肺動脈高壓發(fā)病機制的最新研究進(jìn)展*

胡盼盼，孫增先，姜艷嬌 綜述,劉 云審校

(1.徐州醫(yī)科大學(xué)附屬連云港醫(yī)院/連云港市第一人民醫(yī)院藥學(xué)部，江蘇連云港 222061)

肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH)是一類以肺動脈壓力增加并超過一定限值為特征的進(jìn)行性慢性肺血管疾病，能夠?qū)е掠倚乃ソ?，甚至死亡，有較高的發(fā)病率和病死率[1]。2018年第6屆世界肺動脈高壓研討會上，PH被定義為：靜息狀態(tài)下，平均肺動脈壓(mean pulmonary arterial pressure，mPAP)>20 mm Hg且肺毛細(xì)血管楔壓(pulmonary artery wedge pressure，PAWP)>15 mm Hg或肺血管阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)>3 WU[2]。PH的致病因素很多，根據(jù)病因的不同，將其分為以下五大類：(1)動脈性PH(PAH)，包括特發(fā)性PAH、遺傳性PAH、藥物和毒素引起的PAH等；(2)左心疾病所致PH；(3)肺部疾病和(或)缺氧導(dǎo)致的PH；(4)慢性血栓栓塞性PH(CTEPH)；(5)具有不明確和(或)多因素機制的PH[3]。本文主要通過查閱近5年的PH相關(guān)文獻(xiàn)，對其發(fā)病機制作一綜述。

1 血管活性物質(zhì)的失衡

PH中的血管重構(gòu)主要涉及肺動脈血管的內(nèi)膜、中膜和外膜，其中中膜層的主要細(xì)胞成分平滑肌細(xì)胞增殖起主要作用[4]。血管活性物質(zhì)一氧化氮(nitric oxide，NO)、前列環(huán)素(prostaglandin I2，PGI2)、內(nèi)皮素1(endothelin-1，ET-1)、低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIFs)等均能夠從不同的方面促進(jìn)或抑制肺動脈平滑肌細(xì)胞(PASMCs)的增殖，這些物質(zhì)的失衡(降低或增加)在PASMCs增殖導(dǎo)致的血管重構(gòu)中起著重要的作用。

1.1 NO、PGI2及ET-1

NO是體內(nèi)重要的信使分子，由內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)產(chǎn)生，在維持血管穩(wěn)態(tài)并抑制PH的發(fā)展方面有重要作用；在體內(nèi)NO能夠激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)，從而使三磷酸鳥苷(GTP)轉(zhuǎn)化為環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)，隨后激活cGMP依賴的蛋白激酶G(PKG)，活化的PKG能夠通過多種機制舒張血管，抑制PASMCs增殖；PH通常存在NO生物利用度降低導(dǎo)致的PKG活性受損，從而發(fā)生肺血管的重構(gòu)[5]。

PGI2是血管內(nèi)皮細(xì)胞中花生四烯酸(AA)的主要代謝產(chǎn)物，可以與IP受體、過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)等結(jié)合，在舒張血管、抑制血小板聚集和PASMCs增殖中具有重要作用[6]。

ET-1是一種縮血管活性物質(zhì)，其產(chǎn)生和釋放受多種刺激因素調(diào)節(jié)，包括血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)、活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)、促炎細(xì)胞因子等，在PASMCs和內(nèi)皮細(xì)胞中均有表達(dá)，能夠與PASMCs上的內(nèi)皮素A受體(ETA)和內(nèi)皮細(xì)胞上的內(nèi)皮素B受體(ETB)結(jié)合，從而促進(jìn)血管收縮和細(xì)胞增殖[7-8]。

1.2 HIFs與骨膜素

HIFs是一類轉(zhuǎn)錄因子，包括HIF-1、HIF-2和HIF-3，分別由α、β兩個亞基組成，能夠調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，尤其是HIF-1α和HIF-2α，在PH的肺血管收縮和重構(gòu)中起重要作用[9-15]。有研究表明，常氧條件下HIF-1α和HIF-2α在脯氨酸羥化酶(PHD)的作用下很快被降解，表達(dá)水平都較低。但在缺氧條件下，PASMCs中的HIF-1α表達(dá)升高，并促進(jìn)了PASMCs的增殖；而HIF-2α則在肺血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)升高，并通過誘導(dǎo)內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial-to-mesenchymal transition，EndMT)參與肺血管重構(gòu)，加重PH的病情[10-11]。

骨膜素作為一種參與細(xì)胞黏附的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，在肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞中通過HIF-1α依賴性機制產(chǎn)生，抑制骨膜素的表達(dá)可改善PH小鼠的血流動力學(xué)和心臟反應(yīng)，抑制肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和HIF-1α的釋放從而逆轉(zhuǎn)BMPR2表達(dá)下調(diào)，而骨膜素的過表達(dá)則誘導(dǎo)肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞中HIF的活化并增加ET-1和VEGF的產(chǎn)生，并且敲低HIF-1α抑制了骨膜素促進(jìn)血管生成的作用[12]。

2 免疫炎性反應(yīng)

近年來，隨著PH研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)免疫炎性反應(yīng)與PH的發(fā)病機制密切相關(guān)，血管周圍的炎性浸潤是PH的主要病理特征之一。在PH患者及PH動物模型的肺動脈血管壁中存在大量的巨噬細(xì)胞積累。有研究表明，巨噬細(xì)胞能夠被成纖維細(xì)胞激活，激活后的巨噬細(xì)胞能夠增強體內(nèi)白細(xì)胞介素(IL)-6、信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription，STAT3)、HIF-1等信號通路，從而促進(jìn)PH的血管重構(gòu)，表明炎性細(xì)胞和炎性因子參與了PH的發(fā)生、發(fā)展[13-14]。并且，在血管周圍聚集的巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等炎性細(xì)胞都能夠釋放出大量的細(xì)胞因子和趨化因子，促進(jìn)肺血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、PASMCs增殖，從而加重肺血管重構(gòu)。接下來，將介紹幾個細(xì)胞因子或趨化因子在PH中的作用。

2.1 炎癥小體NLRP3(the NLR pyrin domain-containing protein 3)

NLRP3是4個已知的結(jié)構(gòu)亞組中研究得最多的炎癥小體，越來越多的證據(jù)表明，NLRP3炎癥通路參與多種呼吸道疾病和肺部疾病的發(fā)病機制[15-16]。在PH發(fā)生的初始階段，核因子κB(NF-κB)通路被激活，導(dǎo)致包括NLRP3在內(nèi)的炎癥因子表達(dá)上調(diào)，而NLRP3則通過與caspase-1的相互作用使caspase-1活化，進(jìn)而使促炎性細(xì)胞因子IL-1β和IL-18的表達(dá)增加，最終導(dǎo)致肺間質(zhì)纖維化和肺動脈平滑肌細(xì)胞的增殖與凋亡抵抗[17-18]。

2.2 高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1，HMGB1)與Toll樣受體3(TLR3)

HMGB1是一種非經(jīng)典的炎性細(xì)胞因子，激活的HMGB1在細(xì)胞膜表面與Toll樣受體4(TLR4)結(jié)合，能夠通過抑制骨形成蛋2受體(BMPR2)信號通路，促進(jìn)炎性因子如IL-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等的產(chǎn)生，促進(jìn)炎性反應(yīng)和PASMCs增殖，最終加重PH中的血管重塑[19]。多肽P5779就是GOLDENBERG等[20]針對HMGB1/TLR4信號通路采用的一種新型多肽，它能夠特異性地以二硫鍵的形式靶向細(xì)胞外HMGB1，干擾其與TLR4的結(jié)合，但同時不會完全抑制多功能免疫受體TLR4的信號傳遞，這為探索PH新型藥物提供了一個可能。

TLR3作為TLR家族的先天免疫受體TLR成員，在肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞中能夠通過IL-10誘導(dǎo)產(chǎn)生，對肺動脈血管發(fā)揮保護(hù)作用；TLR3缺乏能夠增加ET-1和IL-6的表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，加重重度PH的進(jìn)展；因此，恢復(fù)TLR3信號可能成為治療PH的新途徑[21]。

2.3 促有絲分裂因子(HIMF)與細(xì)胞外鈣敏感受體(CaSR)

HIMF是一種促炎性細(xì)胞因子，CaSR則是炎癥激活的關(guān)鍵因素，二者都能夠誘導(dǎo)NF-κB的激活、IL-4和IL-6的表達(dá)及VEGF的產(chǎn)生。而最近一項研究表明，缺氧誘導(dǎo)的HIMF能夠與CaSR的胞內(nèi)域結(jié)合，通過其自身的二聚化促進(jìn) CaSR 的二聚化，激活CaSR，從而介導(dǎo)間歇性缺氧引起的PASMCs增殖及肺血管重塑和PH的發(fā)展[22]。

3 基因突變

3.1 骨形成蛋白2(bone morphogenetic protein 2，BMP2)

骨形成蛋白(BMP)是轉(zhuǎn)化生長因子β超家族的一員，BMPR2突變是遺傳性PH和特發(fā)性PH(尤其是遺傳性PH)的常見因素，且在無BMPR2突變的PAH中也檢測到BMPR2蛋白表達(dá)降低。研究表明，BMPR2突變不僅能夠誘導(dǎo)肺血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生EndMT和炎性反應(yīng)，參與肺血管的重構(gòu)，還能夠引起內(nèi)皮細(xì)胞的線粒體功能障礙，導(dǎo)致線粒體DNA損傷和凋亡，阻止肺血管重構(gòu)的逆轉(zhuǎn)[23]。目前，靶向BMPR2基因轉(zhuǎn)錄的微RNA(microRNA，miR)，如miR-17/92、miR-21、miR-125a等已成為治療PH的新靶點[24]；同時，BMPR2的上游調(diào)節(jié)因子FHIT也可能成為PH治療的新靶點[25]。

3.2 CAV1蛋白

CAV1是胞膜上一種整合膜蛋白，在很多細(xì)胞中都有表達(dá)，是很多信號級聯(lián)開始的地方；在CAV1基因突變小鼠的體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了eNOS活性增加，并出現(xiàn)了PH癥狀，而在CAV1基因敲除小鼠中即使給予高水平的NO，也沒有發(fā)生PH[26-27]。有研究表明，CAV1基因缺失導(dǎo)致的eNOS動態(tài)負(fù)調(diào)節(jié)和氧化應(yīng)激在PH發(fā)生中起關(guān)鍵作用，可能降低BMPR2蛋白的表達(dá)，并促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而促進(jìn)肺血管重構(gòu)[28]。

3.3 KCNK3通道

鉀離子(K+)通道是一種分布最廣的離子通道群，也是一種跨膜蛋白，連接細(xì)胞內(nèi)與細(xì)胞外的環(huán)境，對膜電位的調(diào)節(jié)起著重要作用。PASMCs中NO和cGMP等能夠激活K+通道或使其表達(dá)上調(diào)，引起膜超極化并增強膜復(fù)極化，隨后導(dǎo)致電壓依賴性鈣離子(Ca2+)通道關(guān)閉并降低細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度，導(dǎo)致肺血管擴張[29]。KCNK3 蛋白是一個向外的 K+通道，也稱為 TASK1或 K2P3.1，已被確認(rèn)為PH新的易感基因。研究表明，KCNK3的功能喪失或活性抑制能夠增強PASMCs膜去極化相關(guān)的血管收縮，使HIF-1α和IL-6表達(dá)增加及PASMCs過度增殖[29-30]。

3.4 PIM1蛋白

PIM1是一種在 PAH中表達(dá)上調(diào)的癌蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，PIM1能夠直接靶向狼瘡Ku自身抗原蛋白p70(KU70)參與調(diào)節(jié)DNA損傷修復(fù)及PASMCs增殖和凋亡等過程[31]；使用PIM1抑制劑SGI-1776或 TP-3654能夠明顯抑制非同源末端連接DNA的修復(fù)和PASMCs增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時也能夠顯著改善大鼠模型中的肺血流動力學(xué)和肺血管重構(gòu)。

4 非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)

4.1 長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)

lncRNA是長度大于200個核苷酸的無編碼轉(zhuǎn)錄物，沒有明顯的蛋白質(zhì)編碼功能，通常與蛋白質(zhì)或其他RNA分子結(jié)合，在多種生物學(xué)過程中起著重要作用，包括細(xì)胞增殖、分化及凋亡[32]。目前，lncRNA已顯示出在各種疾病中的作用，并已被確定為潛在的治療靶點，已有不少lncRNA被證實參與調(diào)節(jié)PH的PASMCs增殖。

ZHANG等[33]研究表明，Hoxa-as3在PH中高表達(dá)并參與缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖，該基因可由轉(zhuǎn)錄激活因子H3K9Ac的乙?；险{(diào)，通過與其下游基因Hoxa3的相互作用加速細(xì)胞周期并促進(jìn)細(xì)胞增殖。TYKRIL為酪氨酸激酶受體誘導(dǎo)型lncRNA，是第一個已知的調(diào)控p53/PDGFRβ軸的lncRNA，能夠通過p53介導(dǎo)的 PDGFRβ維持PASMCs過度增殖表型從而促進(jìn)PASMCs增殖[34]。在正常生理狀態(tài)下，Rps41能夠與白細(xì)胞介素增強劑結(jié)合因子3(ILF3)結(jié)合，加速ILF3的降解，從而減少HIF-1α mRNA的積累，降低其穩(wěn)定性；但在缺氧狀態(tài)下，Rps41的表達(dá)被下調(diào)，導(dǎo)致ILF3和 HIF-1α蛋白水平升高，促進(jìn)PASMCs的增殖和遷移[35]。TUG1則可以直接與miR-328結(jié)合，以P53依賴的方式抑制DNA損傷后的細(xì)胞周期進(jìn)程，從而抑制PASMCs增殖[36]；lncRNA-MEG3則以序列特異性的方式與miR-328-3p結(jié)合并使其降解，進(jìn)而增加下游靶基因胰島素樣生長因子1受體(IGF1R)的表達(dá)，調(diào)控PH發(fā)展過程中細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期進(jìn)程、細(xì)胞遷移和凋亡[37]。另外，研究表明，lncRNA-H19有望成為PH右心衰竭的新生物標(biāo)志物和治療靶點，抑制H19的表達(dá)能夠改善PH右心衰竭[38]。

4.2 環(huán)狀RNA(circRNA)

環(huán)狀RNA也是非編碼RNA的一種，可以調(diào)節(jié)各種生物學(xué)過程，包括細(xì)胞增殖。鈣調(diào)蛋白4基因(calmodulin 4 gene，circ-calm4)便是一種新型的環(huán)狀RNA，在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中都有表達(dá)。研究表明，該基因能夠吸附miR-337-3p，作為 miR-337-3p 的分子海綿來調(diào)節(jié)肌球蛋白-10的表達(dá)，肌球蛋白-10則通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期來促進(jìn)PASMCs增殖[39]。

5 小 結(jié)

PH是一種嚴(yán)重影響人類生活質(zhì)量和生命健康的肺血管疾病，其發(fā)病機制尚不完全清楚，目前已知與血管活性物質(zhì)的失衡、免疫炎性反應(yīng)、基因突變及非編碼RNA等有關(guān)。針對這些已知的致病機制，PH的靶向藥物被研發(fā)出來，主要包括PDE-5抑制劑、鳥苷酸環(huán)化酶激動劑、前列環(huán)素類似物、選擇性IP受體激動劑及內(nèi)皮素受體拮抗劑等。同時，一些新的治療藥物(如多肽P5779)及新的治療靶點(如HMGB1)等也相繼被發(fā)現(xiàn)，但這些新的治療藥物和治療靶點都還未獲得可靠的臨床數(shù)據(jù)。目前來看，盡管擁有大量的治療藥物和治療手段，PH仍是一種具有高發(fā)病率和高病死率的疾病，這就需要對PH進(jìn)行更深入的研究，尋找其他途徑的靶向藥物或新的治療方案，以改善患者的血管結(jié)構(gòu)和右心功能，以及臨床癥狀及預(yù)后，降低其發(fā)病率和病死率。