高原低氧環境與平原地區常住居民HIF-1、VEGF水平及與阿爾茨海默病易感性的相關性和交互作用

葉亞麗,鄭瑩瑩,師 強,王圣巍

阿爾茨海默病(AD)是常見的神經退行性疾病,也是導致癡呆的常見疾病,主要特征為記憶力進行性降低,常伴有視覺空間功能障礙、行為改變,嚴重時可致患者死亡[1]。眾多學者認為AD發病與基因、環境、基因-環境交互有關[2-3],在研究AD發病因素時,若單純考慮基因因素或環境因素與疾病病因的相關性,而忽略基因-環境兩因素的交互作用,會影響對AD病因的風險評估[4]。缺氧誘導因子-1(HIF-1)是一種低氧誘導結合蛋白,對缺氧環境較為敏感,可調控血管形成、炎癥反應、細胞凋亡、氧化應激等多種生物學過程,進而參與中樞神經系統疾病的發生發展[5]。血管內皮生長因子(VEGF)屬于血小板衍生生長因子超家族成員,是一種常見的血管生成因子,與AD認知功能障礙密切相關,可參與AD的發生發展[6]。目前關于不同地區HIF-1、VEGF表達及對AD易感性相關性和交互作用的影響尚不明確。鑒于此,本研究選擇香格里拉高原低氧環境地區、延安市平原地區的180例常住居民作為研究對象,分析高原低氧環境與平原地區常住居民HIF-1、VEGF水平差異及與AD易感性的相關性和交互作用,以便更好闡述AD發生發展過程,為預防AD提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標準

納入標準:抽取香格里拉市區及周邊農村藏族居民、延安市區及周邊農村漢族常住居民;遷入延安市區及香格里拉市區居住≥1年的常住人口;遷出香格里拉市區及延安市區居住<1個月的常住人口;AD診斷標準符合“神經疾病診斷和統計手冊第Ⅳ版”[7],并經頭顱MRI等檢查確診。排除標準:連續尋找3次未見或解釋說服后仍拒絕參加本研究者;長期服用鎮痛藥物、成癮性藥物者;伴貧血、甲狀腺功能亢進及感染性疾病患者;存在重大顱腦創傷、手術史者;患精神疾病及嚴重焦慮、躁狂等心理疾病者;患自身免疫性疾病和惡性腫瘤者。所有研究對象簽署本研究知情同意書,本研究經本院醫學倫理委員會審核通過。

1.2 研究對象

依據納入及排除標準,按照1︰1原則選取2020年1月—2023年1月香格里拉高原低氧環境地區、延安市平原地區各180例常住居民作為研究對象,根據是否患有AD分為AD組、無AD組。高原低氧環境地區180例常住居民中男93例,女87例;年齡52～85(70.03±9.75)歲;體質量指數21.8～26.9(24.39±0.86)kg/m2;本地區居住時間1～30(15.00±5.23)年。平原地區180例常住居民中男89例,女91例;年齡52～89(70.52±8.86)歲;體質量指數22.4～26.6(24.50±0.72)kg/m2;本地區居住時間1～31(17.08±5.34)年。

1.3 HIF-1、VEGF檢測方法

采集納入對象肘部靜脈血3 mL,3 000 r/min離心15 min,采用放射免疫法檢測血清HIF-1水平,采用雙抗夾心法檢測血清VEGF水平,試劑盒均購自上海化邦生物科技有限公司。

1.4 觀察指標

1)收集高原低氧環境地區和平原地區AD組、無AD組居民的基線資料,基線資料包括性別、年齡、體質量指數、本地區居住時間、AD家族史、吸煙情況、飲酒情況、腦梗死史、受教育層次;2)比較高原低氧環境地區和平原地區AD組、無AD組居民血清HIF-1、VEGF水平差異;3)AD易感性采用多因素Logistic回歸分析;4)分析高原低氧環境地區和平原地區不同HIF-1、VEGF水平AD患者危險度;5)分析HIF-1、VEGF水平對AD易感性的交互作用。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 基線資料

高原低氧環境地區和平原地區AD組、無AD組在性別、年齡、體質量指數、本地區居住時間、AD家族史、吸煙、飲酒、腦梗死史、合并疾病、受教育層次方面比較差異均無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 高原低氧環境地區和平原地區有無AD常住居民基線資料

2.2 不同地區有無AD常住居民HIF-1、VEGF水平差異

高原低氧環境地區、平原地區AD組HIF-1水平高于無AD組,VEGF水平低于無AD組(P<0.01)。高原低氧環境地區AD組、無AD組HIF-1水平高于平原地區對應的AD組、無AD組,VEGF水平低于平原地區對應的AD組、無AD組(P<0.05)。見表2。

表2 高原低氧環境地區和平原地區有無AD常住居民HIF-1、VEGF水平差異

2.3 AD易感性的多因素Logistic回歸分析

因變量:AD情況(有=1,無=0);自變量:性別(男=1,女=2)、年齡(按實際值賦值)、體質量指數(按實際值賦值)、本地區居住時間(按實際值賦值)、AD家族史(無=0,有=1)、吸煙(否=0,是=1)、飲酒(否=0,是=1)、腦梗死史(無=0,有=1)、合并疾病(無=0,有=1)、受教育層次(小學=1,初中=2,高中或中專=3,大專及以上=4)。多因素Logistic回歸分析顯示,HIF-1、VEGF水平與高原低氧環境地區、平原地區及總體AD易感性均顯著相關(P<0.05,P<0.01)。見表3。

表3 高原低氧環境地區和平原地區常住居民AD易感性的多因素Logistic回歸分析

2.4 不同HIF-1、VEGF水平患者AD危險度分析

以高原低氧環境地區、平原地區HIF-1、VEGF水平均值為分界,將患者分為HIF-1、VEGF高水平與低水平亞組。HIF-1高水平亞組罹患AD危險度是低水平亞組的6.174倍(P<0.01);VEGF高水平亞組罹患AD危險度是低水平亞組的0.327倍(P<0.01)。見表4。

表4 高原低氧環境地區和平原地區不同HIF-1、VEGF水平患者AD危險度分析

2.5 HIF-1、VEGF水平對AD易感性的交互作用

單獨HIF-1水平升高所致的OR為6.200,單獨VEGF水平降低所致的OR為10.075,HIF-1和VEGF共存時所致的OR為21.097,交互作用OR<兩單獨因素OR值的乘積,符合次相乘交互作用模型,交互作用系數γ為1.320>1,提示HIF-1水平升高對VEGF表達降低的效應具有正向交互作用。見表5。

表5 高原低氧環境地區和平原地區常住居民HIF-1、VEGF水平對AD易感性的交互作用分析

3 討論

隨著我國社會經濟快速發展和人口老齡化進程的加快,AD患病人數逐年增多,據統計我國60歲以上老年群體中有1 507萬例癡呆患者,其中AD患者983萬例,約占癡呆患者的65.23%[9]。目前研究發現,遺傳易感性、環境因素對AD的發生發展具有重要作用[10-11]。確定與AD發病相關的基因、環境條件將有助于了解該病分子病理基礎,可為臨床干預AD提供新的方向。

AD的病理基礎與β-淀粉樣蛋白(Aβ)聚集、神經纖維纏結及神經元丟失等有關。有研究顯示,缺血缺氧可誘導神經元Aβ形成、促進tau蛋白磷酸化,進一步加重AD認知功能障礙[12-13]。動物實驗顯示,長期處在高原低氧環境下可加重海馬神經細胞損傷、腦組織水腫,導致機體認知功能障礙[14]。在分子水平上,缺氧應答主要通過HIF-1調節和介導,而HIF-1是一種異源二聚體,主要包括HIF-1α和HIF-1β兩種亞基,可直接感應生物體氧濃度變化,也是低氧信號通路的關鍵蛋白[15]。正常氧濃度環境下,HIF-1α半衰期較短,可在細胞中不停地合成、降解,不能與HIF-1β結合,無法啟動細胞核內缺氧應答原件[16];而氧濃度降低使得HIF-1α降解過程被抑制,可與HIF-1β結合啟動細胞核內缺氧應答原件,誘導下游靶基因轉錄,從而參與血管生成、糖酵解、氧化應激等過程[17-18]。研究發現,HIF-1α與AD發病密切相關,隨著時間延長HIF-1α表達逐漸升高,沉默HIF-1α可降低小鼠神經元HIF-1α表達,可減輕神經元、膠質細胞損傷[19]。本研究顯示,不同地區AD組HIF-1水平高于無AD組,表明HIF-1水平升高可參與AD的發展。本研究還發現,高原低氧環境地區AD組、無AD組HIF-1水平高于平原地區對應的AD組、無AD組,其水平與高原低氧環境地區、平原地區及總體AD易感性均顯著相關,可見HIF-1水平變化與AD易感性密切相關。分析認為,高原低氧環境下可促進體內神經元Aβ形成及tau蛋白磷酸化等,引起AD患者神經功能損傷,導致血清HIF-1水平升高。

VEGF可促進血管內皮細胞增殖分化、血管形成及維持血管內皮功能完整性[20],是公認的血管生成因子,可直接作用于神經細胞,促進神經細胞增殖、遷移和軸突再生[21-22]。PETRELIS等[23]、ASBY等[24]研究發現,VEGF對膽堿神經元有保護作用,可減少Aβ蛋白斑塊沉積,若局部血管細胞缺乏VEGF,可失去神經細胞保護、血管修復功能,進而加重AD認知功能損傷。FAN等[25]報道顯示,在低氧環境下HIF-1可產生一系列低氧適應性反應,通過調控下游VEGF、VEGF相關受體表達,進而參與疾病的發生發展。本研究發現,不同地區AD組VEGF水平低于無AD組,提示VEGF水平降低與AD發展密切相關。高原低氧環境地區AD組、無AD組血清VEGF水平較平原地區對應的AD組、無AD組低;多因素Logistic回歸分析顯示,VEGF水平與高原低氧環境地區、平原地區及總體AD易感性均顯著相關。筆者推測,由于高原低氧環境地區AD患者血清HIF-1水平升高,進而調控下游VEGF表達,導致血清VEGF水平降低,加重患者神經細胞損傷。

本研究發現HIF-1高水平患者罹患AD的危險度是低水平患者的6.174倍;VEGF高水平患者罹患AD的危險度是低水平患者的0.327倍,表明HIF-1水平升高、VEGF水平降低可增加罹患AD的危險度。交互作用分析顯示,單獨HIF-1升高所致的OR為6.200,單獨VEGF降低所致的OR為10.075,二者共存時所致OR為21.097,屬于次相乘交互作用模型,而交互作用系數為1.320>1,表明HIF-1水平升高、VEGF水平降低具有正向交互作用。究其原因可能為高原低氧環境地區常住居民神經細胞Aβ沉積嚴重、過度tau蛋白磷酸化,加重了體內神經細胞損傷,增加了AD的發生風險。

綜上,HIF-1水平升高、VEGF水平降低與AD易感性密切相關,且高原低氧環境可進一步增加HIF-1水平、降低VEGF水平,增加罹患AD的危險度;HIF-1水平升高、VEGF水平降低對AD易感性產生了正向交互作用,并符合次相乘交互作用模型。