管通透性改變、肺血管因周圍無氧代謝酸性產物積聚而過度收縮和肺泡清除液體的能力下降[6]。

HAPE特指在高原環境低氧環境影響下發生的肺水腫，多在快速進入海拔2500m以上地區時發生，多見于久居住于高原地區住戶進入海拔更高區域者或平原人初次迅速進入高原地區者中發生，其發病概率較高，有研究報告為0.4%-2%[6]。高原肺水腫具有起病急，進展快特點，可對機體造成嚴重的損傷，可迅速引起患者呼吸衰竭，甚至引起死亡。一氧化氮 (nitric oxide，NO)為由肺血管內皮細胞在內皮型一氧化氮合酶等誘導下合成的血管擴張劑，可由多種因素刺激血管內皮細胞合成分泌。一氧化氮氧化合成的氧化氮(nitrogenoxides，NOx)可以防止缺氧引起的損害[2]。NO與NOS的表達及生物活性密切相關，L-精氨酸在NOS催化下與氧氣反應生成的NO是機體內的重要內皮擴張因子。NO能調節肺循環血管的舒張，降低肺血管阻力、肺循環總阻力、缺氧性肺血管收縮和肺動脈高壓；同時，NO可提高蛋白激酶活性，促進鈣轉運蛋白磷酸化，增加細胞內游離鈣離子結合并轉運、儲存至肌漿網內，降低細胞內游離的Ca2+濃度，減少肌纖維收縮，平滑肌表現為松弛。該效應作用于支氣管和肺血管時表現為擴張氣道、肺血管[7]。另有研究顯示：NO可迅速彌散到鄰近的平滑肌細胞，促進胞漿內環鳥苷酸(cGMP)的合成，達到舒張平滑肌一直收縮作用，表現為肺血管的舒張[8]。Scherrer等[9]研究發現平原人進入高原地區后肺組織中NO水平與高原地區長期居住者相比，其結果明顯低于世居者，同時令新抵達高原地區的人吸入NO后，肺動脈壓顯著下降，且與長期居住者接近。本文的研究成果顯示：HAPE患者血漿中NO含量為40.80±12.04μmol/L，而健康對照組為6.09±14.98μmol/L，HAPE組較健康對照組明顯降低(Plt;0.01)，與上述研究結果相似。研究認為[10]，在缺氧時，氧化應激自由基的增加可顯著降低NO的合成和釋放。此前的研究發現[11]，HAPE明顯損害患者肺組織中一氧化氮合酶，本文的研究結果與前述研究一致，本研究結果表明：HAPE患者血漿中NOS顯著降低(Plt;0.01)，與本文的研究結果相一致。Beall 等[12]探究總結了NOS與HAPE的密切關系，其探究成果表明NOS缺陷導致NO的低水平可能是HAPE發病的一個重要原因。這些都表明：NO和NOS在HAPE的發生和發展起著重要的調節作用。

鳥氨酸脫羧過程是動物體內腐胺生物合成的重要途徑，腐胺在亞精胺合成酶的催化下轉變成亞精胺，進而生成精胺。普遍見于動物各組織細胞內，存在于細胞質、細胞核中的ODC1是細胞內多胺合成過程當中的重要的調節酶，多胺作為基礎物質，參與細胞的增殖、分化和移行，因而ODC1表達活性與細胞的狀態和種類相關[13]。Pavel Babal 研究表明ODC1參與了低氧損傷引起肺血管收縮的過程，且低氧損傷情況促進大鼠肺組織中ODC1活性，促進鳥氨酸脫羧反應，精胺生成增加[16]。有研究結果講明：選用慢病毒載體介導的RNA干預技術沉默ODC1基因表達后，細胞增殖遭到抑制，細胞增殖周期從223h延長至320h，S期細胞比例上升，G0/G1和G2/M期細胞顯著減少，這進一步證明了ODC1對細胞增殖起調控作用[20]。本結果顯示：HAPE患者血漿中ODC1酶活力較正常人沒有差異(Pgt;0.01)，但是有上升的趨勢；HAPE患者血漿中ODC1蛋白表達顯著升高(Plt;0.01)；HAPE患者肺動脈壓與血漿中ODC1含量呈負相關(Plt;0.05)。提示ODC1在HAPE患者血漿中的高表達可能對受損組織起到修復作用，這與先前的研究結果一致。表明ODC1在細胞生長過程當中發揮首要的調節作用, 對組織損傷后的修復具有重要意義[18]。

綜上所述，本研究研究表明：ODC1、NO和NOS在HAPE的發生和發展起著重要的調節作用，且ODC1可能對受損組織的修復有一定的意義。

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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

青海省衛計委指導性課題(No 2015-13)

1.810001 青海 西寧,青海大學附屬醫院呼吸科 2.810001 青海 西寧,青海大學

2017-05-15]