脂聯(lián)素在肺動脈高壓發(fā)病中的作用機制研究進展①

馬 焱 唐 康 張春梅 張宇絲 張 赟 金伯泉 馬 櫻

(第四軍醫(yī)大學基礎(chǔ)醫(yī)學院四大隊，西安710032)

肺動脈高壓(Pulmonary arterial hypertension，PAH)是一種以肺動脈壓力增高為特征的疾病，治療PAH的靶向藥物雖然能改善患者的病情，卻不能延緩疾病的發(fā)展進程。國內(nèi)外越來越多的研究表明，炎癥在 PAH 疾病進展中發(fā)揮著重要的作用，而疾病后期的肺血管重構(gòu)更是PAH不可逆的重要原因。脂聯(lián)素(Adiponectin,APN)是一種在心血管系統(tǒng)疾病發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用的糖蛋白，近年來一些研究報道APN與PAH的發(fā)病有著密切的聯(lián)系，APN含量在PAH患者體內(nèi)明顯增高[1,2]。APN可通過抑制PAH發(fā)病過程中的炎癥反應(yīng)和肺血管重構(gòu)來減緩PAH的疾病發(fā)展，因此，本實驗可為今后更好的認識疾病，尋找新的更有效的治療靶點提供重要基礎(chǔ)。

1 APN及其受體

APN是一種由244個氨基酸組成的糖蛋白，主要由脂肪細胞表達，此外淋巴細胞、成骨細胞和上皮細胞也可表達APN。小鼠APN與人APN基因在cDNA水平上有85%的同源性[3]。人APN在結(jié)構(gòu)上與補體C1q相似，屬于多聚體蛋白家族，其單體結(jié)構(gòu)包括一個羧基末端球狀結(jié)構(gòu)域和一個氨基末端膠原結(jié)構(gòu)域[4]。APN通過膠原結(jié)構(gòu)域形成不同分子量的多聚體，包括68 kD的低分子量(Low molecular weight,LMW)三聚體、150 kD的中分子量(Middle molecular weight,MMW)六聚體、以及>250 kD的高分子量(High molecular weight,HMW)12～18聚體[5]。人APN以多聚體形式廣泛存在于血漿中，正常人血漿中APN的濃度為1.9～17 μg/ml，約占血漿總蛋白的0.01%。

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)4種脂聯(lián)素受體，包括脂聯(lián)素受體1(Adiponectin receptor 1,AdipoR1)、脂聯(lián)素受體2(Adiponectin receptor 2,AdipoR2)、T-鈣黏蛋白(T-cadherin)和鈣網(wǎng)蛋白/CD91共受體(Calreticulin/CD91,CRT/CD91)[5]。AdipoR1和AdipoR2結(jié)構(gòu)高度相似，具有67%的同源性，包含7個跨膜結(jié)構(gòu)域。APN與AdipoR1和AdipoR2結(jié)合后，激活下游氧化物酶體增生物激活受體2α(Peroxisome proliferator-activated receptor 2 alpha，PPAR2α)、腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)和絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)等信號通路，傳遞活化信號[6,7]。人體中AdipoR1和AdipoR2分布有顯著的不同：骨骼肌中AdipoR1表達較AdipoR2更豐富[8,9]；血液中的單核細胞AdipoR1表達較AdipoR2豐富，而組織中的巨噬細胞AdipoR1表達水平較低[10]；在皮下和網(wǎng)膜組織中，AdipoR1的表達約為AdipoR2的10倍[11]；而胰腺β細胞和成骨細胞中，AdipoR1和AdipoR2均高表達[12]。APN與AdipoR1結(jié)合后可抑制糖異生作用，與AdipoR2結(jié)合后可增加細胞對葡萄糖的攝取，促進脂肪酸的氧化[13]。HMW APN與心肌細胞上的T-鈣黏蛋白結(jié)合后可發(fā)揮抗心肌肥厚的作用[14]。

2 PAH其免疫發(fā)病機制的研究

肺動脈高壓(PAH)是臨床上一種常見的心血管系統(tǒng)疾病，其發(fā)病機制尚不完全清楚，死亡率高，平均存活率為3.6年，且至今尚無徹底治愈的方法[15]。2013年世界肺動脈高壓大會將PAH分為5類：①動脈性PAH；②左心疾病所致PAH；③缺氧和/或肺部疾病引起的PAH；④慢性血栓栓塞性PAH；⑤多種機制和/或不明機制引起的PAH。

PAH有兩種主要病理生理學特征：肺血管的廣泛收縮和肺動脈重構(gòu)[15]。免疫應(yīng)答及免疫調(diào)節(jié)作用在PAH發(fā)病過程中發(fā)揮著重要的作用，例如白細胞介素(Interleukin，IL)6、IL-17、腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)等細胞因子以及 B淋巴細胞、T淋巴細胞、巨噬細胞等均參與了PAH的疾病發(fā)病和進展[16]。炎癥在5類PAH中均發(fā)揮著重要作用。PAH發(fā)病早期，肥大細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞等免疫細胞黏附于血管內(nèi)皮細胞，并分泌大量的促炎細胞因子如IL-1、IL-13、TNF-α等，或產(chǎn)生活性氧刺激血管內(nèi)皮細胞，導致血管內(nèi)皮細胞的損傷和肺血管功能下降[15]。研究表明，這些炎性細胞在炎癥初期釋放促炎細胞因子之后，還會釋放促纖維化的細胞因子和生長因子，如分泌轉(zhuǎn)化生長因子β(Transforming growth factor-beta，TGF-β)發(fā)揮抑制炎癥的作用，同時導致組織的纖維化[17]。PAH病程后期為慢性炎癥過程，即炎性細胞分泌趨化因子和生長因子促進平滑肌細胞遷移和增生，最終導致血管壁纖維化、管壁增粗和壓力增高[18,19]。如輔助性T細胞(Helper T lymphocytes，Th)活化后分泌干擾素γ(Interferon-gamma，INF-γ)，并上調(diào)血漿TNF-α的水平[20]，Th2細胞活化分泌的IL-4、IL-5和IL-13等，一方面可直接或間接促進肌成纖維細胞活化，釋放細胞外基質(zhì)(Extracellular matrix，ECM)蛋白和膠原，另一方面可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinase，MMP)的表達，減少細胞外基質(zhì)降解，促進組織纖維化。此外，由血小板、白細胞、纖維母細胞分泌的TGF-β同樣也可促進肌成纖維細胞釋放ECM，從而促進肺血管的重構(gòu)[21]。

3 APN及其受體在PAH中的作用

目前認為，APN主要通過兩種途徑來影響PAH的疾病進程，一是在PAH疾病早期，APN可抑制促炎細胞因子的分泌，二是在PAH病程后期，APN可發(fā)揮抗血管重構(gòu)的作用。正常情況下，肺血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞均會表達APN[22,23]。研究發(fā)現(xiàn)，PAH患者血清APN水平顯著高于正常人，提示APN代償性增高可能是機體的一種自我保護機制，而PAH患者中血管內(nèi)皮細胞表達APN的變化未見相關(guān)報道。在炎癥發(fā)生時，血清中增高的APN被認為其主要來源為脂肪組織，增高的APN可以抑制炎癥對內(nèi)皮細胞的損傷和血管重構(gòu)[1,2,24,25]。APN可通過調(diào)節(jié)一氧化氮合酶、E-選擇素、炎性細胞和細胞因子來抑制PAH發(fā)病過程中的炎癥反應(yīng)，也可通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮素-1、微囊蛋白、生長因子等抑制血管平滑肌的增殖，從而參與PAH的發(fā)病機制與疾病進展。

APN受體與PAH發(fā)病的關(guān)系非常密切：APN與單核細胞上的AdipoR1和AdipoR2結(jié)合，可以抑制單核細胞的黏附作用[26]，與平滑肌細胞的AdipoR1結(jié)合，可以減緩平滑肌細胞的增殖[27]。T-cadherin在肺血管內(nèi)皮上表達，與HMW APN結(jié)合后可以防止IL-6介導的肺血管內(nèi)皮損傷；還可以減輕氧化應(yīng)激介導的內(nèi)皮細胞損傷，抑制內(nèi)皮細胞的凋亡等[5，28]。APN可以與補體C1q的受體及其銜接蛋白CD91相互作用，通過吞噬作用清除凋亡細胞，減輕炎癥對內(nèi)皮細胞的損傷[5,29,30]。綜上，APN的4種受體通過以上作用，減緩了PAH發(fā)病的進程。

3.1APN通過抗炎作用抑制PAH疾病進程 黏單核細胞、中性粒細胞和NK細胞均可表達AdipoR1和AdipoR2。APN與單核細胞表面相應(yīng)受體結(jié)合后，可降低黏附分子，如ICAM-1和E-選擇素的表達，抑制單核細胞黏附到內(nèi)皮細胞上。APN可通過cAMP通路促進巨噬細胞釋放抗炎因子IL-10，而抑制IL-6的表達，抑制內(nèi)皮細胞、巨噬細胞和NK細胞內(nèi)NF-κB通路的激活，從而抑制單核細胞和T淋巴細胞的活化。此外，APN還可通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphoinositide 3-kinase，PI3K)通路，抑制中性粒細胞的吞噬功能，通過抑制AMP依賴的蛋白激酶來抑制活性氧的釋放，發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用，進而降低對內(nèi)皮細胞的損傷，延緩PAH疾病的進程[26,31-34]。

葛倩等[35]發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)催化持續(xù)產(chǎn)生的少量一氧化氮可以舒張平滑肌，而誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)催化產(chǎn)生的大量一氧化氮會損傷內(nèi)皮細胞，APN可以通過兩種途徑改變eNOS和iNOS的活性，進而保護內(nèi)皮細胞，一是通過PI3K途徑抑制iNOS的活性，增強eNOS活性，二是通過抑制TNF-α途徑來抑制iNOS的表達，拮抗TNF-α引起的細胞損傷。研究證明，APN可通過抑制NF-κB信號通路發(fā)揮抗炎作用[29]。Wang等[36]利用載脂蛋白E基因缺陷小鼠發(fā)現(xiàn)，APN可通過增強抗炎相關(guān)基因表達從而抑制NF-κB信號通路，防止小鼠動脈粥樣硬化的形成。此外，PAH還可通過cAMP通路抑制NF-κB的活性，減弱血管內(nèi)皮細胞的炎性反應(yīng)，從而保護血管內(nèi)皮細胞，減緩疾病進程[29]。

Summer等[22]發(fā)現(xiàn)APN基因敲除小鼠內(nèi)皮細胞表面E-選擇素表達上調(diào)，并呈現(xiàn)出年齡依賴性的肺血管內(nèi)皮細胞周圍炎性滲出和肺血管壓力增高，提示APN可通過調(diào)節(jié)E-選擇素的表達降低肺動脈壓力。

APN還可通過減少促炎因子的生成在PAH疾病中發(fā)揮抗炎作用。APN與AdipoR2結(jié)合后可以激活氧化物酶體增殖劑激活受體(Peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)-α和PPAR-γ通路，抑制巨噬細胞的活化，下調(diào)IL-1和IL-6的表達，進而發(fā)揮抗炎作用[37,38]。研究發(fā)現(xiàn)在高脂飲食誘導的條件下，血漿中APN水平低的小鼠更易發(fā)生PAH，而PPAR-γ通路的激活可減緩PAH的發(fā)病[31,39]。Lee等[40]發(fā)現(xiàn)APN通過PPAR-α途徑上調(diào)環(huán)氧合酶2的活性，發(fā)揮抗炎的作用。內(nèi)皮細胞釋放的前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)有促細胞增殖的作用，PPAR-γ可以下調(diào)環(huán)氧合酶2，從而減少PGE2的生成，抑制炎癥反應(yīng)[41]。

綜上，APN可能通過抑制炎性細胞，影響NOS、E-選擇素、PPARs等，在PAH發(fā)病中抑制炎癥反應(yīng)從而減緩PAH的疾病進展。

3.2APN通過抑制動脈平滑肌增殖和遷移參與PAH疾病病程 肺血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cells，VSMCs)的增殖在肺動脈高壓后期的肺血管重構(gòu)中起著重要作用，平滑肌細胞的不斷增殖導致血管壁變厚及肺血管壓力增高。參與VSMCs增殖的信號通路主要有MAPK以及下游細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases1/2，ERK1/2)通路、PI3K通路、Janus 蛋白酪氨酸激酶(Janus kinase,JAK)/信號傳導及轉(zhuǎn)錄激活因子(Signal transduction and activator of transcri-ption，STAT)通路以及黏著斑激酶(Focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)通路等，共同調(diào)控平滑肌細胞的增殖、分化和凋亡等過程，促進PAH的發(fā)生[27,42]。

3.2.1APN通過Ang-Ⅱ抑制平滑肌細胞增殖減緩 PAH疾病進程 胡耀東等[43]發(fā)現(xiàn)血管緊張素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ，Ang-Ⅱ)可誘導動脈平滑肌的增殖，同時可上調(diào)動脈平滑肌細胞內(nèi)α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)表達，提示Ang-Ⅱ可以誘導平滑肌的增殖，而加入APN后則可抑制平滑肌細胞的增殖并抑制α-SMA蛋白及其mRNA的表達。Arita等[44]發(fā)現(xiàn)APN與血小板衍生生長因子BB(Platelet derived growth factor-BB，PDGF-BB)特異性結(jié)合后，可抑制PDGF-BB與平滑肌細胞的結(jié)合，進而抑制平滑肌細胞的增殖和遷移。Kubota等[45]發(fā)現(xiàn)APN缺陷小鼠外周血管損傷后平滑肌細胞增殖水平較野生型小鼠更高，提示APN可抑制平滑肌細胞增殖。Qi等[46]發(fā)現(xiàn)APN可激活巨噬細胞的自噬作用，從而拮抗Ang-Ⅱ介導的巨噬細胞炎癥反應(yīng)。以上研究結(jié)果均提示APN可能通過抑制Ang-Ⅱ誘導的平滑肌細胞增殖作用減緩PAH的疾病進展。

3.2.2APN通過ET-1抑制平滑肌細胞增殖減緩PAH疾病進程 內(nèi)皮素-1(Endothelin1，ET-1)主要表達于近端肺動脈的中層平滑肌細胞中[15,47]。在PAH患者的肺組織內(nèi)，ET-1含量升高，通過與相應(yīng)的受體結(jié)合，ET-1一方面可促進血管持續(xù)收縮，另一方面可促進平滑肌細胞增殖，與PAH發(fā)病有著密切的聯(lián)系[15]。研究發(fā)現(xiàn)，APN可能通過抑制ET-1表達，下調(diào)平滑肌細胞增殖能力，從而減緩PAH的疾病進展[35]。

3.2.3APN通過生長因子調(diào)節(jié)PAH中平滑肌細胞增殖減緩PAH疾病進程 已知血小板源性的生長因子、表皮生長因子、成纖維細胞生長因子可能通過AKT/蛋白激酶B通路或者哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，m-TOR)通路來調(diào)控細胞的生長和增殖[48]。Ding等[49]證明APN可通過激活5′-AMP蛋白激酶抑制生長因子介導的m-TOR通路和核糖體S6蛋白激酶1 (ribosome protein subunit 6 kinase 1，S6K1)，活化AKT-2通路，進而抑制叉頭蛋白O4(FoxO4)的表達，減少收縮蛋白的產(chǎn)生，因此可在一定程度上抑制肺動脈平滑肌的增生與肺動脈的壓力增高，減緩肺血管的重構(gòu)。

3.2.4APN通過微囊蛋白抑制PAH中平滑肌細胞增殖減緩PAH疾病進程 已知微囊蛋白1(Caveolin 1，Cav1)可抑制平滑肌細胞的增殖，因此在PAH中發(fā)揮重要作用[50]。另外，Du等[27]發(fā)現(xiàn)APN可以增強AdipoR1/Cav1信號通路，起到抗平滑肌增殖的作用，同時發(fā)現(xiàn)APN可直接發(fā)揮舒張血管的作用。以上說明APN可以通過增強Cav1的生物學作用，抑制平滑肌細胞增殖，起到減緩PAH發(fā)病的作用。

3.2.5APN通過抑制缺氧條件下平滑肌細胞的增殖減緩PAH疾病進程 Nakagawa等[51]將野生型小鼠和APN基因敲除小鼠同時暴露在低氧環(huán)境下3周，建立PAH模型，發(fā)現(xiàn)野生型小鼠APN水平顯著下降，通過檢測肺血管重構(gòu)指標，發(fā)現(xiàn)低氧環(huán)境下，基因敲除組小鼠的肺小動脈血管壁厚度與血管外徑比顯著高于野生組小鼠，提示APN可發(fā)揮抑制肺血管重構(gòu)的作用，從而減緩PAH的進展。Weng等[24]發(fā)現(xiàn)APN可抑制體外培養(yǎng)的肺動脈血管平滑肌增殖，且呈濃度依賴性。此外，在低氧誘導的PAH小鼠模型體內(nèi)注射APN，可有效減緩肺血管壁的擴張，抑制肺血管重構(gòu)。值得注意的是，APN在炎癥中的作用仍存在爭議，一方面，APN被認為具有抗炎的作用，另一方面，在自身免疫性疾病及炎性關(guān)節(jié)病中，APN則被認為發(fā)揮促炎的作用，從而與疾病的嚴重程度相關(guān)[52]。APN在PAH發(fā)病過程中的作用也存在分歧，主流觀點認為APN可通過抗炎作用抑制PAH的發(fā)生發(fā)展，但也有少數(shù)學者如Kochetkova等[53,54]認為，在特發(fā)性PAH中，血清中APN水平的增高可能是導致肺血管壓力的增高和血管重構(gòu)的因素，從而促進PAH發(fā)病。

4 結(jié)語

綜上所述， APN作為一種與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)的脂肪因子，在PAH的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要的作用，與PAH發(fā)病的關(guān)系尚不完全清楚，還存在著巨大的研究及應(yīng)用前景。APN可通過調(diào)節(jié)炎性細胞及細胞因子發(fā)揮抗炎作用，也可通過抑制平滑肌增殖減輕肺血管重構(gòu)，從而減緩PAH的疾病進展。但APN可參與減緩PAH的發(fā)病的機制還不完全清楚，尚待進一步深入研究，并且，APN作為一種可以影響參與糖類和脂肪代謝的重要糖蛋白，其通過代謝方面通路影響PAH疾病進展的機制還有待發(fā)掘，這些問題的解決都可以為今后更加全面地理解PAH的發(fā)病機制和提出新的PAH臨床診療方法提供重要幫助。因此，深入研究APN在PAH疾病中所發(fā)揮的作用及其機制具有廣闊的應(yīng)用前景，可為將來尋找新的PAH治療靶點提供基礎(chǔ)和依據(jù)。