腦鈉肽、低氧誘導因子-1α、心肌型脂肪酸結合蛋白在高原肺動脈高壓中的研究進展

張歡 華毛 馮喜英 馬維秀 李玉紅

·綜述·

腦鈉肽、低氧誘導因子-1α、心肌型脂肪酸結合蛋白在高原肺動脈高壓中的研究進展

張歡 華毛 馮喜英 馬維秀 李玉紅

高原肺動脈高壓； B型腦鈉肽； 低氧誘導分子-1α； 心肌型脂肪酸結合蛋白

高原肺動脈高壓(high altitude pulmonary hypertension, HPH)是指生活在海拔2 500 m以上地區的人群,因對高原環境適應不全引起的肺小血管功能性及器質性改變，從而導致低氧肺動脈高壓及相關臨床表現[1-3]。青海省為高海拔地區，有許多不利于人類的因素，以低氧為著，高原肺動脈高壓發病率高，病情危害嚴重，而顯著的肺動脈高壓又是各型高原病(高原肺水腫、高原紅細胞增多癥和高原心臟病)的發病機制，是高原病的早期表現，且程度越嚴重，肺動脈高壓越明顯。其發病率約占慢性高原病的80%左右。根據《慢性高原病青海診斷標準》,高原肺動脈高壓表現為平均肺動脈壓>30 mmHg或肺動脈收縮壓>50 mmHg，肺動脈壓可采用超聲心動圖測定[1]。研究表明，高原肺動脈高壓大多為慢性持續性發展而成，患者發病緩慢，早期臨床癥狀不典型，無特異性，臨床診斷意識不足常發生誤診、漏診，海拔越高，發病率越高，病死率越高，嚴重影響著患者的生活質量及威脅著患者的生命[2]。相關研究指出其可能發病機制為起始刺激因子(如低氧低壓等)引起肺血管收縮、重構,肺動脈中膜繼發性增厚,肺血管阻力增加,從而導致肺動脈壓升高和右室衰竭[3]。此外，血液黏稠度增加、血管內血栓形成、血容量和肺血流量相應增加也參與其形成。

多種因素參與了肺動脈高壓的發生發展過程，包括5-羥色胺(5-hydroxytry ptamine)、內皮素(endothelin)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、前列環素(prostaglandin, PG)等。血液黏稠度增高也參與肺動脈高壓的形成[4]。低氧誘導因子不僅可誘導內皮素及血管內皮生長因子的合成，相關研究發現低氧誘導因子-1α(hypoxic inducible factor-1α, HIF-1α)所調控的目標基因之一可能是腦鈉肽(brain natriuretic peptide, BNP)，通過對BNP啟動子的功能性HRE-466序列的特殊影響，使BNP的轉錄增強,提升BNP血液含量[5]。HIF-1α介導的炎性反應亦可促進BNP的表達。其他新近相關研究指出，BNP和心肌型脂肪酸結合蛋白(heart-type fatty acid binding protein, H-FABP)均可反應早期心功能障礙、心肌缺血。肺動脈高壓(pulmonary hypertension, PH)會引起不同程度的心功能不全，與心功能分級呈負相關。因此，H-FABP也可作為判斷PH的嚴重程度的指標。下面將圍繞BNP、HIF及H-FABP展開論述。

一、BNP

BNP主要在心室表達,同時也存在于腦組織，具有拮抗腎素-血管緊張素-醛固酮系統、擴張血管、抑制交感神經活性等作用,從而起到利鈉、利尿及降低血壓的作用。BNP與大量存在于大血管的靶細胞表面受體A(natriuretic peptide receptor A, NPR-A)相互作用發揮效能，其分泌是機體自身調節的一種保護性機制[6]。通過肽鏈內切酶24.11抑制鈉尿肽的分解代謝以增加其活性也可以延緩HPH的形成。

1. BNP的基因調控： BNP編碼基因NPPB(natriuretic peptide B,GeneID 4879)位于1p36.21,含3個外顯子和2個內含子，長度1472 bp。相關研究發現,NPPB基因SNPs對血BNP水平有重要影響。如在 MTHFR-CLCN6-NPPA-NPPB基因座中,由22個SNPs組成的4個單倍型與血NT-proBNP水平增高顯著相關[7]。NPPA-NPPBrs5068、 rs198358和rs632793多態與血ANP、BNP水平及血壓變化相關[8]。NPPB基因rs198389和rs198388多態與血NT-proBNP相關[9]。BNP 升高可見于心室收縮或舒張功能不全、肺動脈高壓、敗血癥和甲亢等疾病[10]。研究發現,腎上腺素能受體激動劑、內皮素、甲狀腺素等通過多種信號通路作用于NPPB基因啟動子元件,影響其啟動子活性。這種信號途徑具有獨特性,但相互間有協同性[11]。

2. BNP與肺動脈高壓： 近年來的系列研究發現證實BNP與包括肺動脈高壓在內的多種心血管疾病密切相關[12]。BNP升高的程度與缺氧程度相關，隨著缺氧程度的改善而相應降低，氧分壓對BNP的影響機制可能隨著血氧分壓的降低，引起肺小動脈收縮，使肺動脈壓升高。有研究發現,大鼠慢性缺氧時血漿BNP水平升高70%,提示缺氧能夠刺激BNP的合成和分泌。過度表達BNP的小鼠對缺氧誘導的高血壓具有抵抗性,BNP缺失的小鼠在慢性缺氧狀態下表現為明顯肺動脈高壓。肺動脈壓的升高，從而使右室分泌少量BNP，患者血中BNP濃度升高。相關研究表明缺氧缺血性腦病患兒急性期血漿BNP水平顯著高于對照組,其主要原因可能在于缺氧間接促進BNP分泌[13]。高原低壓、低氧特殊環境是肺動脈高壓重要誘因。

雖然相關研究發現肺動脈高壓患者的BNP血漿濃度低于心力衰竭患者[14]。但有研究發現血漿BNP水平與肺動脈壓仍有一定相關性[15]。BNP濃度的檢測有助于早期發現肺部疾病所致的肺動脈高壓[16]。研究發現，BNP與慢性高原病患者的肺動脈壓嚴重程度呈正相關，BNP是預測高原肺動脈高壓不可或缺的因素[17]。GotoK等[18]發現肺動脈高壓患者排除左心衰竭和左心室肥大后，BNP濃度與右心導管測量的肺動脈收縮壓成正相關，因而可用于預測肺動脈壓力。研究顯示PH組血漿BNP水平顯著高于正常肺動脈壓組[19]。Goto等[20]研究顯示，血漿BNP濃度與總體患者人群的肺動脈收縮壓沒有相關性(r=0.1)。但是除去左心衰竭和左心肥大以及其他一些可能導致BNP升高的因素患者時，血漿BNP濃度與肺動脈收縮壓相關(r=0.508) 。Fomin等[21]研究表明,顯著增加的血漿BNP濃度與永久性肺動脈臨床上測定血漿BNP濃度有助于判斷HP。臨床研究結果表明，雖然氧療未能使PAH降至正常，但確實可以延緩肺動脈壓繼續升高[22]。

二、HIF-1

HIF-1是對經缺氧處理的Hep3B和HepG2細胞株的核提取物進行電泳位移分析時首先發現的，在缺氧條件下廣泛存在于人類和哺乳動物細胞內，缺氧情況下表達上調[23-24]。HIF-1能調節上百種與缺氧適應、炎癥發展及腫瘤生長等相關的下游基因的表達，如VEGF、ET-1等[25]。

1、HIF-1α的調控作用：HIF-1包括HIF-1α和HIF-1β2個亞基。HIF-1β不受氧濃度影響，主要在細胞核內持續組成型表達，HIF-1α受氧濃度的調節，在細胞漿內表達，因此HIF-1α決定HIF-1的活性[26]。HIF-1α又包括三個區域：氧依賴降解區(oxygen-dependent degradationdomain, ODD)，氨基端的與轉錄因子結合的DNA結構域(DNA-binding domain, DBD)及羧基端反式激活結構域(transaction domain, TAD)。常氧下，HIF-1抑制因子(the factor inhibiting -1, FIH-1)羥化C-TAD內的天冬酰胺酰基，因此其與CAMP反應元件結合蛋白/p300的結合被阻止，HIF-1α的轉錄活性被抑制。而且HIF-1α被泛素化-蛋白酶體降解，在細胞內HIF-1α的表達水明顯降低平低[27]。低氧或缺氧時，泛素化-蛋白酶體合成受到抑制，HIF-1α的降解受阻，從而提高HIF-1α的表達水平。HIF-1α與HIF-β在細胞核中結合成HIF-1。此時靶基因啟動子(核心序列 5′-RCGTG-3′)與HIF結合，在共激活因子的協同作用下，下游基因轉錄被激活[28]。除氧分壓外，多種因素誘導HIF-1α的表達，例如癌基因、細胞因子、激素、一些生長因子、應激反應和NO等小分子化學物質，但氧分壓低產生的效應最強[29]。

2. HIF-1α靶基因調控： 相關研究表明HIF-1α可調控100多個下游靶基因：(1)血紅素加氧酶-(heme oxygenase, HO-1)、EPO、轉鐵蛋白及其受體等可提高紅細胞攜氧能力并促進其增殖；(2)缺血缺氧時誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)、ET-1、VEGF及其受體(VEGF receptor, VEGFR)等可促進血管擴張和血管生成；(3)p53、腎上腺髓質素(adrenomedulin, AM)等可增強機體應激反應并促進其他組織細胞增殖；(4)葡萄糖轉運體(glucose transporter, GLUT)-1/3、丙酮酸激酶 M(pyrl/vdtek kinase M, PKM)等可加強糖酵解和無氧代謝[30]。

3. HIF-1與miRNA： 最新研究指出，許多微小RNA(microRNA，miRNA)也參與了HIF-1的下游調控。miRNA是一類長度約19-23核苷酸的單鏈非編碼RNA，人類編碼約2 000多個miRNA，據統計與人類1/3以上基因的表達密切相關。相關研究發現，缺氧時在調控基因過程中，miRNA起了重要作用，被稱為“缺氧誘導的微小RNA”(hypoxamirs)[31]。目前在缺氧條件下至少有90個miRNA的表達水平發生改變，包括miR-210、miR-26和miR-181等[32]。miRNA-210被當作腫瘤缺氧的生物標記物(biomaker)，因其在缺氧的細胞中上調表達最顯著[33]。相關研究指出，目前miRNA分為調節HIF及受HIF調節的miRNA兩類，如調節HIF-α的miR-199a、miR-17/92簇、miR-20b和miR-155等和受HIF調節的miR-23、miR-24、miR-26、miR-107、miR-210和miR-373等[34-37]。

4. HIF-1α與肺動脈高壓： 缺氧情況下，為使組織細胞適應缺氧，HIF-1可能啟動多種基因表達，缺氧性肺血管重塑及肺動脈高壓的形成緊密聯系[38]。李熾觀等[39]研究發現,在慢性缺氧條件下,肺組織表達HIF-1明顯增加,而缺失HIF-1的小鼠形成肺動脈高壓無論在時間還是程度上均降低。其他相關研究表明，在缺氧性肺動脈高壓(hypoxic pulmonary hypertension)形成機制中，HIF-1參與了離子通道的紊亂、血管活性物質的是失衡、炎癥的加重、肺血管的重構等過程。促進了PH的發生、發展。

三、H-FABP

心型脂肪酸結合蛋白(heart-type fatty acid binding protein, H-FABP)是一種存在于心肌細胞胞質中的可溶性細胞質蛋白，約占心臟全部可溶性蛋白的 4%～8%在心肌受損時含量會增高，可用于早期評定心肌損害的程度。

2. H-FABP與肺動脈高壓： 監測H-FABP含量，在心肌梗死、心力衰竭、心肌炎、創傷后心肌損傷、肺栓塞、腦部疾病、睡眠呼吸暫停低通氣綜合征等疾病的診斷、鑒別、評估等方面發揮重要作用。而研究發現先天性心臟病合并肺動脈高壓患兒血清H-FABP與PASP呈正相關，即隨肺動脈壓力的升高，血清H-FABP的含量不斷升高。相關研究表明，肺動脈高壓早期，右室尚能代償，舒張末期壓力正常，但隨著病情的進展，肺動脈壓持續升高，右心失代償，心輸出量顯著降低，舒張末壓增高，心肌缺氧狀態加重[43]。輕中度的肺動脈高壓也可導致右心功能的變化。其他研究表明，由于存在左心室收縮和舒張功能障礙，右心功能減低明顯，并常伴有不同程度的三尖瓣返流，肺動脈高壓患者心肌損害進一步加重[44]。PH時可造成不同程度的心功能不全，且隨著壓力的升高，心臟收縮功能降低，心功能也隨之降低。因此，H-FABP可作為判斷PH的嚴重程度的指標。H-FABP可一定程度反映PH患者心肌損傷的輕重，對肺動脈高壓的臨床嚴重程度可能有一定的臨床參考價值，值得進一步研究。

四、總結與展望

綜上所述，高原肺動脈高壓是一種臨床常見較為嚴重的心肺疾病，其病死率高[46-48]，隨著科技的發展及臨床醫師的不斷重視，無論從遺傳學角度還是從細胞、分子、基因水平，研究者做了大量的研究工作，HPH發病機制的研究也取得了很大的進步，但仍有待于更深入研究。

BNP不僅可預測HPH的嚴重程度，促進BNP合成或抑制BNP分解將成為臨床緩解HPH發展的新方向。細胞在缺氧誘導下產生HIF-1，通過調節下游靶基因參與肺動脈細胞的缺氧應答，進而調控肺血管收縮和肺血管重建，促進HPH的發生和發展，然而HIF-1亦可誘導BNP合成延緩HPH發生、發展，但促進作用更強。近年來的研究表明，miRNA在HIF-1與PH的調控關系中也起到重要作用，并有望成為HPH臨床診斷的標志物。研究 HPH 患者血清中HIF-1表達水平的變化，闡明HIF-1表達水平與HPH嚴重程度的相關性，將有助于HPH的預防及提供新的思路和策略，干預HIF-1的表達有可能成為治療HPH的新靶點。H-FABP作為靈敏的心肌損傷生化指標，在肺動脈高壓的研究領域中日益引起研究者的重視，在預測HPH程度中有一定的臨床參考價值。

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10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.05.029

810001 西寧，青海大學附屬醫院呼吸內科

馮喜英， Email: xiying.feng@aliyun.com

R563

A

2017-09-13)

(本文編輯：張大春)

張歡，華毛，馮喜英，等. 腦鈉肽、低氧誘導因子-1α、心肌型脂肪酸結合蛋白在高原肺動脈高壓中的研究進展[J/CD]. 中華肺部疾病雜志(電子版)， 2017， 10(5)： 604-607.