Mutation of von Hippel–Lindau Tumour Suppressor and Human Cardiopulmonary Physiology

Thomas G Smith; Jerome T Brooks; George M Balanos; Terence R Lappin; D. Mark Layton; Dawn L Leedham; Chun Liu; Patrick H Maxwell; Mary F McMullin; Christopher J McNamara; Melanie J Percy; Christopher W Pugh; Peter J Ratcliffe; Nick P Talbot; Marilyn Treacy; Peter A Robbins

doi:10.1371/journal.pmed.0030290

公共科学图书馆-医学。2006年7月；3（7）：e290。

2006年6月20日在线发布。数字对象标识：10.1371/日志.pmed.0030290

PMCID公司：项目经理1479389

PMID：16768548

von Hippel-Lindau肿瘤抑制因子的突变与人体心肺生理

托马斯·G·史密斯,¹ 杰罗姆·T·布鲁克斯,¹ 乔治·M·巴拉诺斯,² 特伦斯·R·拉平,^三 D.马克·莱顿,⁴ 黎明·L·利德姆,⁵ 刘春（Chun Liu）,¹ 帕特里克·H·麦克斯韦,⁶ 玛丽·麦克默林,⁷ 克里斯托弗·麦克纳马拉,⁸ 梅兰妮·J·珀西,⁷ 克里斯托弗·普格,⁹ 彼得·拉特克利夫,⁹ 尼克·P·塔尔博特,¹ 玛丽莲·特雷西,⁵和彼得·罗宾斯^1,^*

彼得·巴恩斯，学术编辑

作者信息文章注释版权和许可信息 PMC免责声明

摘要

背景

von Hippel–Lindau肿瘤抑制蛋白-低氧诱导因子（VHL–HIF）通路作为控制细胞对缺氧反应的转录系统，引起了广泛的医学兴趣，但对其在人体全身生理学中作用的研究仍然有限。丘瓦什红细胞增多症最近被定义为一种新的VHL相关疾病，不同于经典的VHL相关性遗传性癌症综合征，在该综合征中，VHL低形态等位基因的种系纯合子导致VHL–HIF信号的普遍异常。因此，受影响个体提供了一个独特的机会来探索此信号通路的综合生理学。本研究调查了丘瓦什红细胞增多症患者，以分析VHL–HIF通路在人体全身心肺生理学中的作用。

方法和发现

在基线检查和缺氧期间，对12名参与者进行了研究，其中3名患有Chuvash红细胞增多症，9名为对照组。参与者通过口罩呼吸，测量肺通气量，同时通过超声心动图评估肺血管张力。查瓦什红细胞增多症患者的呼吸和肺血管调节出现显著异常。基础通气和肺血管张力升高，通气、肺血管收缩和心率对急性缺氧的反应大大增加。

结论

在这一小部分楚瓦什红细胞增多症患者中观察到的特征与高原低氧适应相关。更普遍地说，与Chuvash多囊血肿相关的表型表明，VHL在呼吸和心血管系统的潜在校准和稳态中起着主要作用，很可能是通过其在HIF调节中的中心作用。

编辑摘要

背景。

人类细胞（像其他多细胞动物的细胞一样）利用氧气提供日常生活所需的能量。氧气不足是一个问题，但氧气过多也很危险，因为它会破坏蛋白质、DNA和其他维持细胞功能的大分子。因此，包括心脏、肺和循环在内的生理系统共同工作，以平衡全身的氧气供应和需求。当氧气受限时（一种称为缺氧的情况），如在高海拔地区发生的情况，细胞的氧气供应通过增加心率、增加呼吸速度和深度（过度换气）、收缩肺部血管（肺血管收缩）来维持，以及增加血液中携带氧气的细胞的数量。所有这些生理变化都增加了可以从空气中吸收的氧气量，但它们是如何调节的尚不清楚。相比之下，研究人员对单个细胞对缺氧的反应了解得相当多。当氧气有限时，一种称为低氧诱导因子（HIF）的蛋白质激活许多靶蛋白，帮助细胞获得足够的氧气（例如，刺激新血管生长的蛋白质）。当氧气充足时，另一种称为von Hippel的蛋白质——Lindau肿瘤抑制物（缩写为VHL）会迅速破坏HIF。最近，研究人员发现一种称为Chuvash红细胞增多症的遗传病是由VHL中的一种特定缺陷引起的，该缺陷降低了其破坏HIF的能力，其特征是红细胞过度生成。因此，即使氧气水平正常，某些HIF靶蛋白的表达也会增加。

为什么要进行这项研究？

丘瓦什红细胞增多症非常罕见，到目前为止，人们对这种基因异常如何影响患者的生理和长期健康知之甚少。通过研究楚瓦什红细胞增多症患者的心肺功能，参与这项研究的研究人员希望更多地了解这种情况对健康的影响，并了解VHL–HIF系统是否控制对缺氧的全身反应以及细胞反应。

研究人员做了什么并发现了什么？

研究人员招募并研究了三名楚瓦什红细胞增多症患者，并与几名正常人和无血缘关系的红细胞增多病患者进行对照。然后，他们测量了这些人的肺和心脏对轻度缺氧（类似于商业航班上的缺氧）和中度缺氧（相当于登上阿尔卑斯山峰）的反应。他们发现，楚瓦什红细胞增多症患者自然呼吸比正常人稍快、稍深，当氧气减少时，他们的呼吸频率急剧异常增加。他们还发现，在正常氧气水平下，这些患者的肺血管比对照组的血管收缩得更厉害，他们对缺氧的反应更为剧烈。同样，患者的正常心率略高于对照组，并且在轻度缺氧时增加更多。

这些发现意味着什么？

研究人员测量出的丘瓦什红细胞增多症患者和对照组之间的生理差异与前往氧气有限的高海拔地区旅行的人的适应情况相似。因此，VHL–HIF蛋白可能在单个细胞和系统水平上调节对不同氧浓度的反应，尽管需要更多的生理学研究来证实这一点。研究人员建议，由于丘瓦什红细胞增多症患者的肺血管总是异常收缩，尤其是在氧气有限的情况下，这些人应该避免生活在高海拔地区，并应尽量减少空中旅行。在这种情况下，他们肺部的血压升高（肺动脉高压）可能会导致心力衰竭。最后，本研究对针对VHL–HIF系统的药物开发具有启示。目前正在设计药物，通过防止HIF的破坏，促进中风或心脏病发作后新血管的形成，但根据这里的研究结果，这些药物可能会产生不良的生理影响。相反，HIF抑制剂（通过增加肿瘤中心的缺氧从而抑制其生长，从而起到抗癌试剂的作用）可能有助于治疗肺动脉高压。

其他信息。

请通过此摘要的在线版本访问这些网站http://dx.doi.org/10.1371/journal.pmed.0030290.

•联机孟德尔遗传手册页丘瓦什红细胞增多症

•VHL家庭联盟关于冯·希佩尔-林道病，包括以下信息丘瓦什红细胞增多症

•维基百科页面红细胞增多症和冯·希佩尔-林道病（注：维基百科是一个免费的在线百科全书，任何人都可以编辑）

对丘瓦什红细胞增多症（由VHL突变引起）患者的生理学研究显示，其特征与高原低氧适应相关。

介绍

缺氧在高海拔地区普遍存在，是许多疾病的有害特征。人类对急性缺氧的反应包括过度换气、肺血管收缩、全身外周血管舒张和心动过速。我们对这些系统反应是如何被激发和调节的理解仍然有限。然而，现在已经知道，细胞内对缺氧的反应是由低氧诱导因子（HIF）家族转录因子协调的，HIF家族直接或间接调节任何特定细胞类型中数百个基因的表达[1]. von Hippel–Lindau肿瘤抑制蛋白（VHL）是HIF主要通过其调节的降解途径中的重要成分[2,三]. HIF-α亚基持续合成，但在有氧的情况下迅速被破坏。HIF-α中氧依赖性脯氨酰羟化酶羟基化特异性残基，增加其对VHL的亲和力[4,5]. VHL与羟基化HIF-α的结合然后通过泛素-蛋白酶体途径靶向HIF-[2,三]. 在低氧条件下，HIF-α的羟基化受到抑制，蛋白酶体降解速度减慢，因此HIF快速积累，随后低氧反应基因上调。VHL–HIF通路的操作目前正在作为癌症和缺血性/缺氧性血管疾病的治疗方法进行深入研究[6]. 然而，VHL–HIF途径在系统级人类生理学中的作用仍基本未知。

在典型的VHL相关遗传性癌症综合征中，受影响个体是种系VHL突变的杂合子，这种突变易导致特定类型的肿瘤[7]. 已知的临床表现仅限于肿瘤和第二等位基因体细胞失活后出现的离散良性病变。缺氧信号的干扰仅限于肿瘤细胞，对这些影响的研究仅限于相关肾细胞癌的表型和VHL失活啮齿动物模型中发生的病变。这些分析主要检查VHL–HIF系统在细胞水平上完全失调的影响。

丘瓦什红细胞增多症（CP）是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，由一种完全不同的疾病机制引起。受影响的个体是特定基因的纯合子598C>温度VHL突变[8]这可能会削弱但不会消除HIF的调节，从而有助于深入了解HIF在人体中的系统功能。VHL突变降低VHL对羟基化HIF-α的结合亲和力，从而部分抑制HIF-β降解和病理上调HIF靶基因，包括促红细胞生成素[8]. CP以先天性红细胞增多症为特征，但尚未广泛表型。通过对CP患者的实验，本研究旨在探讨VHL通路在心肺生理学中的潜在作用。研究表明，受影响个体的通气和肺血管控制存在严重异常。

方法

参与者

参与者的身体特征见表1。CP患者是从之前的研究中确定的[9]并通过各自的血液学家顾问招募。每个患者都是典型的Chuvash突变的纯合子，并接受了长期静脉切开治疗，以保持血红蛋白和红细胞压积正常。在实验的几周内没有患者接受过静脉切开治疗。他们没有其他疾病，没有并发症史，除了偶尔头痛外，没有其他症状。由于英国罕见的这种情况，CP患者组的人数有限。正常对照组由六名年龄和性别匹配的健康志愿者组成，他们是通过广告招募的。CP患者组（年龄22.3±5岁，平均值±SD）和正常对照组（24.2±5岁）在年龄、身高、体重或体重指数方面没有显著差异。另外三名患者被招募为性别匹配的红细胞增多症对照组参与者：两名男性被诊断为获得性特发性红细胞增多，一名女性被诊断为真性红细胞减少症。在这些患者的VHL基因测序中未检测到突变。除此之外，每一位患者的健康状况都很好，并被长期静脉切除至正常的血细胞压积。这些患者的年龄比CP患者组稍大(表1)但在其他方面却很相似。女性红细胞增多症控制参与者每天服用阿司匹林和西酞普兰，一名男性红细胞增多病控制者每天服用阿替洛尔、阿司匹灵和辛伐他汀预防心血管疾病。否则，参与者不服用药物、维生素补充剂或咖啡因。该研究已获得牛津郡临床研究伦理委员会的批准，每位参与者都提供了书面知情同意书。

表1

参与者特征

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HIF调节基因表达的研究

这些研究旨在证实脑瘫患者与正常对照组相比，HIF调节的基因在mRNA水平上的表达存在差异。通过在密度梯度介质上离心静脉血分离单核细胞（Ficoll-Paque Plus，Amersham Biosciences，Chalfont，United Kingdom）。将单核细胞重新悬浮在40 ml RPMI 1640细胞培养基中，该培养基补充有10%胎牛血清、L-谷氨酰胺和青霉素/链霉素抗生素（Sigma-Aldrich，Gillingham，英国）。将细胞置于具有亲水性基质（Vivasience，Hannover，Germany）的组织培养皿中，在37°C下培养30分钟，以使单核细胞粘附在基质上。然后将含有淋巴细胞的上清液取出并等分到八个组织培养皿中，其中的基质既疏水又透气（Vivascience）。淋巴细胞在37°C、5%二氧化碳和八种不同氧张力（20%、10%、5%、2%、1%、0.5%、0.2%或0.1%）中培养20小时。然后收集细胞，并使用基于柱的离心提取协议（RNAqueous-4PCR；Ambion-Europe，Huntingdon，United Kingdom）分离RNA。RNA样本使用随机六聚体引物进行逆转录，HIF调节基因醛缩酶C和血管内皮生长因子（VEGF）使用Taqman引物和探针通过实时定量PCR进行定量（英国沃灵顿应用生物系统公司）。基因β₂-微球蛋白用作内部实验对照，并用相同的方法进行量化。用每组实时定量PCR反应对这三个基因的cDNA标准校准样品进行分析。该样本来自于淋巴细胞在20%和0.1%氧气下两次20小时孵育的混合RNA。针对每个基因所用引物和探针的PCR效率差异，校正了与校准样品相关的基因表达水平[10]. 对三名CP患者和三名年龄和性别相匹配的正常对照者分别在三天内采集的血样重复整个过程。

生理学协议

对于每个参与者，在一天内进行了实验观察。参与者于上午8点30分向实验室报告，在实验室中，他们的吸气末潮气分压为氧气分压(宠物 _{O（运行）₂})和二氧化碳(宠物 _{一氧化碳₂})测量，并抽取静脉和动脉血样。然后，每个参与者进行一系列相同的四个单独的协议，每个协议间隔20分钟。前两个方案确定了参与者对轻度缺氧的反应，这与商业航空旅行中常见的缺氧水平接近。最初5分钟的缺氧(宠物 _{O（运行）₂}100 mm Hg），然后在宠物 _{O（运行）₂}70毫米汞柱，然后进行最后5分钟的吸氧。后两种方案遵循相同的时间过程，但通过刺激确定了对中度缺氧的反应宠物 _{O（运行）₂}50毫米汞柱而非70毫米汞柱。这接近于急性暴露于海拔3500米的缺氧水平。在所有四个方案中，Isocapnia都得到了维持宠物 _{一氧化碳₂}保持接近每个参与者的基线值。

实验技术

在这四个方案中，气体控制是通过一种称为动态潮汐末强迫的技术实现的，通过这种技术，计算机控制的快速气体混合系统允许氧气的肺泡分压(Po公司₂)快速准确地操作，同时保持二氧化碳的肺泡分压(Pco公司₂)常数[11]. 每项研究都是在参与者斜靠在左侧的情况下进行的，参与者在佩戴阻塞性鼻夹的同时通过口罩呼吸。使用涡轮机容积测量装置测量通风[12]这些数据是在每一缺氧水平下进行的两个方案的平均值。用质谱法连续分析呼吸气体。这些数据被实时记录到一台个人计算机上，该计算机同时控制着潮汐末期的气体成分。使用Hewlett-Packard（美国加利福尼亚州帕洛阿尔托）Sonos 5500超声波机和S4二维换能器（2–4 MHz）进行连续超声心动图检查。在第一个方案中，在每种缺氧水平下，使用标准多普勒技术评估肺血管张力，该技术已得到广泛验证[13–20]. 在这项技术中，通过三尖瓣的血液反流喷射的最大速度是在收缩期间测量的。三尖瓣最大收缩压梯度（ΔP_最大值)然后使用伯努利方程根据该速度逐拍计算。右心房压力不受缺氧影响[21]ΔP的变化_最大值反映收缩肺动脉压的变化。在第二个方案中，在每一缺氧水平下，使用多普勒超声心动图逐搏测定心输出量，以测量通过主动脉瓣的收缩血流速度[14,15]. 通过心电图监测心率，并使用自动袖带每分钟测量血压。肺通气的呼吸-呼吸测量和ΔP的节拍测量_最大值1分钟内平均心输出量和心率。

统计分析

使用Student’s unpartivet吨-测试（微软Excel；微软，美国华盛顿州西雅图），并在第页<0.05级。使用单变量重复测量方差分析（ANOVA）对缺氧的影响进行其他一般性比较，使用温室-盖瑟校正得出自由度（SPSS统计软件包；SPSS，美国伊利诺伊州芝加哥）。

结果

主要结果是CP患者组与年龄和性别匹配的正常健康对照组之间的比较。最后一节介绍了红细胞增多症对照组参与者的结果，作为与正常对照组和CP患者的比较。

基线测量

静脉血和动脉血分析结果如所示表2.动脉Pco公司 ₂CP患者的平均汞柱低于匹配的正常对照组6毫米汞柱(第页< 0.05). 所有CP患者均接受了静脉切开术的长期治疗，血红蛋白和红细胞压积正常，伴有缺铁。

表2

动静脉血分析

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基因表达研究

CP患者组HIF调节基因的基础（非低氧）表达显著升高(第页< 0.05;图1).醛缩酶C表达量比对照组高130%，而血管内皮生长因子表达量增加了90%。这两个基因都是由缺氧诱导的，但在最显著的缺氧水平下，CP患者的表达不再显著增加。在这种缺氧水平下，醛缩酶C表达仅比对照组高34%血管内皮生长因子表达仅增加37%。因此，在缺氧条件下，当HIF-α的羟基化速度最快时，VHL突变的效果最为显著。

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图1

醛缩酶C和血管内皮生长因子不同氧张力下mRNA的表达

从CP患者和正常对照参与者的静脉血中分离淋巴细胞，并在RNA分离之前在八种不同的氧张力水平下培养。显示了相对于标准校准品样品的基因表达。两种情况下，CP患者在20%氧气条件下的基础基因表达均显著升高醛缩酶C（A）和血管内皮生长因子（B）(第页< 0.05). 这两个基因都是由缺氧诱导的，在最低的氧张力（0.1%）下，两个基因的表达不再有显著差异。数值为平均值±平均值的标准误差。星号表示第页<0.05（未配对t吨-测试）。

肺通气测量

图2说明了基线时的肺通气和对缺氧的反应。在缺氧期间，CP患者组的通气量有时比正常对照组大。轻度缺氧导致CP患者的通气增加是正常对照组的2.8倍(第页<0.02），患者的通气量几乎没有变化。对于正常对照组受试者，尽管中度缺氧时通气量增加多于轻度缺氧，但所有方案均耐受良好。相反，CP患者对中度缺氧耐受性较差，一名患者因恶心和严重呼吸困难退出中度缺氧方案。CP患者组因中度缺氧而产生的通气量增加了2.4倍(第页< 0.05).

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图2

轻度和中度缺氧的潮气末气体控制、通气和肺血管反应

（A和B）末端气体控制。宠物_{O（运行）₂}和宠物 _{一氧化碳₂}得到了很好的控制。宠物_{O（运行）₂}所有组之间都很匹配。宠物 _{一氧化碳₂}CP患者组的呼吸频率较低，反映出该组的基线吸气频率较低宠物 _{一氧化碳₂}.

（C和D）通风，在体温和压力下进行，饱和水蒸气。轻度缺氧导致CP患者的通气量增加4.4 l/min，而正常对照组为1.6 l/min(第页<0.05），而中度缺氧分别导致这两组中24.5升/分钟和10.0升/分钟的增加(第页< 0.05).

（E和F）肺血管张力。利用多普勒超声心动图测定ΔP_最大值，肺血管张力的标准无创性指数。轻度缺氧时，ΔP_最大值CP患者组增加11.5毫米汞柱，而正常对照组仅增加1.1毫米汞柱(第页< 0.05). 中度缺氧刺激ΔP升高_最大值35.3毫米汞柱，而这两组分别为6.1毫米汞柱(第页< 0.001).

在轻度（A、C和E）和中度（B、D和F）缺氧期间显示所有反应。数值为平均值±平均值的标准误差。

肺血管测量

CP患者的肺动脉压力在一个异常高的设定点附近被调节，这几乎是对照组的两倍(第页< 0.005;图2)假设标准右心房压为5毫米汞柱，则超过肺动脉高压（肺动脉压大于25毫米汞柱）的临界值[22]. 正如预期的那样，在正常对照组参与者中，轻度缺氧只会导致ΔP很小的升高_最大值反映了他们的最小肺血管收缩反应。然而，ΔP的增加_最大值在CP患者组中，由相同刺激引起的刺激增加了10.7倍(第页< 0.01). 它们的ΔP_最大值中度缺氧的反应同样异常，是正常对照组的5.8倍(第页< 0.001).

全身血管测量

CP患者的基线心率有高于正常对照组参与者的趋势(第页= 0.06;图3)在过渡到轻度缺氧时，CP患者组的心率增加了3.2倍(第页< 0.005); 中度缺氧（1.6倍，第页= 0.21). 心输出量的变化遵循与心率变化相似的模式，但两组之间没有显著差异。

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图3

轻度和中度缺氧的全身血管反应

（A和B）心率。轻度缺氧使CP患者组的心率增加11.7次/分，而正常对照组的心率为3.6次/分(第页< 0.05). 这两组之间在全身血管反应方面未发现其他具有统计学意义的差异。

（C和D）血压，显示收缩压（上图）和舒张压（下图）。

（E和F）心输出量，使用多普勒超声心动图进行无创评估。

在轻度（A、C和E）和中度（B、D和F）缺氧期间显示所有反应。数值为平均值±平均值的标准误差。

红细胞增多症控制参与者

与CP患者一样，红细胞增多症对照组参与者的微细胞指数缺铁，但血红蛋白和红细胞压积正常(表2). 然而，与CP患者组不同，红细胞增多症对照组的动脉正常Pco公司 ₂（显著高于CP患者组，第页< 0.01). 与正常对照组相比，红细胞增多症对照组的基线肺动脉压和体动脉压较高，但应注意，红细胞减少症对照组参与者年龄较大。服用阿替洛尔的红细胞增多症对照受试者的数据被排除在全身血管数据分析之外。

平均响应（通风，ΔP_最大值、心率、血压和心输出量）图2和和3。三此外，图4说明了所有三个实验组的个体参与者对缺氧的敏感性。这些以每个参与者的反应偏离正常健康对照参与者的平均反应的（正常对照组）标准偏差数表示。红细胞增多症对照组的反应与正常对照组的反应没有显著差异（重复测量方差分析）。这表明，CP患者的主要生理变化在红细胞增多症对照组参与者中并不存在。作为对总体结果的最终检查，使用重复测量ANOVA将CP患者组与合并对照组进行比较。在所有情况下，该分析都证实了前面章节中报告的重要发现。

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图4

个体参与者对缺氧的敏感性

结果以（正常对照组）标准差的数量显示，每个参与者的反应与正常对照组参与者的平均反应不同。CP患者在轻度和中度缺氧时的通气和肺血管反应以及在轻度缺氧时的心率反应方面与正常对照组有显著差异。血压，血压。

讨论

在CP中，VHL–HIF信号通路被特异性和系统性损伤，这为人类对该转录系统的研究提供了独特的便利。先前使用转化淋巴细胞系进行的表型研究表明，HIF-α的基础表达增加，下游靶基因上调，如欧洲专利局和血管内皮生长因子[8]. 使用新鲜淋巴细胞，我们现在已经证实，在非缺氧条件下，慢性胰腺炎患者中经典HIF调节基因（具有不同功能）的表达增加。我们还表明，缺氧时基因表达的差异不太明显，这与当氧张力下降和HIF-α羟化速度减慢时，突变VHL的影响相对减少一致。在Chuvashia进行的一项回顾性配对队列研究发现，Chuvash VHL突变的纯合子与脊椎血管瘤、静脉曲张、较低的系统血压以及部分与脑血管和血栓事件相关的过早死亡有关[23]. 目前的研究重点是这种突变在全身呼吸和心血管生理学中的表型后果。

下部吸气Pco公司 ₂CP患者组的测量结果表明，呼吸控制的设定值在肺通气量增加的方向上发生了改变（即，通气量相对于新陈代谢而言略高于正常值）。这与在等二氧化碳缺氧期间测量他们的通气量是一致的，尽管差异在统计学上没有显著性，但这些测量值往往高于对照组。令人惊讶的是，CP患者的Pco公司₂呼吸控制器的设定值和异常高的急性缺氧通气敏感性是适应高海拔缺氧的个体的特征[24,25]. 事实上，CP患者和对照组之间对缺氧的通气敏感性差异可能比报道的更大，因为患者的相对低碳酸血症会抑制他们的通气反应[26]. 这些结果与VHL–HIF系统参与人类缺氧通气适应的概念明显一致，并确立了VHL在调节低氧个体呼吸控制中的重要作用。

发现CP患者存在一定程度的肺动脉高压。这很可能反映了HIF调节的肺血管舒缩张力升高，尽管CP中血栓事件发生率增加[23]提出了慢性血栓栓塞性肺动脉高压作为替代潜在机制的理论可能性。然而，即使在患有慢性非控制性骨髓增生性疾病的患者中，慢性血栓栓塞性肺动脉高压也很少见[27]. 这不太可能发生在年轻的静脉切开患者中，例如我们研究中的患者，他们之前没有血栓形成史、低氧血症或其他血栓栓塞疾病的临床表现。此外，需要注意的是，我们的患者组中存在肺动脉高压并不能解释他们对缺氧的高肺血管敏感性。此前的一项研究测量了26例与慢性阻塞性肺病相关的肺动脉高压患者对缺氧的肺血管反应性[28]. 对于动脉中的等效递减Po公司₂慢性肺病患者因缺氧引起的肺动脉压升高比我们的CP患者组小4-7倍。其他使用动物的研究也表明，缺氧性肺血管收缩会因肺动脉压力升高而减弱[29].

因此，值得注意的是，CP患者组表现出如此敏锐的缺氧性肺血管敏感性。轻度缺氧引起ΔP峰值_最大值这相当于大约45毫米汞柱的收缩肺动脉压，而适度的低氧刺激导致大约70毫米汞柱左右的异常收缩肺动脉峰值压力。如果持续缺氧，肺动脉压可能会显著升高，因为在正常受试者中会出现第二种逐渐的缺氧性肺血管收缩[14]并继续加剧至少1至2小时[30]. 长时间暴露在高肺动脉压下会导致右心室紧张并最终衰竭，这可能导致肺动脉高压和过度缺氧敏感性导致与CP相关的过早死亡[23]. 这一发现也提出了一个问题，即受影响的患者是否应该避免高海拔，并尽量减少长途航空旅行。

CP中曾报道过系统血压降低[23]，提示VHL–HIF可能参与设定基础全身血管张力。尽管在我们有限的患者样本中没有发现血压的统计学显著差异，但我们的研究结果确实表明VHL–HIF在调节急性缺氧的心率反应中起作用。

在这项研究中，很明显，每个患有慢性胰腺炎的个体在生理上都非常异常。没有证据表明这些明显的生理异常与红细胞增多症本身相混淆。虽然缺乏相关的人类数据，但动物研究表明，肺血管对急性缺氧的反应与红细胞压积无关[31]缺氧通气反应要么被抑制[32]或保持不变[33]急性红细胞增多症。无论如何，在研究时没有一名参与者患有多囊血，因为治疗性静脉注射使受影响患者的血红蛋白和红细胞压积正常化。

用静脉注射疗法治疗红细胞增多症使患者缺铁。铁是脯氨酰羟基化反应中的专性辅因子，HIF受其调节[4,5]缺铁会抑制这种反应，至少在体外是这样。因此，通过对HIF调节基因表达的影响，缺铁可能导致CP患者的生理异常。我们的研究没有发现明显缺铁的红细胞增多症对照组与正常对照组之间有任何显著的生理差异。这往往表明，相关的缺铁不是CP患者组中观察到异常的潜在因素。然而，应该注意的是，红细胞增多症对照组参与者的缺铁程度没有CP患者严重，而且有一些迹象表明，红细胞减少症对照组对中度（但不是轻度）缺氧的通气反应介于正常对照组和CP组之间。因此，虽然我们无法证明红细胞增多症对照组参与者的缺铁会导致心肺生理异常，但所研究的参与者人数很少，而且铁缺乏可能在一定程度上表现为VHL功能丧失。

其中一名红细胞增多症控制参与者服用阿替洛尔。该参与者的结果被排除在全身血管数据分析之外，但包含在所有其他分析中。β-肾上腺素能受体阻滞剂不影响急性缺氧的通气反应[34,35]动物研究表明，β受体拮抗剂对缺氧性肺血管收缩没有影响[36]或者稍微增强这种现象[37].

总的来说，红细胞增多症对照组参与者的结果支持这样的观点，即CP的心肺异常直接源于VHL通路的失调，而不是间接源于疾病的血液学表现。

VHL的主要已知作用是调节HIF转录系统[2]. 本研究和其他研究的结果[8]证明Chuvash VHL突变导致在缺氧条件下至少一些HIF应答基因上调。此外，在功能性HIF基因杂合缺失的小鼠中，通过减弱缺氧的心肺反应，观察到HIF系统在心肺调节中的作用[38–41]. HIF-α心肺反应的下调^+/−小鼠的心肺反应与本研究中CP患者的心肺反应上调一致。因此，目前研究中观察到的表型可能是由VHL对HIF系统的影响引起的，尽管不能排除VHL可能与之相互作用的其他蛋白（目前尚不清楚）的参与。

VHL–HIF参与血管舒缩调节与已知HIF在人类和动物中调节的一些基因的性质一致。这些基因包括内皮素-1，内皮一氧化氮合酶，酪氨酸羟化酶，α_1β-肾上腺素能受体、肾上腺髓质素、血红素氧化酶-1、，和心钠素[42]. 酪氨酸羟化酶还被假设通过调节颈动脉体中儿茶酚胺的生物合成与通气控制有关[43]. 此外，最近研究表明，在大脑中过度表达EPO的转基因小鼠对缺氧有异常的通气反应[44]，进一步增加了VHL–HIF途径通过调节脑内EPO表达影响通气的可能性。

尽管我们研究中的患者人数很少，因此我们的研究结果可能并不完全代表CP患者的总体情况，但我们的研究表明，HIF降解的相对轻微紊乱会深刻改变人类的心肺生理学。CP患者的基础通气和肺血管张力升高，对急性缺氧有极高的通气、肺血管收缩和心率反应。他们表现出的异常与高原低氧适应引起的异常相似。我们的结论是，在人类中，VHL–HIF转录信号通路对细胞内氧感应至关重要，似乎在校准细胞氧传递最终依赖的器官系统方面也发挥着重要作用。需要进一步研究以调查所涉及的确切机制。我们的研究也对当前HIF相关的治疗研究有启示，其中大部分是针对对HIF负调节的脯氨酰羟化酶的药理抑制。此类治疗旨在上调缺血/缺氧性血管疾病中HIF依赖基因的表达并促进血管生成，但现在需要监测过度缺氧反应和肺血管张力升高的不良生理效应。相反，正在研究中的HIF抑制剂作为抗癌治疗可能具有相反的生理作用，可以想象这些药物在肺动脉高压等疾病中的潜在应用。

致谢

我们感谢David O'Connor提供的专家技术援助，以及参与本研究的患者和志愿者。

作者贡献。TGS、JTB和PAR设计了该研究。PHM、CWP和PJR对研究设计做出了贡献。TGS、TRL、DML、DLL、PHM、MFM、CJM、MJP、CWP和MT确定并招募患者参与研究。TGS、GMB、CL和NPT进行了生理学实验。JTB进行了基因表达实验。TGS、JTB、GMB、TRL、DML、DLL、PHM、MFM、CJM、CWP、PJR、NPT、MT和PAR分析了数据，并为论文的编写做出了贡献。TGS、PJR和PAR撰写了这篇论文。

缩写

ΔP_最大值	三尖瓣最大收缩压梯度（肺血管张力的标准超声心动图指数）
人物配对关系	丘瓦什红细胞增多症
欧洲专利局	红细胞生成素
高强度聚焦	低氧诱导因子
宠物_{一氧化碳₂}	二氧化碳的潮末分压
宠物_{O（运行）₂}	氧的潮末分压
Pco公司₂	二氧化碳分压
Po公司₂	氧分压
血管内皮生长因子	血管内皮生长因子
VHL（甚高频）	von Hippel–林道肿瘤抑制蛋白

脚注

引文：Smith TG、Brooks JT、Balanos GM、Lappin TR、Layton DM等（2006）von Hippel–Lindau肿瘤抑制剂的突变和人类心肺生理学。《公共科学图书馆·医学》3（7）：e290。内政部：10.1371/journal.pmed.0030290

基金：TGS得到了罗兹奖学金的支持。这项工作由Wellcome信托基金资助。资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。

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