線粒體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?。╝cute mountain sickness, AMS）是指機體由平原進入高原地區(qū)（海拔2,400m 以上）或久居高原者進入到更高海拔地區(qū)時所發(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病（acute high altitude disease,AHAD），其發(fā)病率為15-75％，一般在抵達高原6-12小時后發(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、抵達海拔高度及個人易感性有關(guān)

2、。目前，國內(nèi)外AMS的命名較為混亂。1991年在加拿大召開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，我國則將AMS 統(tǒng)一命名為急性輕型高原病。目前國內(nèi)對AMS的報道均基于尹昭云等制定的評分系統(tǒng)，

3、使用國際通用的Lake Louise AMS 評分系統(tǒng)的文獻資料較少。
　　 AMS是一種高原低氧引起的神經(jīng)源性疾病，其發(fā)病機制至今尚未明了。AMS 發(fā)病具有明顯的種族差異性、個體易感性，甚至有家族聚集性。普遍認為，遺傳易感因素在AMS 發(fā)病機制中起重要作用。目前關(guān)于AMS 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)的遺傳機制，建立敏感

4、可靠的易感性的預測方法，是目前亟待深入研究的重要領(lǐng)域。
　　 高原環(huán)境影響機體的主要因素在于低氧。線粒體是真核生物細胞內(nèi)的重要細胞器，處于新陳代謝和生物能量轉(zhuǎn)換中心地位，在生命活動中發(fā)揮著重要作用。線粒體通過氧化磷酸化(Oxidative Phosphorylation，OXPHOS)利用機體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，線粒體產(chǎn)生少量細胞活性氧(Reactive Oxygen Spe

5、cies，ROS)。低氧不僅使線粒體產(chǎn)能減少，而且，由于電子傳遞鏈最終受體——氧的減少，線粒體由此產(chǎn)生大量的ROS，損害細胞和線粒體的功能，引起機體組織和細胞的損傷，從而引起機體產(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)病機制。線粒體DNA(mitochondrialDNA，mtDNA)是細胞內(nèi)除nDNA 外唯一存在的遺傳物質(zhì)。已有研究顯示，mtDNA 突變與人類疾病產(chǎn)生、以及氣候適應性密切相關(guān)

6、，并且，在人類及其他物種高原適應性中也發(fā)揮著重要作用。
　　 人類mtDNA分子由16,569對堿基組成，分為編碼區(qū)和非編碼區(qū)。編碼區(qū)包括37個基因，分別編碼16S rRNA和12S rRNA、22個tRNA和13個多肽。其中，mtDNA所編碼的13個多肽是線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上線粒體基因10倍以上。mtDNA 突變可歸納為以下三類：中性、有害性和適應性遺傳突變

7、。一些有害性突變在人類的凈化選擇(purifyingselection)過程中被消除，另一些突變在人群中逐漸富集就形成了單倍群（haplotype）和單倍型（haplogroup），這些在特定環(huán)境富集下來的單倍群和單倍型不一定能夠完全適應另外環(huán)境，從而導致人體對某些疾病產(chǎn)生易感性。目前認為歐洲人群mtDNA單倍型J和K與寒冷氣候適應性相關(guān)，但這些單倍型攜帶者罹患多發(fā)性硬化癥風險顯著增加[3]。近期研究顯示，某些線粒體單倍型還可能影響線粒

8、體功能，影響ATP和ROS 產(chǎn)量。由此，從線粒體遺傳因素出發(fā)，有可能揭示AMS 易感性遺傳機制。
　　 本研究選擇2008年11月25日－2008年12月15日通過空中運輸進入西藏拉薩的1874例漢族男性新兵為研究對象：（1）通過整群抽樣對來自于我國六省一市（浙、云、貴、川、渝、魯、黑龍江）入伍新兵進行橫斷面的流行病學問卷調(diào)查，以了解我軍通過空中運輸方式入藏新兵AMS 發(fā)病情況及影響因素；（2）通過應用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）應用EB 病毒(Epstein-Barr virus, EBV)建立AMS 易感mtDN

10、A 單倍型的淋巴母細胞系，以期為今后在生化水平上研究相關(guān)線粒體單倍型的生物學功能奠定基礎(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風險是居住于海拔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 風險顯著性低于前者，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)人群則無顯著性差異（p=0.634）；
　　 3．分層分析再次證實，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風險顯著降低(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 風險顯著升高（OR=2.419, p=0.001）。進一步分層分析發(fā)現(xiàn)，mtDNA 單倍型B 罹患重度AMS 風險增加了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胞使其成為淋巴母細胞后細胞染色體核型并未改變，細胞對數(shù)生長期為復蘇后第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 危險因素；
　　 2．我國漢族人群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