高原环境下汉族人群免疫改变

贾　成，郭宜姣，袁东亚

(西藏民族学院医学院 高原环境与疾病相关基因研究实验室，生命科学基础实验室，陕西 咸阳 712000)

ChinJAllergyClinImmunol，2014，8(3)：233- 237

我国高原地区氧分压仅为平原地区的50%左右，从而导致平原汉族人群进入高原后机体器官的生理功能发生低氧应激反应，临床症状多且轻重不一，如何减轻各种急慢性高原反应一直是近年来军事医学科研和体育运动医学的主题，而高原习服免疫则是其重点研究之一。习服过程中复杂的免疫改变造成机体易感性增加，且免疫变化与进入高原的海拔、速度、季节、次数和人群的性别、年龄、体质等相关。

进藏汉族人群在高原环境中免疫细胞改变

红细胞免疫改变

红细胞免疫是机体的一种防御机制，其表面的补体受体蛋白能黏附免疫复合物，同时与其他免疫细胞也有密切关系。当平原汉族人群进入高原环境后，在习服过程中体内红细胞受低氧、血流应切力和高辐射的影响，出现胞膜损害、张力增大，导致膜上受体C3b空位减少，使受体活性、数量降低而出现粘附功能下降、表面清除氧自由基的超氧化物歧化酶水平下降，同时出现免疫促进因子活性降低、免疫抑制因子活性升高的趋势，最终红细胞受体C3b花环率下降(与海拔、进藏时间成负相关)，红细胞免疫复合物增加(与海拔、进藏时间成正相关)，免疫功能紊乱，自我调节系统可能发生障碍，但这种变化与性别、年龄的关系目前意见不一[1]。另有研究证实，在快速低氧环境的刺激下，红细胞免疫系统并不是持续在降低水平，其免疫黏附功能的变化并不均一，先是表现降低趋势，继而快速下降，之后回升并与藏族世居者相接近或者是恢复到之前正常水平，而且该变化形式会随高原反应的加重而明显[2]。通过这种红细胞免疫功能的变化，可以推测将其作为临床判定高原反应程度和检测免疫水平的一项指标，同时提示在进入高原环境之前预先提高和稳定红细胞免疫功能的重要性。与上述平原人群进入高原红细胞免疫功能变化不同的是，世居高原藏族从平原返回高原时，红细胞受体花环率降低和免疫复合物花环率升高的幅度较汉族小，而且高原病的发生率也并不高[3]，推测这与世居藏族遗传因素和红细胞生理生化水平适应性改变相关。

相关白细胞免疫改变

白细胞种类较多，在高原低氧环境下免疫改变也较复杂，其单一种类改变与整体水平改变存在差异性。

中性粒细胞在机体的非特异性免疫中起重要作用。平原汉族到达高原后，低氧应激条件引起的炎性反应使中性粒细胞对血管内皮的黏附增加，渗出增多，且程度与低氧条件成正相关，其原因主要是低氧应激使血管内皮细胞表达黏附因子1(adhesion factor 1，AF-1)增加(与海拔成正相关)，驱使中性粒细胞边集、滚动。AF-1的高表达伴随习服时间的延长逐渐降低，但仍高于基线水平，与此不同的是世居高原藏族可能是由于适应了低氧环境，其AF-1处于低表达状态[4]。另外，高原低氧能使中性粒细胞在蛋白激酶C和Ca2+库的作用下表面受体CD16、CD32W、CD35表达增加，吞噬功能增强，这可能与调理素受体自氧化有关[5]。第三，中性粒细胞的凋亡在低氧条件下延迟，且细胞毒性也增加，促进炎性反应发生[6]。总之，高原低氧环境中，中性粒细胞的免疫功能随机体应激和适应高原环境而发生改变。

单核巨噬细胞系统有清除外来病原体，分泌白细胞介素(interleukin，IL)1、干扰素、补体等功能。低氧条件能快速、可逆的抑制单核吞噬细胞迁移，之后对此种抑制的产生原因各学者观点不一致。近年来单核巨噬细胞系统活性在低氧条件下改变的研究倾向于细胞内信号转导通路和内皮素介导的免疫改变。其次，经实验证实，低氧条件下小鼠腹膜单核吞噬细胞通过核转录因子Kappa B(nuclear factor Kappa B，NF-κB)的诱导和促进，释放肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)α、前列腺素E2增加的同时其抗原递呈能力却下降，推测与低氧导致的细胞内ATP量下降、单核巨噬细胞表面主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC) Ⅱ类分子减少有关[7]。

淋巴细胞是一类具有免疫识别功能的细胞系统，根据细胞迁移、表面分子和功能的不同，分为T淋巴细胞、B淋巴细胞和自然杀伤细胞(natural killer cell，NK)，其中T、B淋巴细胞与机体特异性免疫紧密相关。首先，高原氧化应激过程中炎症使单核细胞分泌IL-2较IL-10相对多，前者使T淋巴细胞增殖，后者使其抑制，但最终结果却是T淋巴细胞增殖下降，周期停留在G1期，可推测低氧对细胞免疫作用可能是间接，如通过低氧环境中各种免疫细胞对IL-2产生的复杂影响[8]。其次，高原应激水平下机体分泌的各种应激激素和淋巴细胞免疫也存在某种关联：其一，机体T、B细胞在低氧刺激下可分泌促肾上腺皮质激素并作用于B细胞，使之分泌肾上腺皮质激素从而抑制免疫细胞对抗原的吞噬和处理，参与免疫抑制[5]；其二，有实验从T细胞活化共刺激分子和T细胞亚群角度研究低氧暴露对T淋巴细胞活化的影响，结果表明大鼠外周血CD4+CD28—T细胞数量呈现先显著降低再显著增加的结论，从而推测可能与促肾上腺皮质激素、环腺苷酸、糖皮质激素、前炎症因子显著增加有关[9]。第三，高原低氧对产生淋巴细胞的免疫器官存在影响，如胸腺重量和胸腺指数下降，T细胞数量可能随之降低[10]。据以上可推测，T细胞免疫功能的紊乱可能是平原汉族在高原银屑病发病率增高的原因之一，因此增加IL-2对T细胞的直接作用、刺激免疫器官维持免疫细胞数量可能会增强高原反应病人的特异性免疫。B细胞主要介导体液免疫，而高原低氧环境中体液免疫与神经递质存在相关性。急性低氧可激活交感神经系统使儿茶酚胺释放增多而导致免疫抑制，副交感神经末梢释放的乙酰胆碱可促进淋巴细胞转化导致免疫增强。有人通过比较大鼠在高原习服期与平原鼠的β-内啡肽含量发现，习服期大鼠中枢内β-内啡肽的合成与分泌受到明显影响，而在脑室内注射β-内啡肽后脾脏儿茶酚胺水平增高，联合上述儿茶酚胺对免疫系统的影响，提示β-内啡肽参与到高原应急过程中，且参与了对大鼠体液免疫功能的调节作用，这种对低氧体液免疫功能的抑制作用可能与激活交感神经系统有关[11]。NK是机体重要的免疫细胞，与抗肿瘤、抗病毒感染有关，高原低氧环境能降低NK免疫活性[12]。

近年来，高原体育训练与低氧免疫的研究越来越多，其中白细胞免疫在整体条件下改变更丰富。如平原汉族运动员在高原适当海拔低氧环境中进行适度训练较单纯平原常氧训练对机体的免疫功能影响更明显，尤其是中性粒细胞和淋巴细胞增高更显著[13]。但持续力竭运动和严重环境低氧可使免疫功能抑制，如可抑制单核巨噬细胞的迁移和吞噬功能、NK数量下降，其原因可能与组织间液中腺苷含量增加有关[14]。高原低氧运动后进行高压氧可使中性粒细胞增加，淋巴细胞减少[15]。高住训练是近来新提出的一种提高耐力的训练方法，它对不同的免疫细胞以及整体免疫水平产生的影响都不同，如白细胞总数由开始的增加趋势表现为之后下降趋势，且变化较中性粒细胞等更加明显[12]。

免疫活性因子改变

急性高原反应中一些重要的炎症因子参与其中且与免疫细胞相互作用共同引起免疫反应。高原低氧环境可使IL-1β显著增高，可能是由于低氧刺激使免疫细胞和内皮细胞释放炎症因子能力增强，但还不能确定IL-1β的增加是否与急性高原反应有关联[16]。在炎性反应发生过程中，IL-2可促进T细胞增殖，但是高原低氧应激时IL-2水平明显降低，即使适应了高原环境IL-2水平依然达不到平原人水平。高原低氧环境中TNF-α和IL-6水平也明显升高，参与了机体急慢性低氧的应激过程，如IL6诱导血管内皮生长因子释放作用与检测到低氧促进血管内皮生长因子mRNA表达相一致；IL-6能调节红细胞生成素生成，与慢性高原病中低氧诱导红细胞生成机制相似；另外，由于IL-6介导了低氧条件下运动和交感神经两者之间的关联，使后者传导增强更易对免疫功能造成影响，使免疫系统有不同程度改变[17-18]。转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β1在高原应激反应中起到负性调节作用，同时对神经系统具有保护作用，相关研究报道，进入高原发生急性高原反应的患者体内TGF-β1水平较健康者低，结合急性高原反应的临床症状推测，无论是相对于神经细胞的缺血性变性还是低氧条件下对心血管和肺通气功能的改善，TGF-β1都体现着有利的一面[16，19]。

免疫球蛋白改变

免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)的种类和数量繁多，所以关于平原汉族Ig在低氧环境中的变化目前没有统一的定论。研究最多的是低氧对IgG水平产生的影响，有的研究倾向于低氧对其不产生显著影响，而有的研究则认为低氧可引起IgG水平升高或降低，并且参与到高原低氧的应激反应中[20]，也有研究通过低氧和富氧的间歇性暴露显示高原与平原间IgG水平差异不明显，表明体液免疫变化不大[10]。平原汉族IgM在高原地区呈上升水平，可能与炎症过程中T细胞促进B淋巴细胞转化为浆细胞产生大量的Ig和抑制性T细胞免疫功能降低导致B细胞功能活跃有关。近年来有人提出，在平原人进入高原初期，体液中免疫球蛋白之所以会表现出短时间内增高的趋势，是由于低氧应激反应促使体内储存的免疫球蛋白迅速释放的结果，经历50 d对缺氧习服之后合成与释放达到一种新的平衡，随后逐渐趋向稳定。

免疫分子机制改变

近年来，缺氧条件下免疫功能改变的分子机制研究越来越多，主要涉及到细胞内转录因子活性改变，如低氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)和NF-κB的研究成为热点。HIF主要在低氧状态下启动应激反应，而HIF-1α则是HIF在慢性低氧时发挥重要作用的一种亚基，它的表达若增加，将对组织细胞产生严重损伤。主要是因为在低氧环境中HIF-1α不发生羟基化并且不与肿瘤抑制蛋白结合，使其可以在低氧环境适应过程中对基因产生转录调控[21-22]。在急慢性高原反应中，HIF-1α诱导免疫细胞释放大量炎性因子，如TNF-α与相应受体结合后活化转录因子使单核巨噬细胞分泌产生更多的IL-1、IL-6和TNF-α本身，引起细胞因子出现级联反应，从而致使炎性损伤扩大。NF-κB信号通路是低氧环境中另外一种启动应激的条件，且该通路在不同年龄段表现存在差异性，导致免疫功能在相同低氧条件下可能发生不同的反应[23]。NF-κB通路中活化的p65p50异二聚体在缺氧状态下通过经典途径进入细胞核与相应位点结合启动相关基因参与应激反应[24-25]。且有研究证实，其与HIF之间存在Cross-talk现象，推测可能与炎症发生过程中缺氧导致HIF依赖性适应基因表达的激活、炎性因子配体同时激活NF-κB通路有关。同样，在这种信号网格中也存在着依赖NF-κB的HIF mRNA表达上调和NF-κB依赖的HIF的活性增加，且两者之间存在反馈作用。最近，有人通过逆转录的方法测定HIF-1α，NF-κB家族其中一个蛋白质亚基p65与急性高原反应的发生是否有关联性，结果发现HIF-1α蛋白的表达与急性高原反应存在相关性，且这种表达的性别差异不明显，但HIF-1α和p65的mRNA水平虽表达增加，却与急性高原反应没有得到相关性证实[26]。HIF基因表达与蛋白改变间存在时间差异[18]，所以该实验是否存在表达时间的差异性，尚须进一步实验研究。

展　　望

目前，高原免疫已能解释平原汉族进入高原环境机能水平改变的原因，但基因和高原病产生的机制研究依然不足；根据缺血再灌注损伤过程中IL- 4、NF-κB有升高趋势[27]，是否可用免疫因子或蛋白监测急性高原反应，还需进一步证实；雌激素能促进免疫功能而雄激素则能抑制免疫功能[28]，但该现象是否参与到平原汉族的高原应激反应中尚未可知；高原低氧应激过程中，循环免疫复合物的量与急慢性高原反应发生的直接关联性尚未可知；NKT细胞是一类有T细胞受体和NK细胞受体的特殊T细胞亚群，高原低氧对其免疫功能的影响尚未见报道；红细胞增多症是否会导致红细胞免疫，甚至整个机体免疫改变还没确定；高原免疫相关的信号通路，如SHH (sonic hedgehog)信号通路，还有待进一步了解。

[1]Ying Z， Fanyang Z， Yang H， et al. Effects of Acute Hypoxic Exposure for 10 Hours on Red Blood Cell Immune Function and Its Regulatory Factors in Soccer Players[J].Chinese J Sports Med， 2004，23：130-132.

[2]赵士杰. 不同海拔地区外周血细胞和血小板参数变化及意义[J].青海医药杂志， 2013， 2：028.

[3]石泉贵. 高原环境下机体红细胞免疫功能研究[J].国际检验医学杂志， 2012， 33：3026-3028.

[4]崔建华，张西洲，朱闻斌，等.海拔4 300 m世居和移居青年血清细胞问粘附分子-1的表达[J].高原医学杂志，2000，10：26-28.

[5]胡宗海，胡娟.高原环境对机体免疫功能的影响机制[J].西北国防医学杂志，2004， 25：130-132.

[6]Tamura DY， Moore EE， Partrick DA， et al. Acute hypoxemia in humans enhances the neutrophil inflammatory response[J].Shock， 2002， 17：269-273.

[7]Morrison MH， Ertel W， Ayala A， et al. Depressed antigen presentation (AP) of peritoneal macrophage (PM0) following hypoxiais associated with altered release of inflammatory mediators[C]Faseb J：9650 Rockville PB：20814-3998 USA：Federation Amer Soc Exp Biol， 1992， 6：1614-1614.

[8]Naldini A， Carraro F. Hypoxia modulates cyclin and cytokine expression and inhibits peripheral mononuclear cell proliferation[J].J Cellular Physiol， 1999， 181：448- 454.

[9]田云梅，聂鸿靖，刘嘉瀛，等.低氧暴露对大鼠外周血T淋巴细胞活化的影响[J].中国应用生理学杂志， 2011， 27：145-148.

[10] 朱银华. 不同氧分压间歇性暴露对机体免疫功能的影响[J].军事体育进修学院学报， 2011，30：93-95.

[11] 郑筱祥，杜继曾，白海波.急性低氧下β一内啡肽参与对大鼠体液免疫的抑制性调节[J].生理学报，1999，51：258-262.

[12] 周晶萍， 顾松琴， 彭海， 等. 海拔4 500 m地区藏， 汉人群外周血淋巴细胞亚群检测[J].免疫学杂志， 2012， 9：023.

[13] 马晓峰. 高原运动与免疫应激[J].高原医学杂志， 2012， 22：58-61.

[14] 谈泰里. 高原训练对人体自细胞免疫功能的影响[J].中国科技博览， 2012，25：553-554.

[15] 李胜学，王红练，赵玲莉，等.高压氧对高原低氧下运动员力竭运动后血液指标的影响[J].青海医学院学，2012， 33：264-267.

[16] 肖敏，彭建军，张瑞良，等. 促炎因子IL-1β和抑炎因子TGF-β1与急性高原反应的关联性研究[J].西南国防医药， 2013， 23：233-235.

[17] 王育伟，王荣，谢华，等.急性炎症因子临床意义与检测及其在高原医药学中的应用展望[J].解放军医药杂志， 2013， 25：28-32.

[18] Seo BN， Ryu JM， Yun SP， et al. Delphinidin prevents hypoxia-induced mouse embryonic stem cell apoptosis through reduction of intracellular reactive oxygen species-mediated activation of JNK and NF-κB， and Akt inhibition[J].Apoptosis， 2013：1-14.

[19] 秦桂秀. 新生儿缺氧缺血性脑病血清TGF-β1动态变化及其临床意义[J].医学实验诊断学， 2009， 13：756-758.

[20] 张翠萍，谢印芝，张延坤，等.离体淋巴细胞经低氧及低氧预处理后免疫指标的变化[J].中华航空航天医学杂志， 2004， 15：129-132.

[21] Miyata T， Takizawa S， van Ypersele de Strihou C. Hypoxia. 1. Intracellular sensors for oxygen and oxidative stress：novel therapeutic targets[J].Am J Physiol Cell Physiol， 2011， 300：C226-C231.

[22] Yoshida T， Hashimura M， Mastumoto T， et al. Transcriptional upregulation of HIF-1α by NF-κBp65 and its associations with β-cateninp300 complexes in endometrial carcinoma cells[J].Lab Invest， 2013， 93：1184-1193.

[23] Trubiani O， Di Giulio， Tripodi D， et al. Thymic sensitivity to hypoxia condition in young and old rats. Age-dependent expression of NF-kappa B[J].Exp Gerontol， 2002， 37：1077-1088.

[24] Culver C， Sundqvist A， Mudie S， et al. Mechanism of hypoxia-induced NF-kappaB[J].Mol Cell Biol，2010，30：4901- 4921.

[25] Oliver KM， Garvey JF， Ng CT， et al. Hypoxia activates NF-kappa B-dependent gene expression through the canonical signaling pathway[J].Antioxid Redox Signal， 2009， 11：2057-2064.

[26] 方盼盼，宫璀璀，仓宝成，等.HIF-1α和RelA基因在急进高原正常人外周血单个核细胞中的表达及其与急性高原反应的关联性[J].吉林大学学报(医学版)， 2013，39：781-785.

[27] 罗德胜，王晓临，景鸿恩，等.IL- 4、NF-κB在大鼠肝脏缺血再灌注损伤模型的表达及意义[J].青海医学院学报， 2013，1：49-53.

[28] Knöferl MW， Schwacha MG， Jarrar D， et al. Estrogen pretreatment protects males against hypoxia-induced immune depression[J].Am J Physiol Cell Physiol， 2002， 282：C1087-C1092.