肺動脈高壓肺血管叢狀病變的研究進展*

蔣曉敏， 周 陵， 陳紹良

(南京醫科大學附屬南京第一醫院心血管內科，江蘇 南京 210000)

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)作為逐漸得到重視的一大類心血管疾病，其主要特征是肺血管重構引起的阻力進行性升高，最終導致患者右心衰竭而死亡。2003年美國胸科醫師學院(American College of Chest Physicians，ACCP)和歐洲心血管病協會(European Society of Cardiology，ESC)將肺動脈高壓規范定義并劃分為以下幾類：(1)特發性肺動脈高壓；(2)家族性肺動脈高壓；(3)相關因素所致的肺動脈高壓;(4)肺靜脈或毛細血管病變；(5)新生兒持續性肺動脈高壓[1]。目前對于各型肺動脈高壓病理的研究越來越熱門，涉及到的機制多種多樣：主要包括中層平滑肌增厚、內膜增生、原位血栓形成等[2]。目前已確定，各類肺動脈高壓共同病理特點是肌型小肺動脈叢樣病變(plexiform lesion)，血管腔逐漸閉塞，肺動脈壓進行性升高[3]。 叢狀病變是重度肺動脈高壓的特異性肺血管病理改變[4]，但由于肺動脈高壓病人肺組織標本難以獲得，且缺乏理想的動物模型，對其起源、結構和分子機制的研究甚少。

1 肺動脈解剖結構

肺循環不同于體循環，有其獨特的解剖結構。肺動脈主干短而粗, 管壁相對較薄, 肌層厚約60～90 μm。肺動脈入肺后依次分為彈力型肺動脈、肌型肺動脈及肺小動脈(arterioles)[5]。

彈力型肺動脈主要包括左右肺動脈干以及部分伴隨肺葉及段支氣管分支的動脈，其組織學特點為動脈壁含有豐富的多層彈力纖維。肌型肺動脈與毛細支氣管、呼吸性毛細支氣管、肺泡管并行，其管壁中膜的平滑肌纖維較多, 彈力纖維較少, 但內外彈力板明顯可見。正常肌型肺動脈的中層厚度平均約為外徑的5.0%～6.1%，分布密度為每cm222.6支。據研究及文獻報道，正常成人的肌型肺動脈中膜層厚度均不超過動脈外徑的7%， 如果平均超過10%則提示可能存在慢性肺動脈高壓[6]。微肺動脈在肺泡管以下, 由肌型動脈逐漸轉變而來，其內膜菲薄而不明顯, 中膜可有少量環形散在分布的平滑肌細胞。微肺動脈在正常時無完整肌層，可見一層彈力板。管腔與管壁厚之比為8∶1左右。如出現完整肌層和雙層彈力板即為“肌型化”，為肺動脈高壓組織學特征之一。

肺動脈壁薄、長度短、管腔粗、擴張性大使其血流阻力小, 血流速度快，使肺循環成為一個典型的高容量、低阻力、低壓力的系統[5]。

2 叢狀病變

2.1發生及起源 叢狀病變多發生于動脈分支處或閉塞肺動脈的遠端，存在2種形成模式：徑樣血管腔內生長(stalk-like)及瘤樣血管腔外生長(aneurysm-like)。在管腔內生長的叢狀病變大多位于肺動脈分叉點的遠端，從血管壁向管腔內生長，可見一層內皮細胞圍繞的通道或縫隙樣結構，大部分被Ki67(一種細胞增殖標志物)陽性的富含核質的橢圓細胞分隔[4]。由于并非全部細胞對α-actin(平滑肌細胞的標志物)都有陽性表現，提示這些細胞是含有多種不同細胞的混合病變。血管外生長的叢狀病變多從血管細孔中長出，也有可能是壞死血管殘留的結果。

肺動脈高壓中肺血管叢樣病變的發生率為20%～60%。叢樣病變并不是特發性肺動脈高壓的特征性改變，其它類型肺動脈高壓甚至慢性血栓栓塞性肺動脈高壓均可出現叢樣病變：先天性左向右分流性心臟病多累及外周直徑為100～200 μm小動脈,而在特發性肺動脈高壓主要發生在直徑<100 μm的肺動脈[7]。結締組織病相關性肺動脈高壓發生叢樣病變非常罕見，新生兒持續性肺動脈高壓則不會發生。

2.2組成與分級 叢狀病變呈血管球狀結構，多由小管腔異常增殖所致，病灶內細胞呈核深染卵圓形，細胞與細胞之間存在“縫隙樣”通道(slit-like channel)。叢狀病變管腔內壁由肌成纖維細胞、平滑肌細胞和結締組織樣基質構成，病理學檢查亦經常在叢樣病變中發現纖維素性血栓及血小板存在[4]。叢狀病變早期形成是由內皮細胞發生增生還是平滑肌細胞出現異常增殖導致，至今仍舊未知。但現有研究多傾向于內皮細胞異常增殖這一假說：早年Lee等證實原發性肺動脈高壓內膜增生的本質為單克隆樣增生，類似于腫瘤細胞的特點，而這種單克隆樣增生的內皮細胞是形成小動脈內叢樣病變的重要原因，所以他們推測肺動脈高壓實際上是肺動脈內皮細胞瘤，與原癌基因有關。Yeager 等也同樣認為特發性肺動脈高壓的肺血管內皮在DNA修復基因、凋亡前基因和TGF-β基因上表現出“微衛星不穩定性”(microsatellite instability)，出現自發性單克隆增殖，形成叢狀病變。

目前常用的叢狀病變分級采用的是上世紀五十年代提出的Heath-Edward分級[8]。該方法根據血管病變順序將叢狀病變分為6級：Ⅰ級, 肺小動脈肌層肥厚，外層增厚且纖維化，但無內膜增生; Ⅱ級, 肺小動脈肌層肥厚伴細胞性內膜增生; Ⅲ級, 內膜纖維性增生形成板層樣的改變，出現廣泛的血管閉塞; Ⅳ級, 血管擴張，中層變薄，出現叢狀病變; Ⅴ級, 肺小動脈內膜和中膜廣泛纖維化, 含鐵血黃素沉著，血管瘤樣擴張; Ⅵ級, 出現壞死性動脈炎。其中Ⅰ～Ⅱ級屬可逆性病變, Ⅲ級為臨界性病變, Ⅳ～Ⅵ級均屬不可逆性病變。從實用角度出發,Wagenvoort等又對其進行了修訂, 將原分類法中Ⅳ～Ⅵ級統一歸為Ⅵ級。

2.3動物模型 叢狀病變研究之所以開展緩慢，主要是因為缺乏權威性的動物模型。肺動脈高壓模型常見有低氧模型及野百合堿注射模型，但不論是以大型哺乳動物還是小型嚙齒動物為媒介，這2種造模方式均無法高效造就叢狀病變[9]。因此，找到合適的動物媒介以及正確的干預手段，是解決叢狀病變動物模型的關鍵。

肉雞模型(broiler chickens)由于基因特異性被運用于叢狀病變研究。肉雞對低氧極其敏感，這種模型的叢狀病變發生率平均達40%，且在性別上無明顯差異[10]。高劑量色氨酸(5-HT的前體)喂養的肉雞組平均肺動脈壓明顯高于對照組，叢狀病變的發生率也呈增高趨勢[11]。但由于哺乳動物與飛禽類動物之間存在物種差異，這種模型僅局限在基礎病理研究上。

Zabka等[12]復習文獻，對特發性肺動脈高壓犬模型進行組織病理學檢測，發現在組織特異性方面，犬的肺組織改變和人類改變相似：(1) 單純中膜肌層增厚(17%); (2) 中膜層增厚，內膜層增生但不伴有叢狀病變 (17%); (3) 中膜層及內膜層增厚伴典型叢狀病變(66%); (4)壞死性動脈炎(17%)。典型叢狀病變模擬程度可達80%以上。

嚙齒動物在肺動脈高壓模型上有很重要的地位，聯合干預也成為叢狀病變研究的熱門。在研究叢狀病變的模型建立上，由Abe等[4]建立的SU5416/Hx/Nx 模型最具有代表性。該模型創新性地對SD大鼠使用VEGFR2抑制劑SU5416和低氧飼養2種干預方式，將造模時間由既往的10～11周延長至13～14周，繼而明確地發現肺組織病理中存在的各級叢狀病變。其后有實驗室重復該模型，檢測到右室收縮壓在注射SU5416第5周即達到最大值，同時出現心輸出量下降，提示在造模早期即可能出現病理學改變[13]。其后分子生物學和藥理學的研究多基于實驗模型[14-15]。近期更有“三重聯合”干預模式，Qiao等[16]利用轉基因技術，將C57BL/6小鼠頸靜脈注射脫氫野百合堿1周后合并行左肺切除術，成功制作出具備典型新生內膜病變的小鼠模型，為叢狀病變研究提供了新的實驗方向。

聯合干預的造模方式并非只適用于嚙齒動物。Spikes等[17]在研究HIV相關性肺動脈高壓時，對恒河猴進行猴免疫缺陷病毒骨髓注射及嗎啡靜脈注射2種處理，并且比較了單一運用和聯合運用這2種干預手段的病理結果。發現在聯合組病理可見包括典型叢狀病變在內的肺血管重構，而單一組僅出現中膜層增厚和外膜纖維化，內膜無改變。聯合干預技術的運用固然增加了造模的成功率，但同時也增加了模型的死亡率。在聯合運用腹腔注射野百合堿和低氧環境飼養小鼠時，造模死亡率達25%，而單一低氧死亡率僅20%[18]。

2.4分子機制 目前對叢狀病變分子機制的研究主要針對內皮細胞異常增殖及外膜層炎癥反應，多停留在蛋白質分子表達及離子通道方面。

2.4.1內皮細胞異常增殖 經典的內皮細胞增殖因子如VEGF、TGF-β、BMP2在叢狀病變中均升高[19]。生長分化因子15(growth-differentiation factor-15，GDF-15)在特發性肺動脈高壓叢狀病變的內皮細胞中表達量明顯上升，活性也提高[20]。早期生長相關蛋白1(early growth response protein 1，Egr-1) 轉錄因子在肺動脈內皮細胞中高表達，促使內皮細胞在肺動脈壓力增高時出現異常增殖，形成叢狀病變[21]。

氧化應激激活改變細胞周期，從而導致內皮細胞異常增殖，在叢狀病變中占主導地位。經典的MAPK途徑中，p38/ERK1/2活化比值上調，ROS氧化應激途徑激活，內皮細胞抗凋亡水平提高，從而增加了叢狀病變的發生率[22]。非經典通路方面，Ma等[23]發現，花生四烯酸在CYP450氧化合酶作用下形成的二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acid，EET)在肺動脈內皮細胞中通過增加JNK水平來活化c-Jun，而非通過ERK和p38 MAPK旁路，使PAEC增生加快，細胞周期由G0/G1期向S期轉變，最終表現為叢狀病變增生。這種促有絲分裂現象和血管生成現象可以特異性地被JNK抑制劑和siRNA抑制。Iwata等[24]也證實在使NOX1/NADPH 氧化合酶失活后，Kv1.5 蛋白明顯下降，細胞內鉀離子水平上升，肺血管發生重構，叢狀病變發生率升高。

2.4.2外膜炎癥浸潤 炎癥反應在叢狀病變中的地位也及其重要。在PAH肉雞肺組織切片復雜血管病變中，發現了高密度的炎癥細胞。在重度肺動脈高壓中，叢狀病變細胞內存在大量巨噬細胞和T細胞，帶有各種細胞表面分子如CD117、CD133、FVIII、CD31、VEGFR-2和S100等。而巨噬細胞和T細胞之間存在相互作用。Ohta-Ogo等[14]通過取特發性肺動脈高壓病人的肺組織活檢及建立SD大鼠模型，發現叢狀病變微血管周圍浸潤的活化T細胞中CD44的表達比率達94.23%。Farha等[25]通過搜集PAH病人的血清及尿液檢測類胰蛋白酶、LTE-4和 PGD-M，得出PAH病人體內的肥大細胞數量較對照組明顯增加，使用肥大細胞抑制劑色甘酸后，血管重構進度明顯減緩。

叢狀病變中，巨噬細胞可以影響內皮細胞的功能。人類重度肺動脈高壓病理切片中發現大量巨噬細胞表達白三烯B4(leukotrienes B4,LTB4)，LTB4通過Sphk1-eNOS途徑使肺動脈內皮細胞異常增殖，在嚙齒動物模型上敲除LTB4相關基因后右室收縮壓及心臟指數明顯好轉，叢狀病變發生率明顯下降[26]。

2.4.3microRNA異常表達 隨著醫學領域對microRNA的研究深入，已證實肺動脈高壓叢狀病變與microRNA之間存在相互聯系。人PAH肺組織石蠟切片中miR-143/145及其相關蛋白(如肌鈣蛋白、平滑肌重鏈蛋白等)在叢狀病變和同心層狀病變中表達增加，miR-126 及miR-21在叢狀病變中的上升幅度高于同心層狀病變，而miR-204則出現輕度下調[27]。另有研究證實miR-424及miR-503表達下降，使APLN依賴的miRNA-FGF2通路缺陷，從而出現叢狀病變中典型的內膜增生，伴有內膜向中膜層遷移[28]。

3 結語

綜上所述，由于成熟動物模型的缺乏，對叢狀病變的研究多停留在已知的促增殖、抗凋亡及炎癥浸潤等方面，分子生物學研究也欠缺系統。目前對治療肺動脈高壓的藥物研究有很多，如環前列腺素、內皮素受體抑制劑及磷酸二酯酶5抑制劑等。但大部分對肺動脈叢狀病變沒有影響，少部分甚至會產生負面效果。例如，長期服用環前列腺素類似物的患者肺組織活檢中的肺動脈叢狀病變數量和形態大小明顯多于短期服用組，且叢狀病變的密度和形態大小與服用時間呈正比[29]。但隨著醫療技術的進步，治療肺動脈高壓的方法正在發生革命性的改變,干細胞移植為治療提供新的出路[30]。如何研制出最適合叢狀病變研究的動物模型，以及其發生機制系統如何，將是研究肺動脈高壓病理的重點內容。隨著這些問題的逐步解決，肺動脈高壓患者的生存率和生存質量可能會進一步得到改善。

[參 考 文 獻]

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