内皮素-1在肺动脉高压发病中作用的研究进展

王 琪程兆忠王镜銮韩伟忠李 国王丽君

（1、青岛大学医学院，山东 青岛266000；2、青岛大学附属医院，山东 青岛266000）

目前，随着医学诊断技术的不断发展，肺动脉高压这一疾病的诊断率逐渐升高，伴随着医学分子水平和精准医学研究领域的不断拓展，内皮素已被证实在肺血管阻力增高和肺血管重塑起着不可或缺的作用。在机体正常生理情况下，肺血管的收缩与舒张存在一定的平衡，当这种平衡一旦被被打破时便会增加患肺动脉高压的风险。研究发现这种平衡的紊乱与机体中的一些内分泌因子失调有关，内皮素-1（endothelin-1，ET-1）在其中扮演着重要角色。新型肺血管扩张剂的不断问世延长肺动脉高压患者的中位生存期，让更多经右心漂浮导管试验证实的急性肺血管反应阴性的肺动脉高压患者从中获益。

1 ET-1生物学特征

上世纪90年代，日本学者Yanagizawa[1]等从动物血管内皮中分离提纯出一种具有收缩血管的活性多肽，首次命名其为内皮素（endothelin，ET），它由21个氨基酸残基构成，并初次对其特征进行描述。研究至今，内皮素（endothelin，ET）家族有3种同分异构体，依次命名为内皮素-1（ET-1）、内皮素-2（ET-2）、内皮素-3（ET-3），三者源自不同的内皮素基因。这3种同分异构体均具有肺血管收缩的生物学活性，然而这一作用又有伯仲之分，其中ET-1的作用最强。研究发现，ET-1在心血管系统中起主导作用。ET家族的前体是以由203个氨基酸构成的前内皮素原的形式存在，在裂解酶及羧化酶的作用下逐步裂解为分子量较大的内皮素片段，最终在内皮素转换酶（endothelin-converting enzyme，ECE）的作用下进一步分解、代谢成为具有21个氨基酸残基构成的生物活性多肽，即内皮素。ET-1的释放主要依赖于基因转录水平的调控，这一过程受许多因素包括c-fos、c-jun、急性时相反应调控元件、核因子AP-1和GATA-2的调节[2-4]。肺血管内皮有较多内皮素表达，国内外许多研究发现，在循环血量流经的器官如心、肾等血管内皮也有不同程度的内皮素表达。另外，白细胞和巨噬细胞等也存在少量的内皮素表达[5]。到目前为止，ET-1的促肺血管收缩作用最为显著。除此此外，ET-1还具有促进血管内皮生成、诱导细胞分化成熟、刺激细胞有丝分裂和类细胞生长因子的作用。据报道，ET-1与肺血管疾病、心源性休克、慢性心力衰竭、尿毒症、炎症性肠病、良恶性肿瘤等疾病的发病机制密切相关[6]。

2 内皮素-1、受体与肺动脉高压

2.1 内皮素受体

由内皮素受体（Endothelin receptors，ETR）介导的生物学活性大部分是通过G-蛋白偶联受体传导通路来完成，研究表明，内皮素受体属于G-蛋白偶联受体家族体系。目前为止，经验证具有生物学效能且能够介导肺血管收缩的内皮素受体有两种，即内皮素受体-A和内皮素受体-B。另有研究发现，对ET-3具有高度亲和力和选择性的内皮素受体，部分学者命名为内皮素受体-C(ETC），然而至今人体组织中仍尚未发现[7]。内皮素受体-A和内皮素受体-B对不同的内皮素具有相对不同的选择性和亲和力，肺血管平滑肌细胞中具有较多的ETA表达，它对内皮素具有高选择性。研究表明，ETA对ET-1和ET-2的选择性和亲和力均强于ET-3。不但肺血管平滑肌细胞中可表达ETB，而且肺血管内皮细胞也可表达ETB，因此它是一种非选择性内皮素受体，然而它对上述三种内皮素在选择性和亲和力方面均无显著差异。当ETA与内皮素结合生物学活性被激活时能够介导肺血管收缩，较多研究支持，内皮素受体与内皮素结合后是通过激活G-蛋白偶联受体通路来介导肺血管收缩效能[8]。另有一些研究表明，ETA发挥生物学活性首先激活钙离子通道，继而引起细胞外钙离子内流导致细胞内钙离子浓度升高，从而介导肺血管平滑肌收缩[9]，这种钙离子通道是一种非选择性离子通道，它存在于肺血管平滑肌表面。然而，ETB介导肺血管舒张的机制主要通过肺血管内皮生成一氧化氮和前列环素来完成[10]，后者可通过抑制前内皮素原-1的转录过程对ET-1生成发挥负反馈作用，因此这一过程有助于部分ET-1的清除[11]。

2.2 内皮素-1与肺动脉高压

目前，全球公认的肺动脉高压发生及发展的两大病理生理是肺血管阻力增加（pulmonary vascular resistance，PVR）和肺血管重塑（pulmonary artery remodelling，PAR），然而内皮功能障碍又会加速这一进程。肺组织中过饱和的ET-1能够导致ET家族对生物学介质的亲和力和敏感性降低，同样ET-1也是肺血管阻力增加和肺血管重塑发生、发展的触发因素。相比不合并肺动脉高压的患者而言，除了肺血管内皮外，内皮素-1和前内皮素原-1亦被证实在肌性动脉存在不同水平的表达[12]。据报道，ET-1表达水平的高低与PVR的增加以及与远端肺血管损害的严重程度密切相关[13]。通过各种途径进入肺循环的内皮素-1数量增多及内皮素-1的清除障碍能够解释为何合并肺动脉高压的患者中循环血液中内皮素-1处于较高水平[14]。已被证实，一些与PAH相关的疾病，如结缔组织疾病，先天性心脏病等均存在较高水平的血浆ET-1[15-20]。ET-1能够作为骨形成蛋白受体-2（BMPR2）的配体，并与之紧密结合，继而产生生物学反应。已被证实，骨形成蛋白受体-2（BMPR2）的突变与PVR的增加具有相关性。突变的BMPR-2多种多样，其能够截断蛋白或改变保守区域，继而干扰配体与BMPR-2相结合或影响激酶活性[21-24]。BMPR2的配体、BMP7以及部分BMP4能够调节血管的收缩和舒张，这一过程是通过抑制平滑肌细胞ET-1的释放和抑制血管壁的收缩反应来实现。在小鼠试验中，过度表达的BMPR2已被证实能够减弱肺动脉高压对低氧的反应性。

3 ETR拮抗剂与肺动脉高压

目前，内皮素受体拮抗剂（ETR）主要适用于经右心漂浮导管验证的急性肺血管反应试验阴性的肺动脉高压患者。多项临床试验结果都已经证实，应用内皮素受体拮抗剂的肺动脉高压实验组较安慰剂组能够明显改善患者的主观症状，客观讲，亦能显著改善血流动力学指标，较多肺动脉高压的患者能够从中受益。此外，内皮细胞ETB受体还能发挥潜在的生物学活性，即一氧化氮、前列环素的释放和清除循环中过饱和的内皮素[25-26]。同内皮素受体一样，内皮素受体拮抗剂也有两种，即选择性ETR拮抗剂和非选择性拮抗剂。ETB受体一旦被激活即可引起肺血管舒张，这样能够中和ETA受体介导的肺血管阻力增高的生物学作用，继而延缓肺动脉高压的进展。然而非选择性受体拮抗剂不但能够抑制ETA，亦能抑制ETB，因此它能够抑制ETB激活后的舒张肺血管作用，这是为何非选择性ETR拮抗剂研制过程受限制的原因。相反，选择性ETR受体拮抗剂具有ETB受体激活后的肺血管舒张作用，同时又能抑制ETA受体介导的肺血管收缩，因此目前市场上多数内皮素受体拮抗剂紧紧围绕ETA而设计研发。

3.1 波生坦

本世纪初，波生坦（Bosentan）被FDA批准用于肺动脉高压患者的临床治疗，其不但可以抑制ETA亦能抑制ETB，因此被称为双重内皮素受体拮抗剂。波生坦对ETA受体较ETB受体具有较高的受体亲和力，其半衰期约为7小时，而其生物利用度较低，约为50%[27]。波生坦的分解代谢主要由CYP2C9及3A4两种同功酶来完成，这两种同工酶属于细胞色素P450酶系。由于华法林、地高辛的代谢同样需要细胞色素P450来完成，因此波生坦与华法令、地高辛重叠使用时会发生相互作用。尽管他们之间在应用上并无明显禁忌，由于细胞色素P450在肝脏细胞中高度表达，因此密切监测肝功能仍予以重视[28-32]。目前，国内外一致公认的波生坦口服剂量为250mg分两次应用。肺动脉高压患者初始剂量为62.5mg，每日2次（连用1个月），若此后无有明显的肝功能异常（通常转氨酶小于正常上限的3倍）可逐渐加量至125mg，每日2次。波生坦主要的副作用为肝功能异常，此外还包括血红蛋白降低、血压下降及外周水肿等[33-35]。

3.2 马西替坦

除了波生坦具有双重内皮素受体拮作用外，另一种应用于临床肺动脉高压治疗的双重受体拮抗剂为马西替坦（Macitentan），其于2013年被批准使用，每日的口服剂量为10mg。马西替坦是通过调整波生坦的化学结构使磺胺叔丁基苯磺酰胺部分的初始化来完成，调整后的化学结构再被一系列简单烷基磺酰胺基团所取代。在药理学方面，较波生坦更为显著的是该药增加了自身到达肺组织渗透性和高亲和力。SERAPHIN实验表明，应用马西替坦治疗的肺动脉高压实验组较安慰剂组支间相比，明显的降低了疾病恶化的风险。此外，马西替坦对6分钟试验、WHO功能分级和降低肺血管阻力都具有重要意义[36]。

3.3 安立生坦

安立生坦（Ambrisentan）能够选择性抑制ETA，与波生坦代谢不同的是其主要通过肝脏中的葡糖醛酸化途径代谢分解，因此与华法林重叠时不存在相互作用的发生。通过对特发性PAH、结缔组织相关PAH、厌食抑制症和感染人类免疫缺陷病毒（HIV）的患者进行为期12周的观察研究，安立生坦在6分钟步行试验、呼吸功能评分及WHO功能分级均有不同程度的提高，更为重要的是其能够显著降低肺循环阻力以及改善心脏射血功能[37]，继而改善肺动脉高压患者的预后，目前该药我国已上市。

3.4 西他生坦

西他生坦（sitaxsentan）对ETA受体具有较高的选择性，较ETB而言，其对ETA具有更为显著的亲和力，约为6500倍，半衰期为2-7小时。国内外研究已证实应用西他生坦会减少华法林约80%的剂量才能维持理想的INR目标值[38]。据报道，西他生坦严重副作用为肝功能损伤，甚至会有生命危险，2010年12月美国辉瑞制药有限公司宣布将该药从市场中紧急撤出，并叫停该药的所有临床试验。

3.5 替唑生坦

以上所述药物均为选择性受体拮抗剂，而替唑生坦（tezosentan）具有非选择性，其为极性较强的亲水性内皮素受体拮抗剂，以往该药的临床试验主要针对充血性心力衰竭（Congestive Heart Failure，CHF）患者，由于其对CHF的各项指标无明显改善[39]，于2005年11月该药研究被迫终止。目前该药仍处于研发中。

3.6 联合用药

肺动脉高压除了应用单一内皮素受体拮抗剂治疗外，另有一些新型肺血管扩张剂联合治疗PAH的疗效。研究发现，尽管波生坦会导致5型磷酸二酷酶抑制剂的生物利用度下降[39]，波生坦联合西地非应用于PAH的效果可观。谢艳丽等[39]对90名合并先天性心脏病的肺动脉高压的患儿进行为期180天的研究发现，波生坦联合西地那非的总体有效率为95.56%。此外，联合应用波生坦与前列环素类药物也被证明是安全有效的，并且后者会增强波生坦的疗效[40-41]。据报道，一名患有进展性右心衰竭及重度PAH的女性患者在经过波生坦、他达拉非和贝前列素的三者联合治疗6个月后痊愈。然而，最近的freedom-c试验对350例患者进行为期4个月的观察研究发现，在应用波生坦/或西地那非的基础上加用曲前列环素在6分钟步行试验和Borg呼吸困难评分上均不能让肺动脉高压患者明显获益[40]。

4展 望

目前，肺动脉高压的发病率正逐年升高，但随着对该病发病机制的不断探索和对肺血管疾病精准医学领域的不断拓展，让肺动脉高压患者从靶向药物尤其ETR拮抗剂的不断问世中获益，即便如此，部分药物仍缺乏充足的循证医学依据。期待不久的将来，ETR拮抗剂的研究领域逐步拓宽，让更多肺动脉高压患者从中受益。

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