脑钠肽、低氧诱导因子-1α、心肌型脂肪酸结合蛋白在高原肺动脉高压中的研究进展

张欢 华毛 冯喜英 马维秀 李玉红

·综述·

脑钠肽、低氧诱导因子-1α、心肌型脂肪酸结合蛋白在高原肺动脉高压中的研究进展

张欢 华毛 冯喜英 马维秀 李玉红

高原肺动脉高压； B型脑钠肽； 低氧诱导分子-1α； 心肌型脂肪酸结合蛋白

高原肺动脉高压(high altitude pulmonary hypertension, HPH)是指生活在海拔2 500 m以上地区的人群,因对高原环境适应不全引起的肺小血管功能性及器质性改变，从而导致低氧肺动脉高压及相关临床表现[1-3]。青海省为高海拔地区，有许多不利于人类的因素，以低氧为著，高原肺动脉高压发病率高，病情危害严重，而显著的肺动脉高压又是各型高原病(高原肺水肿、高原红细胞增多症和高原心脏病)的发病机制，是高原病的早期表现，且程度越严重，肺动脉高压越明显。其发病率约占慢性高原病的80%左右。根据《慢性高原病青海诊断标准》,高原肺动脉高压表现为平均肺动脉压>30 mmHg或肺动脉收缩压>50 mmHg，肺动脉压可采用超声心动图测定[1]。研究表明，高原肺动脉高压大多为慢性持续性发展而成，患者发病缓慢，早期临床症状不典型，无特异性，临床诊断意识不足常发生误诊、漏诊，海拔越高，发病率越高，病死率越高，严重影响着患者的生活质量及威胁着患者的生命[2]。相关研究指出其可能发病机制为起始刺激因子(如低氧低压等)引起肺血管收缩、重构,肺动脉中膜继发性增厚,肺血管阻力增加,从而导致肺动脉压升高和右室衰竭[3]。此外，血液黏稠度增加、血管内血栓形成、血容量和肺血流量相应增加也参与其形成。

多种因素参与了肺动脉高压的发生发展过程，包括5-羟色胺(5-hydroxytry ptamine)、内皮素(endothelin)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、前列环素(prostaglandin, PG)等。血液黏稠度增高也参与肺动脉高压的形成[4]。低氧诱导因子不仅可诱导内皮素及血管内皮生长因子的合成，相关研究发现低氧诱导因子-1α(hypoxic inducible factor-1α, HIF-1α)所调控的目标基因之一可能是脑钠肽(brain natriuretic peptide, BNP)，通过对BNP启动子的功能性HRE-466序列的特殊影响，使BNP的转录增强,提升BNP血液含量[5]。HIF-1α介导的炎性反应亦可促进BNP的表达。其他新近相关研究指出，BNP和心肌型脂肪酸结合蛋白(heart-type fatty acid binding protein, H-FABP)均可反应早期心功能障碍、心肌缺血。肺动脉高压(pulmonary hypertension, PH)会引起不同程度的心功能不全，与心功能分级呈负相关。因此，H-FABP也可作为判断PH的严重程度的指标。下面将围绕BNP、HIF及H-FABP展开论述。

一、BNP

BNP主要在心室表达,同时也存在于脑组织，具有拮抗肾素-血管紧张素-醛固酮系统、扩张血管、抑制交感神经活性等作用,从而起到利钠、利尿及降低血压的作用。BNP与大量存在于大血管的靶细胞表面受体A(natriuretic peptide receptor A, NPR-A)相互作用发挥效能，其分泌是机体自身调节的一种保护性机制[6]。通过肽链内切酶24.11抑制钠尿肽的分解代谢以增加其活性也可以延缓HPH的形成。

1. BNP的基因调控： BNP编码基因NPPB(natriuretic peptide B,GeneID 4879)位于1p36.21,含3个外显子和2个内含子，长度1472 bp。相关研究发现,NPPB基因SNPs对血BNP水平有重要影响。如在 MTHFR-CLCN6-NPPA-NPPB基因座中,由22个SNPs组成的4个单倍型与血NT-proBNP水平增高显著相关[7]。NPPA-NPPBrs5068、 rs198358和rs632793多态与血ANP、BNP水平及血压变化相关[8]。NPPB基因rs198389和rs198388多态与血NT-proBNP相关[9]。BNP 升高可见于心室收缩或舒张功能不全、肺动脉高压、败血症和甲亢等疾病[10]。研究发现,肾上腺素能受体激动剂、内皮素、甲状腺素等通过多种信号通路作用于NPPB基因启动子元件,影响其启动子活性。这种信号途径具有独特性,但相互间有协同性[11]。

2. BNP与肺动脉高压： 近年来的系列研究发现证实BNP与包括肺动脉高压在内的多种心血管疾病密切相关[12]。BNP升高的程度与缺氧程度相关，随着缺氧程度的改善而相应降低，氧分压对BNP的影响机制可能随着血氧分压的降低，引起肺小动脉收缩，使肺动脉压升高。有研究发现,大鼠慢性缺氧时血浆BNP水平升高70%,提示缺氧能够刺激BNP的合成和分泌。过度表达BNP的小鼠对缺氧诱导的高血压具有抵抗性,BNP缺失的小鼠在慢性缺氧状态下表现为明显肺动脉高压。肺动脉压的升高，从而使右室分泌少量BNP，患者血中BNP浓度升高。相关研究表明缺氧缺血性脑病患儿急性期血浆BNP水平显著高于对照组,其主要原因可能在于缺氧间接促进BNP分泌[13]。高原低压、低氧特殊环境是肺动脉高压重要诱因。

虽然相关研究发现肺动脉高压患者的BNP血浆浓度低于心力衰竭患者[14]。但有研究发现血浆BNP水平与肺动脉压仍有一定相关性[15]。BNP浓度的检测有助于早期发现肺部疾病所致的肺动脉高压[16]。研究发现，BNP与慢性高原病患者的肺动脉压严重程度呈正相关，BNP是预测高原肺动脉高压不可或缺的因素[17]。GotoK等[18]发现肺动脉高压患者排除左心衰竭和左心室肥大后，BNP浓度与右心导管测量的肺动脉收缩压成正相关，因而可用于预测肺动脉压力。研究显示PH组血浆BNP水平显著高于正常肺动脉压组[19]。Goto等[20]研究显示，血浆BNP浓度与总体患者人群的肺动脉收缩压没有相关性(r=0.1)。但是除去左心衰竭和左心肥大以及其他一些可能导致BNP升高的因素患者时，血浆BNP浓度与肺动脉收缩压相关(r=0.508) 。Fomin等[21]研究表明,显著增加的血浆BNP浓度与永久性肺动脉临床上测定血浆BNP浓度有助于判断HP。临床研究结果表明，虽然氧疗未能使PAH降至正常，但确实可以延缓肺动脉压继续升高[22]。

二、HIF-1

HIF-1是对经缺氧处理的Hep3B和HepG2细胞株的核提取物进行电泳位移分析时首先发现的，在缺氧条件下广泛存在于人类和哺乳动物细胞内，缺氧情况下表达上调[23-24]。HIF-1能调节上百种与缺氧适应、炎症发展及肿瘤生长等相关的下游基因的表达，如VEGF、ET-1等[25]。

1、HIF-1α的调控作用：HIF-1包括HIF-1α和HIF-1β2个亚基。HIF-1β不受氧浓度影响，主要在细胞核内持续组成型表达，HIF-1α受氧浓度的调节，在细胞浆内表达，因此HIF-1α决定HIF-1的活性[26]。HIF-1α又包括三个区域：氧依赖降解区(oxygen-dependent degradationdomain, ODD)，氨基端的与转录因子结合的DNA结构域(DNA-binding domain, DBD)及羧基端反式激活结构域(transaction domain, TAD)。常氧下，HIF-1抑制因子(the factor inhibiting -1, FIH-1)羟化C-TAD内的天冬酰胺酰基，因此其与CAMP反应元件结合蛋白/p300的结合被阻止，HIF-1α的转录活性被抑制。而且HIF-1α被泛素化-蛋白酶体降解，在细胞内HIF-1α的表达水明显降低平低[27]。低氧或缺氧时，泛素化-蛋白酶体合成受到抑制，HIF-1α的降解受阻，从而提高HIF-1α的表达水平。HIF-1α与HIF-β在细胞核中结合成HIF-1。此时靶基因启动子(核心序列 5′-RCGTG-3′)与HIF结合，在共激活因子的协同作用下，下游基因转录被激活[28]。除氧分压外，多种因素诱导HIF-1α的表达，例如癌基因、细胞因子、激素、一些生长因子、应激反应和NO等小分子化学物质，但氧分压低产生的效应最强[29]。

2. HIF-1α靶基因调控： 相关研究表明HIF-1α可调控100多个下游靶基因：(1)血红素加氧酶-(heme oxygenase, HO-1)、EPO、转铁蛋白及其受体等可提高红细胞携氧能力并促进其增殖；(2)缺血缺氧时诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)、ET-1、VEGF及其受体(VEGF receptor, VEGFR)等可促进血管扩张和血管生成；(3)p53、肾上腺髓质素(adrenomedulin, AM)等可增强机体应激反应并促进其他组织细胞增殖；(4)葡萄糖转运体(glucose transporter, GLUT)-1/3、丙酮酸激酶 M(pyrl/vdtek kinase M, PKM)等可加强糖酵解和无氧代谢[30]。

3. HIF-1与miRNA： 最新研究指出，许多微小RNA(microRNA，miRNA)也参与了HIF-1的下游调控。miRNA是一类长度约19-23核苷酸的单链非编码RNA，人类编码约2 000多个miRNA，据统计与人类1/3以上基因的表达密切相关。相关研究发现，缺氧时在调控基因过程中，miRNA起了重要作用，被称为“缺氧诱导的微小RNA”(hypoxamirs)[31]。目前在缺氧条件下至少有90个miRNA的表达水平发生改变，包括miR-210、miR-26和miR-181等[32]。miRNA-210被当作肿瘤缺氧的生物标记物(biomaker)，因其在缺氧的细胞中上调表达最显著[33]。相关研究指出，目前miRNA分为调节HIF及受HIF调节的miRNA两类，如调节HIF-α的miR-199a、miR-17/92簇、miR-20b和miR-155等和受HIF调节的miR-23、miR-24、miR-26、miR-107、miR-210和miR-373等[34-37]。

4. HIF-1α与肺动脉高压： 缺氧情况下，为使组织细胞适应缺氧，HIF-1可能启动多种基因表达，缺氧性肺血管重塑及肺动脉高压的形成紧密联系[38]。李炽观等[39]研究发现,在慢性缺氧条件下,肺组织表达HIF-1明显增加,而缺失HIF-1的小鼠形成肺动脉高压无论在时间还是程度上均降低。其他相关研究表明，在缺氧性肺动脉高压(hypoxic pulmonary hypertension)形成机制中，HIF-1参与了离子通道的紊乱、血管活性物质的是失衡、炎症的加重、肺血管的重构等过程。促进了PH的发生、发展。

三、H-FABP

心型脂肪酸结合蛋白(heart-type fatty acid binding protein, H-FABP)是一种存在于心肌细胞胞质中的可溶性细胞质蛋白，约占心脏全部可溶性蛋白的 4%～8%在心肌受损时含量会增高，可用于早期评定心肌损害的程度。

2. H-FABP与肺动脉高压： 监测H-FABP含量，在心肌梗死、心力衰竭、心肌炎、创伤后心肌损伤、肺栓塞、脑部疾病、睡眠呼吸暂停低通气综合征等疾病的诊断、鉴别、评估等方面发挥重要作用。而研究发现先天性心脏病合并肺动脉高压患儿血清H-FABP与PASP呈正相关，即随肺动脉压力的升高，血清H-FABP的含量不断升高。相关研究表明，肺动脉高压早期，右室尚能代偿，舒张末期压力正常，但随着病情的进展，肺动脉压持续升高，右心失代偿，心输出量显著降低，舒张末压增高，心肌缺氧状态加重[43]。轻中度的肺动脉高压也可导致右心功能的变化。其他研究表明，由于存在左心室收缩和舒张功能障碍，右心功能减低明显，并常伴有不同程度的三尖瓣返流，肺动脉高压患者心肌损害进一步加重[44]。PH时可造成不同程度的心功能不全，且随着压力的升高，心脏收缩功能降低，心功能也随之降低。因此，H-FABP可作为判断PH的严重程度的指标。H-FABP可一定程度反映PH患者心肌损伤的轻重，对肺动脉高压的临床严重程度可能有一定的临床参考价值，值得进一步研究。

四、总结与展望

综上所述，高原肺动脉高压是一种临床常见较为严重的心肺疾病，其病死率高[46-48]，随着科技的发展及临床医师的不断重视，无论从遗传学角度还是从细胞、分子、基因水平，研究者做了大量的研究工作，HPH发病机制的研究也取得了很大的进步，但仍有待于更深入研究。

BNP不仅可预测HPH的严重程度，促进BNP合成或抑制BNP分解将成为临床缓解HPH发展的新方向。细胞在缺氧诱导下产生HIF-1，通过调节下游靶基因参与肺动脉细胞的缺氧应答，进而调控肺血管收缩和肺血管重建，促进HPH的发生和发展，然而HIF-1亦可诱导BNP合成延缓HPH发生、发展，但促进作用更强。近年来的研究表明，miRNA在HIF-1与PH的调控关系中也起到重要作用，并有望成为HPH临床诊断的标志物。研究 HPH 患者血清中HIF-1表达水平的变化，阐明HIF-1表达水平与HPH严重程度的相关性，将有助于HPH的预防及提供新的思路和策略，干预HIF-1的表达有可能成为治疗HPH的新靶点。H-FABP作为灵敏的心肌损伤生化指标，在肺动脉高压的研究领域中日益引起研究者的重视，在预测HPH程度中有一定的临床参考价值。

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10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.05.029

810001 西宁，青海大学附属医院呼吸内科

冯喜英， Email: xiying.feng@aliyun.com

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A

2017-09-13)

(本文编辑：张大春)

张欢，华毛，冯喜英，等. 脑钠肽、低氧诱导因子-1α、心肌型脂肪酸结合蛋白在高原肺动脉高压中的研究进展[J/CD]. 中华肺部疾病杂志(电子版)， 2017， 10(5)： 604-607.