慢性阻塞性肺疾病合并肺動脈高壓發(fā)病機制研究進展

段雅靜 成孟瑜

作者單位：030032 山西 太原，山西醫(yī)科大學(xué)附屬白求恩醫(yī)院呼吸科

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD)是可以預(yù)防和治療的常見呼吸系統(tǒng)疾病，其主要特征是持續(xù)呼吸道癥狀和氣流受限。肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH)指各種原因引起的肺動脈壓力升高，是COPD的最常見的并發(fā)癥之一。近年來，隨著研究的進展，專家學(xué)者們對慢阻肺合并肺動脈高壓(COPD-PH)發(fā)病機制研究進展有了新的認識，COPD-PH發(fā)病機制較為復(fù)雜，本文將從內(nèi)皮細胞功能障礙及交感神經(jīng)過度興奮兩個方面進行闡述。

內(nèi)皮細胞功能障礙

肺血管內(nèi)皮細胞不僅有屏障作用，還能分泌大量的血管活性物質(zhì)，這些物質(zhì)作用于肺血管平滑肌細胞(PASMCs)，參與調(diào)控細胞增殖、血管新生、能量代謝、血管運動等反應(yīng)過程。而煙塵等空氣污染物、低氧及炎癥反應(yīng)等均可引起COPD患者內(nèi)皮細胞功能障礙，誘導(dǎo)成纖維細胞增殖和新生血管形成，因此內(nèi)皮細胞功能障礙貫穿于COPD-PH發(fā)展全過程，以下對可能促使內(nèi)皮細胞功能障礙的物質(zhì)進行闡述。

一、一氧化氮(NO)

NO是由內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)催化L-精氨酸產(chǎn)生的信號分子，其活性受Ca2+和鈣調(diào)蛋白的調(diào)節(jié)。NO能通過激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(SGC)-蛋白激酶G(PKG)信號軸，刺激平滑肌細胞產(chǎn)生第二信使環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)，使肌鈣蛋白與Ca2+親和性下降，引起血管平滑肌舒張。而COPD-PH患者氧分壓下降，導(dǎo)致體內(nèi)eNOS抑制劑二甲基精氨酸(ADMA)無法降解，ADMA隨著COPD-PH患者疾病嚴(yán)重程度的增加而增加，競爭性結(jié)合L-精氨酸，使NO合成減少；缺氧還會激活內(nèi)皮Rho激酶、刺激核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)途徑以及過度氧化應(yīng)激，不僅導(dǎo)致eNOS解偶聯(lián)，加速NO的失活，而且會使其生物利用度降低[1]，引起肺血管收縮及重塑，最終產(chǎn)生PH。有研究通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將eNOS基因在小鼠體內(nèi)進行轉(zhuǎn)染，發(fā)現(xiàn)eNOS基因轉(zhuǎn)染可以提高小鼠體內(nèi)NO含量，從而改善低氧性PH的肺血管及右心重塑[2]，為轉(zhuǎn)基因治療低氧性PH奠定理論基礎(chǔ)，很可能是預(yù)防和治療COPD-PH的有效治療方法。

二、前列環(huán)素(PGI2)

PGI2主要是由內(nèi)皮細胞合成與分泌的血管擴張劑，與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合使環(huán)磷酸腺苷(cAMP)水平升高并激活PKA，抑制肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)，導(dǎo)致平滑肌舒張。此外，細胞表面PGI2受體還可以抑制細胞增殖，從而激活G蛋白偶聯(lián)受體并增加cAMP的產(chǎn)生，而cAMP的抗增殖作用已經(jīng)得到證實。COPD常常合并低氧和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能障礙，PGI2合成減少，PASMCs收縮和增殖，肺血管重塑，促進了COPD-PH的發(fā)生發(fā)展。前列環(huán)素類似物如伊洛前列素已經(jīng)在特發(fā)性肺動脈高壓中得到了廣泛的研究，但對COPD-PH的治療效果評價仍需要進行大規(guī)模的臨床試驗。

三、內(nèi)皮素-1(ET-1)

ET-1是內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的最強血管收縮因子，與肺血管中ET-A或ET-B受體結(jié)合發(fā)揮作用。當(dāng)ET-1與肺動脈平滑肌上的ET-A受體結(jié)合時，細胞內(nèi)鈣水平迅速增加，并持續(xù)激活PKC，引起PASMCs收縮和增殖[3]。ET-1也可通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路誘發(fā)c-fos和c-jun基因的激活，從而促進細胞生長、肥大和增殖，并調(diào)控細胞存活和分化，引起PASMCs增殖和肺血管重構(gòu)。ET-B受體分為ET-B1和ET-B2兩種,前者激動時會刺激血管內(nèi)皮細胞合成和釋放NO和PGI2，同時促進體內(nèi)ET-1的消除，引起肺血管舒張；而后者激動時在PASMCs表達上調(diào)，與ET-A受體協(xié)同引起PASMCs收縮和增殖[4]。證據(jù)表明，COPD-PH患者的體內(nèi)ET-1水平升高。實驗發(fā)現(xiàn)[5]，PH大鼠內(nèi)皮依賴性ET-B1受體介導(dǎo)的血管舒張功能受損，而ET-A協(xié)同ET-B2受體介導(dǎo)的血管收縮反應(yīng)增強。ET-1在PH的血管舒張-收縮功能失衡中起主要作用，也參與了PASMCs的異常增殖以及肺血管重構(gòu)。選擇性阻斷ET-A和ET-B2受體可能是治療COPD-PH的有效方法。

四、磷酸二酯酶(PDEs)

PDEs在體內(nèi)分布廣泛，其中PDE-5是在肺中的主要亞型，主要通過水解cAMP和cGMP，阻斷NO/cGMP通路來收縮血管[6]。目前有少量研究表明，新型可溶性鳥苷酸環(huán)化酶激動劑利奧西呱，可以增加體內(nèi)cGMP含量，使肺血管擴張，可以顯著降低COPD-PH患者的平均肺動脈壓力[7]，但對COPD患者肺功能改善和氣體交換的影響，仍需大量前瞻性研究進行驗證。選擇性PDE-5抑制劑西地那非[8]可導(dǎo)致cGMP在細胞內(nèi)積聚，增強了NO介導(dǎo)的血管舒張功能。西地那非還被證明具有抗PASMCs增殖作用和逆轉(zhuǎn)右心室重構(gòu)作用。證據(jù)表明，西地那非雖然可以降低COPD-PH患者的肺血管阻力，但對氧合、運動耐力影響較小，甚至?xí)饜夯痆9]。盡管也有研究表明口服西地那非對COPD-PH病人有益，但其有效性仍需大量的臨床試驗進行證實。

五、5-羥色胺(5-HT)

5-HT的主要作用是收縮血管，除此之外還可以促平滑肌有絲分裂和共生作用，從而促進PH的進展[10]。研究表明在煙霧暴露的環(huán)境下，COPD小鼠模型體內(nèi)5-HT水平升高，與其受體結(jié)合后使PDEs活性增強，導(dǎo)致平滑肌細胞內(nèi)cAMP和cGMP水平下降，肺血管收縮[11]；還可以誘導(dǎo)細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制中相應(yīng)受體，使Ca2+增加，激活磷脂酰肌醇、PKC和MAPK等，上調(diào)c-myc基因的表達，促使PASMCs的增殖[12]，參與COPD-PH血管重塑。 Li Cheng等[13]在低氧性肺動脈高壓大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，5-HT可以通過Rho-ROCK信號通路誘導(dǎo)th17/treg穩(wěn)態(tài)失調(diào)，參與肺動脈高壓的形成。5-HT受體拮抗劑在抗血管重塑方面有很大潛力，可能是治療COPD-PH血管重塑的新靶點。

六、低氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)

HIF-1是由α和β兩種亞基構(gòu)成的對低氧較為敏感的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，其中 “缺氧基因表達開關(guān)”的HIF-1α對缺氧較為敏感[14]。COPD患者常常合并低氧，低氧暴露促使線粒體產(chǎn)生ROS增加,ROS作為信號分子激活HIF-1α,抑制電壓門控鉀通道并激活電壓門控鈣通道的表達,使細胞內(nèi)鈣離子濃度增加,從而導(dǎo)致平滑肌細胞收縮。持續(xù)的低氧會激活Rho激酶,除增加HIF-1α的表達外，還增強肺血管的收縮反應(yīng)[15]。在COPD的低氧條件下，HIF-1α可以增加EPO的表達，EPO促進骨髓紅細胞成熟并釋放入血，使血液粘滯度增加，血管阻力增加，從而產(chǎn)生肺動脈高壓。

研究發(fā)現(xiàn)[16]HIF-1α可以抑制低氧性PH的肺血管外膜成纖維細胞miRNA-29a-3p的表達,而敲除HIF-1α使miRNA-29a-3p表達不受抑制，促使肺血管外膜成纖維細胞的增殖、遷移及分泌，抑制低氧誘導(dǎo)的肺血管外膜成纖維細胞、平滑肌肌動蛋白和細胞外間質(zhì)膠原的表達，預(yù)防性或治療性給予miRNA-29a-3p可顯著降低肺動脈壓力和右心室肥厚指數(shù)，并改善肺血管重構(gòu)。通過抑制蛋白酪氨酸激酶激活，可抑制Akt/mTOR/HIF-1信號通路的表達，減少小鼠體內(nèi)HIF-1α生成，可逆轉(zhuǎn)低氧性肺動脈高壓肺血管重構(gòu)[17]。目前關(guān)于HIF-1的研究表明硼替佐米、埃他卡林等藥物可調(diào)節(jié)HIF-1α表達從而緩解PH,進一步研究發(fā)現(xiàn)這些藥物可以抑制COPD患者低氧環(huán)境下PASMCs的增殖并促進其凋亡，從而降低肺動脈壓力[18]。

長期低氧環(huán)境還可導(dǎo)致血管外膜成纖維細胞增生，HIF-1α與ET-1特異性基因位點結(jié)合，使ET-1的表達增加，促進血管外膜成纖維細胞肌化并向內(nèi)膜遷移，影響血管重構(gòu)[19]。有研究通過促使PH大鼠HIF-1α的降解,下調(diào)其下游靶基因ET-1、iNOS的表達，從而降低大鼠肺動脈壓力,緩解肺血管重塑。另外也有實驗首次發(fā)現(xiàn)HIF-1α的降低，竟然也會導(dǎo)致ET-1的升高，最終導(dǎo)致肺動脈高壓[20]。HIF-1α的作用機制目前尚不明確，但HIF-1α活性的調(diào)節(jié)，很可能是治療COPD-PH的切入點。

七、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)

VEGF由內(nèi)皮細胞分泌的一種可誘導(dǎo)成纖維細胞增殖并促進新生血管形成的細胞因子，貫穿于COPD發(fā)展全過程，最終導(dǎo)致繼發(fā)性PH[21]。因為COPD患者通常有吸煙史和低氧血癥，誘導(dǎo) HIF-1α可刺激VEGF產(chǎn)生，通過轉(zhuǎn)化生長因子-β/NADPH氧化酶途徑增加ROS的產(chǎn)生，促進肺血管重構(gòu)[22]。國內(nèi)外研究者證實COPD并發(fā)輕癥PH患者血清VEGF水平有升高趨勢，但這可能是其代償性表現(xiàn)，隨著疾病進展，VEGF可能作為一類保護因子而表達減少，學(xué)者推測其下降可能與肺組織廣泛破壞、肺血管內(nèi)皮細胞凋亡及肺血管重塑有關(guān)。有趣的是，最新研究表明VEGF特異性受體缺失可能導(dǎo)致PH加重[23]，至于VEGF及其受體在COPD-PH發(fā)病機制中起到的作用仍存在爭議。

八、骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4(BMP4)

BMP4具有調(diào)節(jié)多種細胞增殖、分化、凋亡的重要作用，是轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)超家族的成員之一。越來越多的證據(jù)表明，BMP4信號通路參與了血管功能障礙及PH的發(fā)病過程。COPD-PH患者因吸煙、低氧或血流動力學(xué)紊亂使BMP4在內(nèi)皮細胞中升高并作為上游激活劑被激活，通過ROS依賴性p38MAPK上調(diào)環(huán)氧合酶-2(COX-2)細胞通路表達，對內(nèi)皮細胞發(fā)揮促炎作用，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能障礙，說明BMP4/ROS/COX-2級聯(lián)反應(yīng)，在維持肺高血壓內(nèi)皮功能障礙中起重要作用，在內(nèi)皮細胞中的過表達增強了肺血管重塑及肺動脈高壓[24]。外源性輸注BMP4是通過刺激血管 NADPH氧化酶4(NOX4)的過表達上調(diào)ROS，ROS可通過NOX4-ROS-NF-κB、血管過氧化物酶1(VPO1)及轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)多種途徑誘導(dǎo)PASMCs增殖，在COPD-PH疾病中起重要作用，且血清ROS水平與COPD-PH的肺動脈壓力成正相關(guān)提示NOX4/ROS信號通路可能成為治療COPD-PH的潛在靶點[25]。

在COPD患者慢性缺氧狀態(tài)下，HIF-1α過表達可調(diào)節(jié)下游靶基因BMP4，通過上調(diào)細胞瞬時受體電位通道1(TRPC1)和TRPC6來增加細胞內(nèi)Ca2+濃度，導(dǎo)致PASMCs收縮和重塑，肺動脈壓力升高[26]，從而促進COPD-PH的發(fā)生發(fā)展。Wu Jian[27]等證實BMP4通過PI3K/AKT/Smad1/5/8信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄并抑制大鼠肺動脈平滑肌細胞凋亡，參與了COPD-PH的相關(guān)反應(yīng)。

最新研究發(fā)現(xiàn)BMP4在無癥狀吸煙者和COPD吸煙者分化的氣道上皮細胞中表達上調(diào)，確定了一種新的調(diào)節(jié)氣道上皮重構(gòu)的機制。上調(diào)的BMP4與人類氣道中的干/祖細胞相互作用，抑制正常的粘液纖毛分化并誘導(dǎo)鱗狀化生，這一過程與COPD的發(fā)病機制直接相關(guān)[28]，故BMP4或其下游受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在人體氣道祖細胞中的調(diào)節(jié)，有望成為治療或預(yù)防COPD-PH的一種潛在治療途徑。有趣的是，Cai Pengcheng等通過試驗發(fā)現(xiàn)BMP4抑制血管內(nèi)皮細胞生長因子(PDGF)誘導(dǎo)的PASMCs增殖和膠原合成，即BMP4在PH患者中起抑制肺血管及右心室重構(gòu)的作用[29]。而既往也有動物實驗表明[30]，BMP4信號通路缺陷的小鼠會發(fā)生更嚴(yán)重的肺動脈高壓，但不會加重氣道重塑，這似乎與BMP4可誘導(dǎo)氣道重塑的觀點或抑制肺動脈重塑相違背，但學(xué)者推測可能與內(nèi)皮細胞功能障礙有關(guān)，因此，BMP4在PH中所起作用仍需大量實驗研究證實。

交感神經(jīng)系統(tǒng)(SNS)

COPD患者O2分壓降低，刺激中樞化學(xué)感受器，CO2分壓及H+濃度升高，刺激外周化學(xué)感受器，使交感神經(jīng)反射性興奮。SNS興奮的特征是去甲腎上腺素(NE)水平升高和 γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶(GABA-T)活性升高，前者結(jié)合肺動脈平滑肌α1受體，使PASMCs增殖失調(diào)和肺血管異常收縮，最終導(dǎo)致肺動脈壓力升高；后者可降解γ- GABA(中樞和外周組織中對SNS有抑制作用的抑制性神經(jīng)遞質(zhì))。因此，我們推測GABA-T可能通過調(diào)節(jié)GABA和NE水平參與PH的病理生理過程。GABA-T抑制劑維加巴特林(GVG)可以逆轉(zhuǎn)NE水平的升高和GABA水平的降低。GABA-T通過調(diào)節(jié)SNS活性在PH中起重要作用，有可能作為 COPD-PH的治療靶點[31]。惰性氣體氬氣通過激活γ-GABA受體，降低大鼠和人的肺血管張力，因此氬氣可能適用于PH和右心衰竭的患者[32]。但此類治療并未開展大型臨床試驗，其在COPD-PH發(fā)病機制中的確切作用，仍不清楚，還需要廣大學(xué)者進一步研究。

有研究者通過藥物腎上腺素能阻滯、降低神經(jīng)激素活性、腎去神經(jīng)、肺動脈去神經(jīng)術(shù)等方法，阻斷交感神經(jīng)通路[33-34]，可以通過調(diào)節(jié)血漿GABA和NE水平，降低肺動脈壓力，同時可以抑制腎素-血管緊張素-醛固酮(RASS)系統(tǒng)，使血管緊張素(Ang)分泌減少，血管平滑肌舒張，可以降低平均肺動脈壓力并改善血管壁重構(gòu)以及右心室肥厚。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)的激活會增加炎癥、氧化應(yīng)激，并有促血栓形成、促增殖和促纖維化的作用。在COPD慢性缺氧環(huán)境下，肺血管和右心室的ACE活性增高，加劇了大鼠肺血管和右心重塑。抑制上游Ang Ⅰ/Ang Ⅱ/血管緊張素受體1型(AT1R)通路和激活下游ACE2/Ang (1-7)/Mas受體通路是兩種可行的PH保護策略，在COPD-PH及其余各種類型PH模型中均有效[35]。

總結(jié)與展望

綜上所述，COPD-PH的發(fā)病機制非常復(fù)雜，多種因素可能同時存在并相互影響。除本文提到的機制外，離子通道異常、原位血栓形成、血液粘稠度增加、肺毛細血管床破壞，均已經(jīng)得到較深入的研究，但本文重點提及的HIF-1α、BMP4及交感神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)方面研究較為淺薄，可能成為日后的重點研究方向，可對此類研究加以挖掘，以期對COPD-PH提供新的治療思路。