慢性低氧性肺動脈高壓血管重塑機制的研究進(jìn)展

金 柱 綜述，高寶安 審校

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院宜昌市中心人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

慢性低氧性肺動脈高壓血管重塑機制的研究進(jìn)展

金 柱 綜述，高寶安 審校

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院宜昌市中心人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖北 宜昌 443003)

慢性缺氧是許多呼吸系統(tǒng)疾病常見的病理和生理過程。低氧性肺動脈高壓是一種長期暴露在低氧環(huán)境中所誘發(fā)的漸進(jìn)性、復(fù)雜性病變，它最終導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的右心衰竭，因此成為臨床治療的難點。肺血管重塑是肺動脈高壓不斷進(jìn)展的病理基礎(chǔ)，亦是多種藥物治療不理想的根源。肺血管重塑機制復(fù)雜，其中涉及到多種細(xì)胞分子和信號通道的分別和相互作用，對其全面了解有著重要的意義。本文就目前的研究現(xiàn)狀和研究前景做一綜述。

低氧；肺動脈高壓；血管重塑

低氧性肺動脈高壓(Hypoxic pulmonary hypertension，HPH)是一種預(yù)后差、病死率高的疾病。HPH主要特征為低氧引起血管損傷后，肺血管各層膜發(fā)生病理生理變化，釋放多種血管舒縮因子，導(dǎo)致血管異常收縮和不可逆重塑，進(jìn)而肺血管阻力及肺動脈壓力漸進(jìn)性升高，最終導(dǎo)致右心衰竭而死亡。HPH并不是一個單純的疾病，而是一組多因素參與的復(fù)雜綜合征，這就決定了其臨床治療困難且療效差，更加突出研究其機制的重要性。

1 肺動脈的基本結(jié)構(gòu)及形態(tài)學(xué)變化

肺動脈血管壁分3層：含有成纖維細(xì)胞的外膜；以肺動脈平滑肌細(xì)胞(Pulmonary artery smooth muscle cells，PASMC)為主，有一個或者多個彈性薄層的中膜；只有一層內(nèi)皮細(xì)胞的內(nèi)膜。目前多利用動物模型來研究HPH，雖然由于物種性別的不同有各種病理進(jìn)程上的差別，但仍然可以讓我們更好的了解人類的肺動脈高壓。在動物模型中觀察到“類平滑肌細(xì)胞”出現(xiàn)在無肌性的血管段、增厚的外膜以及肌化的中膜。這說明血管的重塑發(fā)生在血管的全層，而非某個單獨層面[1]。組織學(xué)證據(jù)表明內(nèi)膜有不同程度的纖維化；中膜的增厚是由于肥大的PASMC不斷聚積和以膠原蛋白、彈性蛋白為主的細(xì)胞外基質(zhì)沉淀的增加所引起；外膜增厚則是由纖維母細(xì)胞和成纖維細(xì)胞以及細(xì)胞外基質(zhì)的顯著增加(膠原蛋白、彈性蛋白、纖連蛋白、細(xì)胞粘合素等)。

2 肺血管重塑的細(xì)胞和分子機制

2.1 內(nèi)皮細(xì)胞的改變 內(nèi)皮細(xì)胞有多種代謝功能，其通過與循環(huán)免疫細(xì)胞、介質(zhì)的相互作用維持血管的發(fā)育、血管的修復(fù)以及體內(nèi)組織的穩(wěn)定[2]。內(nèi)皮細(xì)胞是缺氧的直接靶點，典型的病理變化是肥大和增生，造成血小板激活和凝集、血栓調(diào)節(jié)蛋白以及纖溶系統(tǒng)的異常、蛋白外滲增加[3]、肺血管通透性增加[4]。硫酸乙酰肝素蛋白多糖是一種由內(nèi)皮細(xì)胞分泌的可以抑制平滑肌過度增殖的因子。在低氧狀態(tài)下內(nèi)皮細(xì)胞分泌硫酸乙酰肝素蛋白多糖會明顯減少，從而導(dǎo)致平滑肌的增生。內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)暴露在缺氧環(huán)境中引起生長因子受體和功能的變化，并影響細(xì)胞外核苷酸、生物胺、腺苷的運輸和加工[5]；缺氧增加白細(xì)胞介素-1(Interleukin-1，IL-1)和白細(xì)胞介素-6(Interleukin-6，IL-6)，細(xì)胞間粘附分子-1(Intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)和血管細(xì)胞粘附分子-1 (Vessel cell adhesion molecule-1，VCAM-1)的表達(dá)，均有助于血管重塑的進(jìn)展。內(nèi)皮細(xì)胞能產(chǎn)生和釋放各種強有力的血管活性物質(zhì)，對PASMC的收縮增殖及合成狀態(tài)造成很大影響，如使前列環(huán)素(Prostacyclin PGI2)和一氧化氮(Nitrite oxide，NO)這類舒血管物質(zhì)生成減少或者失去活性，血小板活性因子(Platelet，activating factor，PAF)、血小板源性生長因子(Platelet derived growth factor PDGF)、5-羥色胺(5-hydroxytryptamine 5-HT)、白三烯(Leukotriene)等縮血管物質(zhì)的增加。在低氧環(huán)境下，內(nèi)皮細(xì)胞分泌ET-1明顯增高，過氧化物酶增殖物激活受體γ(Peroxisome proliferators-activated receptors-γ，PPARγ)顯著降低，最新研究表明兩者之間存在著某種聯(lián)系，可以對新的治療靶點進(jìn)行切入研究[6]。

2.2 平滑肌細(xì)胞的改變 在正常肺血管中，平滑肌細(xì)胞更多表現(xiàn)為合成表型，而在肺動脈高壓時PASMC則更多表現(xiàn)為收縮表型，產(chǎn)生更多彈性和膠原蛋白加速血管重塑。慢性缺氧誘導(dǎo)非中膜細(xì)胞如前體細(xì)胞(主要為中間細(xì)胞和周細(xì)胞)增殖和分化為“類平滑肌細(xì)胞”，遷移到中膜導(dǎo)致中膜增厚。肺動脈中膜的結(jié)構(gòu)的變化程度直接決定著肺動脈高壓的嚴(yán)重程度。

2.2.1 5-HT途徑的影響 5-HT作為PASMC的血管活性物質(zhì)存在，缺氧時其合成限速酶、色氨酸羥化酶表達(dá)增加，由血小板、內(nèi)皮細(xì)胞和肺神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞釋放的5-HT相應(yīng)增加，促進(jìn)PASMC收縮增殖參與血管重塑[7]。5-羥色胺載體(5-HTT)和5-羥色胺受體(5-HT-2A、5-HT-1B/1D和5-HT-2B)同時在PASMC上表達(dá)，它們之間的表達(dá)和功能的平衡決定著細(xì)胞對5-HT的反應(yīng)[8]。低氧時肺組織尤其肺動脈中5-HTT的表達(dá)增多，5-HTT基因的過表達(dá)促進(jìn)了在雌性小鼠在缺氧條件下的肺血管重建[9]。5-HT通過酪氨酸磷酸化過程和血小板源生長因子β(PDGF-β)聯(lián)系，還激活5-羥色胺轉(zhuǎn)運體(5-HT4)和環(huán)磷酸腺苷(Cyclic adenosine monophosphate，cAMP)，刺激平滑肌細(xì)胞遷移和細(xì)胞骨架重組，加強其自身作用[10]。NADPH類氧化酶激活氧自由基(Reactive oxygen species，ROS)、絲裂酶原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase，MAPK)信號通路則是由5-HT受體激活，加速PASMC增殖。5-HT作用機制復(fù)雜，涉及載體受體及多個通路，是HPH治療的良好切入點。

2.2.2 RHO途徑的影響 肌球蛋白輕鏈(Myosin light chain，MLC)的磷酸化狀態(tài)決定著PASMC的收縮狀態(tài)，其磷酸化狀態(tài)由非Ca2+/鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴的MLC激酶催化，其去磷酸化是由Ca2+/鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴的MLC磷酸酶(Myosin light chain phosphatase，MLCP)催化，它們之間的平衡性決定著肺血管平滑肌收縮的敏感程度[11]。低氧時Rho相關(guān)螺旋卷曲蛋白激酶(Rho-associated,coiled-coil containing protein kinase，ROCK)信號可抑制肌球蛋白磷酸酶(Myosin phosphatase，MP)的活性，提高胞漿中MLC磷酸化水平，導(dǎo)致PASMC的增殖、遷移和分化狀態(tài)以及持續(xù)的血管收縮[12]。ROCK還可能通過調(diào)節(jié)對有絲分裂原，如ET-1和5HT的反應(yīng)引起肺血管重建，改變內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶(Endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的表達(dá)。ROCK通路選擇性抑制劑Y-27632和法舒地爾均投入實驗研究，小范圍臨床實驗證明法舒地爾可以有效改善HPH相關(guān)指數(shù)，但仍需進(jìn)一步完善。

2.2.3 其他通道的影響 磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(Phosphatidylinositol 3-kinase-K/protein kinase B，PI3-K/PKB)通路對維持PASMC的表形有著重要的作用，抑制PI3-K/PKB通道的活動可以使PASMC形態(tài)學(xué)發(fā)生改變，減少收縮活動，增殖和遷移發(fā)生異常[13]。酪氨酸激酶-轉(zhuǎn)錄因子STAT(Janus kinase-Signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT)通道用過限制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活子3 (Signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)和轉(zhuǎn)錄因子Krüppel樣因子5(Krüppel-like factor 5，KLF5)抑制PASMC增殖[14]。蛋白激酶C-絲裂原激活的蛋白激酶(Protein kinase C-mitogen activated protein kinase，PKC-MAPK)途徑通過激活G蛋白偶聯(lián)受體激活PKC，導(dǎo)致STAT殘基磷酸化，激活JAK-STAT通路影響肺動脈平滑肌表型變化。

2.2.4 離子通道的影響 鉀通道是PASMC在正常狀態(tài)下維持靜息平衡電位的主要因素。低氧條件下PASMC膜上的Kv活性下降，膜電位去極化[15]；低氧還可以通過直接調(diào)控鉀離子通道基因，致使PASMC處于持續(xù)收縮狀態(tài)。抑制或減弱鉀通道，如Kv1.5和Kv2.1通道的失活可以保持細(xì)胞內(nèi)鉀離子的高濃度，抑制細(xì)胞凋亡[16]，影響肺動脈高壓的進(jìn)程[16]。Src家族酪氨酸激酶(SrcTK)是控制鉀通道的關(guān)鍵因素，它作為一個輔助因子參與肺動脈平滑肌細(xì)胞鉀靜息電位的設(shè)置，降低肺血管的張力[17]。線粒體ATP敏感性鉀通道(Mitochondrial ATP-sensitive potassium channel，MitoKATP)也參與凋亡調(diào)控；5-羥基癸可以通過阻止MitoKATP抑制慢性缺氧狀態(tài)下肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖。鹽酸埃他卡林作為一個新型的ATP敏感性鉀通道開放劑，增加外向K+電流，引起細(xì)胞膜超極化，抑制PKC的活性，使生長因子表達(dá)降低，抑制肺血管重塑，可以在HPH動物模型中有效逆轉(zhuǎn)肺血管重塑的病理指標(biāo)[18]。細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的增加是PASMC生長和遷移的必須條件[19]。缺氧時電壓依賴型鈣通道激活，引起鈣通道開放并引發(fā)鈣離子內(nèi)流，PASMC靜息膜電位改變，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增加。瞬時受體電位通道(Canonical transient receptor potential，TRPC)基因家族編碼的非選擇性陽離子通道在慢性缺氧時對Ca2+進(jìn)入平滑肌細(xì)胞起著非常重要的作用。慢性缺氧時，主要是TRPC1和TRPC6表達(dá)上調(diào)，為Ca2+進(jìn)入平滑肌細(xì)胞提供旁路途徑。其余TRPC亞型無明顯變化[20]。鈣池調(diào)控鈣離子通道(Store-operated Ca2+channels，SOCC)和受體調(diào)控鈣離子通道(Receptor-operated Ca2+channels，ROCC)是由不同的TRPC亞型組成，低氧時發(fā)揮作用，使胞內(nèi)鈣離子濃度增加，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖以及增加肺血管對各種血管活性物質(zhì)的敏感性，加速血管重塑過程[21]。鈉氫交換體(Na+/H+exchanger，NHE)在維持平滑肌細(xì)胞pH值中有著重要的作用。NHE是一種離子交換蛋白，1:1地介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外氫與鈉離子交換，有5種亞型。NHE-1與肺血管平滑肌細(xì)胞增殖及凋亡有著密切關(guān)系，Na+/H+交換增強致使細(xì)胞內(nèi)堿化，這種變化在血管平滑肌細(xì)胞增殖中起著“容許性”作用；而細(xì)胞內(nèi)酸化則可抑制細(xì)胞增殖，使其凋亡率增加。實驗表明NHE抑制劑阿米洛利或選擇性NHE1基因敲除，都可以有效的抑制平滑肌的增殖和遷移，阻止肺動脈高壓及血管重塑[22]。對NHE1抑制劑和基因治療的研究，也許會成為肺動脈高壓一個新的治療靶點。

2.3 外膜成纖維細(xì)胞 在傳統(tǒng)觀念中，血管外膜主要承擔(dān)支持和營養(yǎng)的功能。近年研究表明，血管外膜感知及整合各種信號；是儲存和釋放血管壁功能的關(guān)鍵調(diào)控分子，并有助于調(diào)節(jié)血管、修復(fù)損傷[23]。血管外膜是血管最主要的感受器，現(xiàn)階段研究的所有物種中，缺氧早期都會發(fā)生外膜血管重塑。多項實驗表明，外膜成纖維細(xì)胞第一個被激活、增殖，參與細(xì)胞外基質(zhì)沉積和釋放多種因子[24]，直接影響到中膜PASMC增殖，刺激炎癥產(chǎn)生和細(xì)胞招募。體外實驗表明，缺氧時外膜成纖維細(xì)胞的增殖反應(yīng)早于平滑肌細(xì)胞，并且外膜成纖維細(xì)胞促進(jìn)巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞的遷移和粘附[25]。缺氧誘導(dǎo)因子(Hypoxia inducible factor-1，HIF-1)下游靶點為血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(Angiotensin converting enzyme，ACE)和血管緊張素Ⅱ1型轉(zhuǎn)換受體，他們的抑制劑可以明顯的阻止外膜成纖維細(xì)胞的增殖。

外膜成纖維細(xì)胞也可以對血管壁的其他類型細(xì)胞產(chǎn)生重要影響，例如，刺激平滑肌強烈增殖，通過產(chǎn)生ROS影響平滑肌的收縮狀態(tài)；破壞內(nèi)皮產(chǎn)生NO影響平滑肌的舒張，生產(chǎn)多種炎性細(xì)胞因子和化學(xué)介質(zhì)，如單核細(xì)胞趨化蛋白-1(Monocyte chemotacticprotein 1，MCP-1)、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(Stroma cell-derived factor 1，SDF-1)、血管內(nèi)皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VGEF)以及其他炎性細(xì)胞的誘導(dǎo)及招募。

3 展望

缺氧誘導(dǎo)的肺血管重塑并不是一個單獨的病理現(xiàn)象，是復(fù)雜的、各種細(xì)胞和分子的相互作用結(jié)果。低氧對血管產(chǎn)生損傷，血管各層對低氧產(chǎn)生適應(yīng)變化，引起血管重塑，最終導(dǎo)致HPH。眾多信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有各自不同的復(fù)雜功能，且又相互聯(lián)系，加之許多機制不清，更加大了研究的困難性。這要求我們需要站在整體的高度，不再糾結(jié)其中個別的通道，應(yīng)當(dāng)明確理解各通道機制之間的聯(lián)系，尋找多通道的共同調(diào)節(jié)點并致力于阻礙多個通道之間的聯(lián)系。隨著研究的進(jìn)一步深入，各種藥物的不斷上市，基因療法、免疫療法以及干細(xì)胞療法的成熟，相信在不久的將來HPH一定會得到有效的控制和緩解。

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Research advance on chronic hypoxic pulmonary hypertension revascularization mechanism.

JIN Zhu,GAO Bao-an.Department of Respiratory Medicine,the First School of Clinical Medical Science of Sanxia University,Yichang Central People's Hospital,Yichang 443003,Hubei,CHINA

Chronic hypoxia is a common pathological and physiological characteristic of many respiratory diseases.A long-time exposure in the low oxygen environment could induce hypoxic pulmonary hypertension(HPH), which is a progressive and complex process.And it became a difficult point of clinical treatment for its leading to an irreversible right heart failure.Hypoxia-induced pulmonary vascular remodeling is the pathological basis of progressiveHPH and the main reason for the dissatisfied drug treatment.It is of great significance for a further study of the cellular and molecular mechanisms of hypoxia-induced remodeling which showed a highly complex process where numerous interactive events existed.And the review herewith provides a summary on the research status and its prospects.

Hypoxia;Pulmonary hypertension;Vascular remodeling

R543.2

A

1003—6350（2015）03—0386—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.03.0138

2014-08-27)

湖北省自然科學(xué)基金(編號：2011CDB178)；湖北省教育廳中青年人才基金(編號：Q20111202)

高寶安。E-mail：222xiaozhao@163.com