阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征与红细胞增生的研究进展

杨贤 关巍 冯喜英



·综 述·

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征与红细胞增生的研究进展

杨贤1关巍2冯喜英2

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS )间歇性低氧发生时氧浓度在低于基线和基线水平以上之间交替变化，相比于慢性持续低氧，反复发作性低氧和再氧合可触发与间歇性低氧相关的独特的病理生理学变化。

低氧的类型

低氧可分为急性低氧和慢性低氧，慢性低氧又分为慢性间歇性低氧和慢性持续性低氧[1]。低氧持续时间可以是急性(数秒至数分钟)，也可以是慢性(数小时至数天)，在分子水平，急性低氧可诱导机体修改现有蛋白质发生急速而短暂的反应，慢性低氧则通过改变机体mRNA和蛋白表达水平使之发生缓慢而持久的变化以适应低氧。Köhler D[2]提示不考虑血氧含量就评价低氧危害可能会被误导，机体内可存在多条代偿通路避免组织缺氧，急性低氧时机体可在数分钟内通过改变2-3-DGP活动调节氧合曲线适应低氧，这样就无重要器官系统氧摄入降低，持续低氧2-3天柠檬酸循环和呼吸链变化会引起耐低氧同工酶表达以适应低氧，而长期慢性持续性低氧可以通过红细胞增生来代偿。

低氧与红细胞增生

在哺乳类动物生长过程中，红细胞生成的位置共发生两次变化，在老鼠胚胎第8天和第11天卵黄囊为红细胞生成主要位置，在胚胎第11天后，肝脏成为主要的红细胞生成器官，出生后骨髓开始生成红细胞，在成年鼠脾脏也能产生红细胞。在卵黄囊和肝脏时期，胎盘和主动脉中，腹主动脉区域的组织产生定向造血干细胞，但并不生成红细胞[3]。卵黄囊时期红细胞生成与其他时期不同，从卵黄囊释放的细胞处于有细胞核的未成熟阶段，最终在血液中形成无核的成熟红细胞[4]，与之相反，在成熟哺乳类动物血流中仅有成熟的、无核的红细胞。与成年哺乳类红细胞相比，原始的红细胞表达的特异性球蛋白亚型，对氧有更高的亲和力[5]。

促红细胞生成素(Erythropoietin, EPO)是单一多肽，它与生长激素及I型细胞因子超家族中其他造血类激素有共同结构，相对分子质量为30000-34000。EPO受体(Erythropoietin receptor, EPOR)是由484个氨基酸组成的糖蛋白，属于细胞因子I受体超家族，为同源二聚体，相对分子质量约60000。一个EPO分子与非成熟红细胞表面的EPOR结合后转换信号，抑制细胞凋亡和促进细胞的增殖、分化形成成熟红细胞[6]。EPO/EPOR结合引起EPOR细胞内结构域的信号变化，发起EPOR信号转导[7]。EPO与EPOR结合导致相关酪氨酸激酶JKA2构象改变和磷酸化，JKA2激活引起EPOR和信号转导及转录激活蛋白(STATs)的磷酸化，被激活的STATs成为二聚体改变核的位置而影响特定下游基因的转录。JKA2同样可以激活其他信号转导通路，包括在非造血细胞中的磷脂酰肌醇3激酶(PI3K/AKT)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、核因子(NP)κB(P50和P65)等通路。

EPO的生成增加主要受低氧调节，低氧刺激肾脏产生的EPO量可达150倍或更多，这种升高是由于产生EPO的细胞增多而不是每个细胞生成的EPO增多[8]。EPO生成主要由基因转录活性决定，EPO mRNA产量和时间进程与EPO产生进程一致，且人类肝细胞中EPO产生表现为氧依赖性[9]。在肝细胞中EPO基因有一个3′增强子，其中包括低氧反应元件(HRE)，它通过与多个转录因子(如低氧诱导因子hypoxic inducible factor, HIF )相互作用提供低氧诱导。EPO基因表达的组织特异性和低氧诱导反应依赖于顺式作用元件远端上游和多元腺苷酸化区域下游的增强子元件，转基因小鼠实验研究揭示启动子中0.4-6kb的5'端区域抑制异位基因的表达，上游9.5-14kb的区域是肾脏特异性表达所必须，3′增强子结合两个转录因子： HIF-1和核受体HNF-4，这两个DNA区域结合蛋白与转录辅激活物P300/CBP后触发转录 。低氧诱导EPO产生主要依赖HIF，低氧环境下HIF几乎在所有细胞中都可以被活化，活化HIF首先识别EPO 3′增强子的共有序列(5′-TACGTGCT-3)，随后识别超过100个基因的缺氧反应元件，这些元件被用于低氧诱导的转录。 Suzuki[10]将此3′增强子从老鼠基因组中去掉后发现肝脏中EPO产量减少但在肾脏中EPO生成不受影响，表明EPO基因中此增强子具有肝脏特异性。

在转录水平，EPO基因表达由HIFs严格调控，HIF为氧依赖基因调节的主要转录因子[11]，它是机体面对低氧时活化基因所需的一个重要调节因子，如血管内皮生长因子(VEGF)，EPO和葡萄糖载体GLUT-1(SLC3A1)。HIF包括位于细胞核中的β亚基和位于细胞质中的α亚基(HIF-1α，HIF-2α或 HIF-3α)，正常氧分压时，α亚基处于脯氨酸羟基化状态，通过与von Hippel -Lindau(VHL)蛋白相互作用而引起泛素化，很快被蛋白酶体降解，当发生低氧时α亚基处于稳定状态被转运至细胞核中与ARNT结合形成二聚体，影响特定基因的活性，人类基因突变可中断脯氨酸羟基化正常功能，VHL蛋白被认为是引起EPO高水平导致红细胞增多症的原因。HIF-1α和HIF-2α的操纵水平是通过干扰RNA实现，转基因小鼠模型提示HIF-2α在红细胞增多和EPO低氧诱导中扮演重要角色[12]，而HIF-1α优先激活VEGF和GLUT-1。

OSAHS与红细胞增生

一、OSAHS与红细胞增生临床研究

对于OSAHS是否引起红细胞增多，目前尚存在争议。有研究[13-15]显示OSAHS患者夜间反复呼吸暂停间歇性低氧刺激肾脏产生EPO,导致继发性红细胞增多症。然而近几年有研究显示OSAHS并不直接引起红细胞增多，仅有少数重度患者发生红细胞增多症。 Ciftci等[16]对69名OSAHS患者和17名健康对照组研究发现病例组与对照组之间血清EPO无差异；王毓洲等[17]对OSAHS合并红细胞增多症的42例患者进行研究发现绝对性红细胞增多症4例、相对性红细胞增多症38例，且经鼻持续正压治疗( nCPAP)后, 红细胞增多症恢复的中位时间是6d，认为OSAHS引起继发性红细胞增多症仅见于较少数病例, 大多是相对性红细胞增多症；Solmaz等[18]对353例OSAHS患者研究发现，不同程度OSAHS之间血红蛋白和红细胞压积没有显著性差异，在全部患者中仅1例合并继发性红细胞增多症；King等[19]也认为OSAHS不会导致临床上显著的继发性红细胞增多症。针对上述争议，美国RanjanPathak等学者[20]对美国2010至2011年77 518 944例住院患者的数据统计发现，2 765 67(3.57%)和13 016(0.02%)患有OSAHS和与其相关的红细胞增多症(已排除其他原因的红细胞增多症)，研究显示OSAHS与红细胞增生显著相关(OR==5.90, 95%CI5.64-6.17)。

二、 OSAHS与红细胞增生的机制研究

OSAHS间歇低氧可能引起红细胞增多、血小板活化、血栓性疾病增加等，其主要机制为间歇低氧引起EPO生成增多，促进红细胞增生，其他引起红细胞增多的机制有：①窒息和低氧引起交感神经兴奋，应激增加，出汗多；②肾脏低氧引起肾素-血管紧张素-醛固酮轴及心房钠尿肽激素等发生变化，夜尿常增多；③打鼾、张口呼吸使呼吸道水分蒸发增加。

慢性间歇性低氧与慢性持续性低氧时机体发生的病理生理学变化并不一致，例如，慢性持续性低氧条件下可引起肺动脉高压，而慢性间歇性低氧时则引起系统性高血压。有研究显示HIF-1α介导间歇低氧诱导的生理反应，机制为慢性间歇性低氧时mTOR作用持续激活使HIF-1α水平持续上升[21]。间歇性低氧时发生低氧-再氧合周期的数量从10增加到30到60到120时HIF-1α蛋白水平和HIF-1转录活性逐渐增加[22]，明显的，慢性间歇低氧通过多种信号转导途径诱导HIF-1的活性，HIF-1增多由依赖NADPH氧化酶的活性氧的激活[21]。在啮齿类和培养细胞中慢性间歇低氧引起HIF-1α蛋白水平升高是通过活性氧依赖的雷帕霉素靶蛋白激活和HIF-1α羟基化抑制作用实现的，蛋白激酶C(PKC)依赖的mTOR激活诱导HIF-1α蛋白水平，导致HIF-1α mRNA翻译蛋白增加和脯氨酸羟化酶活性抑制，进而减少HIF-1退化。Ca2+/钙调蛋白激酶活动被慢性间歇性低氧诱导，导致p300磷酸化并增加与HIF-1α的相互作用，刺激HIF-1α的转录功能[23]。小鼠嗜铬细胞瘤PC12细胞系具有颈动脉体氧传感细胞I的特征，Yuan[21]等人研究发现小鼠PC12细胞暴露于间断低氧环境下可引起HIF-1α蛋白的表达和转录，从而增加HIF-1依赖基因的转录，同时还发现间歇性低氧诱导HIF-1α增加是通过NADPH氧化酶生成活性氧实现的，并进一步证明活性氧依赖的Ca2+信号转导途径包括磷脂酶Cγ和PKC的活化是间歇低氧诱发HIF-1α积累所必须，间歇低氧导致mTOR激活，而S6激酶和雷帕霉素部分抑制HIF-1α积累，间歇低氧同时也降低HIF-1α蛋白和抗氧化剂的羟基化作用，这样，mTOR依赖的HIF-1α合成增加和羟化酶依赖的HIF-1α下降共同导致HIF-1α积累。

与HIF-1α积累涉及PKC激活不同，间歇低氧诱导HIF-2α下降是通过激活Ca2+活性蛋白酶实现的。持续低氧时HIF-1α和HIF-2α水平均升高，HIF-1转录活性在持续低氧时被诱导，通过减少O2依赖的脯氨酸羟基化、泛素化和蛋白酶降解引起HIF-1α蛋白积聚实现，持续低氧导致HIF-2α积聚，并由此产生转录激活。与之矛盾的是，Nanduri J[24]研究间歇性低氧对HIF-2α表达的影响时发现慢性间歇低氧时HIF-1α水平升高，但间歇性低氧却通过钙蛋白酶相关通路下调HIF-2α导致HIF-2α水平降低。在间歇低氧环境的鼠嗜铬细胞瘤中钙蛋白酶抑制剂防止HIF-2α蛋白水平的下降，而脯氨酸羟化酶抑制剂或蛋白水解酶是无效的，表明应对慢性间歇低氧时钙蛋白酶介导HIF-2α的下调。Nanduri[25]在研究间歇性低氧HIF-2α变化时发现活性氧清除剂阻止HIF-2α下调，而模拟活性氧则降低HIF-2α蛋白水平，表明活性氧介导间歇低氧诱导HIF-2α下调过程，其可能机制为间歇低氧通过增加黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶(XO)并激活XO，XO激活钙蛋白酶产生活性氧，活性氧升高Ca2+浓度导致钙蛋白酶激活，钙蛋白酶结合HIF-2α蛋白C-端区域，进而引起HIF-2α下调。

间歇性低氧可以发生在很多种病理条件下，包括反复发生的呼吸暂停，其中HIF-1和HIF-2介导应对低氧的转录应答。持续低氧条件下，EPO主要由HIF-2调节[26]。Frede等[9]发现在表达EPO肾脏细胞中，低氧显著影响HIF-2α的mRNA的表达，用siRNA敲除HIF-2α亚基后，EPO表达显著减少。Takeda K[27]研究发现HIF-脯氨酸羟基化同工酶2(PHD2)可以引起红细胞增多症，但缺乏HIF-2α则不会发生红细胞增多。

展 望

随着睡眠医学的发展，人们对呼吸暂停与EPO、HIF之间关系的研究越来越深入，HIF在EPO促进红细胞增生中起着至关重要的作用，但在间歇性低氧中HIF-1、HIF-2哪个因子起决定性作用以及调节机制需更多研究证实，进而可以为OSAHS分子水平治疗提供思路。

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10.3969/j.issn.1009-6663.2017.03.045

青海大学附属医院中青年科研基金重点项目(No ASRF-2015-ZD-04)

1. 810001 青海 西宁，青海大学医学院 2. 810001 青海 西宁，青海大学附属医院呼吸内科

关巍，E-mail:weiguan110@163.com

2016-07-27]