內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在低氧性肺動脈高壓中作用的研究進(jìn)展

劉幸幸，王威威，袁好鑫

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 麻醉科，黑龍江 哈爾濱 150086

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension, PAH),是指由眾多原因引起的肺動脈壓力≥25 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)的一種病理狀態(tài),嚴(yán)重者出現(xiàn)右心衰竭,死亡率高。低氧性肺動脈高壓(hypoxic pulmonary hypertension, HPH)是PAH中的第三大類,慢性低氧刺激肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞(pulmonary arterial endothelial cell, PAEC)功能障礙、肺動脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary arterial smooth muscle cell, PASMC)異常增殖,是眾多慢性低氧性疾病的不可逆并發(fā)癥,預(yù)后極差。

低氧、炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激及其他干擾因素均可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)蛋白質(zhì)錯誤折疊率升高,蛋白質(zhì)負(fù)荷增加,誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress, ERS),參與肺動脈壓力的惡化過程。現(xiàn)就HPH的ERS相關(guān)研究進(jìn)展作一簡要綜述。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激概述

細(xì)胞受到一些外界刺激時,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)失衡,腔內(nèi)錯誤折疊的蛋白質(zhì)聚集,為緩解上述應(yīng)激狀態(tài),細(xì)胞通過激活3種跨膜蛋白—蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(proteinkinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase, PERK)、轉(zhuǎn)錄激活因子6(activating transcrip-tion factor6, ATF6)和肌醇依賴酶1α(inositol-requiring enzyme1α, IRE1α),來啟動未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(unfolded protein response, UPR)。增加分子伴侶的表達(dá),降低蛋白合成速度,加速錯誤折疊蛋白降解。正常狀態(tài)3種跨膜蛋白同葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(glucose regulated protein, GRP)78結(jié)合無活性,ERS時與GRP78迅速分離并聚集、磷酸化,激活下游信號。在ERS早期階段,PERK-真核起始因子2α(eukaryotic initiation factor 2α, eIF2α)、ATF6-神經(jīng)生長抑制因子(neurite outgrowth inhibitor, Nogo)和IRE1-X盒結(jié)合蛋白1(X-box binding protein 1, XBP1)這3條通路協(xié)同作用,通過降低蛋白合成、加速錯誤折疊蛋白降解、增加ERS分子伴侶的表達(dá)和對抗氧化應(yīng)激來保護(hù)細(xì)胞。刺激持續(xù)或過強時則共同誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子CHOP的表達(dá)上調(diào),促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在HPH發(fā)病機制中作用的研究進(jìn)展

2.1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激參與HPH

低氧誘發(fā)的肺血管過度收縮和異常重塑是HPH的重要發(fā)病機制,肺血管重塑是HPH持續(xù)惡化和不可逆轉(zhuǎn)的重要原因。長期低氧刺激PAEC的功能損傷和凋亡增加是肺血管重塑的起始環(huán)節(jié),PASMC的增殖、遷移和凋亡抵抗是肺血管重塑的關(guān)鍵因素,其中涉及ERS的過度激活。在低氧高二氧化碳環(huán)境,ERS 標(biāo)志蛋白GRP78和ERS相關(guān)凋亡蛋白JNK、caspase-12 和 CHOP的表達(dá)都明顯升高應(yīng)用ERS抑制劑后,這些蛋白質(zhì)的表達(dá)相應(yīng)降低,應(yīng)用 ERS 激動劑衣霉素后,凋亡蛋白的表達(dá)水平升高,GRP78的表達(dá)無明顯改變[1]。ERS 抑制劑4-苯基丁酸對PAH兼有預(yù)防和治療作用[2]。外源性給予H2S供體可降低HPH大鼠的mPAP和右心室肥厚指數(shù),抑制低氧誘導(dǎo)的PASMC增殖,這與抑制ERS相關(guān)蛋白(GRP78、ATF6和P-PERK)的表達(dá)相關(guān)[3]。二十二碳六烯酸通過抑制ERS可改善野百合堿誘導(dǎo)的的肺血管重塑[4]。

2.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與PAEC

低氧可導(dǎo)致PAEC功能損傷和凋亡增加,是肺血管損傷的起始環(huán)節(jié),與HPH的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。PAEC功能損傷表現(xiàn)為血管舒縮因子異常分泌,內(nèi)皮素-1(endothelin-1, ET-1)生成增加而內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase, eNOS)合成的NO 減少。低氧是PERK通路的有效激活因子,低氧通過活化PERK進(jìn)一步磷酸化eIF2α使蛋白合成減少,P-eIF2α可選擇性上調(diào)ATF4的表達(dá),有利于細(xì)胞存活。適度的ERS起到內(nèi)皮細(xì)胞保護(hù)作用,刺激持續(xù)時間過重時引起內(nèi)皮細(xì)胞功能損傷并觸發(fā)凋亡途徑。低氧刺激的PAEC的凋亡增加同樣有ERS的參與。HPH大鼠肺組織內(nèi)caspase-12和GRP78、GRP94表達(dá)上調(diào),且主要位于PAEC,而PASMC凋亡不明顯[5]。低氧的內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell,EC)中,GRP78、P-PERK/PERK、CHOP等表達(dá)上調(diào),與對照組相比,低氧EC凋亡數(shù)量增加[6-7]。

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是血管生成的重要調(diào)節(jié)劑,PERK和ATF6通路的激活對于 VEGF介導(dǎo)的促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞存活和血管生成作用非常重要[8]。ATF6途徑上調(diào)Nogo-B蛋白,Nogo蛋白家族負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管狀結(jié)構(gòu),有3種類型(Nogo-A、Nogo-B和Nogo-C),其中Nogo-B在肺血管上特異性表達(dá)[9]。Nogo-B可調(diào)節(jié)PAEC的運動和黏附,Nogo-B通過激活eNOS可介導(dǎo)PAEC的血管生成反應(yīng)[10]。

ERS可誘導(dǎo)PAEC向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化,這可能是ERS參與PAH的機制之一[11]。在Sugen5416復(fù)合HPH大鼠模型中,高達(dá)5%的肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)α平滑肌肌動蛋白[12]。此時,PAEC向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化,表現(xiàn)為EC增殖遷移能力增強,開始表達(dá)α平滑肌肌動蛋白和波形蛋白,炎性因子分泌增加。

2.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與PASMC

肺血管壁增厚主要是PASMC增殖的結(jié)果,ERS參與的PASMC增殖活躍和凋亡減少是誘發(fā)HPH惡化的重要因素。位于血管腔與血管壁之間的PAEC,其屏障功能遭到破壞時,PASMC的功能紊亂,加速HPH的血管重塑。EC分泌的過多的ET-1通過激活ERS(主要是ATF6和IRE1α途徑),促進(jìn)PASMC釋放炎性因子,參與肺血管重塑。EC釋放的轉(zhuǎn)錄生長因子-β1和VEGF等血管活性因子也有促PASMC增殖效應(yīng)[13]。低氧刺激的PASMC中,ATF6、IRE1α和PERK途徑均被激活且能被ERS抑制劑抑制,通過抑制ERS可以改善HPH大鼠模型的肺動脈壓力和肺血管重塑[14]。

低氧誘導(dǎo)PASMC中Nogo-B的表達(dá),Nogo-B的升高標(biāo)志著PASMC的增殖。Nogo-B在PAH患者的PASMC中表達(dá),Nogo-B敲除的小鼠對HPH有抵抗力[15]。ERS抑制劑4-苯基丁酸通過抑制ATF6途徑來抑制低氧誘導(dǎo)的PASMC的增殖并誘導(dǎo)凋亡[16]。Nogo-B受體的表達(dá)上調(diào)也參與PASMC增殖,與破壞線粒體相關(guān)膜,鈣轉(zhuǎn)運受阻,抑制線粒體相關(guān)凋亡途徑等有關(guān)[17]。

低氧刺激的PASMC的增殖和遷移還涉及到PERK-eIF2α通路的激活。PERK抑制劑可改善Sugen5416復(fù)合HPH模型的肺血管重構(gòu)[18]。eIF2α敲除可低氧刺激的PASMC增殖[19]。PERK通路的過度激活導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。PERK通路的激活參與慢性間歇性低氧大鼠的肺組織的細(xì)胞凋亡和纖維化,GRP78、PERK和凋亡蛋白CHOP、caspase3、caspase12表達(dá)增加[20]。

IRE1-XBP1s通路同樣參與低氧性肺血管重塑。IRE1具有核糖核酸酶活性,通過剪切XBP1的mRNA,形成活性XBP1s。過表達(dá)的XBP1s通過激活下游P-JNK通路參與低氧誘導(dǎo)的PASMC的增殖、存活、遷移和凋亡抑制[21]。XBP1s表達(dá)受限的PASMC表現(xiàn)為增殖和遷移抑制而凋亡數(shù)量增加,Xbp1s敲除的大鼠表現(xiàn)為低右室收縮壓、低肺血管管阻力、右室肥厚指數(shù)和遠(yuǎn)端肌化肺小動脈的血管壁厚度減輕[22]。

低氧誘導(dǎo)肺動脈平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化,由收縮活性向增殖活性轉(zhuǎn)化,其發(fā)生早于細(xì)胞增殖和遷移。低氧同時誘導(dǎo)PASMC的ERS,GRP78的表達(dá)在低氧刺激12 h即達(dá)到峰值,表型轉(zhuǎn)化標(biāo)志物在低氧刺激48 h后發(fā)生明顯改變,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生早于表型轉(zhuǎn)化[23]。ERS激活劑衣霉素可促進(jìn) PASMC的表型轉(zhuǎn)化,表現(xiàn)為收縮型標(biāo)志蛋白表達(dá)減少,分泌細(xì)胞外基質(zhì)增加,參與肺動脈高壓的形成,ERS抑制劑4-苯基丁酸起相反作用[24]。細(xì)胞實驗證實敲低ATF6可抑制PASMC的表型轉(zhuǎn)化,低氧誘導(dǎo)的α平滑肌肌動蛋白表達(dá)下降[25]。

3 問題與展望

HPH是臨床上眾多心肺血管疾病的不可逆并發(fā)癥,目前尚無有效治療手段來逆轉(zhuǎn)PAH,針對HPH的發(fā)病機制及藥物治療仍有待深入研究。目前,針對HPH發(fā)病機制中分子機制、信號通路等逐漸成為研究熱點。作為一種穩(wěn)定的細(xì)胞自我保護(hù)機制,ERS廣泛參與包括HPH在內(nèi)的眾多低氧相關(guān)性疾病的發(fā)病機制,以ERS為靶標(biāo)的治療藥物和治療手段的研發(fā)具有廣闊前景,干預(yù)ERS可能是治療HPH的新方向。