線(xiàn)粒體DNA遺傳突變與西南漢族急性高山病易感性相關(guān)研究.pdf

1、急性高山病（acute mountain sickness, AMS）是指機(jī)體由平原進(jìn)入高原地區(qū)（海拔2,400m 以上）或久居高原者進(jìn)入到更高海拔地區(qū)時(shí)所發(fā)生的因高原低氧引起的以頭痛為核心癥狀的一種疾病。AMS是一種輕型急性高原?。╝cute high altitude disease,AHAD），其發(fā)病率為15-75％，一般在抵達(dá)高原6-12小時(shí)后發(fā)病，多數(shù)患者在2-3天內(nèi)癥狀緩解。其發(fā)生主要與登高速度、抵達(dá)海拔高度及個(gè)人易感性有關(guān)

2、。目前，國(guó)內(nèi)外AMS的命名較為混亂。1991年在加拿大召開(kāi)的第七屆班夫低氧論壇（the SeventhBanff hypoxia Forum）將AHAD分為AMS、高原肺水腫（high altitude pulmonary edema,HAPE）和高原腦水腫（high altitude cerebrAledema, HACE）三型。1995年，我國(guó)則將AMS 統(tǒng)一命名為急性輕型高原病。目前國(guó)內(nèi)對(duì)AMS的報(bào)道均基于尹昭云等制定的評(píng)分系統(tǒng)，

3、使用國(guó)際通用的Lake Louise AMS 評(píng)分系統(tǒng)的文獻(xiàn)資料較少。
　　 AMS是一種高原低氧引起的神經(jīng)源性疾病，其發(fā)病機(jī)制至今尚未明了。AMS 發(fā)病具有明顯的種族差異性、個(gè)體易感性，甚至有家族聚集性。普遍認(rèn)為，遺傳易感因素在A(yíng)MS 發(fā)病機(jī)制中起重要作用。目前關(guān)于A(yíng)MS 遺傳易感性研究主要集中在核DNA(nuclear DNA, nDNA)，但未取得突破性進(jìn)展。因此，探索新的遺傳體系以揭示AMS易感性相關(guān)的遺傳機(jī)制，建立敏感

4、可靠的易感性的預(yù)測(cè)方法，是目前亟待深入研究的重要領(lǐng)域。
　　 高原環(huán)境影響機(jī)體的主要因素在于低氧。線(xiàn)粒體是真核生物細(xì)胞內(nèi)的重要細(xì)胞器，處于新陳代謝和生物能量轉(zhuǎn)換中心地位，在生命活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用。線(xiàn)粒體通過(guò)氧化磷酸化(Oxidative Phosphorylation，OXPHOS)利用機(jī)體90％以上氧氣，產(chǎn)生人體所需的ATP和維持體溫的熱量。伴隨著OXPHOS，線(xiàn)粒體產(chǎn)生少量細(xì)胞活性氧(Reactive Oxygen Spe

5、cies，ROS)。低氧不僅使線(xiàn)粒體產(chǎn)能減少，而且，由于電子傳遞鏈最終受體——氧的減少，線(xiàn)粒體由此產(chǎn)生大量的ROS，損害細(xì)胞和線(xiàn)粒體的功能，引起機(jī)體組織和細(xì)胞的損傷，從而引起機(jī)體產(chǎn)生一系列的低氧臨床表現(xiàn)。以往的研究提示，低氧ROS 生成的增加可能是AMS的主要發(fā)病機(jī)制。線(xiàn)粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)是細(xì)胞內(nèi)除nDNA 外唯一存在的遺傳物質(zhì)。已有研究顯示，mtDNA 突變與人類(lèi)疾病產(chǎn)生、以及氣候適應(yīng)性密切相關(guān)

6、，并且，在人類(lèi)及其他物種高原適應(yīng)性中也發(fā)揮著重要作用。
　　 人類(lèi)mtDNA分子由16,569對(duì)堿基組成，分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)。編碼區(qū)包括37個(gè)基因，分別編碼16S rRNA和12S rRNA、22個(gè)tRNA和13個(gè)多肽。其中，mtDNA所編碼的13個(gè)多肽是線(xiàn)粒體呼吸電子傳遞鏈的重要組成成分。mtDNA 屬母系遺傳，其序列突變率很高，是nDNA上線(xiàn)粒體基因10倍以上。mtDNA 突變可歸納為以下三類(lèi)：中性、有害性和適應(yīng)性遺傳突變

7、。一些有害性突變?cè)谌祟?lèi)的凈化選擇(purifyingselection)過(guò)程中被消除，另一些突變?cè)谌巳褐兄饾u富集就形成了單倍群（haplotype）和單倍型（haplogroup），這些在特定環(huán)境富集下來(lái)的單倍群和單倍型不一定能夠完全適應(yīng)另外環(huán)境，從而導(dǎo)致人體對(duì)某些疾病產(chǎn)生易感性。目前認(rèn)為歐洲人群mtDNA單倍型J和K與寒冷氣候適應(yīng)性相關(guān)，但這些單倍型攜帶者罹患多發(fā)性硬化癥風(fēng)險(xiǎn)顯著增加[3]。近期研究顯示，某些線(xiàn)粒體單倍型還可能影響線(xiàn)粒

8、體功能，影響ATP和ROS 產(chǎn)量。由此，從線(xiàn)粒體遺傳因素出發(fā)，有可能揭示AMS 易感性遺傳機(jī)制。
　　 本研究選擇2008年11月25日－2008年12月15日通過(guò)空中運(yùn)輸進(jìn)入西藏拉薩的1874例漢族男性新兵為研究對(duì)象：（1）通過(guò)整群抽樣對(duì)來(lái)自于我國(guó)六省一市（浙、云、貴、川、渝、魯、黑龍江）入伍新兵進(jìn)行橫斷面的流行病學(xué)問(wèn)卷調(diào)查，以了解我軍通過(guò)空中運(yùn)輸方式入藏新兵AMS 發(fā)病情況及影響因素；（2）通過(guò)應(yīng)用PCR-RFLP(Poly

9、merase Chain Reaction-Restriction Fragment Length Polymorphism)及mtDNA 高變區(qū)Ⅰ(hypervariable segment I, HvsI) 序列測(cè)定等方法，研究西南低海拔地區(qū)漢族人群mtDNA 單倍型與AMS 易感性之間的關(guān)系，篩選與AMS 易感性相關(guān)的mtDNA 單倍型；（3）應(yīng)用EB 病毒(Epstein-Barr virus, EBV)建立AMS 易感mtDN

10、A 單倍型的淋巴母細(xì)胞系，以期為今后在生化水平上研究相關(guān)線(xiàn)粒體單倍型的生物學(xué)功能奠定基礎(chǔ)。
　　 主要結(jié)果：
　　 1．在海拔3,700m，AMS 整體發(fā)病率為37.41％。其中，浙江漢族人群發(fā)病率最高（48.94％），云南漢族人群最低（29.41％），兩省之間存在顯著差異（p＜0.0001）；以浙江為代表的東南部漢族人群發(fā)病率最高（48.94％），而以山東和黑龍江為代表的北方地區(qū)漢族人群發(fā)病率最低（30.56％），兩地

11、區(qū)之間存在顯著差異（p=0.003）；云南漢族人群平均Lake Louise AMS 評(píng)分為2.250±2.197，顯著低于浙江、貴州、四川、重慶四省市人群(p值分別為0.0452, 0.0229, 0.0036和0.0446，vs. 云南）；
　　 2．多因素Logistic 回歸分析顯示，體重指數(shù)（BMI）是罹患AMS 危險(xiǎn)因素（OR=1.378，95％CI=1.284-1.479, p＜0.0001）。入藏前居住于海拔1,

12、000m 以上人群罹患AMS風(fēng)險(xiǎn)是居住于海拔1,000m 以下人群的0.63倍（95％CI=0.486-0.817, p＜0.0001）。以東南地區(qū)浙江漢族人群為對(duì)照，在排除體重指數(shù)和居住海拔因素之后，北方地區(qū)人群罹患AMS 風(fēng)險(xiǎn)顯著性低于前者，僅為前者的0.468倍（95％CI=0.279-0.784, p=0.004），而西南地區(qū)與東南地區(qū)人群則無(wú)顯著性差異（p=0.634）；
　　 3．分層分析再次證實(shí)，云南海拔1,000

13、m和1,500m 以上地區(qū)漢族人群AMS 發(fā)病率顯著低于浙江漢族人群（p值分別為0.001和＜0.0001），而海拔1,000m 以下地區(qū)AMS 發(fā)病率則與浙江漢族人群無(wú)顯著差別（p=0.092）；
　　 4．西南低海拔地區(qū)漢族人群mtDNA 單倍型分析顯示，AMS患者mtDNA 單倍型D和M9 頻率顯著低于正常對(duì)照組(p值分別為＜0.0001和0.003)，而單倍型M7 頻率顯著高于正常對(duì)照組(p＜0.0001)；
　　

14、 5．多因素Logistic 回歸分析顯示，在排除體重指數(shù)影響因素之后，mtDNA 單倍型D和M9 攜帶者罹患AMS風(fēng)險(xiǎn)顯著降低(D：OR=0.605, p=0.000; M9：OR=0.037, p=0.001)，而單倍型M7 攜帶者罹患AMS 風(fēng)險(xiǎn)顯著升高（OR=2.419, p=0.001）。進(jìn)一步分層分析發(fā)現(xiàn)，mtDNA 單倍型B 罹患重度AMS 風(fēng)險(xiǎn)增加了2.41倍(95％CI=1.288-4.514, p=0.006)；<

15、br>　　 6. EB 病毒轉(zhuǎn)化AMS 易感性相關(guān)的mtDNA 單倍型的外周血淋巴細(xì)胞使其成為淋巴母細(xì)胞后細(xì)胞染色體核型并未改變，細(xì)胞對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期為復(fù)蘇后第3－4天。
　　 結(jié)論：
　　 1．高體重指數(shù)和居住海拔高度低于1000m是罹患AMS 危險(xiǎn)因素；
　　 2．我國(guó)漢族人群AMS 發(fā)病率存在地域差別，西南地區(qū)和北方地區(qū)發(fā)病率較低，而東南地區(qū)發(fā)病率較高；
　　 3．西南地區(qū)發(fā)病率較低的原因與其居住高海拔