线粒体Atpif1基因在高原红细胞增多症发生中的作用及机制

High altitude polycythemia(HAPC) is a common chronic mountain sickness,and seriously affects the health of the soldiers and residents at high altitude. Nevertheless, the pathogenesis of HAPC is poorly understood, and the therapeutic measures of HAPC is lowerly effective. So, it's urgent to explore pathogenesis and effective therapeutic measures of HAPC.It is reported that mitochondrial Atpif1 regulates the catalytic efficiency of ferrochelatase to synthesize haem, and that the loss of Atpif1 impairs haemoglobin synthesis and thus cause anaemia. It's well known that activation of NF-κB pathway results in cellular adaptive response that includes proliferation and anti-apoptosis. Therefore, we presume that excessive erythrocytosis and elevated hemoglobin concentration of HAPC may ascribe to overexpression of Atpif1 or/and activation of NF-κB pathway. Our presumption is tentatively confirmed by the preliminary experiment studies,that is, the expression of Atpif1 is higer in HAPC animal tissues than that in normal control, and it is necessary to explore this scientific hypothesis. However, the similar study has not been reported in the literatures up to now. The present study aimed to investigate the change of haemoglobin synthesis in haematopoietic cells when Atpif1 overexpresses or silences in hypoxia condition, to clarify the role of Atpif1 in regulating reactive oxygen species and in the development of HAPC and anti-oxidant intervention on HAPC, to elucidate the mechanism of Atpif1 activated NF-κB pathway in HAPC, and to provide a basis for screening the new treatment targets of HAPC in the future.

高原红细胞增多症(HAPC)是严重危害高原军民健康的常见慢性高原病，但其发病机制尚不完全清楚，因而缺乏切实有效的防治措施，是亟需解决的课题之一。线粒体Atpif1基因可调节血红素合成，基因缺失则发生贫血，而且其可调节活性氧生成激活NF-κB信号通路发挥促细胞增殖作用。我们前期研究发现，在HAPC模型中Atpif1表达明显高于正常对照组，我们认为，HAPC的红细胞增生和血红蛋白增多可能与Atpif1过表达和NF-κB通路激活有关，有必要深入地探索这一科学问题。本项目拟利用低氧细胞模型和HAPC动物模型，通过Atpif1基因沉默和过表达的变化，探讨Atpif1对造血细胞内血红蛋白合成的影响；阐明Atpif1调节活性氧生成在HAPC发生中的作用以及抗氧化干预防治HAPC的可行性；揭示Atpif1对NF-κB信号通路的激活调控作用在HAPC发生中的分子机制，为筛选HAPC防治新靶标提供基础和依据。

低氧暴露是高原红细胞增多症发生的重要因素。在低氧对细胞增殖、凋亡的影响方面，低氧暴露后，K562细胞的增殖活性受到明显抑制，随着时间的延长，细胞活性逐渐降低。低氧实验组细胞的凋亡率均有上升，且差异具有统计学意义（P<0.05）。低氧对K562细胞内血红蛋白（HGB）含量变化的影响，结果表明，低氧实验组血红蛋白含量均有增加，且OD值随时间延长而增加，差异具有统计学意义（P<0.05）。低氧对K562细胞中平均血红蛋白(MCH)含量的影响，结果表明，低氧实验组的平均血红蛋白含量显著增加，差异具有统计学意义（P<0.05）。与常氧对照组相比，低氧实验组Atpif1、NFκB、Alas2、Hmbs、和Hmox基因的表达水平均明显升高，差异均具有统计学意义（P<0.05）。线粒体Atpif1基因沉默对K562细胞血红蛋白（HGB）含量、平均血红蛋白含量（MCH）变化的影响，结果证实，随着Atpif1表达降低，K562细胞内血红蛋白含量及平均血红蛋白含量均明显降低。而且Atpif1基因沉默后，与对照组相比，NFkB、Alas2、Hmbs、Hmox、Epor 基因的表达的水平均下调，差异具有统计学意义。在高原红细胞增多症大鼠模型心、肺组织中Atpif1、Nfkb、Alas2、Hmox 基因均表达明显升高，证实与细胞模型一致，Fech基因在心脏组织中表达明显升高。这些结果提示，在低氧条件下Atpif1可能通过影响NFkB、Alas2、Hmbs、Hmox、Epor、Fech 基因的表达来调控高原红细胞增多症中血红蛋白的合成过程。在低氧损伤的防护干预方面，白藜芦醇可以浓度和时间依赖性地抑制K562细胞的增殖，可以浓度依赖性地促进K562细胞的凋亡。白藜芦醇不能直接增加K562细胞的血红蛋白合成，但可以通过上调红系分化相关基因α-珠蛋白、β-珠蛋白、γ-珠蛋白、GATA-1、NF-E2及低氧条件下HIF-1α、EPO、EPOR的表达增强Hemin诱导的血红蛋白合成能力，发挥其促红系分化作用。白藜芦醇可以显著延长常压密闭缺氧小鼠的存活时间，具有抗缺氧作用；白藜芦醇可以增强小鼠血清和组织中T-SOD和T-AOC活性，降低MDA含量，这可能是其抗缺氧的机制之一。项目研究结果对于探讨低氧损伤防护或高原红细胞增多症的干预措施有重要参考价值或潜在应用前景。