急性高山病(acute mountain sickness, AMS)是指机体由平原进入高原地区(海拔2,400m以上)或久居高原者进入到更高海拔地区时所发生的因高原低氧引起的以头痛为核心症状的一种疾病。AMS是一种轻型急性高原病(acute high altitude disease, AHAD),其发病率为15-75%,一般在抵达高原6-12小时后发病,多数患者在2-3天内症状缓解。其发生主要与登高速度、抵达海拔高度及个人易感性有关。目前,国内外AMS的命名较为混乱。1991年在加拿大召开的第七届班夫低氧论坛(the Seventh Banff hypoxia Forum)将AHAD分为AMS、高原肺水肿(high altitude pulmonary edema, HAPE)和高原脑水肿(high altitude cerebral edema, HACE)三型。1995年,我国则将AMS统一命名为急性轻型高原病[1]。目前国内对AMS的报道均基于尹昭云等制定的评分系统[2],使用国际通用的Lake Louise AMS评分系统的文献资料较少。AMS是一种高原低氧引起的神经源性疾病,其发病机制至今尚未明了。AMS发病具有明显的种族差异性、个体易感性,甚至有家族聚集性。普遍认为,遗传易感因素在AMS发病机制中起重要作用。目前关于AMS遗传易感性研究主要集中在核DNA (nuclear DNA, nDNA),但未取得突破性进展。因此,探索新的遗传体系以揭示AMS易感性相关的遗传机制,建立敏感可靠的易感性的预测方法,是目前亟待深入研究的重要领域。高原环境影响机体的主要因素在于低氧。线粒体是真核生物细胞内的重要细胞器,处于新陈代谢和生物能量转换中心地位,在生命活动中发挥着重要作用。线粒体通过氧化磷酸化(Oxidative Phosphorylation,OXPHOS)利用机体90%以上氧气,产生人体所需的ATP和维持体温的热量。伴随着OXPHOS,线粒体产生少量细胞活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)。低氧不仅使线粒体产能减少,而且,由于电子传递链最终受体——氧的减少,线粒体由此产生大量的ROS,损害细胞和线粒体的功能,引起机体组织和细胞的损伤,从而引起机体产生一系列的低氧临床表现。以往的研究提示,低氧ROS生成的增加可能是AMS的主要发病机制。线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)是细胞内除nDNA外唯一存在的遗传物质。已有研究显示,mtDNA突变与人类疾病产生、以及气候适应性密切相关,并且,在人类及其他物种高原适应性中也发挥着重要作用。人类mtDNA分子由16,569对碱基组成,分为编码区和非编码区。编码区包括37个基因,分别编码16S rRNA和12S rRNA、22个tRNA和13个多肽。其中,mtDNA所编码的13个多肽是线粒体呼吸电子传递链的重要组成成分。mtDNA属母系遗传,其序列突变率很高,是nDNA上线粒体基因10倍以上。mtDNA突变可归纳为以下三类:中性、有害性和适应性遗传突变。一些有害性突变在人类的净化选择(purifying selection)过程中被消除,另一些突变在人群中逐渐富集就形成了单倍群(haplotype)和单倍型(haplogroup),这些在特定环境富集下来的单倍群和单倍型不一定能够完全适应另外环境,从而导致人体对某些疾病产生易感性。目前认为欧洲人群mtDNA单倍型J和K与寒冷气候适应性相关,但这些单倍型携带者罹患多发性硬化症风险显著增加[3]。近期研究显示,某些线粒体单倍型还可能影响线粒体功能,影响ATP和ROS产量。由此,从线粒体遗传因素出发,有可能揭示AMS易感性遗传机制。本研究选择2008年11月25日-2008年12月15日通过空中运输进入西藏拉萨的1874例汉族男性新兵为研究对象:(1)通过整群抽样对来自于我国六省一市(浙、云、贵、川、渝、鲁、黑龙江)入伍新兵进行横断面的流行病学问卷调查,以了解我军通过空中运输方式入藏新兵AMS发病情况及影响因素;(2)通过应用PCR-RFLP (Polymerase Chain Reaction–Restriction Fragment Length Polymorphism)及mtDNA高变区Ⅰ(hypervariable segment I, HVS I)序列测定等方法,研究西南低海拔地区汉族人群mtDNA单倍型与AMS易感性之间的关系,筛选与AMS易感性相关的mtDNA单倍型;(3)应用EB病毒(Epstein-Barr virus, EBV)建立AMS易感mtDNA单倍型的淋巴母细胞系,以期为今后在生化水平上研究相关线粒体单倍型的生物学功能奠定基础。主要结果:1.在海拔3,700 m,AMS整体发病率为37.41%。其中,浙江汉族人群发病率最高(48.94%),云南汉族人群最低(29.41%),两省之间存在显著差异(p < 0.0001);以浙江为代表的东南部汉族人群发病率最高(48.94%),而以山东和黑龙江为代表的北方地区汉族人群发病率最低(30.56%),两地区之间存在显著差异(p = 0.003);云南汉族人群平均Lake Louise AMS评分为2.250±2.197,显著低于浙江、贵州、四川、重庆四省市人群(p值分别为0.0452, 0.0229, 0.0036和0.0446,vs.云南);2.多因素Logistic回归分析显示,体重指数(BMI)是罹患AMS危险因素(OR= 1.378,95%CI = 1.284-1.479, p < 0.0001)。入藏前居住于海拔1,000 m以上人群罹患AMS风险是居住于海拔1,000 m以下人群的0.63倍(95%CI = 0.486-0.817, p < 0.0001)。以东南地区浙江汉族人群为对照,在排除体重指数和居住海拔因素之后,北方地区人群罹患AMS风险显著性低于前者,仅为前者的0.468倍(95%CI = 0.279- 0.784, p = 0.004),而西南地区与东南地区人群则无显著性差异(p = 0.634);3.分层分析再次证实,云南海拔1,000 m和1,500 m以上地区汉族人群AMS发病率显著低于浙江汉族人群(p值分别为0.001和< 0.0001),而海拔1,000 m以下地区AMS发病率则与浙江汉族人群无显著差别(p = 0.092);4.西南低海拔地区汉族人群mtDNA单倍型分析显示,AMS患者mtDNA单倍型D和M9频率显著低于正常对照组(p值分别为< 0.0001和0.003),而单倍型M7频率显著高于正常对照组(p < 0.0001);5.多因素Logistic回归分析显示,在排除体重指数影响因素之后,mtDNA单倍型D和M9携带者罹患AMS风险显著降低(D: OR = 0.605, p = 0.000; M9: OR = 0.037, p = 0.001),而单倍型M7携带者罹患AMS风险显著升高(OR = 2.419, p = 0.001)。进一步分层分析发现,mtDNA单倍型B罹患重度AMS风险增加了2.41倍(95%CI = 1.288-4.514, p = 0.006);6. EB病毒转化AMS易感性相关的mtDNA单倍型的外周血淋巴细胞使其成为淋巴母细胞后细胞染色体核型并未改变,细胞对数生长期为复苏后第3-4天。结论:1.高体重指数和居住海拔高度低于1000m是罹患AMS危险因素;2.我国汉族人群AMS发病率存在地域差别,西南地区和北方地区发病率较低,而东南地区发病率较高;3.西南地区发病率较低的原因与其居住高海拔环境相关,而北方汉族可作为独立的保护性因素降低AMS发病率;4.线粒体单倍型与西南汉族AMS易感性相关:mtDNA单倍型D和M9是AMS保护性因素,单倍型B和M7则是危险因素;5.成功建立6株与AMS易感性相关的mtDNA单倍型(B、D、M7和M9)淋巴母细胞系。