2019年诺贝尔生理学或医学奖对高原医学研究的启示:从氧感知通路的新发现谈未来高原医学研究的机遇

2019年诺贝尔生理学或医学奖获得者哈佛医学院的威廉·凯林(William G.Kaelin)、牛津大学的彼得·拉特克利夫(Peter J.Ratcliffe)和霍普金斯大学的格雷格·塞门扎(Gregg L.Semenza)教授对氧感知通路的新发现,使得人体如何感受氧浓度的奥秘从分子水平上破解,继而机体在氧不足环境下的适应及不适应机制被进一步阐明。本文简要解读氧感知通路的相关内容及我国在这个领域的研究简况。

高原低氧环境对肠道菌群影响的研究进展

肠道菌群的动态平衡是维持人体健康的重要标志之一。环境是影响肠道菌群组成多样性和丰度的重要因素,肠道菌群可以通过改变其组成来适应环境的变化。世代生活在低氧环境下的人群会发生特定基因的改变,从而会影响肠道菌群的多样性和丰度。高原低氧环境与肠道菌群之间相互联系的研究对低氧环境人群的健康具有重要意义,目前关于低氧环境对于肠道菌群组成影响的具体作用机制研究未见报道。本文重点综述高原低氧环境下人体肠道菌群的变化及其可能原因的研究进展,以期为后续研究提供参考。

铁稳态在高原低氧性肺动脉高压中的研究进展

高原低氧性肺动脉高压是机体暴露高原极端环境时发生的复杂的病理生理及临床综合征,也是低氧性肺动脉高压(hypoxic pulmonary hypertension)中的重要类型之一,严重者可引起右心衰竭甚至过早死亡,因此是危害高原居民及急进高原者健康的主要疾病之一。包括高原低氧性肺动脉高压在内的低氧性肺动脉高压确切发病机制仍未完全明确,目前尚缺乏用于干预、治疗低氧性肺动脉高压的有效药物。近年来研究显示,各类型的肺动脉高压患者中普遍存在铁缺乏现象,且铁一方面通过调控低氧诱导因子的活性,影响其靶基因表达;另一方面参与线粒体铁硫簇的生物合成,影响细胞活性氧生成,从而调控低氧性肺动脉高压的发生和进展。更有趣的是,铁和低氧之间存在重要的分子对话机制。因此,铁稳态(iron homeostasis)可能参与和调节低氧性肺动脉高压的发生发展,同时调控铁代谢也有可能成为干预低氧性肺动脉高压的潜在靶点。故本文就铁稳态、铁代谢紊乱与低氧性肺动脉高压,以及干预铁代谢调控低氧性肺动脉高压的可能机制予以简要综述,以期为低氧性肺动脉高压的预防及临床治疗提供新的思路。

微小核糖核酸对包虫病患者免疫细胞功能的调控作用研究进展

包虫病是一种对宿主造成严重损害的潜在致命性人畜共患疾病。微小核糖核酸(miRNAs)是一类小型非编码RNA分子,可在转录后以序列特异性方式通过抑制或促进mRNA降解以调节基因表达,从而发挥调控生物学过程的作用。宿主感染棘球蚴绦虫后可以引起多种miRNAs表达改变,并参与宿主的免疫调节过程。在包虫病患者的感染过程中,miR-71、miR-4989-3p、miR-222-3p、miR-155-5p、miR-146a-5p可影响单核巨噬细胞功能,miR-277a-3p能够影响树突状细胞功能,miR-374b-5p、miR-126a-5p可影响T淋巴细胞功能,miR-181a-5p能够影响自然杀伤细胞功能,上述miRNAs通过影响患者的免疫细胞及其功能而参与免疫调节。但目前还有很多miRNAs的功能和机制尚未得到证实,需要我们使用更先进的方法来确定有效的miRNAs及其功能,以便为包虫病的早期诊断和治疗提供新靶点及理论依据。

放血疗法促高原慢性低氧下雄性大鼠红细胞衰亡的实验研究

目的探究放血疗法是否参与了对慢性低氧环境下雄性大鼠红细胞衰亡的调控。方法低氧组(Hypoxia)和放血组(Phlebotomy)雄性大鼠置模拟海拔5000 m的低压氧舱28 d,Phlebotomy分别于第7、14、21 d经尾静脉放血500μL进行动态血常规分析。4 w后取血进行血细胞分析、渗透脆性检验、红细胞凋亡检测、网织红细胞检测等。结果放血后雄性大鼠红细胞数量和血红蛋白含量结果:Hypoxia(10.58±0.63)与Phlebotomy(9.58±0.31),Hypoxia(174.50±7.87)与Phlebotomy(161.17±4.40),组间差异有统计学意义(P=0.004,P=0.037)。放血后红细胞比容结果:Hypoxia(61.36±2.21)与Phlebotomy(56.73±1.70),组间差异有统计学意义(P=0.001)。流式细胞术分析红细胞衰亡:Hypoxia(0.07±0.01)与Phlebotomy(0.10±0.02),组间差异有统计学意义(P=0.001)。红细胞衰亡动态结果:2 w(0.20±0.01)与3 w(0.15±0.02),3 w(0.15±0.02)与4 w(0.09±0.02),组间差异有统计学意义(P=0.000,P=0.000)。网织红细胞动态结果:1 w(0.04±0.03)、2 w(0.05±0.04)、3 w(0.04±0.02)、4 w(0.06±0.03)组间差异无统计学意义。结论放血疗法可促进高原慢性低氧下雄性大鼠红细胞的衰亡,降低慢性低氧对雄性大鼠红细胞衰亡的抑制作用。同时放血不会持续增加雄性大鼠红细胞衰亡,也不会持续刺激雄性大鼠网织红细胞增加。

靶向肺血管内皮功能障碍治疗肺动脉高压的研究进展

肺动脉高压(pulmonary hypertension, PH)是一种进行性、致命性疾病,肺动脉内皮细胞(pulmonary arterial endothelial cells, PAECs)功能障碍是其重要的致病因素之一。PAECs是单层扁平上皮细胞,在维持肺血管稳态调控中发挥重要作用。研究发现,在PH发生的早期,PAECs出现损伤及凋亡的现象,而在PH发展的晚期,PAECs则呈现抗凋亡的特征。缺氧、炎症因子诱导的PAECs向间充质细胞的转化,也参与了PH的发病过程。PAECs的癌样代谢和线粒体功能障碍、骨形态发生蛋白受体2突变、表观遗传学改变和炎症,是导致PH患者肺血管内皮功能障碍的主要发病机制。新的靶向PAECs功能障碍的治疗措施,有望在未来治疗PH中发挥重要作用。

非酒精性脂肪性肝病进程中低氧的作用及其机制研究进展

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是全国范围内普遍发病的慢性非传染性肝脏疾病,也是肝硬化肝癌的前期阶段,严重威胁着人类健康。高原低氧条件下机体各器官系统受到不同程度影响,而肝脏组织缺氧程度进一步加重,呈现出高原地区NAFLD的患病率显著高于平原地区。目前NAFLD发病机制观点不一,而且高原低氧促进NAFLD进展机制尚不明确。本文从高原低氧对肝实质细胞和间充质细胞的影响角度入手,整合、梳理相关研究报道,并探索高原低氧在NAFLD慢性病进展中发生、发展的可能机制,为NAFLD的预防、诊治提供新思路。

高原低氧暴露下海马中M1AChR表达对雄性大鼠学习和记忆的影响

目的 考察高原低氧暴露下海马中毒蕈碱型乙酰胆碱受体M1(muscarinic acetylcholine receptor M1,M1 AChR)表达对雄性大鼠学习和记忆的影响。方法 将大鼠随机分为常氧对照组(NC组)、常氧组(N组)、低氧组(H组)和低氧+TAK-071组(HT组)。采用定位巡航实验和空间探索实验分别考察大鼠的学习和空间记忆能力;采用苏木素-伊红染色(hematoxylin-eosin staining,H&E)技术观察大鼠额叶和海马的组织形态;采用免疫组织化学(immunohistochemical,IHC)染色和蛋白质印迹(Western Blot,WB)技术测定大鼠海马组织中M1 AchR的蛋白表达水平;采用荧光定量PCR(quantitative PCR,qPCR)技术测定大鼠海马组织中M1 AchR和叉头框蛋白P2(forkhead box protein P2,FOXP2)的基因表达水平。结果 经过Morris水迷宫(morris water maze,MWM)训练后,大鼠海马组织中M1 AChR的蛋白总体表达水平明显降低(P<0.05),但在海马CA1区、CA3区显著增加(P<0.05)。低氧环境会明显改变大鼠在定位巡航实验中的表现:逃避潜伏期时长增加;明显改变大鼠在空间探索实验中的表现:在目标象限的停留时间减少(P<0.05)。激活M1AChR后,大鼠海马组织中因低氧增加的M1 AChR明显降低(P<0.05)。结论 激活M1 AChR可以改善高原低氧对雄性大鼠的记忆损伤,减缓记忆衰退进程;对学习改善无影响。推测M1 AChR在雄性大鼠认知功能中的作用可能是保持已有记忆。

高原低氧对雄性大鼠学习记忆及其额叶中的NR2A、P-NR2A、P-NR2B表达影响

目的探讨高原低氧对雄性大鼠学习记忆及其额叶中的NR2A、P-NR2A、P-NR2B表达影响。方法将48只SPF级的SD大鼠随机分为常氧组(分为1D组、5D组、12D组)和低氧组(分为1D组、5D组、12D组),共6组(8只/组)。通过水迷宫法评价雄性大鼠学习记忆能力,HE染色法观察额叶组织神经细胞形态,Western Blot法检测NR2A、P-NR2A、P-NR2B表达情况。结果水迷宫实验结果显示,随着训练次数的增加,大鼠发现平台的路程逐渐缩短;随着遗忘时间延长,大鼠穿越平台目标象限的次数减少。HE染色实验结果显示,各组额叶神经细胞结构形态完整,常氧组与低氧组神经细胞形态结构及数量无显著差异。在相同时间点与常氧组比,低氧组的NR2A在第一、五天的表达明显升高,在第十二天降低,差异有统计学意义(P<0.05);低氧组的P-NR2A、P-NR2B表达均明显升高(P<0.05)。结论低氧对雄性大鼠学习记忆能力均有一定程度的损害,可能机制是下调NR2A蛋白,上调P-NR2A蛋白,P-NR2B蛋白表达。

黑果枸杞花青素单体PrG对H_(2)O_(2)诱导的小鼠颗粒细胞氧化损伤的保护机制研究

目的探讨黑果枸杞花青素单体矮牵牛花色素-3-O-(6-O-对香豆酰)芸香糖苷-5-O-葡萄糖苷(PrG)对H_(2)O_(2)诱导的小鼠颗粒细胞(GCs)氧化损伤的保护机制。方法将20只ICR雌性小鼠的GCs进行原代培养。将GCs随机分为对照组(Control组)、过氧化氢处理组(H_(2)O_(2)组)、PrG处理组(H_(2)O_(2)+PrG组)。首先,构建了由不同浓度(0μmol/mL、25μmol/mL、50μmol/mL、100μmol/mL、200μmol/mL、400μmol/mL)、不同作用时间(30 min、60 min、120 min、180 min)H_(2)O_(2)诱导的GCs氧化应激损伤模型。随后应用PrG不同浓度(20μg/mL、40μg/mL、80μg/mL)、不同作用时间(12 h、24 h、48 h)处理氧化损伤后的GCs。采用CCK8法筛选H_(2)O_(2)与PrG的最佳作用浓度与作用时间,采用EdU法检测H_(2)O_(2)诱导的GCs增殖情况,使用DCFH-DA活性氧荧光探针检测GCs内的ROS水平,使用JC-1探针和Mito-tracker Red CMXRos活细胞染料检测线粒体膜电位和线粒体分布。结果H_(2)O_(2)在作用浓度为200μmol/mL、作用时间为2 h时小鼠GCs存活率下降约60%。GCs活力随着PrG浓度的升高而显著升高(P<0.01),且在浓度为80μg/mL时对活性影响最佳。PrG能显著促进GCs增殖能力,降低活性氧水平(P<0.01),增加线粒体分布数量(P<0.01),恢复线粒体膜电位(P<0.01)。结论黑果枸杞花青素单体PrG通过清除ROS自由基、增强线粒体功能对H_(2)O_(2)诱导的小鼠GCs氧化损伤发挥保护作用。

基于网络药理学研究索罗西汤干预MCT诱导的大鼠肺动脉高压的作用机制

目的基于网络药理学研究索罗西汤(SBT)干预MCT诱导的大鼠肺动脉高压(PAH)的作用机制。方法以SBT入血成分为研究对象,采用Swiss Target Prediction数据库预测其潜在靶点,绘制“入血成分-靶点”网络图,应用David平台进行GO、KEGG富集分析。用野百合碱制作PAH大鼠模型,通过血流动力学、形态学方法评价SBT的干预效果。利用Western Blot法检测肺组织中的PPAR-γ、Smad3、α-SMA、Cyclind1、P27、CDK4、BMPR2蛋白表达水平。结果GO、KEGG富集分析结果显示,SBT主要通过PPAR-γ等信号通路发挥作用。动物实验结果证实,SBT能有效降低PAH大鼠肺动脉压力并缓解肺血管重构状况。机制验证显示,SBT能够上调蛋白PPAR-γ、下调蛋白Smad3表达,抑制增殖相关蛋白Cyclin d1的表达,上调蛋白P27的表达。结论SBT通过激活BMPR2/PPAR-γ/Smad3信号通路抑制肺动脉平滑肌细胞增殖,改善肺血管重构。

慢性高原病患者血浆组织因子微粒和P-选择素与凝血功能异常的关系研究

背景大量研究表明慢性高原病(CMS)患者凝血功能异常,其机制目前了解有限,本研究旨在通过寻找新的指标对CMS凝血功能异常给予评估和判断。目的探究CMS患者血浆组织因子微粒(TF-MPs)、P-选择素与凝血功能异常的关系。方法选取2016年12月-2018年9月入住青海大学附属医院的CMS并深静脉血栓患者20例为CMS并血栓组(CMS+T组)、CMS患者40例为CMS组。另选取同期于本院进行健康体检的高原体检健康者28例为高原健康对照组(GY组),于运城市中心医院的平原体检健康者40例为平原健康对照组(PY组)。研究对象均为汉族男性。常规检测研究对象血红蛋白(Hb)、血小板计数(PLT)、凝血酶原时间(PT)、部分凝血酶原时间(APTT)、D-二聚体、TF-MPs、P-选择素。比较PY组、GY组,CMS+T组、CMS组、GY组Hb、PLT、凝血功能(PT、APTT、D-二聚体)、TF-MPs、P-选择素,分析CMS患者TF-MPs、P-选择素、PLT、D-二聚体间的相关性及患者发生深静脉血栓的影响因素,并探究D-二聚体、TF-MPs、P-选择素预测CMS患者发生深静脉血栓的价值。结果 GY组Hb、P-选择素高于PY组(P<0.05);CMS+T组、CMS组Hb高于GY组,PLT低于GY组,PT、APTT长于GY组(P<0.05);CMS+T组D-二聚体水平高于CMS组、GY组(P<0.05);CMS组、CMS+T组TF-MPs、P-选择素高于GY组(P<0.05);CMS+T组TF-MPs、P-选择素高于CMS组(P<0.05)。CMS患者TF-MPs与P-选择素呈正相关(r=0.589,P<0.001),与PLT呈负相关(r=-0.451,P=0.008);P-选择素与PLT呈负相关(r=-0.442,P<0.001)。多因素Logistic回归分析结果显示,PT〔OR=0.138,95%CI(0.026,0.735),P=0.020〕、TF-MPs〔OR=8.067,95%CI(1.660,39.200),P=0.010〕、P-选择素〔OR=8.236,95%CI(1.381,49.104),P=0.021〕是CMS患者发生深静脉血栓的影响因素。D-二聚体、TF-MPs、P-选择素预测CMS患者发生深静脉血栓的受试者工作特征(ROC)曲线下面积分别为0.939、0.727、0.732,灵敏度分别为85.0%、45.0%、70.0%,特异度分别为92.5%、87.5%、75.0%。结论长期居住在高原可引起Hb升高和PLT降低,且CMS患者TF-MPs、P-选择素与PLT降低、深静脉血栓形成有一定关系,同时PT、TF-MPs、P-选择素是CMS患者发生深静脉血栓的影响因素,D-二聚体、TF-MPs、P-选择素预测CMS患者发生深静脉血栓有一定价值。

高原肺动脉高压症动物模型的建立及生理机能反应的初步研究

目的建立高原病动物模型并对相关生理机能反应进行初步研究。方法将30只Wistar大鼠随机分成15天和30天2个组后运至海拔4300m处饲养。分别在第15天和第30天进行Pap、RV/(LV+S)比值等测定。另外,随机选取12只大鼠作为较低海拔(2260m)对照组,10只高原鼠兔作为高海拔(4300m)对照组。结果30只Wistar大鼠经15天和30天饲养后,两个实验组Pap、RV/(LV+S)比值分别为42.80±6.09、0.50±0.06(15天);50.0±10.20、0.50±0.08(30天),显著高于高原对照组(21.88±6.09,0.32±0.03)和较低海拔组(24.50±8.06,0.30±0.01),P值均小于0.01。15天和30天组HAPH患病率分别为87%和100%,但体循环压没有显著差别。结论通过对Wistar大鼠各项生理指标的测定,认为在海拔4300m地区饲养15天就可完全建立高原肺动脉高压症的动物模型,并进一步说明低海拔动物与高原特有动物具有对低氧环境的不同生理反应机制。

CYP2E1 RsaⅠ基因多态性与青海地区人群胃癌易感性研究(英文)

目的探讨CYP2E1 RsaⅠ基因遗传多态性与青海地区人群胃癌易感性的相关性。方法采用病例对照分子流行病的研究方法,随机选取世居青海的胃癌患者(病例组)120例和与之匹配的同期世居青海的健康人(对照组)120例,应用PCR-RFLP技术对胃癌患者和健康人CYP2E1 RsaⅠ位点的不同基因型及等位基因进行检测,分析其在两组间的分布特征。结果CYP2E1基因Rsa I位点不同基因型(包括c1/c1、c1/c2、c2/c2)在病例组和对照组中的分布频率分别为64.17%、32.50%、3.33%和65.83%、30.00%、4.17%,各基因型在两组中的分布频率无显著性差异(P值分别为0.79、0.68、0.73);CYP2E1基因Rsa I位点的等位基因(c1和c2)在病例组和对照组中的分布频率为80.42%、19.58%和80.83%、19.17%,各等位基因在两组中的分布频率无显著性差异(x2=0.01,P=0.91);CYP2E1基因Rsa I位点野生型(c1/c1)基因与中低分化胃腺癌的发生相关(x2=3.93,P=0.05,OR=0.13,95%CI:0.02～1.00)。结论 CYP2E1 RsaⅠ基因遗传多态性与青海地区人群胃癌易感性存在相关性,携带CYP2E1 RsaⅠ野生型纯合子(c1/c1)是青海地区发生中低分化胃腺癌的危险因素。

青海地区汉、藏族青年^(18)F-FDG PET/CT棕色脂肪显像差异性及高原适应机制分析

目的初步探讨青海地区汉、藏族青年^(18)F-FDG PET/CT棕色脂肪显像差异性,并行高原适应机制分析。方法选择健康藏、汉两族青年人,分别于寒冷刺激前后行^(18)F-FDG PET/CT扫描,测量棕色脂肪SUV max和体积等指标。并将所有受检者寒冷刺激前后棕色脂肪PET/CT显像情况与各指标进行相关性分析。结果 1.所有受检者PET/CT棕色脂肪SUV max均不同程度增高,两民族间寒冷刺激前后比较,汉族△SUVmax为4.48±1.46,藏族为7.74±2.05。棕色脂肪体积汉族为7.62±3.20 cm3,藏族为12.93±3.63 cm^3,藏族显著高于汉族,差异具有统计学意义(P<0.05)。2.汉、藏受检者寒冷刺激前后棕色脂肪PET/CT显像情况与各指标进行相关性分析结果示,棕色脂肪△SUVmax与体重指数、体脂含量呈负相关(P<0.05)。结论藏族受检者棕色脂肪活性和体积高于汉族可能是藏族具有较强高原适应力的生理基础之一。

MSCT多模态分析技术高原不同民族健康成年男性腹部脂肪分布的分析研究

目的利用多排螺旋CT(multi-slice spiral CT,MSCT)多模态分析技术(multi-modality work place,MMWP)探讨高原不同民族腹部脂肪分布的差异及影响因素。方法分别测量高原地区不同民族健康成年男性腹部皮下脂肪组织(subcutaneous adipose tissue,SAT)和内脏脂肪组织(visceral adipose tissue,VAT)体积。并分别对不同海拔高度进行差异性和相关性分析。结果藏、回两族与汉族对比腹部皮下脂肪体积(subcutaneous fat volume,SV)无差异(P>0.05),藏族腹部内脏脂肪体积(visceral fat volume,VV)和VV/(SV+VV)低于汉族(P=0.004、0.01)。回族与汉族对比VV和VV/(SV+VV)(%)无差异(P>0.05)。各民族高低海拔间比较,VV/(SV+VV)(%)高海拔组低于低海拔组(P=0.028.0.022、0.017)。汉、藏、回族VV/(SV+VV)(%)与海拔高度均存在不同程度负相关(P=0.024、0.049、0.005)。结论MMWP能够通过对腹部各部位脂肪体积精准测量而对腹部脂肪分布进行全面评估。藏族通过对高原环境长期的遗传适应,内脏脂肪占腹部总脂肪体积较小。并且腹部脂肪分布与低氧、寒冷环境有关。随着海拔升高,环境氧浓度和温度降低,内脏脂肪占腹部总脂肪体积减小。

高原低氧重塑能量代谢的研究进展

鉴于美国和英国的三位科学家在低氧诱导因子1α(HIF-1α)的发现、调控分子机制方面的研究所做出的重大贡献,2019年诺贝尔生理学与医学奖颁发给了他们。自此,该项研究成果引发了全球学术界对低氧医学研究的肯定和极大关注。青海大学医学院青海-犹他高原医学联合重点实验室一直致力于低氧机制的研究,研究成果得到了国内外专家的认可。本文对青海大学医学院青海-犹他高原医学联合重点实验室近5年来关于高原低氧与能量代谢方面的研究成果进行梳理,对未来发展趋势进行了构想。团队首先对前期开展的平原移居高原和世居高原人在生理和遗传适应方面的研究进行了总结;其次对高原特殊物种高原鼠兔等土生动物在高原特殊环境下能量适应机制研究成果进行梳理;最后总结了团队在部分低氧领域研究热点方面开展研究的进展,如脂肪组织分泌运输的囊泡运载的调节性非编码RNA分子(外泌体)、肠道菌群等在高原低氧特殊条件下对机体整体代谢的调节和重塑作用。通过系统性回顾,我们期待这些研究结果能够与国内外学术同行交流分享,对临床转化和代谢性相关疾病的诊断、干预发挥指导作用,为今后本领域的研究提供启示。

移居青海高原汉族HIF-1α基因rs11549467多态性与慢性高原病易感性

目的探讨移居青海高原汉族HIF-1α基因rs11549467单核苷酸多态性与慢性高原病(chronic mountain sickness,CMS)易感性。方法收集移居青海高原汉族CMS男性患者和体检健康男性各120例,采用聚合酶链反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)法检测HIF-1α基因rs11549467位点多态性,基因突变者采用测序验证,分析其与CMS的易感性。结果 HIF-1α基因rs11549467位点存在G、A两个等位基因和GG、GA两种基因型,病例组和对照组各基因型及等位基因频率比较均无显著性差异,P>0.05。结论移居青海高原汉族人群HIF-1α基因rs11549467位点基因多态性可能与CMS易感性无关。