HIF基因相关研究

Span等［68］研究，在常氧情况下HIF-1α位于细胞质中，极不稳定，可被泛素-蛋白酶体系统迅速降解，半衰期很短（＜5 min）；但在缺氧情况下，HIF-1α转移至细胞核内，与HIF-1β结合，活化成为具有完整转录功能的HIF-1，稳定性和转录活性显著增加，从而促进下游基因的转录。上调HIF-1活性可以使细胞在缺氧状况下的生存能力提高。Appenzeller等［69］发现，HIF-1在慢性高原病患者中的表达水平升高，当他们移居至低海拔地区后HIF-1基因表达水平未下降，仍保持着缺氧刺激时的较高水平。Prabhakar等［70］指出，HIF-1在安第斯人、藏族人等世居高海拔人群的适应性方面发挥了重要作用，HIF在红细胞生成过程中不仅对 EPO及EPOR的基因编码起到调控作用，同时对DMT1、铁调素、转铁蛋白及受体也有重要的调控作用［68］。

Forristal等［71］在5%氧气浓度下体外培养人类胚胎干细胞（human embryonic stem cell，hESC），其增殖率快于常氧组细胞，产生的集落也更大。同时，还发现EPAS1基因可调控hESC增殖力，当EPAS1基因表达沉默后，细胞周期蛋白NANOG表达减少，hESC的细胞数目及集落大小均显著下降。这是因为细胞周期蛋白NANOG的减少，导致细胞被阻滞在G0/G1期，延迟进入S期，从而降低细胞增殖［72］。Grayson等［73］与Gordan等［74］认为EPAS1可介导缺氧下人间充质干细胞（human mesenchymal stem cell，hMSC）增殖及肾脏透明细胞癌进展。以上研究说明，在慢性缺氧环境下，细胞优先选择增殖，而细胞的增殖反应是由EPAS1介导，以适应长期缺氧环境。

研究认为，EPAS1主要通过调控EPO合成来参与红细胞生成。但是在慢性高原病中，越来越多研究表明，EPO不能完全解释红细胞过度积累的机制，EPAS1调控红细胞过度增多的机制，已然成为慢性高原病发病机制研究的热点。Myllymki等［75］报道，小鼠PHD2基因失活后，EPAS1/HIF-2α稳定性增强，通过下调Notch信号通路，脾脏红系祖细胞、有核红细胞比例增加，而EPO水平正常，以不依赖EPO的方式引起小鼠脾脏产生过多的红细胞。说明EPAS1在不依赖EPO的情况下，可以通过信号转导蛋白参与红细胞生成。刘芳等［76］研究发现，慢性高原病模型小鼠骨髓CD71+有核红细胞中，HIF-2α/EPAS1在mRNA和蛋白水平均高度表达，并通过上调表达GATA-1，参与红细胞过度增生，说明缺氧情况下，EPAS1可能通过提高GATA-1基因活性，进一步激活红系相关基因，促进红系终末分化成熟［77］。提示EPAS1与红系转录因子相互作用，参与红细胞分化成熟。

有研究报道［78］，健康成年人的骨髓本身就处于缺氧环境（氧分压49 mmHg，氧气含量为6.8%），明显低于外周血，缺氧的骨髓微环境中HIF-1α活化是维持正常骨髓造血的重要转录因子。高原缺氧的外部环境可能导致骨髓微环境缺氧程度更加严重，因此，HIF-1α和HIF-2α在骨髓中的变化很可能参与慢性高原病的发病和发展。

HIF-1α和HIF-2α有48%的氨基酸序列是相同的，蛋白质结构相似，但功能并不重复，而且有不同的靶基因及调节机制。对于HIF-1α和HIF-2α在不同病理状态下的调控机制是近年研究的热点之一，目前认为缺氧的持续时间和氧浓度是调控HIF-1α和HIF-2α活化程度以及持续时间的“开关”，HIF-1α和HIF-2α在不同的条件下活化程度与持续时间不同，参与相互独立又相互补充的生理和病理过程。(https://www.daowen.com)

苏娟等［66］研究发现，慢性高原病患者自体骨髓单个核细胞（bone marrow mononuclear，BMMNC）以及骨髓组织中活化的HIF的α亚基是HIF-2α而非HIF-1α。因此，认为高原慢性缺氧环境失去习服而导致慢性高原病的发病机制中，HIF-2α发挥了重要的调节作用。但是也发现，慢性高原病患者，不论在BMMNC还是骨髓组织中HIF-2α与HIF-1α均呈正相关。因此推测，高原人群受缺氧外环境的影响，骨髓中HIF-1α首先受到活化，从而促进下游VEGF等靶基因转录，改善缺氧状态，随后HIF-2α逐渐活化，继而加快红细胞生成以及血管增生，促进骨髓细胞和组织对缺氧的适应。在某些高原个体，由于对缺氧环境丧失习服，骨髓细胞中HIF-2α异常活化后，红细胞过度生成和血管异常增生，导致慢性高原病发生。骨髓细胞以及组织中的HIF-2α是慢性高原病的发病机制中的重要调控因子，但相关机制有待进一步完善。

不管是慢性高原病患者，还是整体研究对象，骨髓局部EPO水平是与HIF-2α显著相关，而非HIF-1α。尽管HIF-1α和HIF-2α可以识别相同靶基因启动子序列，但在缺氧条件下这两种亚基发挥相互独立又相互补充的作用，而这两者识别并活化不同靶基因的作用机制仍不清楚。

血管新生和血管增生同样也是低氧反应的一部分，此过程主要是受HIF-1α和HIF-2α调控［79］。二者在血管生成过程中同样发挥相互独立又相互补充协调的作用［80］。目前认为，在低氧反应的早期及重度低氧条件下，血管新生是由HIF-1α起主导调控作用，而低氧程度有所缓解后，在血管重构及成熟的中晚期阶段，则是由HIF-2α发挥主导调控作用［81-82］。有研究表明，骨髓间充质细胞在诱导血管增生过程中，HIF-2α要比HIF-1α发挥更为重要的调控作用［82］。

苏娟等［66］研究发现，在慢性高原病患者骨髓组织中，骨髓微血管密度和HIF-2α显著高于对照组，而且两者呈正相关。Bougatef等［83］报道，应用人血管内皮细胞进行体外实验发现，细胞外基质金属蛋白酶诱导因子（CD147）可诱导血管生成，其机制主要是通过HIF-2α调控VEGF及VEGFR2表达上调来完成。慢性缺氧状态下，HIF-2α活化，进而促进下游靶基因EPO、VEGF、VEGFR-2表达增高，促进红细胞生成，缓解机体缺氧，同时骨髓微血管增加，骨髓微环境局部缺氧状态得以改善。但上述因子持续高表达后，红细胞过度积累，血管持续扩张，过多血管新生，导致骨髓组织结构变化，反而影响组织功能，导致慢性高原病发生。