线粒体乙醛脱氢酶2在肺动脉高压中的研究进展

王伟杰，康品方，唐碧

肺动脉高压(pulmonary hypertension，PAH)是一种由肺动脉张力增加和血管重塑继而引起肺动脉压力升高、右心衰竭的致死性心血管疾病。目前肺动脉高压的全球影响人群超过1.0亿人，5年生存率仅约为50%，因患者预后极差，被喻为心血管系统疾病中的“癌症”[1]。肺动脉高压的病理机制非常复杂，其主要病理基础为肺动脉平滑肌细胞(pulmonary artery smooth muscle cells,PASMCs)增殖和肺血管重构[2-3]。据报道，脂质过氧化产物4-羟基壬烯醛(4-hydroxy azelaic acid,4-HNE)等能刺激肺动脉平滑肌细胞增殖[4-6]。4-HNE在肺动脉高压患者肺动脉中的积聚已被认为是促进肺动脉高压进展的重要因素[7-8]。线粒体乙醛脱氢酶2(Acetaldehyde dehydrogenase 2,ALDH2)为醛类物质的特异性解毒酶，研究表明ALDH2激活可降低4-HNE的表达，抑制肺动脉平滑肌细胞的异常增殖和迁移，减轻肺动脉高压的严重程度[9]，进而明确了ALDH2在肺动脉高压中的保护作用，这为防治肺动脉高压提供了新的方向和思路。

1 肺动脉高压

肺动脉高压为肺动脉压力进行性升高，超过一定界值(海平面静息状态下，右心导管检测肺动脉平均压力225 mmHg)，导致患者右心后负荷增加，最终因右心衰竭而死亡的一种极度恶性的进行性疾病[10]。较为常见的肺动脉高压类型是缺氧和/或肺部疾病所致的肺动脉高压以及左心相关疾病所致的肺动脉高压[11]。肺动脉高压的病理机制非常复杂，其主要病理基础为肺动脉平滑肌细胞增殖和肺血管重构[2-3]。生理情况下，PASMCs的增殖和凋亡处于一种动态平衡，PASMCs过度增殖或者凋亡受到抑制，将会导致肺血管平滑肌层增厚，引起肺血管阻力增加，导致肺血管重构。因此，抑制肺动脉平滑肌细胞增殖和诱导细胞凋亡是目前逆转肺血管重塑和治疗肺动脉高压的研究热点。

PAH的全球影响人群超过1.0亿人。众所周知，我国是一个人口大国，肺动脉高压患者在我国并不鲜见，且其发病率呈逐年升高的趋势。尽管肺动脉高压患者近年来在治疗方面有所进步，但是长期治疗效果仍很不理想，晚期患者的生存率仍非常低下。研究[12]显示，肺动脉高压晚期患者的5年生存率仅约为27.2%。作为一种进行性的、危及生命的疾病，PAH目前仍尚无根治方法。因此，未来肺动脉高压潜在机制及新的治疗靶点的相关研究尤为重要。

2 ALDH2

乙醛脱氢酶(acetaldehyde dehydrogenase,ALDH)是醛脱氢酶的一种，负责催化乙醛氧化为乙酸。ALDH主要存在于人体组织的细胞质及线粒体内，其中ALDH2主要存在于线粒体内，该酶在体内心脏、肝脏、肺脏等众多组织中广泛表达。ALDH2在4-HNE和丙二醛(malondialdehyde,MDA)等毒性醛类物质代谢方面发挥着关键的作用[13]。有研究[14-15]表明，ALDH2可通过清除4-HNE等毒性醛类物质，在心肌梗死、心肌缺血/再灌注损伤、糖尿病等氧化应激相关疾病的防治中发挥重要的作用。人体内的醛类物质不仅来源于肝脏中乙醇、氨基酸、脂质代谢等过程中的产物，也来自于环境暴露等，这些毒性醛类物质具有较高活性，可与细胞内许多大分子(核酸和蛋白质等)相互作用产生多种加成化合物，导致DNA损伤和蛋白质失活，其通过在组织细胞中蓄积，来破坏线粒体平衡并且增强氧化应激反应等对组织造成损伤[16]。而ALDH2可特异性的针对4-HNE等发挥氧化解毒作用，减轻其对组织细胞造成的损伤[17]。研究[9]证实ALDH2激活可通过降低4-HNE的水平，调节肺动脉平滑肌细胞的异常增殖和迁移，减轻肺动脉高压的严重程度。这提示ALDH2可能成为治疗肺动脉高压的新靶点，对其作用机制进行更加深入的研究，将为临床防治肺动脉高压提供强有力的证据和行之有效的干预措施。

3 ALDH2在肺动脉高压中的作用

3.1 ALDH2通过降低氧化应激水平发挥对肺动脉高压的保护作用 肺动脉高压是多因素的过程，病理机制非常复杂，肺动脉平滑肌细胞的异常增殖和肺血管重构是其主要的病理基础[2-3]。来自实验动物模型和患者的越来越多的研究[18]表明，氧化应激在肺动脉平滑肌细胞的异常增殖和肺血管重塑中起着关键作用，氧化应激与PAH的发病机制有关。有实验[19]证实，肺动脉高压患者的脂质过氧化程度相对正常人高，过度的脂质过氧化参与了肺动脉平滑肌细胞的异常增殖进而加剧了肺动脉高压的发展。脂质过氧化能够产生多种多样的氧化产物，其中，4-HNE等毒性醛类物质是脂质过氧化主要的末端终产物，4-HNE和MDA分别是毒性最大、最具致突变作用的醛类[20]。以4-HNE为代表的毒性醛类物质具有较高活性，可与细胞内许多大分子(核酸和蛋白质等)相互作用产生多种加成化合物，继而导致DNA损伤和蛋白质失活[16]。先前有研究[7-8]数据表明4-HNE在肺动脉中的积聚已被认为是肺动脉高压进展的重要因素。

野百合碱(monocrotaline,MCT)诱导的PAH是一个与氧化应激相关的动物模型,MCT可诱导严重的PAH，该动物模型模拟了人类PAH的某些关键特征，包括氧化应激、肺动脉平滑肌细胞增殖和肺血管重构[21]。Tao等[9]建立此模型，发现MCT诱导的大鼠肺组织中4-HNE水平显著增加，且MCT诱导2周后，肺动脉中膜平滑肌细胞呈中度增生，诱导4周后更为明显。另外用不同浓度的4-HNE处理肺动脉平滑肌细胞，观察到4-HNE以剂量依赖的方式刺激肺动脉平滑肌细胞增殖，并且4-HNE处理肺动脉平滑肌细胞显著促进了PASMCs的迁移。这些实验结果提示MCT诱导的PAH大鼠肺组织中，4-HNE水平显著升高，4-HNE在肺动脉中的积聚促进了肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移，进而促进肺血管重塑。另外，实验[9]数据表明4-HNE诱导的肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移几乎被ALDH2过表达和ALDH2激动剂(Alda-1)处理所消除，提示ALDH2能减弱MCT诱导的4-HNE水平，改善肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移，进而改善肺血管重塑和减轻肺动脉高压的严重程度。

综上所述，ALDH2可通过降低脂质过氧化产物4-HNE的水平，改善肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移，进而改善肺血管重构，这将有可能为PAH患者提供一种新的治疗策略。但在此需要指出，MCT诱导的PAH只是一个与氧化应激相关的动物模型，而人类的PAH被认为是由多种致病因素引起的，因此ALDH2对于MCT诱导的PAH模型的潜在作用是否对人PAH有同样的作用，有待进一步探讨和研究。

3.2 ALDH2在肺动脉高压中作用相关信号通路 肺动脉高压是发病机制非常复杂的慢性疾病，许多蛋白酶、信号分子等通过不同的细胞信号通路，参与肺动脉高压的发病过程。目前对该病的发病机制的研究尚不明确，但近年来研究发现了一些参与肺动脉高压发病的细胞信号通路，如NF-kB信号通路、4-HNE/HIF-1a/DRP1信号通路等，以下将针对这些通路做一概述。

3.2.1 NF-kB信号通路 核转录因子-kB(NF-kB)为普遍存在于细胞浆中的一种快反应转录因子，NF-kB是NF-kB/Rel家族的一员，是由p50和RelA(P65)组成的异源二聚体，普遍存在于细胞浆中,且含量丰富，胞浆中的NF-kB因与抑制性蛋白IkB结合而以非活性异寡聚体的形式存在,但当细胞因子、蛋白激酶C激活剂、氧化剂、病毒等因素刺激NF-kB时，可使其活化，进而通过多种信号通路，快速将刺激信号传递至IkB激酶IKK复合物上，从而使IkB蛋白发生超磷酸化，进而导致IkB蛋白残基快速的增加成为蛋白酶体并被降解，从而使NF-kB的核定位信号暴露，进而被释放激活，并被迅速转移至胞核内和靶基因的kB序列相结合，启动靶基因的表达，发挥转录调控的作用[22]。最近，NF-kB信号通路被发现在PAH中起着非常重要的作用[23]。有实验[9]数据提供证据表明，NF-κB参与了肺动脉高压中的肺血管重塑。实验[24]证实，基质金属蛋白酶(MMP)的活化在肺血管重塑中起到非常关键的作用，基质金属蛋白酶可导致细胞外基质(ECM)的各种成分降解，介导ECM重塑，从而诱导肺动脉平滑肌细胞迁移。研究[25]结果表明，肺动脉高压患者肺动脉平滑肌细胞中基质金属蛋白酶-9和基质金属蛋白酶-2的表达明显高于对照组。而NF-kB信号通路的激活是基质金属蛋白酶表达的关键介质[26]。实验[9]数据表明，4-HNE处理PASMCs可促进NF-κB抑制剂IκBα的磷酸化和降解，引起肺动脉平滑肌细胞核NF-kBp65水平增加，促进肺动脉平滑肌细胞的迁移。用NF-kBp65siRNA处理肺动脉平滑肌细胞，发现其在抑制肺动脉平滑肌细胞核NF-kBp65的表达的同时，也抑制了4-HNE诱导的PASMCs基质金属蛋白酶-9和基质金属蛋白酶-2的表达，阻断了4-HNE诱导的PASMCs的迁移。提示肺动脉平滑肌细胞经4-HNE诱导后，很可能是通过激活NF-kB信号通路，增加基质金属蛋白酶-9和基质金属蛋白酶-2的表达，促进肺动脉平滑肌细胞的迁移。研究[27]表明，NF-kB也参与了大鼠肾小球系膜细胞基质金属蛋白酶-2的表达,其通过增加血管平滑肌细胞基质金属蛋白酶-9的表达促进细胞迁移。这些结果提示NF-kB很可能是4-HNE诱导的肺动脉平滑肌细胞迁移反应的关键下游调节因子。综上所述，ALDH2很可能是通过抑制4-HNE诱导的肺动脉平滑肌细胞中NF-kB信号通路的激活来产生对肺动脉高压的保护效应[9]。

3.2.2 4-HNE/HIF-1a/DRP1信号通路 肺动脉高压中最常见类型之一是缺氧性肺动脉高压，其发病率高且预后极差，常见于低氧性肺疾病患者，包括慢性阻塞性肺疾病、阻塞性睡眠呼吸暂停综合征、间质性肺疾病、支气管扩张等[11,28]。到目前为止，无一种药物能够有效的治疗缺氧性肺动脉高压[29]。缺氧可作为信号机制，启动一系列级联细胞增殖效应，诱导血管平滑肌细胞增殖，另外细胞外基质分泌增加，血管壁增厚、硬化，导致血管重塑，肺血管阻力增加，最终导致肺动脉高压和右心衰竭[30]。缺氧诱导因子-1α(HIF-1a)是低氧诱导因子(HIF-1)的一个受氧调节的亚单位，在正常情况下通过特定的脯氨酸和天冬酰胺残基的羟基化而降解和失活，但在低氧条件下显著上调[31]。有研究[32]显示，HIF-1α对低氧诱导肺动脉高压起到了调控作用。

研究[33]发现缺氧能够促进肺组织中4-HNE的产生，进而诱导肺动脉平滑肌细胞增殖。另外有研究[34]发现4-HNE可能是ALDH2保护低氧诱导肺动脉高压的关键下游信号通路。最近，Zhao等[34]通过使用ALDH2激动剂和拮抗剂，证实了ALDH2在缺氧诱导的肺动脉平滑肌细胞增殖中起着调节分子的作用，也发现4-HNE促进缺氧诱导的肺动脉平滑肌细胞增殖，并受ALDH2的调控，从而进一步证实了ALDH2通过调节4-HNE的水平实现对肺动脉平滑肌细胞的增殖的作用。

肺动脉平滑肌细胞中，线粒体是细胞能量生成和氧化磷酸化的主要场所[35-36]，线粒体会因细胞受到应激创伤而发生融合或分裂。研究[32]证实，4-HNE刺激能够增加动力蛋白相关蛋白1(Drp1)丝氨酸616位点的磷酸化，导致线粒体发生分裂，促进低氧诱导的肺动脉平滑肌细胞增殖。也有实验[37]表明，激活HIF-1α可促进Drp1丝氨酸616位点磷酸化。另外有实验[38]证实，4-HNE刺激如同低氧一样，都可能通过P38 MAPK途径来增加HIF-1α的水平。最近，Zhao等[34]研究发现，4-HNE可加强HIF-1α的稳定性，诱导Drp1丝氨酸616位点磷酸化，促进线粒体分裂，加强肺动脉平滑肌细胞的增殖，提示ALDH2很可能通过4-HNE/HIF-1a/DRP1信号通路调节线粒体分裂和平滑肌细胞增殖，减轻缺氧性肺动脉高压的严重程度。由此可见，ALDH2通过调控4-HNE/HIF-1a/DRP1信号通路介导的肺动脉高压分子机制，未来有望成为治疗低氧诱导肺动脉高压的潜在药理靶点。

4 结语与展望

综上所述，ALDH2作为醛类物质的特异性解毒酶，可通过调控4-HNE等有毒醛的代谢，减轻氧化应激对组织细胞造成的损伤以及通过不同的信号通路等发挥对肺动脉高压的保护作用。但另一方面，ALDH2的研究同时也存在许多不足，如ALDH2在肺血管重塑中的确切作用和4-HNE在肺血管平滑肌细胞异常增殖中的作用机制尚不完全清楚；参与肺动脉高压发病的细胞信号通路之间的相互联系还有待进一步探讨和研究。目前肺动脉高压患者长期治疗的效果仍不佳，有些甚至愈后极差，找出防治这种致命性疾病行之有效的方法迫在眉睫。因此，需进一步研究ALDH2在肺动脉高压中的作用机制，以便为发现新的药物治疗靶点和策略提供新的方向与突破点。