肺高血壓發病機制中免疫細胞的研究進展

章逸嬈 卞濤 吳艷

1南京醫科大學無錫臨床醫學院214000;2南京醫科大學附屬無錫市人民醫院呼吸科214000

肺高血壓是以肺血管阻力進行性增加為特征,最終致右心衰竭的臨床綜合征,其主要病理生理改變是肺血管重構、肺小動脈痙攣和原位血栓形成等。肺高血壓的發病機制目前仍不清楚,近年來不少研究表明免疫炎癥反應參與了肺血管重構的病理生理過程,誘導了肺高血壓的形成[1]。免疫細胞是免疫系統的主要組成部分,在免疫炎癥反應中發揮關鍵作用。各類肺高血壓患者和動物模型的肺組織中幾乎均伴隨著大量免疫細胞的浸潤[2]。

根據2018中國肺高血壓診斷和治療指南,肺高血壓被分為五類：肺動脈高壓 (pulmonary arterial hypertension,PAH);左心疾病所致肺高血壓 (pulmonary hypertension associated with left heart diseases,PH-LHD);缺氧所致肺高血壓 (hypoxic pulmonary hypertension,HPH);肺動脈阻塞性疾病所致肺高血壓;未知因素所致肺高血壓[3]。本文就各種類型肺高血壓發病機制中異常免疫細胞的研究進行綜述。

1 PAH

PAH 主要由肺小血管本身病變導致肺血管阻力增加,可發生于多種疾病狀態,包括特發性肺動脈高壓(idiopathic pulmonary arterial hypertension,IPAH)、藥物和毒素相關肺動脈高壓、遺傳性肺動脈高壓以及相關因素所致肺動脈高壓 (結締組織病、人類免疫缺陷病毒感染、門脈高壓、先天性心臟病、血吸蟲病)[1]。多種免疫細胞參與了PAH 的發病過程,包括T 淋巴細胞、B 淋巴細胞、巨噬細胞、肥大細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞等。目前發現部分免疫細胞除了具有免疫監視的功能外,還有重要的調節肺血管重構的作用,更確切的機制還需要進一步研究明確。

1.1 巨噬細胞 巨噬細胞是體內重要的免疫細胞,其主要功能是吞噬細胞殘片、病原菌,以及加工呈遞抗原激活其他免疫細胞。IPAH 和結締組織相關肺動脈高壓患者肺血管周圍巨噬細胞數量顯著增加,巨噬細胞是浸潤在PAH血管閉塞性 “叢狀病變”中最主要的免疫細胞[4-6]。

既往有研究證實,在PAH 動物模型中,巨噬細胞通過GM-CSF/LTB4通路發揮效應,誘導肺血管內皮細胞凋亡,刺激平滑肌細胞增生和肥大,導致肺血管重構、肺動脈壓力升高;阻斷巨噬細胞衍生的LTB4生物合成信號能逆轉實驗動物PAH 的形成[7-8]。

1.2 T 淋巴細胞 T 淋巴細胞在PAH 的發病過程中扮演了重要角色,按照其免疫效應可分為：調節性T 細胞 (T regulatory cell,Treg)、輔助性T 細胞 (helper T cell,Th)以及細胞毒性T 細胞。早期研究證實PAH 患者體內存在T 淋巴細胞免疫失衡,目前越來越多的證據表明T 淋巴細胞是PAH 發生發展的原因而非結果。

1.2.1 Treg細胞 Treg細胞是具有免疫抑制作用的T 細胞亞群,其主要通過表達抑制性分子、分泌抑制性細胞因子、改變抗原呈遞細胞的功能來維持機體免疫耐受以及調控免疫應答過程。

Huertas等[9]應用流式細胞數檢測了62 例IPAH、遺傳性肺動脈高壓、結締組織病相關性肺動脈高壓患者外周血中pSTAT3+Treg細胞比例,發現與對照組相比,以上PAH 患者外周血中pSTAT3+Treg 細胞比例均下降。pSTAT3表達水平降低反映Treg 細胞功能低下,提示PAH 患者存在Treg細胞功能缺陷。有學者認為,PAH 患者Treg細胞功能缺陷與骨形態發生蛋白通路障礙存在一定關聯,進一步研究證實PAH 患者及動物模型中存在骨形態發生蛋白Ⅱ型受體 (bone morphogenetic protein receptor 2,BMPR2)表達缺失或降低[10]。Tamosiuniene等[11]發現向PAH 小鼠模型體內回輸Treg細胞,將伴隨小鼠模型體內BMPR2蛋白表達水平升高。一方面,BMPR2信號通路的功能失調可能誘導Treg細胞功能障礙;另一方面,Treg細胞可能通過分泌IL-10調控BMPR2表達,但目前缺乏直接證據證明Treg細胞與BMPR2信號通路之間的關系。

另外,胸腺切除小鼠模型缺乏T 細胞,導致血管內皮損傷,巨噬細胞在肺組織內聚集;重建小鼠Treg細胞系統可以緩解血管內皮的損傷,減少巨噬細胞的募集[12]。由此推斷,Treg細胞可能通過調控巨噬細胞,從而減少PAH肺血管重構,延緩PAH 的發生發展。

1.2.2 Th細胞 Th細胞是輔助T、B淋巴細胞免疫應答的功能亞群,初始CD4+T 細胞可分化為Th1、Th2、Th17三類效應細胞,Th2細胞能分泌IL-4、IL-13等細胞因子。Kumar等[13]發現在血吸蟲病相關性肺動脈高壓小鼠模型的肺組織中IL-4、IL-13 表達水平升高;對比野生型小鼠,IL-4/13雙重缺陷小鼠模型中肺小動脈中膜肥厚減少、右心導管壓力降低,表明IL-4和IL-13活化的Th2型免疫炎癥反應在血吸蟲病相關性肺動脈高壓發病過程中占據主導地位。動物研究表明,Th2 型細胞因子能通過激活TSP-1/TGF-β信號轉導通路參與血吸蟲相關性肺動脈高壓小鼠模型的肺血管重構,引起肺動脈壓力升高[14]。通過綜合性調節Th2型炎癥反應和TGF-β信號傳導通路,可為血吸蟲病相關性肺動脈高壓的治療提供可行候選方案。另外,Chen等[15]發現IPAH 患者血漿中Th2 型細胞因子 (IL-4、IL-13)表達上調,Th2細胞可能通過促進肺血管平滑肌的增殖加速IPAH 的發生發展。

1.2.3 細胞毒性T 細胞 細胞毒性T 細胞具有免疫殺傷效應,其主要功能是特異性殺傷靶細胞,目前有關細胞毒性T 細胞在PAH 發病機制中的作用文獻較少。研究報道,IPAH 患者肺組織中細胞毒性T 細胞比例增大,細胞毒性T 細胞的聚集可能與血管內皮細胞抗凋亡信號受損有關[16]。

1.3 B淋巴細胞 B淋巴細胞是重要的免疫細胞,不僅能分化成效應B細胞產生抗體參與體液免疫,也可通過呈遞抗原、介導效應T 細胞的分化調節細胞免疫。PAH 形成與B淋巴細胞的活化和自身抗體的產生有關：IPAH 患者循環血液中B淋巴細胞數目增多,肺血管周圍出現明顯增加的B淋巴細胞浸潤[17];在結締組織相關性肺動脈高壓患者體內發現多種與肺血管重構相關的抗體,如抗內皮細胞抗體、抗成纖維細胞抗體、抗內皮素1受體抗體等,這些抗體通過各種信號通路引起肺血管細胞損傷,導致肺血管重構、肺小動脈閉塞,血流壓力進行性升高。研究表明：以CD20為靶點的單克隆抗體能有效降低PAH 動物模型循環血液中細胞因子和抗體的水平,從而延緩PAH 的進展[18]。

1.4 中性粒細胞 中性粒細胞在PAH 中的研究較少。Kim 等[19]發現中性粒細胞彈性蛋白酶在IPAH 患者肺血管平滑肌細胞中表達上升。中性粒細胞彈性蛋白酶能增加血管彈性層降解、引起血管內皮細胞增生、促進免疫細胞遷移,使用彈性蛋白酶抑制劑能改善野百合堿誘導的大鼠PAH[20],提示其在PAH 的發病機制中發揮重要作用。

1.5 樹突狀細胞 樹突狀細胞是目前已知的功能最強的抗原呈遞細胞,被視為連接固有免疫和適應性免疫之間的橋梁,具有成熟和未成熟2種表型。Perros等[21]發現有大量未成熟的樹突狀細胞沉積于IPAH 患者和動物模型的肺動脈中。Wang等[22]則發現IPAH 患者外周血中成熟的樹突狀細胞比例下降。成熟的樹突狀細胞能發揮抗原呈遞作用,誘導T 細胞的增殖和活化;未成熟的樹突狀細胞抗原呈遞作用較弱,可維持外周免疫耐受。IPAH 患者免疫功能的失調可能與樹突狀細胞的表型轉換障礙有關,但這仍然需要進一步探討。

2 PH-LHD

PH-LHD 是常見的肺高血壓類型,可伴發于各類左心疾病。目前認為PH-LHD 有2種來源：第一種來源于左心室充盈壓向后傳遞,導致肺靜脈和左心房壓力升高,肺動脈壓力 “被動性升高”;第二種來源于肺血管本身的主動性病變,如血管內膜增生、中膜肥厚,血管因此變得狹窄,肺動脈壓力升高。免疫炎癥反應參與了肺血管病變的過程,目前關于PH-LHD 免疫學發病機制的研究較少。

Wang等[23]通過主動脈束帶法構建PH-LHD 大鼠模型,利用免疫組織化學實驗檢測到PH-LHD 大鼠肺泡中、肺血管管腔內、肺血管壁上以及肺間質內均出現中性粒細胞和巨噬細胞的募集。并且,該研究發現阿伐替汀能夠減輕肺部免疫炎癥反應,預防PH-LHD 動物模型中肺動脈的重構,阻斷肺高血壓的形成。

Hoffmann等[24]對大鼠進行冠狀動脈上的升動脈縮窄手術制作PH-LHD 動物模型,從基因組學、蛋白組學和組織學水平確認了肥大細胞在血管周邊的聚集,并應用基因芯片技術證實了 “肥大細胞活化”是大鼠體內最突出上調的基因功能分類體系。實驗還發現使用肥大細胞脫顆粒抑制劑酮替芬能緩解PAH,證實了肥大細胞在PH-LHD 中的作用。

3 HPH

持續低氧刺激下,肺血管收縮、肺血管重構,導致肺循環阻力增加、肺動脈壓力升高。COPD、肺間質疾病、睡眠呼吸障礙均可誘發HPH。近年來不少研究表明Th17/Treg細胞免疫失衡在HPH 發病免疫機制中占據關鍵地位。

3.1 Th17/Treg 細胞 Th17 細胞具有高度促炎性。Hashimoto-Kataoka等[25]發現Th17細胞在HPH 小鼠模型肺組織中大量聚集。Maston等[26]通過使用RORα/γt拮抗劑SR1001抑制Th17細胞分化,發現與對照組相比,Th17細胞分化障礙HPH 小鼠模型右心導管壓力降低,肺血管重構減少,提示Th17 細胞對促進HPH 形成發揮重要作用。

朱蓉等[27]研究表明,COPD 合并肺高血壓患者循環血液中Treg細胞比例低于COPD 未合并肺高血壓患者,提示Treg細胞缺陷加速HPH 的形成。另外,經靜脈注射Treg細胞至HPH 小鼠模型中,HPH 小鼠模型肺動脈壓力下降,肺血管平滑肌增殖減弱,肺部炎癥因子減少[28]。Treg可能通過其免疫抑制功能緩解HPH 的發生發展,在缺氧環境中對小鼠產生保護作用。

Treg細胞和Th17細胞來源于共同的前體細胞,Treg/Th17細胞的增殖分化受到多個信號因子的調控。缺氧誘導因子1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)能促進初始T 細胞分化成Th17細胞,抑制初始T 細胞分化成Treg細胞。HIF-1α在正常條件下會被快速降解,而在低氧條件下能穩定表達。研究表明,在持續性低氧刺激下,HIF-1α部分缺失小鼠與野生型小鼠相比Th17 細胞比例下降,Treg細胞比例升高,肺血管重塑減少,右心室肥厚延遲[29],通過調節低氧條件下HIF-1α的表達來糾正Th17/Treg細胞免疫失衡,也許可作為HPH 防治策略之一。

另外,Li等[30]發現Rho A-ROCK 通路激動劑能增加HPH 小鼠體內STAT3/STAT5 磷酸化,使免疫反應向Th17細胞偏移,導致肺血管重構增加、肺動脈壓力升高;而Rho A-ROCK 通路抑制劑的效應則與之相反,提示Rho A-ROCK 通路可通過調控Th17/Treg細胞穩態對HPH的發生發展產生影響。

3.2 巨噬細胞 缺氧會導致小鼠肺泡灌洗液中巨噬細胞數目顯著增加,通過向小鼠氣管內灌注含有氯膦酸鹽的脂質體可減少巨噬細胞募集,預防HPH 形成[31]。

Li等[32]發現HPH 患者和動物模型中巨噬細胞的激活和成纖維細胞增殖的表觀遺傳變化密切相關。劉杰等[33]研究表明,IL-33受體基因缺乏HPH 小鼠模型肺泡灌洗液中巨噬細胞數目明顯低于正常HPH 小鼠模型,同時伴隨著小鼠肺血管重構減少,研究指出IL-33 通過活化巨噬細胞核轉錄因子κB 信號通路參與HPH 的發生發展。此外,Vergadi等[34]發現替代性活化型 (M2)巨噬細胞的激活在HPH 疾病進展中發揮了重要的作用,干預巨噬細胞亞型的轉換可能是潛在的治療靶點。

由此推斷,巨噬細胞的遷移和巨噬細胞亞型的轉換是HPH 的發病機制之一。

3.3 肥大細胞 肥大細胞定居于多種組織,其胞質內存在大量含組胺、5-羥色胺和肝素等介質顆粒。Banasová等[35]發現對暴露于缺氧環境早期小鼠使用肥大細胞穩定劑色甘酸二鈉,能延緩肺高血壓的進展,抑制肺小動脈肌化,減少肺泡前血管膠原裂解碎片的數量。肥大細胞還能合成釋放血栓素、前列腺素D2、血小板激活因子等炎癥介質引起肺血管收縮、肺血管阻力增加。

4 肺動脈阻塞性疾病所致肺高血壓

慢性血栓栓塞性肺高血壓 (chronic thromboembolic pulmonary hypertension,CTEPH)是肺動脈阻塞性疾病所致肺高血壓中最常見的一類疾病。CTEPH 以呼吸困難、乏力和活動耐力減低為主要表現,主要由于肺動脈血栓栓塞反復發作、不能溶解,進而導致肺血管重構、肺血管阻力進行性增加、肺動脈壓力升高及右心功能不全[36]。

近年來實驗發現,CTEPH 患者肺血管壁上出現大量免疫細胞的沉積,主要包括巨噬細胞、T 淋巴細胞以及中性粒細胞。Quarck等[37]研究表明,CTEPH 患者中性粒細胞和巨噬細胞的過度募集分別與血漿中C 反應蛋白和基質金屬蛋白酶濃度的升高有關聯;C 反應蛋白可增加血管內皮細胞功能紊亂和平滑肌細胞增生,基質金屬蛋白酶屬于循環系統重建標志物。因此,有學者認為巨噬細胞和中性粒細胞對CTEPH 患者肺動脈重構產生了影響。

CTEPH 患者血漿中Th1細胞因子水平上升,Th1 細胞因子干擾素γ能誘導單核細胞和內皮細胞產生干擾素γ誘導因子10 (interferon-γinducible protein 10,IP-10)[38]。Zabini等[39]發現,與健康對照組對比,CTEPH 患者肺組織中IP-10表達增加,并且IP-10水平與CTEPH 患者的心臟指數、6分鐘步行試驗結果以及DLCO 呈負相關。另外,體外實驗表明IP-10能增加人成纖維細胞的遷移。由此推斷,IP-10可能通過增加肺血管重構加速CTEPH 疾病進展,Th1細胞在這個過程中發揮重要作用。

5 未知因素所致肺高血壓

未知因素所致肺高血壓的發病機制較復雜并且有多種病理生理過程參與其中,可能的致病因素包括：肺血管收縮、增生性血管病變、血栓栓塞、外源性壓迫、高心輸出量和左心衰竭等[40]。免疫抑制劑已經在未知因素所致肺高血壓治療中取得一定療效[41]。然而由于病因不明確、發病率較低,目前該領域的研究文獻較少。

肺朗格漢斯細胞組織增生癥 (pulmonary Langerhans cell histiocytosis,PLCH)是一種單核-吞噬細胞系統增生性疾病。其以細支氣管旁間質結節和囊腔形成為特征,常伴有彌漫性血管增生和肺高血壓,PLCH 所致肺高血壓屬于未知因素所致肺高血壓。Roden等[42]發現,PLCH 所致肺高血壓患者肺血管重構不僅局限于結節內,結節外肺組織肺動脈同樣發生內膜纖維化和中膜肥厚。組織病理學結果顯示PLCH 結節主要由嗜酸粒細胞、巨噬細胞、淋巴細胞和散在的多核巨細胞組成,結節內免疫細胞通過釋放細胞因子進入循環血液,如IL-6、轉化生長因子β、血小板衍生生長因子等,誘導肺血管重構并形成肺高血壓。

6 展望

綜上所述,免疫炎癥反應在肺高血壓的發生發展中發揮重要作用。免疫細胞在各種刺激如損傷、炎癥等的作用下遷移、浸潤和聚集并釋放各種炎性介質、細胞因子,與各種效應細胞如肺血管內皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞等形成復雜信號通路,最終導致肺血管收縮和肺血管重構,引起肺動脈壓力升高。目前,部分免疫細胞對肺高血壓發生發展產生的影響已通過動物實驗被證實。近年來肺高血壓領域研究進展迅速,但現有的臨床靶向治療手段仍著重于改善肺血管收縮,不能顯著改善或逆轉肺高血壓患者的肺血管重構。而各類肺高血壓中免疫炎癥反應存在顯著差異,其在肺高血壓的病理生理過程中的具體分子作用機制尚未清晰。因此,對各類肺高血壓的免疫炎癥反應的研究有可能為肺高血壓的治療提供靶向及精準的治療策略。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突