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背景及意义氧气（Oxygen,O2）是生命所需,当机体外呼吸功能障碍、或机体所在环境的O2浓度或分压降低时,组织细胞缺氧,导致组织代谢、功能和形态结构的异常改变,严重时会给机体带来不可逆的损伤甚至会直接导致死亡。高效的O2运载蛋白——血红蛋白（hemoglobin,Hb）是经典的变构蛋白质,可以通过变构,在相对高O2浓度的肺部结合更多的O2,再通过红细胞运输,在相对低O2浓度的组织细胞处释放O2,保证了脊椎动物的基本能量供应,维持了正常的生理活动[1]。如果在缺氧时能通过变构剂来提高Hb氧亲和力从而提高血液获取O2的能力,而且在组织细胞处不会阻碍O2的释放,可直接提高组织细胞的氧合水平。新型血红蛋白变构剂——Voxelotor（GBT440）,是一种可以提高Hb氧亲和力的小分子化合物[2]。GBT440能与Hb分子α链的N端缬氨酸形成可逆共价键,导致Hb的变构修饰[3]。但是目前利用GBT440提高Hb氧亲和力主要用于镰刀贫血病的研究[2-4],尚未见利用其提高Hb氧亲和力进行有关抗缺氧方面的探索,没有针对其对血液携氧特性尤其是对Hb释放O2能力的研究。目的本研究利用GBT440增高Hb氧亲和力,探讨Hb氧亲和力的增高对血液携O2特性的影响及其抗缺氧效果,为缺氧性疾病的预防和治疗开辟新的思路和方向。方法本研究分三个部分:第一部分探索增高Hb氧亲和力对血液携O2特性的影响:首先检测GBT440与体外血液红蛋白氧离曲线（oxygen dissociation curves,ODCs）和P50的量效关系,并检测ODCs在酸碱条件下的敏感指数（SI）,即波尔效应的强弱;通过给常氧（21%O2）和缺氧（10%O2）小鼠不同剂量GBT440,检测不同剂量GBT440与小鼠体内ODCs和P50的量效关系;通过给SD大鼠GBT440,并经常氧（21%O2）和缺氧（10%O2）处理6 h后,用血氧分析仪检测大鼠动脉氧分压（PaO2）、动脉氧饱和度（SaO2）、动静脉氧分压差值（Pa-vO2）、动静脉氧饱和度差值（Sa-vO2）等血气值变化。第二部分探索增高Hb氧亲和力对组织缺氧程度的改善作用:给小鼠GBT440,经常氧（21%O2）和缺氧（10%O2）处理6 h,并给小鼠体内注射缺氧探针,用免疫组化方法检测肝、肾、脑组织中缺氧探针与缺氧细胞的结合量,反应缺氧程度;用透射电子显微镜观察脑超微结构的缺氧损伤病理表现和严重程度。给SD大鼠GBT440,并经常氧（21%O2）和缺氧（10%O2）处理后,检测大鼠pH值,二氧化碳分压（PCO2）,碳酸氢根离子（HCO3-）等血液酸碱平衡指标的变化,并根据呼吸性碱中毒的代偿公式计算缺氧对照组和缺氧用药组中代谢性酸中毒的发生率。第三部分探索增高Hb氧亲和力对小鼠耐缺氧能力的影响:分别在重度低压缺氧（模拟海拔高度10000 m）和重度常压缺氧（3.5%O2）条件下检测服用不同剂量GBT440小鼠的存活率;在平原环境将小鼠游泳训练一周后给GBT440,缺氧组在模拟海拔高度5000 m的低压舱内缺氧6 h,常氧组放置在平原环境6 h,在相应装置中进行负重游泳实验,检测每只小鼠游泳力竭时间;将小鼠在平原环境转轮训练三周后,同游泳力竭小鼠实验分组、给药,缺氧组在常压缺氧箱内缺氧6 h,常氧组放置在常压常氧环境6 h,在相应装置内进行转轮力竭实验,检测每只小鼠转轮力竭时间。结果1.体外和体内实验中,均有随着GBT440浓度的增加,ODCs呈剂量依赖性左移,P50呈剂量依赖性降低（P<0.05）;在体外,加酸后ODCs显著右移,加碱后ODCs显著左移,SI随药物浓度的升高而降低（P<0.05）;2.在大鼠血氧参数检测实验中,未使用GBT440时,与常氧组相比,缺氧组动脉氧分压（PaO2）、动脉血氧饱和度（SaO2）、动静脉氧分压差（Pa-vO2）、动静脉氧饱和度差（Sa-vO2）均显著降低（P<0.05）,使用GBT440后,上述变化得以明显改善,与缺氧对照组相比,缺氧用药组PaO2增加了26.51%,SaO2提高了10.78%（绝对值提高8.55%）。与缺氧对照组相比,缺氧用药组Pa-vO2增加了96.93%,Sa-vO2增加了近一倍（P<0.05）。双因素方差分析发现,是否缺氧和是否用药两个因素存在显著的负交互作用（P<0.05）。3.在酸碱平衡指标检测发现,缺氧各组都存在代谢性酸中毒。缺氧用药组代谢性酸中毒的发生率（20%）较缺氧未用药组（70%）显著性提高（P<0.05）。4.在缺氧探针检测和透射电镜观察实验中发现,未使用GBT440时,与常氧组相比,缺氧组肝、肾、脑组织缺氧程度明显加重,脑组织出现毛细血管周围严重水肿,脑神经元水肿、细胞器损伤等病理性改变,使用GBT440后,肝、肾、脑组织缺氧程度明显减轻,脑神经元毛细血管周围水肿减轻,缺氧损伤明显减轻。5.在低压缺氧和常压缺氧生存实验中,随着GBT440剂量的增高,小鼠的存活率逐渐增高:在低压缺氧时,对比0 mg/kg小鼠,30、70、100 mg/kg组小鼠存活率显著性增高（P<0.01）,其中100 mg/kg组小鼠存活率达到了100%;在常压缺氧实验中,对比0 mg/kg小鼠,70、100 mg/kg组小鼠存活率显著性增高（P<0.05）。6.在负重游泳力竭实验,对比缺氧对照组,缺氧用药组小鼠游泳力竭时间显著延长（P<0.01）。在转轮力竭实验中,对比缺氧对照组,缺氧用药组小鼠转轮力竭时间显著延长（P<0.01）,双因素方差分析发现,是否缺氧和是否用药两个因素存在显著的负交互作用（P<0.01）。结论1.变构剂GBT440能显著提高缺氧小鼠Hb氧亲和力,虽然削弱了波尔效应,但结合了GBT440的Hb对酸和碱仍然有一定的敏感性,使得变构后的Hb既可以结合更多O2,又能释放足够的O2,从而提高缺氧条件下组织的氧供。2.增高Hb氧亲和力明显改善了乏氧性缺氧时肝、肾、脑组织的缺氧程度。3.增高Hb氧亲和力显著性提高了小鼠的存活能力及缺氧条件下的作业能力,显著性地提高了耐缺氧能力。