內皮和平滑肌的病理性改變在肺動脈高壓中作用的研究進展

由佳鑫，劉羽，唐柏林，王洪新

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）的特征是肺血管重塑和肺動脈壓升高，最終可導致患者右心衰竭和死亡，其死亡率很高且至今無有效的治療方法，目前發現其致病因素與內皮和平滑肌的病理性改變有關［1］。對于肺血管進行性重塑而言，內皮功能障礙是其關鍵起始觸發因素［2］。功能失調的內皮細胞在接觸到新生血管中膜平滑肌細胞時會過度激活血小板而導致原位血栓形成，還會促進外膜成纖維細胞增殖、膠原蛋白破壞以及炎癥細胞浸潤，進而導致血管重塑［3］。血管重塑是PAH的典型病理特征，其表現為血管內膜和中膜的厚度增加，而內皮和平滑肌在其中發揮了重要作用，二者被認為是治療PAH的潛在靶標［4-5］。本文旨在分析內皮和平滑肌的病理性改變在PAH中的作用，以期為PAH的發病機制研究提供依據，進而為PAH的治療提供參考。

1 內皮的病理性改變在PAH中的作用

位于血管內膜的內皮可以保護血管中膜和外膜免受外來刺激，從而起到維持血管穩態的作用，但各種病理性因素如炎癥反應、缺氧和機械刺激等會直接刺激內皮，導致其發生病理性改變，即內皮穩態失衡，進而誘發內皮功能障礙［6］。內皮的病理性改變包括內皮-間質轉化（endothelialmesenchymal transition，EndMT）、內皮細胞分泌的血管舒縮因子失衡、內皮細胞過度凋亡等。其中EndMT被發現普遍存在于PAH患者和動物模型中，在內皮細胞逐漸轉變為間質細胞的過程中，原有的細胞極性、細胞間接觸及細胞骨架等均發生了復雜的改變［7］。此外，此時的內皮細胞通常會從靜止狀態轉變為過度活躍狀態，其特征是內皮細胞分泌的血管舒縮因子失衡，導致血管舒張和收縮之間的平衡被破壞，進而導致血管重塑的發生，最終導致PAH［8］。同時，內皮細胞過度凋亡在PAH發展中也起到一定作用，因為內皮的缺失會造成內膜的保護作用喪失［9］。

1.1 EndMT 研究顯示，骨形態發生蛋白受體2（bone morphogenetic protein receptor 2，BMPR2）是內皮穩態的主要調節因子，其基因突變會導致EndMT［10］。研究顯示，由遺傳因素導致的PAH患者肺組織中存在BMPR2信號轉導功能異常，這會導致鋅指轉錄因子蛋白表達水平增加，從而使高遷移率族蛋白A1（high mobility group protein A1，HMGA1）表達上調，進而誘導EndMT的發生［11-12］。而EndMT發生時，內皮的過度遷移、炎癥和代謝受損等情況會導致PAH的發生［7］。此外，PAH患者在缺氧和氧化應激條件下會釋放親環蛋白A（cyclophilin A，CypA），而CypA可通過促進白介素6、單核細胞趨化蛋白1等細胞因子的釋放和線粒體功能障礙等來誘導EndMT的發生，從而導致PAH［13］。綜上，EndMT對PAH有促進作用。

1.2 內皮細胞分泌的血管舒縮因子失衡 研究顯示，肺血管張力是由血管收縮因子和血管舒張因子之間的平衡調節的，而PAH患者體內的這種平衡被打破了，即血管舒張因子水平降低，而血管收縮因子水平升高［14］。其中血管舒張因子包括前列環素（prostacycline，PGI2）和一氧化氮（nitric oxide，NO），而血管收縮因子主要為內皮素1（endothelin 1，ET-1）。正常情況下，PGI2可通過激活全身相應的PGI2受體而發揮舒張血管作用［15］，即PGI2與平滑肌中的PGI2受體結合后可導致環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）中G蛋白偶聯受體增加，從而促進蛋白激酶A的活化，導致平滑肌內Ca2+含量減少，進而促進血管舒張，因此PGI2水平降低可加重血管收縮程度，進而促進PAH的發生［14］。正常情況下，內皮細胞分泌的NO會在接觸到平滑肌細胞后激活可溶性鳥苷酸環化酶（soluble guanylate cyclase，sGC）以促進cGMP的產生［16］，而cGMP可激活蛋白激酶G，后者可通過促進Ca2+外排并降低收縮蛋白的Ca2+敏感性來促進平滑肌松弛，因此NO水平降低可加重血管收縮程度，進而促進PAH的發生［14］。ET-1受體主要分為內皮素受體A（endothelin receptor type A，ETRA）和內皮素受體B（endothelin receptor type B，ETRB），其中ETRA主要發揮血管收縮作用，且隨著ET-1水平升高，平滑肌上ETRA表達水平增加，ET-1與ETRA結合后會加重PAH患者血管收縮，因此ET-1水平升高可加重血管收縮程度，進而促進PAH的發生［8］。綜上，內皮細胞分泌的血管舒縮因子失衡可促進PAH的發生。

1.3 內皮細胞過度凋亡 研究顯示，PAH患者常存在內皮損傷，這會使肺血管壁增厚，從而導致PAH的發生［17］。分析原因，一方面可能是因為表觀遺傳修飾所致，表觀遺傳修飾可激活或沉默內皮細胞中染色質的特定基因，從而調控內皮細胞凋亡相關信號通路［18］；另一方面，骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信號傳導的紊亂可阻礙血管生成并破壞血管完整性［19］。近年來還有研究發現，伴有BMPR2突變的患者其內皮細胞更易發生凋亡［19］。研究發現，博萊霉素誘導的PAH動物模型的BMP9/BMPR2/母親DPP同源物（mothers against decapentaplegic homolog，SMAD）信號通路中BMPR2蛋白表達降低，這可導致內皮損傷［20］。各種原因導致的內皮細胞過度凋亡是肺血管損傷的最初誘因，而后會導致平滑肌和內皮細胞過度增殖，最終導致肺血管壁增厚和PAH的發生［21］。綜上，內皮細胞過度凋亡會誘導PAH的發生。

2 平滑肌的病理性改變在PAH中的作用

PAH患者平滑肌的病理性改變包括平滑肌細胞過度增殖、平滑肌細胞線粒體功能障礙等。其中平滑肌細胞過度增殖會導致肺小動脈管壁增厚與管腔狹窄，進而誘發肺血管重塑［22］。而平滑肌細胞過度增殖的原因與血小板衍生生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）增加密切相關［23］。線粒體功能障礙是PAH病情進展的重要因素，研究顯示，PAH患者線粒體的能量代謝不會傾向于有氧呼吸途徑，而是更加傾向于通過厭氧呼吸途徑來供能，這會導致平滑肌細胞過度增殖，促進中膜增厚，進而誘導PAH的發生［24］。還有研究發現，PAH患者平滑肌細胞線粒體的形態發生了異常改變，即線粒體的裂變形態與融合形態比例失衡，線粒體更傾向于裂變，這會導致平滑肌細胞過度增殖［25］。

2.1 平滑肌細胞過度增殖 PDGF作為一種強大的促分裂原，是肺血管重塑的主要調節因子，其在PAH患者體內表達增加，可促進平滑肌細胞過度增殖，導致血管中膜增厚，從而促進PAH的發生［26］。PDGF家族中的PDGF-BB可通過上調低密度脂蛋白受體相關蛋白1（low-density lipoprotein receptorrelated protein 1，LRP1）的表達而加速平滑肌細胞的增殖，導致肺血管中膜增厚，從而促進PAH的發生［27］。值得注意的是，當PDGF-BB水平過高時，并不會促進平滑肌細胞增殖，這可能是因為PDGF-BB促進平滑肌細胞增殖的過程中產生了大量的活性氧，導致毛細血管擴張性共濟失調癥突變蛋白（ataxia telangiectasia mutated，ATM）被大量激活，進而抑制平滑肌細胞增殖［28］。此外，PAH患者常會發生缺氧，而缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）在這個過程中發揮了重要作用，其中HIF-1α是低氧信號傳導過程中的主要參與因子，其可以通過調控靶基因的表達來發揮促進平滑肌細胞增殖的作用［29］。例如，HIF-1α是鈣蛋白酶1基因的下游調控因子，其可以通過促進鈣蛋白酶1的表達來促進平滑肌細胞增殖，進而促進血管重塑，導致PAH的發生［30］。綜上，平滑肌細胞過度增殖可促進肺血管壁增厚，從而促進PAH的發生。

2.2 平滑肌細胞線粒體功能障礙 研究顯示，PAH患者線粒體中發生了葡萄糖從有氧氧化到有氧糖酵解的代謝轉變，這被稱為“Warburg效應”，其可導致平滑肌細胞過度增殖，進而導致PAH的發生，同時這種效應受HIF-1α的調控［31］。眾所周知，丙酮酸轉化成乙酰輔酶A需丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）的催化，而丙酮酸轉化成乳酸則需乳酸脫氫酶（lactic dehydrogenase，LDH）的催化［32］。而HIF-1α可以通過上調LDH-A和丙酮酸脫氫酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinases，PDK）來誘導“Warburg效應”，進而加快平滑肌細胞增殖，最終導致PAH，其具體機制為：一方面，增多的LDH-A可將更多的丙酮酸轉化為乳酸；另一方面，增加的PDK1可磷酸化PDH并使其失活，阻止丙酮酸轉化成乙酰輔酶A，從而誘導“Warburg效應”并促進平滑肌細胞增殖［33］。除此之外，有研究發現，PAH患者線粒體融合形態與裂變形態的比例失衡，即線粒體裂變形態增加，這會導致平滑肌細胞過度增殖，促使血管中膜增厚，從而導致PAH的形成［34］，其原因是線粒體動力相關蛋白1（dynamin-related protein 1，Drp1）的激活及其結合伴侶的上調［35］。綜上，平滑肌細胞線粒體功能障礙會導致平滑肌細胞過度增殖、血管中膜增厚，從而導致PAH的發生。

3 小結及展望

綜上所述，內皮和平滑肌的多種病理性改變如EndMT、內皮細胞分泌的血管舒縮因子失衡、內皮細胞過度凋亡以及平滑肌細胞過度增殖、平滑肌細胞線粒體功能障礙等在PAH的發生發展過程中發揮了重要作用。目前PAH患者的治療方案還不完善，且相關研究主要集中在細胞實驗和動物實驗，雖然獲得了許多成果，但還有許多問題亟待解決。相信未來隨著對內皮和平滑肌的深入研究，可以進一步闡明二者與PAH之間的關系，并發現PAH潛在的治療靶點。

作者貢獻：由佳鑫進行文章的構思與設計、可行性分析，撰寫論文；劉羽進行文獻/資料收集、整理；由佳鑫、唐柏林進行論文的修訂；王洪新負責文章的質量控制及審校，并對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。