低氧性肺动脉高压肺血管重塑机制的研究

李宜桐 李勇

摘要：肺动脉高压是临床常见的一种肺血管疾病，缺氧是肺动脉高压的主要因素，会导致不可逆的肺血管重塑，其发病机制复杂，目前主要研究细胞因子、离子通道、信号通路、线粒体结构功能改变、代谢重编程五个方向。各个因素间并不单一存在，而是呈网络状相互影响促进，共同作用于肺血管，进而导致不可逆的血管重塑。本研究主要从以上五个方向进行综述，以期为临床治疗提供参考。

关键词：低氧;肺动脉高压;血管重塑

中图分类号：R544.1                                 文献标识码：B                                 DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.15.010

文章編号：1006-1959（2020）15-0026-04

Abstract：Pulmonary hypertension is a common pulmonary vascular disease in clinic. Hypoxia is the main factor of pulmonary hypertension， which leads to irreversible pulmonary vascular remodeling. Its pathogenesis is complicated. The main research directions include cytokines， ion channels， signal paths and metabolic reprogramming. All the factors do not exist alone， but are promoted by network interactions， which act together on the pulmonary blood vessels and lead to irreversible blood vessel remodeling.

Key words：Hypoxia;Pulmonary Hypertension; Vascular Remodeling; Mechanism

肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）是一组以肺血管阻力进行性增高为特征的临床综合症[1]。肺部疾病和（或）低氧所致肺动脉高压即低氧性肺动脉高压（hypoxic pulmonary hypertension，HPH），是肺动脉高压中的一大类，也是导致肺动脉压力升高的第二大常见病因[2]，可由慢性肺阻塞疾病、间质性肺疾病、睡眠呼吸障碍、肺泡低通气综合征、长期居住高原环境、肺发育不良等多种原因并发产生[3]。肺血管收缩和肺血管重塑是此类患者导致肺动脉压力进行性升高的两大病理生理学改变。由于肺血管的代偿作用，缺氧性肺动脉高压不易被早期发现，死亡率较高。目前，临床应用的药物大多针对治疗肺血管收缩，且疗效较不满意。研究表明[4，5]，我国慢性阻塞性肺疾病患者人数达9990万人，且肺动脉压力大于40 mmHg的慢性阻塞性肺疾病患者3年平均生存率低至33%。因此，开发相关靶向药物有效治疗肺动脉高压，首先需要深入研究低氧肺血管重构的发病机制。

早期缺氧可引起肺血管收缩，研究表明[6]，长期缺氧可导致内皮损伤，分泌细胞因子和生长因子失衡，进而导致细胞外基质、平滑肌等增殖速度大于凋亡，异常沉积;离子通道异常关闭或开启，使平滑肌异常收缩;基因的异常表达，使激酶含量增高，进一步促进细胞因子异常增高;为应答细胞缺氧，优化全身氧输送，线粒体通过传感器改变肺动脉平滑肌细胞（pulmonary arterial smooth muscle cells，PASMCs）中的活性氧/氧化还原对，激活一系列离子通道和激酶。同时，缺氧还可促使间质细胞和免疫细胞的代谢发生适应性改变，最终可导致不可逆的肺血管重塑[7]。因此，本文从细胞因子、离子通道、信号通路、线粒体功能动态改变、代谢重编程五个方向对低氧性肺动脉高压肺血管重塑机制作一综述。

1细胞因子

内皮由于解剖位置所在，与血管张力变化密切相关，因此，内皮细胞的病理改变对血管功能有重要的影响。缺氧可直接造成内皮细胞的损伤，引起内皮细胞过度分泌和表达多种细胞活性因子，如缺氧诱导因子-1α（hypoxia iducible factor-1α，HIF-1α），HIF-2α，内皮素-1（endothelin-1，ET-1），血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF），转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）等。以上因子能诱导内皮细胞和平滑肌细胞增殖，进一步促进血管内皮和平滑肌过度增殖，管壁增厚，管腔狭窄，进而导致血管重塑等病理改变的发生[8]。

1.1 HIF-1α低氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）是一种由HIF-1α或HIF-2α与HIF1β构成的氧敏感异二聚体转录因子，在维持细胞氧稳态和代谢活动调控中起核心作用。不缺氧时，HIF-α与具激活泛素连接酶系统活性的VHL（von hippel–lindau）蛋白结合，从而被蛋白酶降解。此过程取决于a-酮戊二酸依赖性双加氧酶、脯氨酰羟化酶、天冬酰胺基羟化酶和HIF抑制因子的活性。相反，在缺氧条件下，蛋白酶体降解HIFα/HIFβ二聚体过程受抑制，从而使转录因子发生核转位，与低氧反应元件（hypoxia response elements，HREs）结合，导致了下游100多个基因的活化，从而参与细胞缺氧自适应反应。HIF激活一系列包括氧代谢、红细胞生成、血管生成和线粒体代谢在内的控制氧稳态的相关基因，可以通过增加丙酮酸脱氢酶激酶的含量抑制葡萄糖氧化，促进糖酵解[9]。在急性反应时，这种自适应机制具有短期保护效应，然而在长期低氧应激作用下，保护机制发生紊乱，通过转录激活其下游的靶基因，如ET-1、VEGF、诱导型NOS（inducible NOS，iNOS）等影响肺动脉高压的发病和病程的进展[10]。Kojima H等[11]研究表明，敲除HIF-1α的大鼠在低氧环境下血管重塑减轻且肺动脉高压的发病几率降低，提示HIF-1α参与了低氧诱导的平滑肌血管重塑和肺动脉高压的形成，VEGF[12]、ADM、HO等下位靶基因是通过HIF-1转录激活，而VEGF、HO、ADM的表达升高，反过来又对HIF-1的表达有调节作用。在癌症相关的研究中，也有HIF-1α作用机制的探讨。有研究证实[13]，肿瘤相关巨噬细胞通过HIF-1α，髓样特异性IncRNA稳定长非编码的细胞外囊泡，从而增强癌细胞的需氧糖酵解和抗凋亡。因此，在肺动脉高压的血管重塑过程中或许有相似的机制，需要更多研究证实。

1.2 HIF-2α  西藏地区的全基因组关联研究已经鉴定出了单核苷酸多态性EPAS1（编码HIF-2α）[14]。该突变目前仅发生在如西藏这样在高海拔地区生活超过25000年的特殊选择压力地区。HIF-1α和HIF-2α杂合子的小鼠模型进一步证实[15]，在长期接触10%氧气后，杂合子相对于野生型的肺动脉高压与血管重塑显著减少。在HIF-2α基因缺失的小鼠实验中也进一步证实HIF-2α对于气道微血管完整性的重要[16]，提示HIF-2α可能可以作为肺动脉高压治疗的新位点。

2离子通道

近年来，有关离子通道方面的研究不断深入。已有研究证实，低氧可以对肺血管平滑肌细胞的离子通道产生影响，进而引起血管重塑，导致肺动脉高压的发生。

2.1钙通道  触发细胞增殖信号转导细胞内游离钙离子浓度的升高，是导致肺血管平滑肌收缩的重要因素之一。血管内皮细胞在低氧条件下，释放多种生物活性物质，激活肺血管平滑肌上电压门控通道，进而导致钙离子内流增加。肺血管平滑肌中钙离子浓度增加是由于缺氧诱导的Notch信号传导通过急性的功能性激活和慢性的TRPC6通道的上调，增强了钙内流，导致钙离子浓度增大，进而介导HPV和HPH的发展[17，18]，这个机制也为经典与非经典Notch通路阻断联合治疗提供了思路。

2.2铁转运蛋白（ferroportin，FPN）  缺铁会增加肺动脉压[19]。已有研究证实[20]，在同种型平滑肌特异性敲除铁调素抗性小鼠中，ET-1表达增加，且发生肺动脉高压和右心衰竭;在暴露于缺氧状态的健康成人平滑肌中，也证实了铁调节ET-1的理论[21]。其可能的机制尚不明确，可能涉及HAMP/FPN轴的调节。在心脏泵血功能障碍和血管重塑患者中也可见ET-1水平增高[22]，其机制是否在肺动脉高压中有相似之处，还需进一步研究。

3信号通路

缺氧可直接调节或通过分泌调节因子间接调节多种激酶活性和信号通路的阻断和激活，进而加重肺血管的重塑过程。

3.1 Rho/Rho 激酶信号通路  缺氧可活化Rho/Rho激酶信号，其通过增加平滑肌的钙离子敏感性收缩途径，在急性缺氧性肺血管收缩中起重要作用。此外，Rho/Rho-激酶信号通路可通过调节胞质内Ca2+浓度，进而促进肺部血管收缩;通过调节肺动脉平滑肌细胞增殖与调亡，进而促进肺血管重塑，且参与右心结构、功能改变[23，24]，并在HPH发病过程中发挥重要作用。另有研究表明[25，26]，Rho/Rho激酶还参与细胞生长、增殖，并可能通过调节肺血管对ET-1和5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）等的反应引起肺血管重构。

3.2 NF-κB信号通路  NF-κB信号通路是细胞凋亡的关键通路之一，NF-κB的遗传改变可导致信号通路下游的抗凋亡途径激活，进而导致血管细胞增殖与凋亡的失调，最终导致血管重塑的发展[27]，其信号传导可分为经典途径和非经典途径。

经典途徑由于B细胞受体、Toll样受体、TNF家族受体和核苷酸寡聚化结构域样受体的参与，引起配体对异源三聚体IκB激酶（IKK）复合物激活，活化的IKK磷酸化IκBa通过bTrCP泛素连接酶降解蛋白酶体，并将NF-κB释放至细胞核[28]。非经典途径依赖于TNF家族受体和CD40的B细胞激活因子等刺激受体对p50和p52相关的RelB复合物激活，进而导致由两个IKKα亚基组成的IKK复合物的抑制剂磷酸化。同时，NF-κB2前体蛋白p100与RelB相互作用，产生p52并引起RelB的核转位[29]。

3.3骨形态发生  蛋白受体2型（BMPR2）信号转导有证据表明[30]，BMPR2信号转导的功能失调是肺动脉高压的关键特征之一，约有75%患者存在BMPR2基因突变。脆性组氨酸三联体（FHIT）是一种潜在的BMPR2修饰基因，在PH细胞中可观察到BMPR2和修饰基因FHIT的下调。FHIT介导的BMPR2调节存在miR17-5依赖[31]，因此可针对于此靶点进行药物治疗。总之，FHIT的减少可能与内皮细胞和平滑肌细胞功能障碍有关。

4线粒体动态变化

线粒体除了基础的产生能量职能外，还具有包括氧传感在内的非常规功能[32]。细胞氧传感器具有两大特点：一是氧敏感性即能够灵敏地感知细胞氧化状态的变化;二是传递信息的能力。线粒体电子传递链中复合体Ⅲ是活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成的主要场所。低氧条件下，线粒体释放大量ROS至细胞浆，激活一系列转录和翻译后适应反应。同时，线粒体传感器还可改变肺动脉平滑肌细胞中的活性氧和氧化还原对数目，进而抑制钾通道，使平滑肌细胞去极化、激活电压门控钙通道、激活Rho激酶，最终导致血管收缩和HIF-1α释放等一系列效应。

有研究证实[33]，BolA家族成员3（BOLA3）的突变可导致多种线粒体功能障碍综合征，并与PH致病密切相关[34]。生理情况下，BOLA3主要负责调节铁硫簇（Fe-S）的完整性，与Fe-S依赖性氧化呼吸有关。Fe-S是一种与线粒体代谢有关的金属络合物，可调节含硫辛酸的2-氧代酸脱氢酶（lipoate-containing 2-oxoacid dehydrogenases），关联过度糖酵解和线粒体呼吸[35]，因此，在缺氧条件下，BOLA3表达下调，而铁补充剂则有利于减轻缺氧性肺动脉高压。

5代谢重编程

缺氧可能促使间质细胞和免疫细胞的代谢发生适应性改变。低氧性肺动脉高压模型中，病变组织的细胞代谢重建为有氧糖代谢。目前认为肺动脉高压具有Warburg效应，表现为糖代谢重建，可支持蛋白质合成和新细胞产生，从而满足生物在低氧条件下迅速合成的需求，进而导致内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞的过度增殖和凋亡抵抗[7]。同时，活化的外膜成纤维细胞还分泌一系列细胞因子、趋化因子和乳酸，激活、趋化不同表型的巨噬细胞并增强其有氧糖酵解产物与细胞因子的产生，进而启动其相应的炎症反应通路[36]。同时，糖酵解产物和细胞因子可反作用于细胞，引起细胞的病变和代谢重编程。代谢重编程主要表现为炎症的活化和细胞增殖与凋亡的失调，最终可导致肺血管重塑等不可逆性的病理变化[37]。

6總结

低氧性肺动脉高压机制的研究取得很大进展，但预防和改变肺血管重塑一直是低氧性肺动脉高压的研究重点。由于低氧性肺动脉高压的发病机制尚不明确，普遍认为与细胞因子、离子通道、信号通路、线粒体结构功能改变、代谢重编程有关。目前相关靶向治疗方法较少，血管重塑期后尚无有效的药物和治疗手段，因此，对低氧性肺动脉高压肺血管重塑的发病机制进行深入探讨，为寻找新的治疗靶点，提高临床治愈率、降低死亡率有重要意义。

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