高密度脂蛋白在肺动脉高压中的作用研究

王终平 白振忠

肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension，PAH)是一类恶性进行性肺血管疾病，其主要病理生理学特征为肺血管持续性异常收缩及重构，引起肺血管阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)和肺动脉压力(pulmonary artery pressure，PAP)升高，最终导致不同程度右心功能衰竭，甚至死亡[1]。因此，PAH是一个血流动力学概念，诊断标准是：在海平面静息状态下，右心导管测定平均肺动脉压力(mean pulmonary artery pressure，mPAP≥25 mmHg)(1 mmHg=0.133 kPa)同时肺小动脉楔压(pulmonary arteriole wedge pressure，PAWP)≤15mmHg，PVR>3WU单位[2]。PAH属于肺高血压(pulmonary hypertension，PH)中第一类[3]。在一项针对PAH回顾性研究中，研究者对纳入研究的所有肺动脉高压患者进行了基线高密度脂蛋白 ( high-density lipoprotein，HDL)测量。采用Kaplan-Meier方法，对纳入研究患者5年内的死亡率进行分析。计算单变量和多变量Cox比例风险比，以评估基线HDL水平与生存率之间的关系。实验结果显示，HDL>54 mg/dL的患者5年生存率为59%。相比之下，HDL<34 mg/dL的患者的5年生存率为30%[4]。另外近年也有研究表明，PAH患者血清中HDL水平显著低于无PH患者血浆中的水平，且HDL水平与平均肺动脉压、右心房压力呈负相关[5]。综合来看，HDL可作为PAH生存与预后的独立预测因子。本综述将总结现有证据并分析以下内容：(1)HDL的结构与功能；(2)HDL与肺动脉高压；(3)小结和展望。本文旨在探讨HDL在PAH发生发展中的作用，尝试为PAH的治疗提供新的思路与靶点。

一、HDL 的结构与功能

HDL在1929年由Michel Macheboeuf 首次发现，HDL是一类在密度、颗粒大小、组成和功能方面都极不均一的脂蛋白，密度在 1.063 到 1.210 g/mL 之间[6]。HDL的生物合成开始于一种新生颗粒囊泡结构Vesicle，这种颗粒主要由载脂蛋白 A-I 和载脂蛋白 A-II(分别为 ApoA-I 和 ApoA-II)以及肠道和肝脏分泌的磷脂组成。当新生的颗粒在血管内循环时，它们获得磷脂、大量蛋白质(高达96种)、胆固醇和其它脂质和微RNA，成为球形颗粒Capsule[6-7]。成熟的球形HDL含有45%～55%(质量百分比)的载脂蛋白、26%～32%的磷脂、15%～20%的酯化胆固醇、3%～5%的游离胆固醇以及5%的中心脂肪，甘油三酯TG[8-9]。这些颗粒中载脂蛋白含量的不同决定了个体HDL的功能之间的差异，而脂质成分的差异却决定了HDL的形状呈盘状或球形[8-9]。

HDL是迄今为止最复杂的脂蛋白颗粒，它被我们熟知的功能是促进胆固醇逆向转运 ( reverse cholesterol transport，RCT)[10]，即将外周组织和细胞中的胆固醇运送到肝脏，用于合成脂蛋白、胆汁酸、类固醇激素以及脂溶性维生素，因此，是HDL抗动脉粥样硬化最重要的功能体现[11]。除此之外，HDL还具有抗氧化、抗炎、免疫调节、抗凋亡、抗血栓形成和保护内皮特性等功能[12-15]。现在已清楚这些功能在健康和疾病中的作用超越了反向胆固醇转运(RCT)，这些功能也使得HDL在PAH的发生发展及预后中发挥着重要的作用。

二、HDL与肺动脉高压

1 HDL的抗炎抗氧化作用

炎症反应贯穿PAH发展的各个时期，在PAH患者中可以检测到高水平的细胞因子、趋化因子和炎症细胞。而炎症细胞(带状T淋巴细胞、肥大细胞、树突状细胞、巨噬细胞等)在肺血管周围的过度浸润会释放多种炎症介质，(包括IL-1α、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IL-13和TNF-α)造成血管周围炎症[16-17]，血管周围炎症和氧化应激以交互方式在肺血管中发生作用[18]，会损伤肺血管内膜，使得肺血管发生重塑[19]。此外，不同趋化因子、细胞因子和生长因子释放的失调导致血管生成和修复机制受损，而血管生成和修复机制在肺血管重塑中起主要作用[20-21]。最新研究表明，线粒体中的活性氧(ROS) 和Ca2+信号在PAH中的异常调节会导致NF-κB 依赖性炎症反应和酮介导的氧化应激的发生[22]。因此，炎症激活、信号放大、氧化应激和慢性细胞组织重塑等作用的相互作用，最终都会导致肺动脉压力升高，那么对PAH进行抗炎、抗氧化的治疗也显得尤为重要[23-24]。

HDL已被证明具有多种抗炎和抗氧化作用[25-26]，HDL可以减少炎症细胞在肺血管周围的过度浸润，例如HDL可在体外保护内皮和平滑肌细胞免受氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)的细胞毒性作用，而最新的研究发现，低密度脂蛋白受体(LDLR)家族在PAH的发生发展中发挥着重要的作用，LDLR成员通过控制脂质代谢和氧化、血小板衍生生长因子、转化生长因子 β1、Wnt、载脂蛋白E、骨形态发生蛋白和过氧化物酶体增殖物激活受体γ等来影响PAH[27]。HDL还具有其它抗炎特性，许多研究也表明，HDL可以减少用肿瘤坏死因子α (TNF-α)处理的内皮细胞中超氧化物的产生[28-30]，这可能是通过抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶介导的HDL相关溶血鞘脂及其与S1P3和SR-BI受体的相互作用[31]。HDL也被证明对许多炎症介导的黏附分子的产生具有下调效应，如对血管和细胞间黏附分子(VCAM-1和ICAM-1)、E-选择素和单核细胞化学吸引蛋白-1 (MCP-1)，可降低它们的蛋白表达，并限制循环单核细胞向动脉壁的聚集和归巢作用。

HDL还可携带多种抗氧化酶，如：对氧磷酶-1 (PON-1)，脂蛋白相关磷脂A2 (Lp-PLA2)[32]和卵磷脂胆固醇脂酰转移酶(LCAT)，这三种酶抗氧化应激的作用也已得到证实。其中PON-1可在体外保护HDL和 LDL免受氧化，而它的功能缺失(使用 PON-1 敲除小鼠)已被证明具有相反的效果。同时，HDL的主要成分ApoA-I还具有直接结合和清除血管壁内LDL颗粒中氧化脂质的能力，促进HDL的抗氧化性能。

2 HDL具有抗血栓的作用

PAH是一种常见的肺血管疾病，其病理特征除了内膜和外膜纤维化、平滑肌增生、丛状病变，还有一个至关重要的病理表现是血栓形成[1]。PAH中血栓的形成与患者血液中血小板的异常密不可分。血小板是小型无核血细胞，在止血、血栓形成和免疫功能等多种生理过程中发挥着不同的作用[33]。在PAH患者中可以检测到他们的血小板计数、大小和功能异常。患者的血小板数目大多都减少，在特发性PAH (IPAH)中，血小板减少症与血流动力学恶化相关[34]，并降低了患者的生存率[35]。与健康对照组相比，PAH患者的平均血小板体积(MPV)增加[36]，这可能对血小板功能有影响，因为认为更大的血小板更活跃。活化的血小板参与各种生物过程，并可介导血栓形成、免疫反应和释放促有丝分裂和血管活性介质[37]。此外，血小板含有大量细胞内颗粒，这些颗粒储存了与PAH相关的分子。包括血小板因子4 (PF4)、PDGF、血管内皮生长因子(VEGF)、TGF-b、p-选择素和血管性血友病因子(vWF)。在PAH中，通常储存在血小板颗粒中的循环分子水平升高，例如血小板衍生生长因子(PDGF)、转化生长因子β (TGF-β)和血清素[38]。其中血清素在正常情况下的循环水平较低，因为过量血清素会促进肺循环中有害的炎症增加和血管收缩[39]。 选择性地破坏血清素受体，会导致血清素的摄取受到抑制，血清素水平升高与 PAH 临床恶化和死亡率增加有关[40]。除此之外，在最新的报告中指出，PAH 患者中升高的中性粒细胞胞外陷阱(NETs)水平也与血栓形成有关。 NETs是在中性粒细胞程序性细胞死亡后形成的染色质和细胞质酶(髓过氧化物酶和中性粒细胞弹性蛋白酶)，它可以通过激活血小板和内皮细胞来参与血栓的形成[41]。

已经证实HDL水平与血栓形成风险之间存在负相关。这得益于HDL对血小板、凝血级联和血管内皮的作用。HDL通过限制血小板内胆固醇超载，以及通过在结合血小板高密度脂蛋白受体(如清道夫受体B类I(SR-BI)和载脂蛋白2′(ApoER2′))后调节血小板信号通路来防止血小板高反应性。且HDL血液中主要的亚组分HDL3可抑制凝血酶诱导的血小板聚集。HDL通过预防血管性血友病因子自身结合和随后的血小板黏附来调节血栓形成[42]。HDL的抗血栓特性也与抑制凝血级联和刺激血栓纤溶有关[43]。此外，HDL刺激内皮细胞产生一氧化氮和前列环素，这是血小板活化的有效抑制剂。综上所述，HDL的抗血栓作用是多方面的。因此，可通过提高PAH患者血液中的HDL来对抗肺动脉血管中的血栓形成，从而达到治疗PAH患者的目的。

3 HDL 促进内皮功能和完整性

PAH是一种细胞破坏性疾病，所有PAH患者均具有肺血管过度收缩和血管重构异常的病理特征[44]。除了已知参与PAH发病机制的其它细胞类型(例如平滑肌细胞、成纤维细胞和白细胞)，最近的研究表明，内皮细胞(ECs)在PAH的发生和发展中起着至关重要的作用。EC在PAH中的特异性作用是多方面的，并影响许多病理生理过程，包括血管收缩、炎症、凝血、代谢和氧化/硝化应激，以及细胞活力、生长和分化[45]。若内皮功能障碍，如内皮细胞过度增殖、胶原沉积增强和丛状病变会使肺血管的管腔狭窄，从而造成PAH[46]。

HDL对肺血管内皮具有几种潜在的保护功能[47]。HDL通过促进内皮一氧化氮(NO)合酶(eNOS)的磷酸化并由此产生NO来支持内皮依赖性血管舒张； HDL通过抑制选择素以及血管黏附分子(VCAM1)和诱导细胞黏附分子(ICAM1)的表达来抑制白细胞在内皮细胞的渗出；HDL通过促进连接闭合、抑制活性氧(ROS)、通过蛋白多糖脱落防止糖皮质丢失、通过抑制细胞凋亡，以及通过刺激成熟内皮细胞和内皮祖细胞(EPC)的增殖和迁移来帮助维持内皮的完整性和保护细胞间连接作用，保持内皮细胞和稳态作用。

4 HDL在肺动脉高压临床中的研究进展

近年来，关于HDL在PAH中临床的研究进展中存在着一些分歧，但绝大多数的研究表明高水平的HDL对PAH患者更为友好。在法国的一项多中心研究中，实验人员对110例PAH病人进行了观察与分析，他们并未发现病人血浆中HDL与3年死亡率之间存在关联[48]。然而，在Larsen等人的另一项大型研究中，他们对227名PAH患者进行了5年以上的观察，在调整了年龄、PAH治疗和计算的疾病特异性风险评分后，证实较高的HDL水平与显著降低的死亡率相关[4]。Jonas等人对47名特发性PAH患者的研究中，他们证明了较低水平的 HDL与炎性细胞因子相关，这表明慢性炎症可以介导 HDL与肺血管系统功能之间的关系[49]。伦敦帝国理工学院的研究人员分析了两组特发性和遗传性PAH患者的代谢组学。他们通过核磁共振波谱研究了204名受试者的脂蛋白谱。他们表明，最小的 HDL 亚类(HDL-4)的下调与死亡风险增加有关[50]。为了探讨血清HDL水平与PAH的存在和严重程度之间的关系，来自中国的葛均波院士团队对177例PAH患者和103例无肺高血压(PH)患者均进行了右心导管插入术及血清 HDL水平的检测。最终他们得出结论，与没有PH的患者相比，PAH患者的血浆HDL水平显著降低。HDL水平与心输出量、心脏指数和混合静脉血氧饱和度呈正相关，与肺动脉压、右心房压和肺血管阻力呈负相关。多变量逻辑回归分析表明，HDL是PAH的显著独立预测因子[5]。

三、小结与展望

PAH的病理生理学涉及一系列由各种压力引起的炎性细胞黏附和迁移到肺动脉壁、氧化应激、肺小血管中血栓的形成、肺动脉内皮细胞损伤、肺动脉痉挛、外膜纤维化、内膜闭塞性纤维化和纤维素样坏死。最终导致肺血管重塑、肺动脉压力升高以及右心室衰竭。PAH患者的5年生存率估计为50%～60%。最近的研究发现，HDL是PAH患者生存率的生物标志物和预测因子，较低的血浆水平与较差的预后相关。上述结果可解释为HDL具有多种抗氧化、抗炎和抗凝作用。HDL还促进一氧化氮合酶的合成，一氧化氮合酶负责血管扩张剂一氧化氮的合成，它刺激前列环素的释放并延长其半衰期。HDL还通过促进连接闭合、抑制活性氧ROS、通过蛋白多糖脱落防止糖皮质丢失、通过抑制细胞凋亡，以及通过刺激成熟内皮细胞和内皮祖细胞的增殖和迁移来帮助维持内皮的完整性。因此，HDL疗法也可能成为治疗PAH的一个很有前景的靶点。这有助于我们更好地开发临床治疗PAH疾病的潜在药物。

HDL是经典的胆固醇转移蛋白活性分子，具有多样生物学功能。我们的综述以目前最新发现的HDL通过携带胆固醇脂等物质，同时携带抗氧化酶类物质，如PON1和Lp-PLA2等分子抗活性氧簇、抗自由基的新机制，并且引用最新的研究发现，证实HDL通过减少炎症介质的浸润如TNF-α，同时抑制NADPH诱发的炎症风暴和肺血管内皮细胞的黏附因子的聚集，减少炎症风暴的发生，为经典HDL分子成为最新临床转化和应用的分子提供一些理论回顾。