慢性高原病相关细胞因子研究进展

Research Progress of Cytokines Related to Chronic High Altitude Disease

摘要: 慢性高原病是由高原低压缺氧引起的一种高原特发性疾病。由于高原病的发病机制十分复杂，仍有许多问题迄今尚不清楚。近年来的许多研究显示，慢性高原病患者血浆中部分细胞因子水平发生变化，本文通过对参与高原病相关细胞因子最新的研究进展进行综述，为进一步探讨高原病的发病机制和寻找新的治疗靶点提供新思路。

Abstract: Chronic high altitude disease is a kind of high altitude idiopathic disease caused by low altitude hy-poxia. Because the pathogenesis of plateau disease is very complex, there are still many problems that are still unclear. In recent years, many studies have shown that the level of some cytokines in the plasma of patients with chronic plateau disease has changed. This article reviews the latest re-search progress of cytokines involved in plateau disease, providing new ideas for further exploring the pathogenesis of plateau disease and finding new therapeutic targets.

1. 引言

慢性高原病(chronic mountain sickness, CMS)是长期生活在海拔2500米以上高原的世居者或移居者对高原低氧环境逐渐失去习服而导致的临床综合征，主要表现为红细胞增多，血红蛋白增加(女性Hb ≥ 190 g/L，男性Hb ≥ 210 g/L)，曾用名高原红血细胞增多症(high atitude polycythemia, HAPC) [1] 。是久居高原低氧环境中红细胞过度代偿性增生的一种常见的高原慢性病，高原低压缺氧是导致HAPC的主要原因，但对其发病机制目前还没有相关研究将其阐明清楚 [2] ，其临床表现主要为各器官供氧减少引起运动耐量下降，包括头痛、头晕、气短、胸闷、腹胀、腹痛、乏力、关节痛、厌食、消瘦、记忆力减退、失眠、手足麻木或胀痛感等。通常伴有中度或重度肺动脉高压，在病程晚期可演变成严重的肺心病和充血性心力衰竭 [3] 。

目前全球约有1.4亿人长期居住在海拔大于2500 m的地区，主要分布在我国的青藏高原、埃塞俄比亚高原和南美安第斯山脉等区域 [4] 。我国有世界上最为博大高耸的青藏高原，而且居住着数量最大的高原人类群体。因此，低氧对人类的影响是我国高原生命科学中要解决的重点课题，其中高原病的防治，特别是CMS的发病机制及其防治尤为重要，因其对高原人的健康水平、生命质量和劳动能力造成严重影响 [5] 。

高原红细胞增多症发病机制非常复杂，目前仍未能完全明了。总的来说，是由于高原机体低PaO₂、低SaO₂、高PaCO₂、高碳酸血质等引发细胞内超微病理变化，刺激低氧诱导因子、部分炎症因子和EPO的高表达，诱发造血干细胞增殖、分化，致使血液中Hb、RBC、HCT升高，满足组织器官耗氧，以适应对外界低氧低压环境的恶劣 [6] 。在低氧条件下HIF-1α被激活，并促进包括EPO在内的下游基因的转录激活 [7] [8] ，导致细胞在低氧状况下的生存能力提高，并生成大量组织血管，红细胞产量增加，进而发生高原红细胞增多症。Yu等 [9] 在细胞实验中也证明，EPO是HIF-1α的下游靶基因。有学者提出某些炎症细胞因子的表达变化可能诱导或介导了HIF-1α及EPO等表达。而且有研究发现HAPC患者血浆EPO水平虽然明显高于平原健康对照组，且外周血Hb含量存在明显正相关；但同时发现高原移居健康对照组血浆EPO水平与HAPC患者的差异并无统计学意义，且高原健康对照组也未发生HAPC [10] ，HAPC骨髓红系祖细胞体外培养时发现，红系祖细胞集落数随着EPO浓度的增加而逐渐增多，但当EPO浓度超过一定限度后红系祖细胞集落数不再增加，提示血浆EPO水平的高低并不是HAPC的惟一发病因 [11] 。周其全等 [12] 利用放射免疫法检测急性高原病，发现TNF-α、IL-1、IL-2、IL-6、IL-8明显高于高原健康人群；唐琼琳 [13] 等利用悬浮芯片蛋白法检测模拟不同海拔高度大鼠缺氧12、24 h脑皮质细胞因子，发现与平原组比较MCP-1、IL-1β、IL-6、IL-10、TNF-α、IFN-γ及VEGF含量均明显升高(P < 0.05)，且随时间延长及海拔升高而升高。这些研究均提示，在高原缺氧环境中，部分促炎细胞因子表达上调。

2. 缺氧诱导因子-1 (HIF-1)

HIF-1α是HIF-1特有的氧调节蛋白，对HIF-1的活性起决定作用 [14] 。HIF-1α在人类14号染色体q21~24区，是缺氧信号直接控制的关键因子之一，由826个氨基酸构成。HIF-1α能快速参与缺氧应答反应与其自身组成结构有关。HIF-1α的Ｃ末端含有氧依赖降解结构域(ODDD)和反式激活结构域(TAD-C)，以及在有氧条件下能够特异性地定位于细胞核内的核定位信簇 [15] 。大量研究表明，HIF是藏族人群适应高原环境的一个重要作用。高原慢性缺氧环境的刺激下，低氧诱导因子(HIF)的两个亚型(HIF-1、HIF-2)均被显著上调 [16] ，并对HAPC的发病起重要的作用。HIF-1在低氧环境活化后可调控多个下游基因的表达 [17] ，增强细胞对低氧耐受能力。李晓娜等 [18] 研究显示，HAPC患者血清HIF-1α含量在缺氧环境下高表达；且HAPC患者血清HIF-1α含量与PMBC HIF-1α mRNA显著正相关，表明HIF-1α在HAPC的发生、发展过程中起了很重要的作用。

3. 促红细胞生成素(EPO)

EPO是相对分子质量为(3.5~4.0) × 10⁴的糖蛋白，为促进骨髓红系祖细胞生长、增生、分化和成熟的主要刺激因子。EPO促进红细胞生成的生物学效应是通过位于骨髓红系祖细胞表面的特异性EPO受体(EPOR)介导完成。EPO与EPOR结合后，EPOR形成二聚体，再通过信号传导途径调节红系的增生和分化。人类EPO基因定位于7号染色体长臂22区(7q22)，由166个氨基酸残基组成 [19] 。EPO主要由浅表肾单位的肾小管周围毛细血管内皮细胞或成纤维细胞合成，也可由肝脏、巨噬细胞、有核红细胞产生，然而这些肾脏外的产生量还不足总产生量的10%~15%。EPO是由低氧诱导产生的。当处于高海拔环境时，组织细胞缺氧，受HIF-1的诱导及调控，EPO分泌增加同时，EPO对未分化的干细胞分化为红系干细胞有促进作用，进一步促进向成熟的网织红细胞、RBC增殖，还可促进对流入末梢血管的血红蛋白的合成 [20] 。高原低氧条件下，HIF-1α和EPO基因的氧敏感反应元件相结合，其元件位于3’末端的增强子中，以此启动EPO基因开始转录反应，再根据机体组织细胞对氧的需要量相应的增加其表达，以此使血红蛋白含量升高，来提升氧的供应 [21] 。

4. 白细胞介素

有研究发现，高原低氧可通过上调IL-3、IL-6促进造血干细胞选择性向红系分化，进而诱导非EPO依赖性红细胞增生。IL-3、IL-6在HAPC发病过程中可能起一定作用 [22] ，IL-6是目前发现的功能最广泛的细胞因子之一，与机体炎症反应程度密切相关。基于人群和动物模型的研究结果都证实了高原暴露能够刺激IL-6的产生，并参与了高原脑水肿、高原肺水肿、血脑屏障障碍、心肌肥厚等病理生理过程。由高原低氧刺激的IL-6受到神经内分泌的调控 [23] 。莎珍等 [24] 研究发现臧、汉两族高原红细胞增多症患者中的IL-6的含量较健康人大幅度增高，提示IL-6表达量与是否是高原红细胞增多症患者有关。另外，IL-6还是一种防御性多向活性的细胞因子，具有广泛抑制炎症反应和免疫调节功能。高海拔人群出现RBC及HGB代偿性的增加，可能是由IL-6介导的一系列炎症因子调控EPO的结果 [25] 。IL-3是由活化的T淋巴细胞、自然杀伤细胞和巨噬细胞产生，能和其他造血因子协同作用刺激多系造血干祖细胞增殖的特异性因子 [26] 。在其他细胞因子如IL-5、粒–巨细胞集落刺激因子、粒细胞集落刺激因子、血栓素和EPO的协同下，刺激红系、巨核系、粒系和单核系细胞克隆的形成。和EPO相互协作刺激红系细胞的发育，刺激早期红系祖细胞的增殖和分化。在接受化疗的患者中观察到IL-3有刺激嗜中性粒细胞、网织红细胞和血小板形成的作用，还能调节辅助T淋巴细胞发育、提高炎性因子干扰素γ的水平，刺激血管平滑肌迁移和增殖 [27] 。于前进等运用蛋白芯片检测数据显示，HAPC患者较同高原正常人比较，AAH-IN能够检测的40种血清炎症细胞因子中，IL-1β、IL-2、IL-3、IL-15、IL-16、MCP-1、TNF-α的表达明显上调(P < 0.01或0.05)其余33种则无明显变化，提示上述炎性因子可能参与了HAPC发病过程 [28] 。马筱洁等 [29] 采用多重微球流式免疫荧光发光法和酶联免疫吸附试验检测血清多项细胞因子，结果提示与平原组相比，高原组血清白细胞介素(IL)-6、IL-8、IL-17A水平较高(P < 0.05)，其研究结果表明了当机体处于高原缺氧状态时，血清IL-6、IL-8、IL-17A水平升高，表明高原缺氧后外周血循环存在炎症细胞因子表达。

5. 血管内皮生长因子(VEGF)

VEGF是最关键的血管生长促进因子，缺氧是VEGF表达的最主要的调节因素之一。既往研究证明，在缺氧条件下VEGF诱导内皮细胞有丝分裂敏感性增加，是由于VEGF特异性受体KDＲ的酪氨酸磷酸化作用加强，缺氧时KDR升高13倍，而KDR与VEGF的结合力不变，说明缺氧不仅诱导VEG的增加，也通过旁分泌诱导VEGFR数量和功能的增加致使VEGF的生物效应增强 [30] 。Walter等 [31] 在比较不同海拔高度人群的VEGF，认为高海拔可诱导VEGF释放。王洪斌等 [32] 用ELISA法测定居住在海拔4500m的汉、藏族男性和女性HAPC及各自健康对照组血浆VEGF水平，结果表明HAPC患者VEGF水平高于健康对照组，汉族高于藏族，男性高于女性，有显著性和极显著性差异；在健康对照组中，藏族男性高于女性，但汉族男性和女性相比无差异。表明高原缺氧能诱导VEGF分泌增多，VEGF在肺动脉高压、低氧适应调节剂并发症中可能发挥了重要作用。

6. 巨噬细胞炎症蛋白-1α (MIP-1α)

MIP-1α相对分子量8 × 10³ kd；在不同环境因素下，MIP-1α可由不同细胞刺激产生，如单核–巨噬细胞、类皮细胞、中性粒细胞、成纤维细胞等。其可趋化和活化单核–巨噬细胞、嗜碱性粒细胞IgE活化的肥大细胞、T淋巴细胞、DC、嗜酸性粒细胞等，增强各类相应细胞表面活性的表达，并加强与内皮细胞的黏附，进一步趋化经IL-4刺激的B细胞，从而产生IgE和IgG4，以提高免疫功能 [33] 。MIP-1α也能够诱导TNF-α、IL-1、IL-6等炎性介质的生产，这说明MIP-1α在炎症因子网络中具有重要作用 [34] 。在高海拔地区，当机体出现失代偿性红细胞增多时，血浆MIP-1α浓度明显升高，以适应高原低氧反应，说明MIP-1α参与了HAPC的病理造血过程 [35] 。

7. 总结

高原性红细胞增多症作为一种常见的慢性高原病，多年来已有很多关于HAPC可能形成机制的研究报道，但是目前对该病发病机理的了解仍然尚未十分清楚；部分细胞因子表达上调，表明这些细胞因子参与了高原红细胞增多症的发生与发展，探究低氧诱导细胞因子在HAPC中的潜在作用，以及其中的病理生理机制仍需要研究者们多关注。为深入地研究HAPC发病机制以及其防治方面提供更多思路。

NOTES

^*通讯作者。