肺高血压发病机制中免疫细胞的研究进展

章逸娆 卞涛 吴艳

1南京医科大学无锡临床医学院214000;2南京医科大学附属无锡市人民医院呼吸科214000

肺高血压是以肺血管阻力进行性增加为特征,最终致右心衰竭的临床综合征,其主要病理生理改变是肺血管重构、肺小动脉痉挛和原位血栓形成等。肺高血压的发病机制目前仍不清楚,近年来不少研究表明免疫炎症反应参与了肺血管重构的病理生理过程,诱导了肺高血压的形成[1]。免疫细胞是免疫系统的主要组成部分,在免疫炎症反应中发挥关键作用。各类肺高血压患者和动物模型的肺组织中几乎均伴随着大量免疫细胞的浸润[2]。

根据2018中国肺高血压诊断和治疗指南,肺高血压被分为五类：肺动脉高压 (pulmonary arterial hypertension,PAH);左心疾病所致肺高血压 (pulmonary hypertension associated with left heart diseases,PH-LHD);缺氧所致肺高血压 (hypoxic pulmonary hypertension,HPH);肺动脉阻塞性疾病所致肺高血压;未知因素所致肺高血压[3]。本文就各种类型肺高血压发病机制中异常免疫细胞的研究进行综述。

1 PAH

PAH 主要由肺小血管本身病变导致肺血管阻力增加,可发生于多种疾病状态,包括特发性肺动脉高压(idiopathic pulmonary arterial hypertension,IPAH)、药物和毒素相关肺动脉高压、遗传性肺动脉高压以及相关因素所致肺动脉高压 (结缔组织病、人类免疫缺陷病毒感染、门脉高压、先天性心脏病、血吸虫病)[1]。多种免疫细胞参与了PAH 的发病过程,包括T 淋巴细胞、B 淋巴细胞、巨噬细胞、肥大细胞、树突状细胞、中性粒细胞等。目前发现部分免疫细胞除了具有免疫监视的功能外,还有重要的调节肺血管重构的作用,更确切的机制还需要进一步研究明确。

1.1 巨噬细胞 巨噬细胞是体内重要的免疫细胞,其主要功能是吞噬细胞残片、病原菌,以及加工呈递抗原激活其他免疫细胞。IPAH 和结缔组织相关肺动脉高压患者肺血管周围巨噬细胞数量显著增加,巨噬细胞是浸润在PAH血管闭塞性 “丛状病变”中最主要的免疫细胞[4-6]。

既往有研究证实,在PAH 动物模型中,巨噬细胞通过GM-CSF/LTB4通路发挥效应,诱导肺血管内皮细胞凋亡,刺激平滑肌细胞增生和肥大,导致肺血管重构、肺动脉压力升高;阻断巨噬细胞衍生的LTB4生物合成信号能逆转实验动物PAH 的形成[7-8]。

1.2 T 淋巴细胞 T 淋巴细胞在PAH 的发病过程中扮演了重要角色,按照其免疫效应可分为：调节性T 细胞 (T regulatory cell,Treg)、辅助性T 细胞 (helper T cell,Th)以及细胞毒性T 细胞。早期研究证实PAH 患者体内存在T 淋巴细胞免疫失衡,目前越来越多的证据表明T 淋巴细胞是PAH 发生发展的原因而非结果。

1.2.1 Treg细胞 Treg细胞是具有免疫抑制作用的T 细胞亚群,其主要通过表达抑制性分子、分泌抑制性细胞因子、改变抗原呈递细胞的功能来维持机体免疫耐受以及调控免疫应答过程。

Huertas等[9]应用流式细胞数检测了62 例IPAH、遗传性肺动脉高压、结缔组织病相关性肺动脉高压患者外周血中pSTAT3+Treg细胞比例,发现与对照组相比,以上PAH 患者外周血中pSTAT3+Treg 细胞比例均下降。pSTAT3表达水平降低反映Treg 细胞功能低下,提示PAH 患者存在Treg细胞功能缺陷。有学者认为,PAH 患者Treg细胞功能缺陷与骨形态发生蛋白通路障碍存在一定关联,进一步研究证实PAH 患者及动物模型中存在骨形态发生蛋白Ⅱ型受体 (bone morphogenetic protein receptor 2,BMPR2)表达缺失或降低[10]。Tamosiuniene等[11]发现向PAH 小鼠模型体内回输Treg细胞,将伴随小鼠模型体内BMPR2蛋白表达水平升高。一方面,BMPR2信号通路的功能失调可能诱导Treg细胞功能障碍;另一方面,Treg细胞可能通过分泌IL-10调控BMPR2表达,但目前缺乏直接证据证明Treg细胞与BMPR2信号通路之间的关系。

另外,胸腺切除小鼠模型缺乏T 细胞,导致血管内皮损伤,巨噬细胞在肺组织内聚集;重建小鼠Treg细胞系统可以缓解血管内皮的损伤,减少巨噬细胞的募集[12]。由此推断,Treg细胞可能通过调控巨噬细胞,从而减少PAH肺血管重构,延缓PAH 的发生发展。

1.2.2 Th细胞 Th细胞是辅助T、B淋巴细胞免疫应答的功能亚群,初始CD4+T 细胞可分化为Th1、Th2、Th17三类效应细胞,Th2细胞能分泌IL-4、IL-13等细胞因子。Kumar等[13]发现在血吸虫病相关性肺动脉高压小鼠模型的肺组织中IL-4、IL-13 表达水平升高;对比野生型小鼠,IL-4/13双重缺陷小鼠模型中肺小动脉中膜肥厚减少、右心导管压力降低,表明IL-4和IL-13活化的Th2型免疫炎症反应在血吸虫病相关性肺动脉高压发病过程中占据主导地位。动物研究表明,Th2 型细胞因子能通过激活TSP-1/TGF-β信号转导通路参与血吸虫相关性肺动脉高压小鼠模型的肺血管重构,引起肺动脉压力升高[14]。通过综合性调节Th2型炎症反应和TGF-β信号传导通路,可为血吸虫病相关性肺动脉高压的治疗提供可行候选方案。另外,Chen等[15]发现IPAH 患者血浆中Th2 型细胞因子 (IL-4、IL-13)表达上调,Th2细胞可能通过促进肺血管平滑肌的增殖加速IPAH 的发生发展。

1.2.3 细胞毒性T 细胞 细胞毒性T 细胞具有免疫杀伤效应,其主要功能是特异性杀伤靶细胞,目前有关细胞毒性T 细胞在PAH 发病机制中的作用文献较少。研究报道,IPAH 患者肺组织中细胞毒性T 细胞比例增大,细胞毒性T 细胞的聚集可能与血管内皮细胞抗凋亡信号受损有关[16]。

1.3 B淋巴细胞 B淋巴细胞是重要的免疫细胞,不仅能分化成效应B细胞产生抗体参与体液免疫,也可通过呈递抗原、介导效应T 细胞的分化调节细胞免疫。PAH 形成与B淋巴细胞的活化和自身抗体的产生有关：IPAH 患者循环血液中B淋巴细胞数目增多,肺血管周围出现明显增加的B淋巴细胞浸润[17];在结缔组织相关性肺动脉高压患者体内发现多种与肺血管重构相关的抗体,如抗内皮细胞抗体、抗成纤维细胞抗体、抗内皮素1受体抗体等,这些抗体通过各种信号通路引起肺血管细胞损伤,导致肺血管重构、肺小动脉闭塞,血流压力进行性升高。研究表明：以CD20为靶点的单克隆抗体能有效降低PAH 动物模型循环血液中细胞因子和抗体的水平,从而延缓PAH 的进展[18]。

1.4 中性粒细胞 中性粒细胞在PAH 中的研究较少。Kim 等[19]发现中性粒细胞弹性蛋白酶在IPAH 患者肺血管平滑肌细胞中表达上升。中性粒细胞弹性蛋白酶能增加血管弹性层降解、引起血管内皮细胞增生、促进免疫细胞迁移,使用弹性蛋白酶抑制剂能改善野百合碱诱导的大鼠PAH[20],提示其在PAH 的发病机制中发挥重要作用。

1.5 树突状细胞 树突状细胞是目前已知的功能最强的抗原呈递细胞,被视为连接固有免疫和适应性免疫之间的桥梁,具有成熟和未成熟2种表型。Perros等[21]发现有大量未成熟的树突状细胞沉积于IPAH 患者和动物模型的肺动脉中。Wang等[22]则发现IPAH 患者外周血中成熟的树突状细胞比例下降。成熟的树突状细胞能发挥抗原呈递作用,诱导T 细胞的增殖和活化;未成熟的树突状细胞抗原呈递作用较弱,可维持外周免疫耐受。IPAH 患者免疫功能的失调可能与树突状细胞的表型转换障碍有关,但这仍然需要进一步探讨。

2 PH-LHD

PH-LHD 是常见的肺高血压类型,可伴发于各类左心疾病。目前认为PH-LHD 有2种来源：第一种来源于左心室充盈压向后传递,导致肺静脉和左心房压力升高,肺动脉压力 “被动性升高”;第二种来源于肺血管本身的主动性病变,如血管内膜增生、中膜肥厚,血管因此变得狭窄,肺动脉压力升高。免疫炎症反应参与了肺血管病变的过程,目前关于PH-LHD 免疫学发病机制的研究较少。

Wang等[23]通过主动脉束带法构建PH-LHD 大鼠模型,利用免疫组织化学实验检测到PH-LHD 大鼠肺泡中、肺血管管腔内、肺血管壁上以及肺间质内均出现中性粒细胞和巨噬细胞的募集。并且,该研究发现阿伐替汀能够减轻肺部免疫炎症反应,预防PH-LHD 动物模型中肺动脉的重构,阻断肺高血压的形成。

Hoffmann等[24]对大鼠进行冠状动脉上的升动脉缩窄手术制作PH-LHD 动物模型,从基因组学、蛋白组学和组织学水平确认了肥大细胞在血管周边的聚集,并应用基因芯片技术证实了 “肥大细胞活化”是大鼠体内最突出上调的基因功能分类体系。实验还发现使用肥大细胞脱颗粒抑制剂酮替芬能缓解PAH,证实了肥大细胞在PH-LHD 中的作用。

3 HPH

持续低氧刺激下,肺血管收缩、肺血管重构,导致肺循环阻力增加、肺动脉压力升高。COPD、肺间质疾病、睡眠呼吸障碍均可诱发HPH。近年来不少研究表明Th17/Treg细胞免疫失衡在HPH 发病免疫机制中占据关键地位。

3.1 Th17/Treg 细胞 Th17 细胞具有高度促炎性。Hashimoto-Kataoka等[25]发现Th17细胞在HPH 小鼠模型肺组织中大量聚集。Maston等[26]通过使用RORα/γt拮抗剂SR1001抑制Th17细胞分化,发现与对照组相比,Th17细胞分化障碍HPH 小鼠模型右心导管压力降低,肺血管重构减少,提示Th17 细胞对促进HPH 形成发挥重要作用。

朱蓉等[27]研究表明,COPD 合并肺高血压患者循环血液中Treg细胞比例低于COPD 未合并肺高血压患者,提示Treg细胞缺陷加速HPH 的形成。另外,经静脉注射Treg细胞至HPH 小鼠模型中,HPH 小鼠模型肺动脉压力下降,肺血管平滑肌增殖减弱,肺部炎症因子减少[28]。Treg可能通过其免疫抑制功能缓解HPH 的发生发展,在缺氧环境中对小鼠产生保护作用。

Treg细胞和Th17细胞来源于共同的前体细胞,Treg/Th17细胞的增殖分化受到多个信号因子的调控。缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)能促进初始T 细胞分化成Th17细胞,抑制初始T 细胞分化成Treg细胞。HIF-1α在正常条件下会被快速降解,而在低氧条件下能稳定表达。研究表明,在持续性低氧刺激下,HIF-1α部分缺失小鼠与野生型小鼠相比Th17 细胞比例下降,Treg细胞比例升高,肺血管重塑减少,右心室肥厚延迟[29],通过调节低氧条件下HIF-1α的表达来纠正Th17/Treg细胞免疫失衡,也许可作为HPH 防治策略之一。

另外,Li等[30]发现Rho A-ROCK 通路激动剂能增加HPH 小鼠体内STAT3/STAT5 磷酸化,使免疫反应向Th17细胞偏移,导致肺血管重构增加、肺动脉压力升高;而Rho A-ROCK 通路抑制剂的效应则与之相反,提示Rho A-ROCK 通路可通过调控Th17/Treg细胞稳态对HPH的发生发展产生影响。

3.2 巨噬细胞 缺氧会导致小鼠肺泡灌洗液中巨噬细胞数目显著增加,通过向小鼠气管内灌注含有氯膦酸盐的脂质体可减少巨噬细胞募集,预防HPH 形成[31]。

Li等[32]发现HPH 患者和动物模型中巨噬细胞的激活和成纤维细胞增殖的表观遗传变化密切相关。刘杰等[33]研究表明,IL-33受体基因缺乏HPH 小鼠模型肺泡灌洗液中巨噬细胞数目明显低于正常HPH 小鼠模型,同时伴随着小鼠肺血管重构减少,研究指出IL-33 通过活化巨噬细胞核转录因子κB 信号通路参与HPH 的发生发展。此外,Vergadi等[34]发现替代性活化型 (M2)巨噬细胞的激活在HPH 疾病进展中发挥了重要的作用,干预巨噬细胞亚型的转换可能是潜在的治疗靶点。

由此推断,巨噬细胞的迁移和巨噬细胞亚型的转换是HPH 的发病机制之一。

3.3 肥大细胞 肥大细胞定居于多种组织,其胞质内存在大量含组胺、5-羟色胺和肝素等介质颗粒。Banasová等[35]发现对暴露于缺氧环境早期小鼠使用肥大细胞稳定剂色甘酸二钠,能延缓肺高血压的进展,抑制肺小动脉肌化,减少肺泡前血管胶原裂解碎片的数量。肥大细胞还能合成释放血栓素、前列腺素D2、血小板激活因子等炎症介质引起肺血管收缩、肺血管阻力增加。

4 肺动脉阻塞性疾病所致肺高血压

慢性血栓栓塞性肺高血压 (chronic thromboembolic pulmonary hypertension,CTEPH)是肺动脉阻塞性疾病所致肺高血压中最常见的一类疾病。CTEPH 以呼吸困难、乏力和活动耐力减低为主要表现,主要由于肺动脉血栓栓塞反复发作、不能溶解,进而导致肺血管重构、肺血管阻力进行性增加、肺动脉压力升高及右心功能不全[36]。

近年来实验发现,CTEPH 患者肺血管壁上出现大量免疫细胞的沉积,主要包括巨噬细胞、T 淋巴细胞以及中性粒细胞。Quarck等[37]研究表明,CTEPH 患者中性粒细胞和巨噬细胞的过度募集分别与血浆中C 反应蛋白和基质金属蛋白酶浓度的升高有关联;C 反应蛋白可增加血管内皮细胞功能紊乱和平滑肌细胞增生,基质金属蛋白酶属于循环系统重建标志物。因此,有学者认为巨噬细胞和中性粒细胞对CTEPH 患者肺动脉重构产生了影响。

CTEPH 患者血浆中Th1细胞因子水平上升,Th1 细胞因子干扰素γ能诱导单核细胞和内皮细胞产生干扰素γ诱导因子10 (interferon-γinducible protein 10,IP-10)[38]。Zabini等[39]发现,与健康对照组对比,CTEPH 患者肺组织中IP-10表达增加,并且IP-10水平与CTEPH 患者的心脏指数、6分钟步行试验结果以及DLCO 呈负相关。另外,体外实验表明IP-10能增加人成纤维细胞的迁移。由此推断,IP-10可能通过增加肺血管重构加速CTEPH 疾病进展,Th1细胞在这个过程中发挥重要作用。

5 未知因素所致肺高血压

未知因素所致肺高血压的发病机制较复杂并且有多种病理生理过程参与其中,可能的致病因素包括：肺血管收缩、增生性血管病变、血栓栓塞、外源性压迫、高心输出量和左心衰竭等[40]。免疫抑制剂已经在未知因素所致肺高血压治疗中取得一定疗效[41]。然而由于病因不明确、发病率较低,目前该领域的研究文献较少。

肺朗格汉斯细胞组织增生症 (pulmonary Langerhans cell histiocytosis,PLCH)是一种单核-吞噬细胞系统增生性疾病。其以细支气管旁间质结节和囊腔形成为特征,常伴有弥漫性血管增生和肺高血压,PLCH 所致肺高血压属于未知因素所致肺高血压。Roden等[42]发现,PLCH 所致肺高血压患者肺血管重构不仅局限于结节内,结节外肺组织肺动脉同样发生内膜纤维化和中膜肥厚。组织病理学结果显示PLCH 结节主要由嗜酸粒细胞、巨噬细胞、淋巴细胞和散在的多核巨细胞组成,结节内免疫细胞通过释放细胞因子进入循环血液,如IL-6、转化生长因子β、血小板衍生生长因子等,诱导肺血管重构并形成肺高血压。

6 展望

综上所述,免疫炎症反应在肺高血压的发生发展中发挥重要作用。免疫细胞在各种刺激如损伤、炎症等的作用下迁移、浸润和聚集并释放各种炎性介质、细胞因子,与各种效应细胞如肺血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等形成复杂信号通路,最终导致肺血管收缩和肺血管重构,引起肺动脉压力升高。目前,部分免疫细胞对肺高血压发生发展产生的影响已通过动物实验被证实。近年来肺高血压领域研究进展迅速,但现有的临床靶向治疗手段仍着重于改善肺血管收缩,不能显著改善或逆转肺高血压患者的肺血管重构。而各类肺高血压中免疫炎症反应存在显著差异,其在肺高血压的病理生理过程中的具体分子作用机制尚未清晰。因此,对各类肺高血压的免疫炎症反应的研究有可能为肺高血压的治疗提供靶向及精准的治疗策略。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突