基于TGFβ1/BMP探討血管平滑肌細(xì)胞增殖對(duì)肺動(dòng)脈高壓的影響

趙丹瑞 任周新 李建生

[摘要]肺動(dòng)脈高壓（PAH）是肺血管破壞性疾病，具有致命性且預(yù)后較差的特點(diǎn)，目前尚不能完全治愈。該疾病的主要致病因素是肺動(dòng)脈血管平滑肌介質(zhì)的增厚和平滑肌細(xì)胞進(jìn)入血管內(nèi)膜的侵入性增殖。這種異常增殖導(dǎo)致脈管肥大，肺血管阻力和肺動(dòng)脈壓持續(xù)升高。且TGFβ1/BMP信號(hào)通路是調(diào)節(jié)肺動(dòng)脈高壓的肺動(dòng)脈血管重構(gòu)的重要信號(hào)傳導(dǎo)路徑，通路中涉及的多個(gè)關(guān)鍵靶點(diǎn)成為藥物研究、臨床治療或病理機(jī)制研究的常用靶點(diǎn)。因此，本文基于TGFβ1/BMP信號(hào)通路，從血管平滑肌細(xì)胞增殖調(diào)控的角度對(duì)PAH的病理生理的影響及機(jī)制作一綜述。

[關(guān)鍵詞]肺動(dòng)脈高壓；肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞；肺血管重構(gòu)；TGFβ1/BMP信號(hào)通路

[中圖分類號(hào)] R575.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-4721（2018）4（c）-0025-05

Effect of TGFβ1/BMP on pulmonary arterial hypertension induced by vascular smooth muscle cell proliferation

ZHAO Dan-rui1 REN Zhou-xin2▲ LI Jian-sheng2

1.School of Basic Medical Sciences，He′nan University of Traditional Chinese Medicine，He′nan Province，Zhengzhou 450046，China；2.Collaborative Innovation Center for Respiratory Disease Diagnosis and Treatment & Chinese Medicine Development of He′nan Province in He′nan University of Traditional Chinese Medicine，He′nan Province，Zhengzhou 450046，China

[Abstract]Pulmonary arterial hypertension （PAH） is a pulmonary vascular devastating disease.It has the characteristics of fatality and poor prognosis，and it is currently not completely curable.The main pathogenic factors of this disease are the thickening of the pulmonary vascular smooth muscle medium and the invasive proliferation of smooth muscle cells into the intima.This abnormal proliferation leads to vascular hypertrophy，pulmonary vascular resistance and pulmonary arterial pressure continue to rise.And TGFβ1/BMP signaling is an important signal transduction pathways regulating pulmonary arterial remodeling of pulmonary hypertension，which involved a number of key targets in drug research，clinical treatment and pathological mechanisms study.This review summarizes the effects of TGFβ1/BMP signaling pathway on PAH and its mechanism of the vascular smooth muscle cell proliferation.

[Key words]Pulmonary arterial hypertension；Pulmonary vascular smooth muscle cells；Pulmonary vascular remodeling；TGFβ1/BMP signaling

肺動(dòng)脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是一種肺部綜合性疾病的總稱，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜、預(yù)后較差、致命性高，以肺血管阻力和肺動(dòng)脈壓持續(xù)性升高，伴隨肺血管增厚甚至重構(gòu)為主要特點(diǎn)，引起肺動(dòng)脈阻塞，最終誘發(fā)心力衰竭而死亡[1]。PAH診斷標(biāo)準(zhǔn)被廣泛定義為：以海平面靜息狀態(tài)為基準(zhǔn)，右心導(dǎo)管測(cè)定肺平均動(dòng)脈壓（mean pulmonary artery pressure，mPAP）≥25 mmHg，肺毛細(xì)血管楔壓（Pulmonary capillary wedge pressure，PCWP）≤15 mmHg，肺血管阻力（pulmonary vascular resistance，PVR）>3Wood單位[2]。雖然PAH的發(fā)病機(jī)制至今尚未完全闡明，但是近年研究證實(shí)，血管平滑肌細(xì)胞的異常增殖及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（transforming growth factor β1，TGFβ1）/骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信號(hào)通路的調(diào)控作用是肺血管重塑過程中重要的生理病理機(jī)制，是肺動(dòng)脈高壓形成及發(fā)展中關(guān)鍵性致病因素，本文將以此為切入點(diǎn)進(jìn)行綜合闡述。

1肺動(dòng)脈高壓與肺血管重塑化

引發(fā)PAH共同的病理要素分別是肺血管收縮、原位血栓與肺血管壁重塑，其中管壁病理性增生肥厚致使血管重構(gòu)引起肺動(dòng)脈閉塞，是PAH發(fā)病的最重要病理標(biāo)志[3]。一些學(xué)者認(rèn)為，肺血管重構(gòu)在PAH的病理生理過程中具有重要的作用[4]。PAH的血管重構(gòu)相關(guān)病理特點(diǎn)集中表現(xiàn)在肺動(dòng)脈管壁的增厚及管腔狹窄[5]。

肺血管壁重構(gòu)主要包括：①非肌型微動(dòng)脈遠(yuǎn)端肌化，即平滑肌細(xì)胞出現(xiàn)在微動(dòng)脈中導(dǎo)致肺血管遠(yuǎn)端肌化。②肌型動(dòng)脈肌化，即內(nèi)皮受損引起平滑肌細(xì)胞與成纖維細(xì)胞肥大增生。③嚴(yán)重PAH疾病的肺血管內(nèi)膜與內(nèi)彈性膜之間形成一層新內(nèi)膜，該內(nèi)膜分別由肌纖維母細(xì)胞、細(xì)胞外間質(zhì)組成，其來源尚未查明，大致有兩種途徑，第一種由內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來，第二種由平滑肌細(xì)胞或外層成纖維細(xì)胞遷移而來。④叢狀動(dòng)脈樣變[6]。

肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞（pulmonary arterial smooth muscle cells，PASMCs）增殖是導(dǎo)致肺高壓（pulmonary hypertension，PH）血管重構(gòu)最主要的病理因素。PASMC通過遷移、增殖導(dǎo)致肺動(dòng)脈、微動(dòng)脈血管肌化，PASMC增殖促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成，進(jìn)而導(dǎo)致血管重構(gòu)改變[7]。

2肺血管平滑肌細(xì)胞增殖與肺血管重構(gòu)

血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cells，VS MC）屬于多功能性間葉細(xì)胞，正常情況下呈低增殖、低遷移、低蛋白分泌型，在血管重塑時(shí)去分化為高增殖、高遷移以及高蛋白分泌型未分化細(xì)胞[8]。

一般成人的血管壁VSMC呈分化程度相對(duì)較高的收縮型，形狀大體呈紡錘條帶狀，在其胞質(zhì)內(nèi)可見到豐富的肌纖維、致密體以及致密斑，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）含量少、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等細(xì)胞器占用細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的體積相對(duì)較少，主要作用表現(xiàn)在特異性蛋白如收縮與骨架蛋白共同收縮維持血管張力和穩(wěn)定血管結(jié)構(gòu)[9]。合成型VSMC在分化程度低和未分化的情況下，胞質(zhì)內(nèi)肌纖維極少，有大量粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體以及高爾基體等具有強(qiáng)大合成和分泌功能的細(xì)胞器，呈纖維母細(xì)胞形態(tài)。VSMC的表型轉(zhuǎn)化是肺血管再狹窄形成過程中的重要環(huán)節(jié)[10]。在肺動(dòng)脈高壓的發(fā)生、發(fā)展過程中，合成型的VSMC大量增殖并移行至肺動(dòng)脈血管內(nèi)膜，同時(shí)在血管中膜異常大量增殖，成為肺動(dòng)脈高壓的發(fā)病基礎(chǔ)之一[11]。

PASMC在肺血管重構(gòu)過程中具有核心作用，它不僅是肺血管再狹窄的效應(yīng)細(xì)胞，同時(shí)也是引起血管重塑化的細(xì)胞基礎(chǔ)[12]。

PASMC增生擴(kuò)展到非肌化的中動(dòng)脈及小動(dòng)脈引起小血管肌化反應(yīng)[13]，研究如何抑制平滑肌的收縮反應(yīng)已經(jīng)成為學(xué)者們普遍重視的問題。收縮表型的平滑肌細(xì)胞內(nèi)充滿肌纖維，在慢性肺動(dòng)脈高壓發(fā)生發(fā)展過程中，收縮表型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉置诒硇?，分泌功能增?qiáng)，胞內(nèi)肌纖維減少，彈性蛋白與膠原蛋白分泌增多，血管管壁阻力加大。慢性肺動(dòng)脈高壓的另一個(gè)重要病理特征就是平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換引起膠原蛋白的分泌增多。早期實(shí)驗(yàn)已證明，抑制膠原蛋白生成的藥物可降低慢性肺動(dòng)脈壓升高的程度[14]。

3 TGFβ1/BMP信號(hào)通路

隨著細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子蛋白Smads的發(fā)現(xiàn)，認(rèn)識(shí)到TGFβ超家族多個(gè)成員的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)能廣泛影響細(xì)胞增殖，調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)與分化。其中TGFβ和BMP是該家族中最主要的兩個(gè)成員[15]。

3.1肺動(dòng)脈高壓中TGFβ1的表達(dá)異常增加

TGF家族成員包括TGFβ（1～5），在調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、分化、遷移和凋亡方面廣泛發(fā)揮作用[16]。雖然TGFβ細(xì)胞因子在正常的組織損傷后誘導(dǎo)重要的修復(fù)過程，但是異常表達(dá)的TGFβ1促使血管平滑肌細(xì)胞異常增殖最終導(dǎo)致血管重塑化、纖維化，這也是肺動(dòng)脈高壓發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一。臨床研究發(fā)現(xiàn)[17]，PAH患者血漿中的TGFβ1表達(dá)量高于正常組，肺動(dòng)脈高壓患者mPAP增高與TGFβ1的血漿濃度水平成正向相關(guān)性，提示肺組織TGFβ1的表達(dá)量可能與肺血管重構(gòu)及管壁阻力增大密切相關(guān)[18]。體外大鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)，使用IN-1233抑制TGFβ1表達(dá)，能夠有效阻止肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的遷移作用，表明TGFβ1信號(hào)通路誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞遷移，從而參與了PAH的發(fā)展進(jìn)程[19]。

3.2 TGFβ1介導(dǎo)多條信號(hào)通路，促進(jìn)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的增殖、增加細(xì)胞外基質(zhì)的沉積

肺動(dòng)脈肌化反應(yīng)是肺動(dòng)脈高壓的特征性病理現(xiàn)象，通過平滑肌細(xì)胞的遷移增殖與細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積促使肺動(dòng)脈血管壁增厚[20]。肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的異常增殖是通過TGFβ1誘導(dǎo)p38/MAPK信號(hào)通路提高α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（a-smooth muscle actin，α-SMA）表達(dá)量的正向促進(jìn)途徑實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)TGFβ1能夠調(diào)控PI3K/Akt信號(hào)通路，刺激B淋巴細(xì)胞瘤-2（B cell lymphoma-2，Bcl-2）的表達(dá)，反向抑制VSMC的損傷凋亡[21]，提高Smads蛋白不僅可以直接將TGFβ及BMPs胞外信號(hào)由細(xì)胞膜傳遞入細(xì)胞核[22]，而且作為TGFβ超家族細(xì)胞內(nèi)重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)節(jié)分子，可以充當(dāng)BMPs和TGFβ兩通路之間串話的媒介[23]。血管平滑肌細(xì)胞表型狀態(tài)與TGF/SMADS表達(dá)聯(lián)系密切。TGFβ/SMADS根據(jù)血管平滑肌細(xì)胞的不同表型狀態(tài)，選擇不同種類的信號(hào)傳遞分子調(diào)控細(xì)胞的增殖，進(jìn)而在誘導(dǎo)細(xì)胞由合成表型逆轉(zhuǎn)為分化表型中發(fā)揮重要的調(diào)控作用[24]。

血管中基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）與組織金屬蛋白酶抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）的動(dòng)態(tài)平衡保持細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，研究證實(shí)TGFβ1誘導(dǎo)p38/MAPK信號(hào)通路增加MMP-9的表達(dá)量能夠促使細(xì)胞外基質(zhì)的過度沉積[25]，而細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的降解可通過激活TGFβ1促進(jìn)平滑肌細(xì)胞中TIMP-1的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)[26]。TGFβ1作為最重要的細(xì)胞外基質(zhì)調(diào)節(jié)因子，通過作用于COL1A2基因的近端啟動(dòng)因子而上調(diào)Ⅰ型膠原的表達(dá)，從而促進(jìn)損傷血管的重塑過程[27]。細(xì)胞外基質(zhì)在介導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)通路、細(xì)胞間的相互聯(lián)系及維持細(xì)胞與血管的完整性方面發(fā)揮重要作用[28]。細(xì)胞外基質(zhì)中膠原蛋白的異常增多引起結(jié)構(gòu)蛋白（包括彈性蛋白和纖維連接蛋白）相對(duì)減少，從而引起細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致肺血管的異常重塑化。

4骨形成蛋白BMP與PAH

BMP作為一種多功能的分泌型信號(hào)分子，是TGFβ超家族成員之一，其在自發(fā)性肺動(dòng)脈高壓的基因位點(diǎn)為2q31-32，同時(shí)也是是骨形態(tài)生成蛋白受體2（BMP-Ⅱ）的突變位置，多見于自發(fā)性肺動(dòng)脈高壓患者與散發(fā)性肺動(dòng)脈高壓患者[29]，BMP作為多作用蛋白，不僅能調(diào)節(jié)多種細(xì)胞的分泌、生長(zhǎng)、分化及凋亡，而且在早期胚胎發(fā)育中以及成熟組織修護(hù)中發(fā)揮重要的媒介作用[30]。

BMPs通過結(jié)合細(xì)胞膜上的受體絲氨酸/蘇氨酸激酶發(fā)揮作用[31]，持續(xù)活動(dòng)的絲氨酸/蘇氨酸復(fù)合物由骨形成蛋白受體-Ⅰ（bone morphogenetic protein receptor-Ⅰ，BMPR-Ⅰ）與骨形成蛋白受體-Ⅱ（bone morphogenetic protein receptor-Ⅱ，BMPR-Ⅱ）組成。絲氨酸/蘇氨酸激酶作為TGF-β超家族Ⅰ型受體，其特異配體與BMPR-Ⅰ結(jié)合后，激活細(xì)胞內(nèi)BMPR-Ⅰ[通常BMPR-IA（ALK-3）或BMPR-IB（ALK-6）]的甘氨酸-絲氨酸的密集域[32]，其中Smads蛋白是磷酸化的BMPR-Ⅰ胞質(zhì)信號(hào)蛋白主司TGFβ超家族的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。BMP配體通過結(jié)合Ⅰ型BMP受體和募集Ⅱ型BMP受體磷酸化受體調(diào)節(jié)型Smads-1，-5，-8，與普通介導(dǎo)型Smads-4形成異四聚體結(jié)合物后移位到細(xì)胞核[33]。活化Smad1/5/8蛋白與Smad4形成的共同體在細(xì)胞核中積累，直接和間接調(diào)節(jié)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄[34]。

近年來研究證實(shí)，BMPR2基因突變是導(dǎo)致PAH發(fā)生的關(guān)鍵病理因素，發(fā)現(xiàn)于55%～70%的遺傳性PAH和25%的特發(fā)性PAH患者[35]。BMPR2基因突變引起B(yǎng)MPR2受體表達(dá)下調(diào)，破壞BMP信號(hào)通路正常調(diào)控肺血管平滑肌細(xì)胞增殖、分化、遷移與凋亡活動(dòng)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)數(shù)量的遺傳性PAH患者與一部分特發(fā)性PAH患者的肺動(dòng)脈高壓疾病的發(fā)生發(fā)展與其自身BMPR2的基因突變密切相關(guān)[36]。在系統(tǒng)性硬化病引起的PAH患者與低氧誘導(dǎo)和野百合堿注射誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓動(dòng)物模型中均發(fā)現(xiàn)，BMPR2的蛋白表達(dá)水平明顯降低。因此，BMP信號(hào)通路抑制被認(rèn)為是引發(fā)肺動(dòng)脈高壓的重要形成機(jī)制。此外，溶酶體酶降解增多和蛋白泛素化水平的上調(diào)也能導(dǎo)致BMPR2表達(dá)下調(diào)[37-38]。BMP9具有恢復(fù)上調(diào)BMPR2蛋白水平表達(dá)的作用，可顯著減緩與改善肺動(dòng)脈高壓疾病的進(jìn)程[39]。

BMP信號(hào)通路下游效應(yīng)蛋白Id（inhibitor of differentiation，Id）是一種具有莖-環(huán)-莖螺旋結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子，在PAH的發(fā)病進(jìn)程中起關(guān)鍵作用，甚至引發(fā)炎癥反應(yīng)作為“第二重打擊”（the second hit）觸發(fā)PAH的發(fā)生發(fā)展。Id蛋白廣泛存在于人體微觀生命活動(dòng)中，如調(diào)控胚胎組織發(fā)育、血管新生重構(gòu)、細(xì)胞增殖分化、細(xì)胞周期變化等諸多方面，Id蛋白包括四種表達(dá)、功能各不相同的亞型（Id1～I(xiàn)d4）[40]，Id2參與免疫調(diào)節(jié)且與Id1、Id3的表達(dá)量都遠(yuǎn)高于Id4，Id1、Id3主要參與血管重塑與細(xì)胞增殖，先與基本轉(zhuǎn)錄因子（主要是E蛋白家族成員）形成二聚體，肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中關(guān)鍵效應(yīng)蛋白Id1與Id3阻斷BMP通路下游基因轉(zhuǎn)錄過程[41]，發(fā)揮負(fù)性調(diào)控作用，Id蛋白的異常表達(dá)引起PASMC分化增殖和血管重塑化[42]。

綜上所述，通過調(diào)節(jié)信號(hào)TGFβ1/BMP通路中關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，改善這種失衡狀態(tài)，抑制肺血管平滑肌細(xì)胞的增殖，阻礙肺血管重構(gòu)的形成和發(fā)展。尋找能有效干預(yù)肺血管重構(gòu)，特別是抑制肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖的藥物，是未來治療肺動(dòng)脈高壓的一個(gè)方向。

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