線粒體乙醛脫氫酶2在肺動脈高壓中的研究進展

王偉杰，康品方，唐碧

肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PAH)是一種由肺動脈張力增加和血管重塑繼而引起肺動脈壓力升高、右心衰竭的致死性心血管疾病。目前肺動脈高壓的全球影響人群超過1.0億人，5年生存率僅約為50%，因患者預后極差，被喻為心血管系統(tǒng)疾病中的“癌癥”[1]。肺動脈高壓的病理機制非常復雜，其主要病理基礎為肺動脈平滑肌細胞(pulmonary artery smooth muscle cells,PASMCs)增殖和肺血管重構[2-3]。據(jù)報道，脂質過氧化產(chǎn)物4-羥基壬烯醛(4-hydroxy azelaic acid,4-HNE)等能刺激肺動脈平滑肌細胞增殖[4-6]。4-HNE在肺動脈高壓患者肺動脈中的積聚已被認為是促進肺動脈高壓進展的重要因素[7-8]。線粒體乙醛脫氫酶2(Acetaldehyde dehydrogenase 2,ALDH2)為醛類物質的特異性解毒酶，研究表明ALDH2激活可降低4-HNE的表達，抑制肺動脈平滑肌細胞的異常增殖和遷移，減輕肺動脈高壓的嚴重程度[9]，進而明確了ALDH2在肺動脈高壓中的保護作用，這為防治肺動脈高壓提供了新的方向和思路。

1 肺動脈高壓

肺動脈高壓為肺動脈壓力進行性升高，超過一定界值(海平面靜息狀態(tài)下，右心導管檢測肺動脈平均壓力225 mmHg)，導致患者右心后負荷增加，最終因右心衰竭而死亡的一種極度惡性的進行性疾病[10]。較為常見的肺動脈高壓類型是缺氧和/或肺部疾病所致的肺動脈高壓以及左心相關疾病所致的肺動脈高壓[11]。肺動脈高壓的病理機制非常復雜，其主要病理基礎為肺動脈平滑肌細胞增殖和肺血管重構[2-3]。生理情況下，PASMCs的增殖和凋亡處于一種動態(tài)平衡，PASMCs過度增殖或者凋亡受到抑制，將會導致肺血管平滑肌層增厚，引起肺血管阻力增加，導致肺血管重構。因此，抑制肺動脈平滑肌細胞增殖和誘導細胞凋亡是目前逆轉肺血管重塑和治療肺動脈高壓的研究熱點。

PAH的全球影響人群超過1.0億人。眾所周知，我國是一個人口大國，肺動脈高壓患者在我國并不鮮見，且其發(fā)病率呈逐年升高的趨勢。盡管肺動脈高壓患者近年來在治療方面有所進步，但是長期治療效果仍很不理想，晚期患者的生存率仍非常低下。研究[12]顯示，肺動脈高壓晚期患者的5年生存率僅約為27.2%。作為一種進行性的、危及生命的疾病，PAH目前仍尚無根治方法。因此，未來肺動脈高壓潛在機制及新的治療靶點的相關研究尤為重要。

2 ALDH2

乙醛脫氫酶(acetaldehyde dehydrogenase,ALDH)是醛脫氫酶的一種，負責催化乙醛氧化為乙酸。ALDH主要存在于人體組織的細胞質及線粒體內(nèi)，其中ALDH2主要存在于線粒體內(nèi)，該酶在體內(nèi)心臟、肝臟、肺臟等眾多組織中廣泛表達。ALDH2在4-HNE和丙二醛(malondialdehyde,MDA)等毒性醛類物質代謝方面發(fā)揮著關鍵的作用[13]。有研究[14-15]表明，ALDH2可通過清除4-HNE等毒性醛類物質，在心肌梗死、心肌缺血/再灌注損傷、糖尿病等氧化應激相關疾病的防治中發(fā)揮重要的作用。人體內(nèi)的醛類物質不僅來源于肝臟中乙醇、氨基酸、脂質代謝等過程中的產(chǎn)物，也來自于環(huán)境暴露等，這些毒性醛類物質具有較高活性，可與細胞內(nèi)許多大分子(核酸和蛋白質等)相互作用產(chǎn)生多種加成化合物，導致DNA損傷和蛋白質失活，其通過在組織細胞中蓄積，來破壞線粒體平衡并且增強氧化應激反應等對組織造成損傷[16]。而ALDH2可特異性的針對4-HNE等發(fā)揮氧化解毒作用，減輕其對組織細胞造成的損傷[17]。研究[9]證實ALDH2激活可通過降低4-HNE的水平，調節(jié)肺動脈平滑肌細胞的異常增殖和遷移，減輕肺動脈高壓的嚴重程度。這提示ALDH2可能成為治療肺動脈高壓的新靶點，對其作用機制進行更加深入的研究，將為臨床防治肺動脈高壓提供強有力的證據(jù)和行之有效的干預措施。

3 ALDH2在肺動脈高壓中的作用

3.1 ALDH2通過降低氧化應激水平發(fā)揮對肺動脈高壓的保護作用 肺動脈高壓是多因素的過程，病理機制非常復雜，肺動脈平滑肌細胞的異常增殖和肺血管重構是其主要的病理基礎[2-3]。來自實驗動物模型和患者的越來越多的研究[18]表明，氧化應激在肺動脈平滑肌細胞的異常增殖和肺血管重塑中起著關鍵作用，氧化應激與PAH的發(fā)病機制有關。有實驗[19]證實，肺動脈高壓患者的脂質過氧化程度相對正常人高，過度的脂質過氧化參與了肺動脈平滑肌細胞的異常增殖進而加劇了肺動脈高壓的發(fā)展。脂質過氧化能夠產(chǎn)生多種多樣的氧化產(chǎn)物，其中，4-HNE等毒性醛類物質是脂質過氧化主要的末端終產(chǎn)物，4-HNE和MDA分別是毒性最大、最具致突變作用的醛類[20]。以4-HNE為代表的毒性醛類物質具有較高活性，可與細胞內(nèi)許多大分子(核酸和蛋白質等)相互作用產(chǎn)生多種加成化合物，繼而導致DNA損傷和蛋白質失活[16]。先前有研究[7-8]數(shù)據(jù)表明4-HNE在肺動脈中的積聚已被認為是肺動脈高壓進展的重要因素。

野百合堿(monocrotaline,MCT)誘導的PAH是一個與氧化應激相關的動物模型,MCT可誘導嚴重的PAH，該動物模型模擬了人類PAH的某些關鍵特征，包括氧化應激、肺動脈平滑肌細胞增殖和肺血管重構[21]。Tao等[9]建立此模型，發(fā)現(xiàn)MCT誘導的大鼠肺組織中4-HNE水平顯著增加，且MCT誘導2周后，肺動脈中膜平滑肌細胞呈中度增生，誘導4周后更為明顯。另外用不同濃度的4-HNE處理肺動脈平滑肌細胞，觀察到4-HNE以劑量依賴的方式刺激肺動脈平滑肌細胞增殖，并且4-HNE處理肺動脈平滑肌細胞顯著促進了PASMCs的遷移。這些實驗結果提示MCT誘導的PAH大鼠肺組織中，4-HNE水平顯著升高，4-HNE在肺動脈中的積聚促進了肺動脈平滑肌細胞的增殖和遷移，進而促進肺血管重塑。另外，實驗[9]數(shù)據(jù)表明4-HNE誘導的肺動脈平滑肌細胞的增殖和遷移幾乎被ALDH2過表達和ALDH2激動劑(Alda-1)處理所消除，提示ALDH2能減弱MCT誘導的4-HNE水平，改善肺動脈平滑肌細胞的增殖和遷移，進而改善肺血管重塑和減輕肺動脈高壓的嚴重程度。

綜上所述，ALDH2可通過降低脂質過氧化產(chǎn)物4-HNE的水平，改善肺動脈平滑肌細胞的增殖和遷移，進而改善肺血管重構，這將有可能為PAH患者提供一種新的治療策略。但在此需要指出，MCT誘導的PAH只是一個與氧化應激相關的動物模型，而人類的PAH被認為是由多種致病因素引起的，因此ALDH2對于MCT誘導的PAH模型的潛在作用是否對人PAH有同樣的作用，有待進一步探討和研究。

3.2 ALDH2在肺動脈高壓中作用相關信號通路 肺動脈高壓是發(fā)病機制非常復雜的慢性疾病，許多蛋白酶、信號分子等通過不同的細胞信號通路，參與肺動脈高壓的發(fā)病過程。目前對該病的發(fā)病機制的研究尚不明確，但近年來研究發(fā)現(xiàn)了一些參與肺動脈高壓發(fā)病的細胞信號通路，如NF-kB信號通路、4-HNE/HIF-1a/DRP1信號通路等，以下將針對這些通路做一概述。

3.2.1 NF-kB信號通路 核轉錄因子-kB(NF-kB)為普遍存在于細胞漿中的一種快反應轉錄因子，NF-kB是NF-kB/Rel家族的一員，是由p50和RelA(P65)組成的異源二聚體，普遍存在于細胞漿中,且含量豐富，胞漿中的NF-kB因與抑制性蛋白IkB結合而以非活性異寡聚體的形式存在,但當細胞因子、蛋白激酶C激活劑、氧化劑、病毒等因素刺激NF-kB時，可使其活化，進而通過多種信號通路，快速將刺激信號傳遞至IkB激酶IKK復合物上，從而使IkB蛋白發(fā)生超磷酸化，進而導致IkB蛋白殘基快速的增加成為蛋白酶體并被降解，從而使NF-kB的核定位信號暴露，進而被釋放激活，并被迅速轉移至胞核內(nèi)和靶基因的kB序列相結合，啟動靶基因的表達，發(fā)揮轉錄調控的作用[22]。最近，NF-kB信號通路被發(fā)現(xiàn)在PAH中起著非常重要的作用[23]。有實驗[9]數(shù)據(jù)提供證據(jù)表明，NF-κB參與了肺動脈高壓中的肺血管重塑。實驗[24]證實，基質金屬蛋白酶(MMP)的活化在肺血管重塑中起到非常關鍵的作用，基質金屬蛋白酶可導致細胞外基質(ECM)的各種成分降解，介導ECM重塑，從而誘導肺動脈平滑肌細胞遷移。研究[25]結果表明，肺動脈高壓患者肺動脈平滑肌細胞中基質金屬蛋白酶-9和基質金屬蛋白酶-2的表達明顯高于對照組。而NF-kB信號通路的激活是基質金屬蛋白酶表達的關鍵介質[26]。實驗[9]數(shù)據(jù)表明，4-HNE處理PASMCs可促進NF-κB抑制劑IκBα的磷酸化和降解，引起肺動脈平滑肌細胞核NF-kBp65水平增加，促進肺動脈平滑肌細胞的遷移。用NF-kBp65siRNA處理肺動脈平滑肌細胞，發(fā)現(xiàn)其在抑制肺動脈平滑肌細胞核NF-kBp65的表達的同時，也抑制了4-HNE誘導的PASMCs基質金屬蛋白酶-9和基質金屬蛋白酶-2的表達，阻斷了4-HNE誘導的PASMCs的遷移。提示肺動脈平滑肌細胞經(jīng)4-HNE誘導后，很可能是通過激活NF-kB信號通路，增加基質金屬蛋白酶-9和基質金屬蛋白酶-2的表達，促進肺動脈平滑肌細胞的遷移。研究[27]表明，NF-kB也參與了大鼠腎小球系膜細胞基質金屬蛋白酶-2的表達,其通過增加血管平滑肌細胞基質金屬蛋白酶-9的表達促進細胞遷移。這些結果提示NF-kB很可能是4-HNE誘導的肺動脈平滑肌細胞遷移反應的關鍵下游調節(jié)因子。綜上所述，ALDH2很可能是通過抑制4-HNE誘導的肺動脈平滑肌細胞中NF-kB信號通路的激活來產(chǎn)生對肺動脈高壓的保護效應[9]。

3.2.2 4-HNE/HIF-1a/DRP1信號通路 肺動脈高壓中最常見類型之一是缺氧性肺動脈高壓，其發(fā)病率高且預后極差，常見于低氧性肺疾病患者，包括慢性阻塞性肺疾病、阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征、間質性肺疾病、支氣管擴張等[11,28]。到目前為止，無一種藥物能夠有效的治療缺氧性肺動脈高壓[29]。缺氧可作為信號機制，啟動一系列級聯(lián)細胞增殖效應，誘導血管平滑肌細胞增殖，另外細胞外基質分泌增加，血管壁增厚、硬化，導致血管重塑，肺血管阻力增加，最終導致肺動脈高壓和右心衰竭[30]。缺氧誘導因子-1α(HIF-1a)是低氧誘導因子(HIF-1)的一個受氧調節(jié)的亞單位，在正常情況下通過特定的脯氨酸和天冬酰胺殘基的羥基化而降解和失活，但在低氧條件下顯著上調[31]。有研究[32]顯示，HIF-1α對低氧誘導肺動脈高壓起到了調控作用。

研究[33]發(fā)現(xiàn)缺氧能夠促進肺組織中4-HNE的產(chǎn)生，進而誘導肺動脈平滑肌細胞增殖。另外有研究[34]發(fā)現(xiàn)4-HNE可能是ALDH2保護低氧誘導肺動脈高壓的關鍵下游信號通路。最近，Zhao等[34]通過使用ALDH2激動劑和拮抗劑，證實了ALDH2在缺氧誘導的肺動脈平滑肌細胞增殖中起著調節(jié)分子的作用，也發(fā)現(xiàn)4-HNE促進缺氧誘導的肺動脈平滑肌細胞增殖，并受ALDH2的調控，從而進一步證實了ALDH2通過調節(jié)4-HNE的水平實現(xiàn)對肺動脈平滑肌細胞的增殖的作用。

肺動脈平滑肌細胞中，線粒體是細胞能量生成和氧化磷酸化的主要場所[35-36]，線粒體會因細胞受到應激創(chuàng)傷而發(fā)生融合或分裂。研究[32]證實，4-HNE刺激能夠增加動力蛋白相關蛋白1(Drp1)絲氨酸616位點的磷酸化，導致線粒體發(fā)生分裂，促進低氧誘導的肺動脈平滑肌細胞增殖。也有實驗[37]表明，激活HIF-1α可促進Drp1絲氨酸616位點磷酸化。另外有實驗[38]證實，4-HNE刺激如同低氧一樣，都可能通過P38 MAPK途徑來增加HIF-1α的水平。最近，Zhao等[34]研究發(fā)現(xiàn)，4-HNE可加強HIF-1α的穩(wěn)定性，誘導Drp1絲氨酸616位點磷酸化，促進線粒體分裂，加強肺動脈平滑肌細胞的增殖，提示ALDH2很可能通過4-HNE/HIF-1a/DRP1信號通路調節(jié)線粒體分裂和平滑肌細胞增殖，減輕缺氧性肺動脈高壓的嚴重程度。由此可見，ALDH2通過調控4-HNE/HIF-1a/DRP1信號通路介導的肺動脈高壓分子機制，未來有望成為治療低氧誘導肺動脈高壓的潛在藥理靶點。

4 結語與展望

綜上所述，ALDH2作為醛類物質的特異性解毒酶，可通過調控4-HNE等有毒醛的代謝，減輕氧化應激對組織細胞造成的損傷以及通過不同的信號通路等發(fā)揮對肺動脈高壓的保護作用。但另一方面，ALDH2的研究同時也存在許多不足，如ALDH2在肺血管重塑中的確切作用和4-HNE在肺血管平滑肌細胞異常增殖中的作用機制尚不完全清楚；參與肺動脈高壓發(fā)病的細胞信號通路之間的相互聯(lián)系還有待進一步探討和研究。目前肺動脈高壓患者長期治療的效果仍不佳，有些甚至愈后極差，找出防治這種致命性疾病行之有效的方法迫在眉睫。因此，需進一步研究ALDH2在肺動脈高壓中的作用機制，以便為發(fā)現(xiàn)新的藥物治療靶點和策略提供新的方向與突破點。