VHL基因突变与红细胞增多症的研究进展

唐 源，蔡善君

(1.遵义医科大学 研究生院，贵州 遵义 563099；2.遵义医科大学，贵州 遵义 563099)

红细胞增多症是指单位容积血液中红细胞数量及血红蛋白量高于参考值。多次检查成年男性红细胞计数>6.0×1012/L，成年女性红细胞计数>5.6×1012/L，即认为绝对红细胞增多，无需其他确定性检查[1]。其发病几率为0.4～1.6/10万人[2]。红细胞增多症可分为原发性与继发性两大类。原发性者又可以分为先天性和后天获得性，后者通常即指真性红细胞增多症(Polycythaemia vera,PV)。原发性红细胞增多症是由影响红系祖细胞的遗传性或获得性突变引起的，而继发性红细胞增多症则是由例如促红细胞生成素(EPO)的血清水平升高等外在因素引起的。原发性红细胞增多症可能是由于JAK2或EPOR基因缺陷所致。继发性红细胞增多症可由后天条件引起，如与慢性阻塞性肺疾病相关的缺氧、从右向左的心肺分流术、暴露于高海拔地区或产生促红细胞生成素的肿瘤[3]。近年来的研究表明JAK2基因突变导致JAK2持续活化，使酶活性增强，大于65%～67%的PV患者存在这一基因突变[4]。红细胞增多症的基因突变研究主要集中在JAK2基因突变。而在楚瓦什红细胞增多症(Chuvash polycythaemia vera，CP)的研究中发现该病与VHL基因中的c.598 C>T纯合突变有关[5]。在国内外近期的研究中也曾报道过一些其他VHL基因变异导致的红细胞增多症的病例。

1 VHL基因及其作用

VHL基因是位于3号染色体(3p25-26)短臂上的一个肿瘤抑制基因。参考人类基因突变数据库，全球范围内有超过500种VHL基因突变。最常见的是错义突变(52%)，其次是移码突变(13%)，无义突变(11%)，全基因缺失(10%)，剪接位点突变(7%)和框内缺失/插入(6%)。VHL基因突变的热点研究主要集中在错义突变上[6]。该基因由3个外显子组成。其中1号外显子占43.2%，2号外显子占17%，3号外显子占39.8%。VHL基因编码全长213个氨基酸的基因产物pVHL30，以及更短的基因产物pVHL19[7]，且该基因产物能调节缺氧诱导因子HIF的降解和功能[8]。VHL基因编码的蛋白质是E3泛素蛋白连接酶复合物的底物识别成分，参与氧感应通路。在常氧条件下，它将HIF-1α和HIF-2α泛素化形式捕获，并传递到E3泛素连接酶复合物中，触发HIF的降解。当缺氧条件下HIF-α亚基和VHL蛋白相互作用被破坏时，HIF羟基化过程阻滞，使VHL蛋白识别HIF的能力丧失，导致HIF聚集并转移到细胞核，造成下游靶基因的转录改变，其中包括葡萄糖转运蛋白1(SLC2A1)、血管内皮生长因子(VEGF)、转铁蛋白(TF)和促红细胞生成素(EPO)[9-10]。

2 VHL与HIF

HIF信号通路几乎存在于人体的每一个细胞中，它调控一系列下游基因，使人们能够适应缺氧的环境。HIF现在被认为是一个关键的转录因子，除了参与红细胞生成外，还参与能量代谢和血管生成[11]。HIF最初被认为是一种缺氧依赖性转录因子，人体中一共有三个HIF亚型：HIF-1α，HIF-2α和HIF-3α。HIF-1α与血管形成相关，调控下游基因VEGF、血小板衍生生长因子(Platelet derived growth factor,PDGF)等；HIF-2α与红细胞增多症相关，调控下游基因EPO。EPO通过与EPO受体(Erythropoietin receptor,EPOR)结合激活JAK-STAT通路，诱导骨髓中红细胞祖细胞的扩增和成熟，从而使红细胞数量增加[12]。在氧感应通路中，脯氨酰羟化酶(PHDs)可羟基化修饰HIF-α，从而影响其与VHL蛋白结合。这种修饰因羟基化反应利用分子氧作为底物，同时也受到缺氧条件的抑制，使得HIF-α水平对氧浓度的变化具有高度的敏感性[13]。

3 VHL基因与红细胞增多症

大量研究表明，除了在肿瘤中发挥作用外，VHL基因突变还被发现导致常染色体隐性遗传疾病：红细胞增多症。这是一种以红细胞计数升高为特征的慢性非癌症状态。VHL基因突变所致的罕见临床表型：红细胞增多症，首次在俄罗斯楚瓦什共和国被描述，VHL基因纯合子c.598C>T p.g Arg200Trp (R200W)突变导致了俄罗斯楚瓦什自治共和国的楚瓦什红细胞增多症[14]。随后，H191D VHL基因突变被发现是克罗地亚特有的另一种红细胞增多症的原因。这些VHL基因突变介导的红细胞增多症有时被称为3型VHL综合症[15]。以上2个VHL基因纯合子突变都位于VHL基因C端结构域第3外显子的远端。有学者认为，因为JAK2是EPO/EPO受体信号转导的细胞内激活的关键组成部分，VHL基因第3外显子39区的基因组结构通过JAK2的过度激活而具有独立于EPO的特异性促红细胞生成作用[16]。随后，Lanikova 等[17]通过研究发现了另一个新的VHL基因第2外显子纯合子突变：P138L。这种突变不仅与EPO水平升高有关，而且与原发性红细胞增多症(即EPO超敏反应)的特征有关。

继发性红细胞增多症也可能是先天性的，其影响血红蛋白功能的基因突变可致病，例如Shomali W[18]等发现一个血红蛋白β(HBB c.270T>G)基因突变的家族性红细胞增多症家系。先天性红细胞增多症的另一重要类型是影响HIF氧感应通路或EPO基因本身，原发性红细胞通常伴EPO水平减少，而继发性红细胞则常伴EPO水平升高[19]。

在具有VHL、PHD2和HIF-2α基因突变的散发患者和家系中出现的红细胞增多症中，许多学者对它们在缺氧感应途径中的作用提供了重要的见解。楚瓦什红细胞增多症具有原发性和继发性的双重特征。Ang 等[20]的研究认为，VHL基因突变特异性地降低了VHL对HIF-α的亲和力，导致在非缺氧条件下泛素化率降低，进而使促红细胞生成素(EPO)和红细胞增多。可见，VHL基因突变通过影响HIF-α泛素化和降解速率来提高HIF活性。VHL基因突变调节HIF的氧感应通路是楚瓦什红细胞增多症的一个可能原因，不仅影响促红细胞生成素(EPO)的产生，而且在不同水平上调节红细胞生成。Mallik等[21]对红细胞增多症的研究发现纯合VHL c.598C>T是家族性红细胞增多症最常见的致病突变。最近，张伟等[22]的研究中发现相同位点的突变，进一步阐明该VHL等位基因发生错义突变并纯合突变，致缺氧途径的失调，EPO水平增高，最终导致红细胞增多症的发生。更有学者[23]通过观察30例红细胞增多症患者与健康人员VHL基因拷贝数和EPO变化，发现红细胞增多症患者VHL基因拷贝数显著降低，EPO显著增多，进一步为红细胞增多症与VHL基因拷贝数和EPO相关提供依据。

有趣的是，有学者发现EPO基因突变也可引起的红细胞增多症[3]。该EPO基因第2外显子中ΔG单核苷酸缺失，可导致促红细胞生成素(EPO)过量产生，致使红细胞增多症发生。VHL综合症患者EPO水平升高，无论是否表现为红细胞增多症，都可能参与各种VHL肿瘤的进展[24]。许多红细胞增多症仍然没有找到明确的病因，这表明可能有额外的基因和/或机制致病。对红细胞增多症的持续研究很可能会对氧如何调节红细胞生成提供更多的见解。

4 结束语

氧感应通路在VHL基因突变患者红细胞增多症发生中起重要作用。以上内容为VHL基因突变导致肿瘤或红细胞生成增加的临床表型的异质性提供了进一步的证据。这些临床表型差异的分子基础目前还不够完善，可能与其它修饰因子相互作用有关，也可能存在具有多种功能的因子，其原因有待进一步研究。现今对VHL基因突变引起的独特表型以及红细胞增多症的描述为VHL蛋白的结构-功能关系分析奠定了一定基础，并有助于加深我们对多细胞性疾病和缺氧感应疾病的理解，也为VHL相关缺氧信号通路的诊断和研究开辟了新的途径。