有氧運動調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激改善肺動脈高壓的機制研究

摘要：肺動脈高壓的定義是靜息平均肺動脈壓為20mmHg或以上。肺動脈高壓是一種主要影響肺血管系統(tǒng)的疾病。在肺動脈高壓中，肺血管系統(tǒng)因不良因素導(dǎo)致血管重塑，并因血管纖維化和硬化而導(dǎo)致病理學(xué)不順應(yīng)。肺動脈高壓中血管細(xì)胞（內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞）和炎癥細(xì)胞等都會產(chǎn)生異常。盡管在確定肺動脈高壓的病因和批準(zhǔn)新的藥物療法方面已經(jīng)取得了進展，但患者5年生存率仍不理想。因此，迫切需要尋得新的干預(yù)手段。歐洲心臟病學(xué)會/歐洲呼吸學(xué)會肺動脈高壓指南推薦肺動脈高壓患者進行適當(dāng)?shù)牡蛷姸冗\動訓(xùn)練，這就為藥物聯(lián)合運動治療肺動脈高壓提供了新思路。本綜述將從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、低氧、炎癥出發(fā)闡明肺動脈高壓的分子機制，并給與有氧運動為肺動脈高壓的預(yù)防和治療提供實驗參考。

關(guān)鍵詞：肺動脈高壓，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，炎癥，有氧運動

Mechanisms of Aerobic Exercise to Modulate Endoplasmic Reticulum Stress to Improve Pulmonary Arterial Hypertension

Abstract：Pulmonary hypertension is defined as a resting mean pulmonary artery pressure of 20 mmHg or more. Pulmonary hypertension is a disease that mainly affects the pulmonary vascular system. In pulmonary hypertension， the pulmonary vascular system undergoes vascular remodeling due to adverse factors and pathological noncompliance due to vascular fibrosis and sclerosis. Vascular cells （endothelial cells， smooth muscle cells， and fibroblasts） and inflammatory cells， among others， produce abnormalities in pulmonary hypertension. Although progress has been made in identifying the causes of pulmonary hypertension and approving new drug therapies， the 5-year survival rate of patients remains suboptimal. Therefore， there is an urgent need to find new interventions. The European Society of Cardiology/European Respiratory Society Guidelines for Pulmonary Hypertension recommend appropriate low-intensity exercise training for patients with pulmonary arterial hypertension， which provides new ideas for drug-exercise therapy for pulmonary hypertension. This review will elucidate the molecular mechanisms of pulmonary hypertension from endoplasmic reticulum stress， hypoxia， and inflammation， and give an experimental reference with aerobic exercise for the prevention and treatment of pulmonary hypertension.

KeyWords：Pulmonary hypertension;Endoplasmic reticulum stress; Inflammation;Aerobic exercise

肺動脈高壓（Pulmonary hypertension，PH）是一種由于慢性缺氧、炎癥等原因引起的肺動脈疾病。其特征是平均肺動脈壓≥20mmHg[1]。其特征為肺動脈血管過度增殖及重塑，從而引起肺動脈壓力升高，進而導(dǎo)致右心衰竭。2019年召開的第六屆世界肺動脈高壓研討會（WSPH）將肺動脈高壓分為五類。其中，第III類涉及由肺部疾病或缺氧引起的肺動脈高壓病例，包括阻塞性肺疾病、限制性肺疾病、阻塞性混合型其它肺疾病、無肺部疾病的缺氧和發(fā)育性肺疾病。肺動脈高壓時，由于血管收縮和血管重塑，肺動脈收縮或阻塞，導(dǎo)致肺血管阻力和肺動脈壓力增加。肺動脈的重塑主要涉及血管平滑肌細(xì)胞（Vascular smooth muscle cell，VSMC）的增殖[2]。肺動脈高壓通常導(dǎo)致右心室負(fù)荷過重，心力衰竭正是肺動脈高壓患者最常見的死亡原因[3]。肺動脈高壓患者的發(fā)病率、患病率和死亡率也持續(xù)增加。

關(guān)于肺動脈高壓新聯(lián)合治療的重要研究是前列環(huán)素受體激動劑治療肺動脈高壓研究。PH患者隨機分配至安慰劑或塞萊西帕（selexipag），塞來西帕是一種口服選擇性IP前列環(huán)素受體激動劑[4]。服用selexipag的患者死亡或PH相關(guān)并發(fā)癥的復(fù)合終點風(fēng)險顯著降低。然而，沒有觀察到塞來西帕對生存率的有益影響。盡管目前有大量藥物被批準(zhǔn)用于治療PH，但對于聯(lián)合治療的最佳策略知之甚少。安貝生坦和他達拉非在肺動脈高壓患者中的研究人員調(diào)查了安貝生坦和他達拉非初始聯(lián)合治療的效果[5]。在這項事件驅(qū)動的雙盲研究中，患者被隨機分配接受初始聯(lián)合治療或單一治療。研究表明，與單一療法相比，初始聯(lián)合治療可顯著降低臨床失敗的風(fēng)險。

歐洲心臟病學(xué)會肺動脈高壓診斷和治療指南鼓勵肺動脈高壓患者在其癥狀范圍內(nèi)進行活動。此后，又有一些非對照的臨床經(jīng)驗表明運動康復(fù)訓(xùn)練對各類肺動脈高壓患者有積極影響，包括特發(fā)性肺動脈高壓（IPAH）、先天性心臟病相關(guān)的肺動脈高壓（CHD-APAH）等。在這些研究中，運動康復(fù)訓(xùn)練的有益效果主要通過改善峰值攝氧量（pVO2）、6分鐘步行距離（6MWD）、血流動力學(xué)、心肺功能、不同類型肺動脈高壓患者的運動能力來證明。由于越來越多的證據(jù)促使歐洲心臟病學(xué)會（ESC）和歐洲呼吸學(xué)會（ERS）肺動脈高壓指南建議，肺動脈高壓患者應(yīng)在密切監(jiān)督下將運動和呼吸訓(xùn)練作為一種輔助療法[6]?？梢?，有氧運動是對現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療有益結(jié)果的強有力的補充。

1 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與肺動脈高壓

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）是細(xì)胞蛋白質(zhì)合成，折疊和修飾所必須的核心細(xì)胞器。在生理條件下，ER的工作程序受到嚴(yán)格控制，只有正確折疊的蛋白質(zhì)才能離開ER。任何的外因或內(nèi)因干擾都有可能引起ER應(yīng)激。當(dāng)ER因為各種原因應(yīng)激時，則會發(fā)生蛋白質(zhì)錯誤折疊，這又引發(fā)另一個細(xì)胞過程——未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）。在ER中，UPR由三種ER跨膜受體介導(dǎo)：蛋白激酶RNA樣ER激酶（PERK）、肌醇需要酶 1α（IRE1α）和活化轉(zhuǎn)錄因子6（ATF6）。這些蛋白質(zhì)的腔內(nèi)結(jié)構(gòu)域可感知ER的蛋白質(zhì)折疊狀態(tài)。在正常情況下這些傳感器通過與ER伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（Grp78）結(jié)合形成復(fù)合物，從而使這些傳感器處于非活性狀態(tài)。然而，ER 腔內(nèi)未折疊或折疊錯誤的蛋白質(zhì)的積累會導(dǎo)致Grp78與傳感器分離，從而導(dǎo)致傳感器的寡聚狀態(tài)發(fā)生變化，并影響下游信號活動[7]。PERK的激活通過磷酸化和隨后的翻譯抑制，促進了對翻譯的全面抑制。

通過磷酸化和隨后的真核翻譯起始因子2α（eIF2α）失活，PERK的激活促進了對翻譯的全面抑制，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少和錯誤折疊蛋白質(zhì)負(fù)荷。矛盾的是，eIF2α磷酸化也會引發(fā)ATF4的翻譯，進而刺激多種基因的轉(zhuǎn)錄，包括那些促進抗氧化防御機制的基因[8]。在ER應(yīng)激過程中，由PERK介導(dǎo)的核因子2（Nrf2）磷酸化會促進Nrf2與細(xì)胞質(zhì)中的Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（KEAP1）分離，使Nrf2進入細(xì)胞核，在細(xì)胞核中調(diào)節(jié)編碼抗氧化蛋白的基因[9]?；罨D(zhuǎn)錄因子4（ATF4）還能激活C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白（CHOP）的轉(zhuǎn)錄。Grp78的解離促進IRE1α的反式自磷酸化及其內(nèi)切核酸酶活性，生成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄因子X-box結(jié)合蛋白1（XBP1），從而上調(diào)UPR靶向基因[10]。在Grp78從其管腔結(jié)構(gòu)域釋放后，ATF6轉(zhuǎn)移到高爾基體的器，在那里被特定位點蛋白酶S1P和S2P分解。釋放出的胞漿片段ATF6會遷移到細(xì)胞核，并在那里激活編碼各種ER合子的基因的轉(zhuǎn)錄。編碼各種ER合子的基因。然而長期激活UPR會導(dǎo)致炎癥和細(xì)胞凋亡。因此，ER應(yīng)激和過度UPR激活參與了PH、癌癥、動脈粥樣硬化等疾病。近年來，大量研究也表明低氧干擾內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)蛋白質(zhì)折疊過程，激活ER應(yīng)激。ER應(yīng)激作為細(xì)胞應(yīng)激的核心反應(yīng)，與PH的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切[11]。

2慢性缺氧與肺動脈高壓

慢性缺氧作為PH的常見原因參與病理進程中的肺動脈增殖。O2是ER中蛋白質(zhì)合成和蛋白質(zhì)折疊的關(guān)鍵底物。氧化磷酸化和氧化蛋白質(zhì)折疊都與活性氧reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生有關(guān)[12]。缺氧會破壞線粒體和ER的功能。事實證明，缺氧會改變線粒體ROS（mitoROS）的平衡，并誘發(fā)ER應(yīng)激[13]。為了應(yīng)對缺氧應(yīng)激，細(xì)胞會發(fā)生適應(yīng)性反應(yīng)，主要由缺氧誘導(dǎo)因子（HIFs）的激活、線粒體新陳代謝的重編程、ROS通量的增加、ER中的UPR以及隨后的綜合應(yīng)激反應(yīng)介導(dǎo)。HIFs是轉(zhuǎn)錄激活因子，作為缺氧的主調(diào)控因子發(fā)揮作用。作為缺氧激活基因表達的主調(diào)節(jié)因子，而UPR/ISR則試圖恢復(fù)蛋白穩(wěn)態(tài)。有趣的是，HIF、ROS和UPR/ISR 相互關(guān)聯(lián)[14]。當(dāng)HIF和ROS以及UPR/ISR持續(xù)產(chǎn)生時，它們就會產(chǎn)生有害并破壞細(xì)胞功能。ROS是細(xì)胞中O2代謝的產(chǎn)物。常見的ROS包括超氧化物（O2--）、過氧化氫（H2O2）和羥自由基（HO-）。一般來說，O2--是大多數(shù)其他ROS的前體，由分子O2還原產(chǎn)生。哺乳動物細(xì)胞中ROS的主要來源是線粒體、ER和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶（NOX）。當(dāng)ROS的生成超過了抗氧化劑的防御能力時，就會產(chǎn)生氧化應(yīng)激。O2--和HO-通常會造成脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA損傷。濃度較高時會造成脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA損傷。H2O2 可改變目標(biāo)蛋白質(zhì)（如酶和細(xì)胞）的構(gòu)象和/或活性。蛋白質(zhì)（如酶和轉(zhuǎn)錄因子）的構(gòu)象和/或活性[15]。

3炎癥與肺動脈高壓

肺血管周圍炎癥作為不同PH群體的早期共同標(biāo)志逐漸受到越來越多的關(guān)注。有人提出炎癥過程會改變血管和免疫細(xì)胞代謝，最終導(dǎo)致肺動脈重塑并加重PH[16]。先前的研究表明，血流動力學(xué)的改變會導(dǎo)致肺內(nèi)皮功能障礙，進而促進免疫細(xì)胞的粘附和炎癥介質(zhì)的釋放，而由此產(chǎn)生的血管周圍炎癥反過來又促進血管重塑和PH的進展。因此，內(nèi)皮激活、炎癥和血管重塑的惡性循環(huán)可能發(fā)展并驅(qū)動疾病進程。在PH中，肺外膜中的成纖維細(xì)胞表現(xiàn)出促炎表型，炎癥介質(zhì)表達增加，從而驅(qū)動先天免疫細(xì)胞的募集[17]。由此產(chǎn)生的血管周圍炎癥現(xiàn)在被認(rèn)為構(gòu)成了從外到內(nèi)協(xié)調(diào)重塑的關(guān)鍵病理機制，不僅在與免疫系統(tǒng)疾病相關(guān)的PH中，例如結(jié)締組織病相關(guān)的肺動脈高壓（CTD-PH），但也存在于其他形式的PH以及左心疾?。≒H-LHD）引起的PH中。同樣，外周血中炎癥相關(guān)蛋白NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3信使RNA（NLRP3 mRNA）、核因子激活的B細(xì)胞的κ-輕鏈增強（NF-κB）、降鈣素原（PCT）可作為慢性肺疾病的監(jiān)測指標(biāo)[18]。

PH研究也聚焦在Grp78的新功能上。Grp78在肥胖癥和代謝綜合征患者中升高都與慢性炎癥有關(guān)[19]。此外，Grp78可以緩解體外單核細(xì)胞的炎癥。研究還發(fā)現(xiàn)GRP78在小鼠風(fēng)濕病模型中表現(xiàn)出疾病調(diào)節(jié)和免疫調(diào)節(jié)作用在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎小鼠模型中表現(xiàn)出疾病調(diào)節(jié)和免疫調(diào)節(jié)作用[20]。這些結(jié)果表明，Grp78對細(xì)胞炎癥的關(guān)鍵作用。

4有氧運動

雖然PH的病因各不相同，但都有心血管方面的因素。有氧運動可從調(diào)控ERS、線粒體自噬、改善機體代謝等方面抑制PH病理進程[21]。大多數(shù)間質(zhì)性肺病都以間質(zhì)內(nèi)的炎癥或纖維化為特征，其主要后果是氣體交換受損，導(dǎo)致呼吸困難、運動耐受力降低和生活質(zhì)量下降[22]。研究表明，運動可減少氧化損傷和慢性炎癥，增加自噬，并改善線粒體功能[23]。運動受限是PH的一個常見特征，因此也是該疾病臨床評估的一個重要組成部分。評估PH運動能力的最常用方法是分鐘步行測試（6MWT），這是一種亞極限測試，易于操作，價格低廉，在臨床實踐中應(yīng)用廣泛[24]。該測試可用于評估干預(yù)措施的效果并提供預(yù)后信息，但不能解釋有氧運動受限的原因。過去，6MWT被用于評估PH治療的療效，現(xiàn)在它已被用作死亡風(fēng)險多參數(shù)評估的基本要素之一。

有氧運動訓(xùn)練均具有對PH病理不同階段心臟的保護作用，其機制與改善心臟重構(gòu)、神經(jīng)激素系統(tǒng)失調(diào)、炎癥反應(yīng)以及線粒體氧化應(yīng)激有關(guān)，在疾病早期階段開始運動獲益更大[25]。

5總結(jié)

由于PH對機體的不良影響，而尚未研究出特效藥物。尋找新的治療靶點就非常重要。在此，本文闡明了在ER應(yīng)激等不利條件下誘導(dǎo)PH肺血管會過度增殖、產(chǎn)生氧化應(yīng)激及炎癥激活。這與其他學(xué)者研究一致，ER應(yīng)激信號在細(xì)胞間的傳遞，已經(jīng)有了很明顯的表征，而且大多被歸結(jié)為有害的特性。血管炎癥是PH的公認(rèn)特征，NF-κB常被認(rèn)為在啟動肺血管炎癥中起著重要作用

針對疾病，運動干預(yù)有阻力（力量和動力）、有氧、平衡和柔韌性等多種訓(xùn)練。每種類型都能改善身體機能的不同方面，但可以根據(jù)需要將它們結(jié)合起來，并作為多成分干預(yù)處方。因此，運動干預(yù)計劃應(yīng)根據(jù)個人的身體機能情況來制定。

參考文獻

[1]SIMONNEAU G， MontaniD，Celermajer D， et al. Haemodynamic definitions and updated clinical classification of pulmonary hypertension[J]. Eur Respir， 2019; 53：1801913.

[2]Paddenberg R， Stieger P， von Lilien A， et al. Rapamycin attenuates hypoxia-induced pulmonary vascular remodeling and right ventricular hypertrophy in mice[J]. Respir Res，2007;8：15.

[3]Zelt J， Chaudhary K， Cadete V， et al. Medical therapy for heart failure associated with pulmonary hypertension[J]. Circ Res，2019;124：1551–67.

[4]Vonk Noordegraaf A， Westerhof N. Right ventricular ejection fraction and NT-proBNP are both indicators of wall stress in pulmonary hypertension[J]. Eur Respir，2007;29：622–623.

[5]GaliE N， BarberA J， Frost A， et al. Initial use of ambrisentan plus tadalafil in pulmonary arterial hypertension[J]. N Engl J Med，2015;373：834–844.

[6]GaliE N， Humbert M， Vachiery J， et al. 2015 ESC/ERS Guidelines for the diagnosis and treatment of pulmonary hypertension： The Joint Task Force for the Diagnosis and Treatment of Pulmonary Hypertension of the European Society of Cardiology （ESC） and the European Respiratory Society （ERS）： Endorsed by： Association for European Paediatric and Congenital Cardiology （AEPC）， International Society for Heart and Lung Transplantation （ISHLT） [J].Eur Heart， 2016;37（1）：67-119.

[7]Le Q G， Kimata Y. Multiple ways for stress sensing and regulation of the endoplasmic reticulumstress sensors[J]. Cell Struct Funct，2021，46（1）：37-49

[8]Read A， Schroder M. The unfolded protein response： an overview[J]. Biology （Basel）， 2021，10（5）： 384

[9]Urra H， Dufey E， Lisbona F， et al. When ER stress reaches a dead end[J]. Biochim Biophys Acta， 2013，1833（12）：3507-3517

[10]Bashir S， Banday M， Qadri O， et al. The molecular mechanism and functional diversity of UPR signaling sensor IRE1[J]. Life Sci，2021，265：118740

[11]劉幸幸，王威威，袁好鑫.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展[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床，2023，43（5）：848-851.

[12]Murphy M. How mitochondria produce reactive oxygen species[J]. Biochem， 2009; 417： 1–13.

[13]Lee P， Chandel N， Simon M. Cellular adaptation to hypoxia through hypoxia inducible factors and beyond[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2020;21：268–83.

[14]Schonenberger M， Kovacs W. Hypoxia signaling pathways： modulators of oxygen-related organelles[J]. Front Cell Dev Biol，2015;3：42.

[15]Corcoran A， Cotter T. Redox regulation of protein kinases[J]. FEBS，2013;280：1944–65.

[16]Liu S， Nambiar Veetil N， Li Q， et al. Pulmonary hypertension： Linking inflammation and pulmonary arterial stiffening[J]. Front Immunol，2022 Oct 5;13：959209.

[17]Kuebler W， Bonnet S， Tabuchi A.Inflammation and autoimmunity in pulmonary hypertension： Is there a role for endothelial adhesion molecules[J]？ Pulm Circ，2018：2045893218757596.

[18]張育泉，程義局，杜娟等.外周血NLRP3 mRNA、NF-κB、PCT水平與COPD患者肺功能及肺動脈高壓的關(guān)系[J].貴州醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2023，48（6）：696-701，709.

[19]Girona J， Rodríguez-Borjabad C， Ibarretxe D， et al （2019） The circulating GRP78/BiP is a marker of metabolic diseases and atherosclerosis： bringing endoplasmic reticulum stress into the clinical scenario[J].Clin Med，8：1793.

[20]Zaiss MM， Hall C， McGowan NWA， et al （2019） Binding immunoglobulin protein （BIP） inhibits TNF-α–induced osteoclast differentiation and systemic bone loss in an erosive arthritis model[J].ACR Open Rheumatol， 1：382–393.

[21]滑藝杰，王友華.肺動脈高壓發(fā)病機制及有氧運動干預(yù)對其改善的分子機制研究進展[J].中國體育科技，2020，56（5）：71-79.

[22]Wijsenbeek M，Suzuki A，Maher T.Interstitial lungdiseases[J].Lancet，2022;400（10354）：769-786.

[23]Angulo J， El Assar M， Alvarez-Bustos A，et al. Physical activity and exercise： Strategies to manage frailty[J].Redox Biol， 2020;35：101513.

[24]Holland A，Spruit M，Troosters T， et al.An official European Respiratory Society/American Thoracic Society technical standard： field walking tests in chronic respiratory disease[J].Eur Respir， 44 （2014）， pp. 1428-1446

[25]孫園，王慶博，皮亦華等.早期和晚期有氧運動對野百合堿誘導(dǎo)肺動脈高壓大鼠右心衰竭的影響[J].中國組織工程研究，2024，28（2）：177-185.