慢性低氧性肺动脉高压血管重塑机制的研究进展

金 柱 综述，高宝安 审校

(三峡大学第一临床医学院宜昌市中心人民医院呼吸内科，湖北 宜昌 443003)

慢性低氧性肺动脉高压血管重塑机制的研究进展

金 柱 综述，高宝安 审校

(三峡大学第一临床医学院宜昌市中心人民医院呼吸内科，湖北 宜昌 443003)

慢性缺氧是许多呼吸系统疾病常见的病理和生理过程。低氧性肺动脉高压是一种长期暴露在低氧环境中所诱发的渐进性、复杂性病变，它最终导致不可逆转的右心衰竭，因此成为临床治疗的难点。肺血管重塑是肺动脉高压不断进展的病理基础，亦是多种药物治疗不理想的根源。肺血管重塑机制复杂，其中涉及到多种细胞分子和信号通道的分别和相互作用，对其全面了解有着重要的意义。本文就目前的研究现状和研究前景做一综述。

低氧；肺动脉高压；血管重塑

低氧性肺动脉高压(Hypoxic pulmonary hypertension，HPH)是一种预后差、病死率高的疾病。HPH主要特征为低氧引起血管损伤后，肺血管各层膜发生病理生理变化，释放多种血管舒缩因子，导致血管异常收缩和不可逆重塑，进而肺血管阻力及肺动脉压力渐进性升高，最终导致右心衰竭而死亡。HPH并不是一个单纯的疾病，而是一组多因素参与的复杂综合征，这就决定了其临床治疗困难且疗效差，更加突出研究其机制的重要性。

1 肺动脉的基本结构及形态学变化

肺动脉血管壁分3层：含有成纤维细胞的外膜；以肺动脉平滑肌细胞(Pulmonary artery smooth muscle cells，PASMC)为主，有一个或者多个弹性薄层的中膜；只有一层内皮细胞的内膜。目前多利用动物模型来研究HPH，虽然由于物种性别的不同有各种病理进程上的差别，但仍然可以让我们更好的了解人类的肺动脉高压。在动物模型中观察到“类平滑肌细胞”出现在无肌性的血管段、增厚的外膜以及肌化的中膜。这说明血管的重塑发生在血管的全层，而非某个单独层面[1]。组织学证据表明内膜有不同程度的纤维化；中膜的增厚是由于肥大的PASMC不断聚积和以胶原蛋白、弹性蛋白为主的细胞外基质沉淀的增加所引起；外膜增厚则是由纤维母细胞和成纤维细胞以及细胞外基质的显著增加(胶原蛋白、弹性蛋白、纤连蛋白、细胞粘合素等)。

2 肺血管重塑的细胞和分子机制

2.1 内皮细胞的改变 内皮细胞有多种代谢功能，其通过与循环免疫细胞、介质的相互作用维持血管的发育、血管的修复以及体内组织的稳定[2]。内皮细胞是缺氧的直接靶点，典型的病理变化是肥大和增生，造成血小板激活和凝集、血栓调节蛋白以及纤溶系统的异常、蛋白外渗增加[3]、肺血管通透性增加[4]。硫酸乙酰肝素蛋白多糖是一种由内皮细胞分泌的可以抑制平滑肌过度增殖的因子。在低氧状态下内皮细胞分泌硫酸乙酰肝素蛋白多糖会明显减少，从而导致平滑肌的增生。内皮细胞持续暴露在缺氧环境中引起生长因子受体和功能的变化，并影响细胞外核苷酸、生物胺、腺苷的运输和加工[5]；缺氧增加白细胞介素-1(Interleukin-1，IL-1)和白细胞介素-6(Interleukin-6，IL-6)，细胞间粘附分子-1(Intercellular cell adhesion molecule-1，ICAM-1)和血管细胞粘附分子-1 (Vessel cell adhesion molecule-1，VCAM-1)的表达，均有助于血管重塑的进展。内皮细胞能产生和释放各种强有力的血管活性物质，对PASMC的收缩增殖及合成状态造成很大影响，如使前列环素(Prostacyclin PGI2)和一氧化氮(Nitrite oxide，NO)这类舒血管物质生成减少或者失去活性，血小板活性因子(Platelet，activating factor，PAF)、血小板源性生长因子(Platelet derived growth factor PDGF)、5-羟色胺(5-hydroxytryptamine 5-HT)、白三烯(Leukotriene)等缩血管物质的增加。在低氧环境下，内皮细胞分泌ET-1明显增高，过氧化物酶增殖物激活受体γ(Peroxisome proliferators-activated receptors-γ，PPARγ)显著降低，最新研究表明两者之间存在着某种联系，可以对新的治疗靶点进行切入研究[6]。

2.2 平滑肌细胞的改变 在正常肺血管中，平滑肌细胞更多表现为合成表型，而在肺动脉高压时PASMC则更多表现为收缩表型，产生更多弹性和胶原蛋白加速血管重塑。慢性缺氧诱导非中膜细胞如前体细胞(主要为中间细胞和周细胞)增殖和分化为“类平滑肌细胞”，迁移到中膜导致中膜增厚。肺动脉中膜的结构的变化程度直接决定着肺动脉高压的严重程度。

2.2.1 5-HT途径的影响 5-HT作为PASMC的血管活性物质存在，缺氧时其合成限速酶、色氨酸羟化酶表达增加，由血小板、内皮细胞和肺神经内分泌细胞释放的5-HT相应增加，促进PASMC收缩增殖参与血管重塑[7]。5-羟色胺载体(5-HTT)和5-羟色胺受体(5-HT-2A、5-HT-1B/1D和5-HT-2B)同时在PASMC上表达，它们之间的表达和功能的平衡决定着细胞对5-HT的反应[8]。低氧时肺组织尤其肺动脉中5-HTT的表达增多，5-HTT基因的过表达促进了在雌性小鼠在缺氧条件下的肺血管重建[9]。5-HT通过酪氨酸磷酸化过程和血小板源生长因子β(PDGF-β)联系，还激活5-羟色胺转运体(5-HT4)和环磷酸腺苷(Cyclic adenosine monophosphate，cAMP)，刺激平滑肌细胞迁移和细胞骨架重组，加强其自身作用[10]。NADPH类氧化酶激活氧自由基(Reactive oxygen species，ROS)、丝裂酶原活化蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase，MAPK)信号通路则是由5-HT受体激活，加速PASMC增殖。5-HT作用机制复杂，涉及载体受体及多个通路，是HPH治疗的良好切入点。

2.2.2 RHO途径的影响 肌球蛋白轻链(Myosin light chain，MLC)的磷酸化状态决定着PASMC的收缩状态，其磷酸化状态由非Ca2+/钙调节蛋白依赖的MLC激酶催化，其去磷酸化是由Ca2+/钙调节蛋白依赖的MLC磷酸酶(Myosin light chain phosphatase，MLCP)催化，它们之间的平衡性决定着肺血管平滑肌收缩的敏感程度[11]。低氧时Rho相关螺旋卷曲蛋白激酶(Rho-associated,coiled-coil containing protein kinase，ROCK)信号可抑制肌球蛋白磷酸酶(Myosin phosphatase，MP)的活性，提高胞浆中MLC磷酸化水平，导致PASMC的增殖、迁移和分化状态以及持续的血管收缩[12]。ROCK还可能通过调节对有丝分裂原，如ET-1和5HT的反应引起肺血管重建，改变内皮细胞一氧化氮合酶(Endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的表达。ROCK通路选择性抑制剂Y-27632和法舒地尔均投入实验研究，小范围临床实验证明法舒地尔可以有效改善HPH相关指数，但仍需进一步完善。

2.2.3 其他通道的影响 磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(Phosphatidylinositol 3-kinase-K/protein kinase B，PI3-K/PKB)通路对维持PASMC的表形有着重要的作用，抑制PI3-K/PKB通道的活动可以使PASMC形态学发生改变，减少收缩活动，增殖和迁移发生异常[13]。酪氨酸激酶-转录因子STAT(Janus kinase-Signal transducer and activator of transcription，JAK-STAT)通道用过限制信号转导子与转录激活子3 (Signal transducers and activators of transcription 3，STAT3)和转录因子Krüppel样因子5(Krüppel-like factor 5，KLF5)抑制PASMC增殖[14]。蛋白激酶C-丝裂原激活的蛋白激酶(Protein kinase C-mitogen activated protein kinase，PKC-MAPK)途径通过激活G蛋白偶联受体激活PKC，导致STAT残基磷酸化，激活JAK-STAT通路影响肺动脉平滑肌表型变化。

2.2.4 离子通道的影响 钾通道是PASMC在正常状态下维持静息平衡电位的主要因素。低氧条件下PASMC膜上的Kv活性下降，膜电位去极化[15]；低氧还可以通过直接调控钾离子通道基因，致使PASMC处于持续收缩状态。抑制或减弱钾通道，如Kv1.5和Kv2.1通道的失活可以保持细胞内钾离子的高浓度，抑制细胞凋亡[16]，影响肺动脉高压的进程[16]。Src家族酪氨酸激酶(SrcTK)是控制钾通道的关键因素，它作为一个辅助因子参与肺动脉平滑肌细胞钾静息电位的设置，降低肺血管的张力[17]。线粒体ATP敏感性钾通道(Mitochondrial ATP-sensitive potassium channel，MitoKATP)也参与凋亡调控；5-羟基癸可以通过阻止MitoKATP抑制慢性缺氧状态下肺动脉平滑肌细胞增殖。盐酸埃他卡林作为一个新型的ATP敏感性钾通道开放剂，增加外向K+电流，引起细胞膜超极化，抑制PKC的活性，使生长因子表达降低，抑制肺血管重塑，可以在HPH动物模型中有效逆转肺血管重塑的病理指标[18]。细胞内钙离子浓度的增加是PASMC生长和迁移的必须条件[19]。缺氧时电压依赖型钙通道激活，引起钙通道开放并引发钙离子内流，PASMC静息膜电位改变，细胞内钙离子浓度增加。瞬时受体电位通道(Canonical transient receptor potential，TRPC)基因家族编码的非选择性阳离子通道在慢性缺氧时对Ca2+进入平滑肌细胞起着非常重要的作用。慢性缺氧时，主要是TRPC1和TRPC6表达上调，为Ca2+进入平滑肌细胞提供旁路途径。其余TRPC亚型无明显变化[20]。钙池调控钙离子通道(Store-operated Ca2+channels，SOCC)和受体调控钙离子通道(Receptor-operated Ca2+channels，ROCC)是由不同的TRPC亚型组成，低氧时发挥作用，使胞内钙离子浓度增加，促进平滑肌细胞的增殖以及增加肺血管对各种血管活性物质的敏感性，加速血管重塑过程[21]。钠氢交换体(Na+/H+exchanger，NHE)在维持平滑肌细胞pH值中有着重要的作用。NHE是一种离子交换蛋白，1:1地介导细胞内外氢与钠离子交换，有5种亚型。NHE-1与肺血管平滑肌细胞增殖及凋亡有着密切关系，Na+/H+交换增强致使细胞内碱化，这种变化在血管平滑肌细胞增殖中起着“容许性”作用；而细胞内酸化则可抑制细胞增殖，使其凋亡率增加。实验表明NHE抑制剂阿米洛利或选择性NHE1基因敲除，都可以有效的抑制平滑肌的增殖和迁移，阻止肺动脉高压及血管重塑[22]。对NHE1抑制剂和基因治疗的研究，也许会成为肺动脉高压一个新的治疗靶点。

2.3 外膜成纤维细胞 在传统观念中，血管外膜主要承担支持和营养的功能。近年研究表明，血管外膜感知及整合各种信号；是储存和释放血管壁功能的关键调控分子，并有助于调节血管、修复损伤[23]。血管外膜是血管最主要的感受器，现阶段研究的所有物种中，缺氧早期都会发生外膜血管重塑。多项实验表明，外膜成纤维细胞第一个被激活、增殖，参与细胞外基质沉积和释放多种因子[24]，直接影响到中膜PASMC增殖，刺激炎症产生和细胞招募。体外实验表明，缺氧时外膜成纤维细胞的增殖反应早于平滑肌细胞，并且外膜成纤维细胞促进巨噬细胞/单核细胞的迁移和粘附[25]。缺氧诱导因子(Hypoxia inducible factor-1，HIF-1)下游靶点为血管紧张素转换酶(Angiotensin converting enzyme，ACE)和血管紧张素Ⅱ1型转换受体，他们的抑制剂可以明显的阻止外膜成纤维细胞的增殖。

外膜成纤维细胞也可以对血管壁的其他类型细胞产生重要影响，例如，刺激平滑肌强烈增殖，通过产生ROS影响平滑肌的收缩状态；破坏内皮产生NO影响平滑肌的舒张，生产多种炎性细胞因子和化学介质，如单核细胞趋化蛋白-1(Monocyte chemotacticprotein 1，MCP-1)、基质细胞衍生因子(Stroma cell-derived factor 1，SDF-1)、血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VGEF)以及其他炎性细胞的诱导及招募。

3 展望

缺氧诱导的肺血管重塑并不是一个单独的病理现象，是复杂的、各种细胞和分子的相互作用结果。低氧对血管产生损伤，血管各层对低氧产生适应变化，引起血管重塑，最终导致HPH。众多信号转导通路有各自不同的复杂功能，且又相互联系，加之许多机制不清，更加大了研究的困难性。这要求我们需要站在整体的高度，不再纠结其中个别的通道，应当明确理解各通道机制之间的联系，寻找多通道的共同调节点并致力于阻碍多个通道之间的联系。随着研究的进一步深入，各种药物的不断上市，基因疗法、免疫疗法以及干细胞疗法的成熟，相信在不久的将来HPH一定会得到有效的控制和缓解。

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Research advance on chronic hypoxic pulmonary hypertension revascularization mechanism.

JIN Zhu,GAO Bao-an.Department of Respiratory Medicine,the First School of Clinical Medical Science of Sanxia University,Yichang Central People's Hospital,Yichang 443003,Hubei,CHINA

Chronic hypoxia is a common pathological and physiological characteristic of many respiratory diseases.A long-time exposure in the low oxygen environment could induce hypoxic pulmonary hypertension(HPH), which is a progressive and complex process.And it became a difficult point of clinical treatment for its leading to an irreversible right heart failure.Hypoxia-induced pulmonary vascular remodeling is the pathological basis of progressiveHPH and the main reason for the dissatisfied drug treatment.It is of great significance for a further study of the cellular and molecular mechanisms of hypoxia-induced remodeling which showed a highly complex process where numerous interactive events existed.And the review herewith provides a summary on the research status and its prospects.

Hypoxia;Pulmonary hypertension;Vascular remodeling

R543.2

A

1003—6350（2015）03—0386—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.03.0138

2014-08-27)

湖北省自然科学基金(编号：2011CDB178)；湖北省教育厅中青年人才基金(编号：Q20111202)

高宝安。E-mail：222xiaozhao@163.com