高原肺动脉高压研究进展
高原肺动脉高压研究进展
慢性高原病(chronic mountain sickness, CMS)是长期居住在海拔2 500 m以上高原地区的居民，受高原特殊环境长期影响所致的可逆的临床综合征。高原肺动脉高压(high-altitude pulmonary hypertension, HAPH)是慢性高原病的一种，常发生于长居高原或移居后未习服高原环境的儿童或成人[1]。HPAH在高原地区发病率较高，对患者生产生活影响大，严重时甚至可能危及生命。但限于目前研究证据不足，HAPH的发病机制仍尚无定论，HAPH患者的药物治疗方案也尚未统一，故HAPH广受关注。现就HPAH相关热点的研究进展进行综述。
1 定义和流行病学
根据第六届世界肺动脉高压大会更新的肺动脉高压分类，HPAH可归类为第三类肺动脉高压，"3.4非肺部疾病导致的低氧血症所致的肺动脉高压"[2]。HAPH多发于海拔2 500 m以上高原，在高原低压低氧环境下，肺小动脉持续收缩，平滑肌细胞增生，肌层增厚，导致肺动脉压力升高。HAPH又称高原心脏病(high-altitude heart disease, HAHD)或缺氧性肺心病。2004年第六届国际高原医学大会上通过《慢性和亚急性高原病共识》，把在定居地海拔下行右心导管检查，平均肺动脉压>30 mmHg或肺动脉收缩压>50 mmHg，伴右心室肥大、心力衰竭、中度低氧血症且不伴红细胞增多症的高原病定义为HAPH[3]。
目前全世界海拔2 500 m以上高原约有1.4亿常住人口，4 000万流动人口[1]。研究发现，约14%的吉尔吉斯高原人有右心室肥大的心电图证据[4]。最近的一项研究用经胸壁超声心动图测量四川省甘孜州炉霍县长居藏民的肺动脉血流加速时间并计算平均肺动脉压，发现上述人群HAPH发病率为6.2%[5]。肺动脉高压在高原人群中发病率高，对居民的生产和活动影响大，已成为值得关注的CMS。
2 发病机制
高原地区的低压低氧环境引起人体多种生理性变化。肺泡氧分压降低，导致肺血管收缩增加，把血液从氧合不足的肺泡分流到通气更充分的肺泡，从而改善机体的氧供，这一过程称为低氧性肺血管收缩(hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV)[6]。但是在高原地区，由于肺泡长时间缺氧且各肺泡缺氧程度相似，导致肺部血管普遍收缩，肺动脉压力升高并可能引发血管重构，导致肺血管阻力进行性增加，右心室后负荷增加，最终导致右心室肥大、右心心力衰竭和死亡。
2.1 内皮源性舒张因子分泌异常
一氧化氮(nitric oxide，NO)是由局部内皮细胞合成并分泌的内皮源性舒张因子。健康人群吸入NO能够选择性诱导肺血管舒张，逆转低氧性肺血管收缩。NO合成缺陷可能导致高原肺水肿和HAPH。内皮一氧化氮合酶(endothelial NO synthase，eNOS)是催化NO生成的关键酶，eNOS基因的遗传多态性可能是高原环境下肺循环中NO合成受损的基础。Wang等[7]发现长时间处于在高海拔地区诱导了eNOS的合成并增加NO生成，促进大鼠对高原环境的习服和肺动脉压力的降低。
非对称性二甲基精氨酸(asymmetric dimethylarginine，ADMA)与许多心血管和代谢疾病、心血管危险因素有关，在患有肺部疾病的患者中水平显著升高。ADMA是eNOS的竞争性抑制剂，在长期暴露于慢性或慢性间歇性低压缺氧的过程中，ADMA的浓度升高，与L-精氨酸竞争结合eNOS催化位点，从而竞争性抑制eNOS活性，阻碍NO生成，导致肺动脉压力升高。Bailey等[8]对高原肺水肿易感人群的研究发现，高海拔环境下肺动脉压力升高的患者，肺血管中自由基生成和跨肺输出增多，促炎细胞因子生成增加，NO生物利用度降低，提示HAPH与自由基介导的NO生物利用度降低有关。
内皮素1(endothelin-1，ET-1)由肺内皮细胞合成，是一种强效且持久的血管收缩肽，在肺血流的调节中起重要作用。Barker等[9]比较健康人群、急性高原病患者和高原肺水肿患者的血浆生物标志物发现，高原肺水肿患者的ET-1水平显著升高，且ET-1水平和疾病严重程度相关。ET-1可与内皮细胞上表达的内皮素受体A(endothelin receptor A，ETA)及在内皮细胞和平滑肌细胞上表达的内皮素受体B(endothelin receptor B，ETB)结合，与平滑肌细胞上的两种受体结合后促进细胞的有丝分裂，诱导血管收缩；与内皮细胞上的受体结合增加ET-1清除的速率，促进内皮细胞释放NO和前列环素。Nakamura-Utsunomiya等[10]发现，中性粒细胞通过产生NO抑制eNOS和ET-1的表达，表明NO也可通过调节ET-1的合成，间接影响血管的舒缩和动脉压力。
2.2 缺氧诱导因子积累和调节
HPV导致肺动脉平滑肌细胞氧气供应减少，减少细胞内线粒体活性氧合过氧化氢的产生，从而改变细胞的氧化还原信号通路并病理性激活转录因子。缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)由HIF-1α、HIF-2α或HIF-3α和HIF-β亚基的异二聚体构成，是对缺氧环境和细胞炎症反应的主要转录调节因子，在细胞稳态中发挥重要作用。在有氧条件下，HIF-α亚基被氧依赖性HIF-脯氨酰羟化酶(HIF proline hydroxylase，HPH)羟基化而瞬间失活，导致其被泛素化进而被蛋白酶体水解。在缺氧条件下，HPH被阻断，导致HIF-α亚基稳定积累，并与HIF-β二聚化，从而导致靶基因的转录，旨在恢复并维持细胞的氧气供应。
HIF在不同类型细胞中作用不一，内皮细胞中的HIF促进细胞增殖和存活，同时增加ET-1等细胞因子的表达。在缺氧条件下，HIF-1α经RhoA/ROCK信号通路被激活，上调肺动脉平滑肌细胞中机械敏感瞬时受体电位蛋白(transient receptor potential canonical，TRPC)1和6通道的表达和功能，诱导电压门控K＋通道表达，并导致电压门控Ca2＋通道的去极化和激活。细胞内Ca2＋与钙调蛋白(calmodulin，CaM)和刺激性肌球蛋白轻链激酶(myosin light chain kinase，MLCK)结合，诱导平滑肌细胞收缩，从而增强肺血管的收缩[11]。右心室缺氧也可能导致HIF积累，影响心室重构，且HIF对心室重构的作用独立于肺血管重构。HIF2调节肾脏促红细胞生成素和血管内皮生长因子靶基因的表达，并导致红细胞增多，血细胞比容和肺血管阻力增加。动物实验表明，HIF-1α缺失的小鼠在慢性缺氧条件下肺血管重构和肺动脉高压程度减轻，但可能加重右心室肥大和重构[12,13]。Hu等[13]研究发现，对缺氧环境下的小鼠应用HIF-2α抑制剂后，与对照组相比，小鼠平均肺动脉压力降低，右心室重构减轻，证明了HIF2在慢性缺氧的肺血管和心室重构反应中的重要作用。
2.3 蛋白激酶调控信号通路
单磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)是一种能够调节代谢和氧化还原信号通路的异源三聚体丝氨酸-苏氨酸激酶，在细胞增殖的调节中起关键作用。AMPK α1促进自噬体成熟和溶酶体融合，AMPK α2的激活启动缺血后血管的修复[14]。Ibe等[15]研究离体人肺动脉平滑肌细胞在缺氧环境下的表现，AMPK α1促进细胞自噬和肺动脉平滑肌细胞的存活，AMPK α2通过调节髓性细胞白血病顺序1防止细胞凋亡。Moral-Sanz等[16]认为AMPK α1在轻度和重度缺氧环境下表达促进HPV，而AMPK α2则在重度缺氧时才表达并促进HPV。然而Goncharov等[17]发现在低氧诱导肺动脉高压的小鼠模型中，肺血管平滑肌细胞表达的AMPK水平相比正常小鼠反而下降。这一差异可能是由于不同研究中所取材的肺动脉直径不同，由于AMPK α1主要在毛细血管来源的肺动脉上皮细胞中表达，而AMPK α2主要在导管来源的肺动脉上皮细胞中表达[18]，不同直径的肺动脉中AMPK α1和AMPK α2表达模式和功能不同。AMPK在缺氧诱导的肺动脉高压机制中通过对HPV的调节起重要作用，但目前尚没有关于AMPK在高原性肺动脉高压中作用机制的研究。
2.4 离子通道的表达调节
急性缺氧时肺血管的收缩主要是由Ca2＋通过电压依赖性Ca2＋通道流入细胞，导致肺动脉平滑肌细胞细胞质中游离的Ca2＋浓度升高引起的。Jain等[19]在小鼠离体肺上发现，去除细胞外Ca2＋消除了缺氧性肺血管收缩，在小鼠离体肺上阻断L型电压依赖性Ca2＋通道、非选择性阳离子通道和TRPC6/TRPV1通道能够显著且可逆地抑制缺氧性肺血管收缩。慢性缺氧条件下，肺动脉平滑肌细胞上电压门控K＋通道(voltage-gated K＋ channel，Kv)α亚基的表达下调。缺氧诱导的Kv通道α亚基表达的下调和Kv通道表达和功能的抑制均特异地发生在肺动脉中。慢性缺氧时肺动脉平滑肌细胞中Ca2＋浓度的增加主要由缺氧诱导的K＋通道抑制引起，K＋通道的抑制导致细胞膜去极化，并诱导L型Ca2＋通道的激活[20]。由于缺氧诱导的钾和钙通道的改变，HAPH患者肺动脉平滑肌细胞的增殖增加，细胞凋亡减少。K＋和Ca2＋通过离子通道表达的调节控制膜电位、胞质钙离子浓度、细胞体积、基因转录、细胞增殖和凋亡，调节低氧环境下肺动脉压力和肺血管重构。
2.5 心肌生物标志物的激活和过度表达
心型脂肪酸结合蛋白(heart-type fatty acid binding protein, H-FABP)是一种稳定的小分子蛋白，其分子量小，在游离细胞质中大量存在且具有水溶性，在心肌损伤后能够迅速从肌细胞中释放到血循环中，是一种适合早期诊断急性心肌梗死的敏感生物标志物[21]。Mirna等[22]研究发现，在第二、三类肺高压患者中H-FABP水平均显著升高，表明H-FABP可能用于鉴别毛细血管前和毛细血管后肺动脉高压。体外和动物实验中发现缺氧条件下H-FABP的分泌和表达上升[23]。Zhuang等[24]发现，在缺氧条件下H-FABP表达上调，导致左心室射血分数降低，增强了丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路的磷酸化并降低了磷酸化蛋白激酶B的水平，加重了心功能障碍和心室结构重构，不过目前尚不清楚H-FABP影响心肌细胞增殖和凋亡的确切机制，需要进一步研究解释其作用方式。
B型利钠肽(BNP)和N末端B型利钠肽原(NT-proBNP)是肺动脉高压临床上最重要的血浆生物标志物之一。既往研究表明，氧分压降低或缺氧是调节BNP合成和释放的独立因素[25]。在人BNP基因的启动子序列中发现了功能性HIF-1α相应元件，证明HIF-1α能够在缺氧条件下诱导BNP启动子的激活，BNP mRNA的转录以及BNP的合成和分泌[26]。Kosanovic等[27]监测受试者在不同海拔处的BNP水平，发现血浆BNP水平随受试者在高海拔地区停留的时间明显上升，当受试者返回低海拔地区后显著下降，证明BNP可能是高原低压低氧环境下HAPH诊断和预后的重要生物标志物。
2.6 基因的选择性表达
HAPH的发病机制与基因相关。长居高原的人群，如西藏人、吉尔吉斯人和安第斯人等，相比由低海拔地区移居高原的人群，发生HPAH的概率较低，可能与基因的选择性表达相关[28]。目前已在高海拔人群中发现，NO/AMDA通路和HIF通路相关的基因变异。研究发现，二甲基精氨酸二甲胺水解酶(dimethylarginine dimethylaminohydrolase，DDAH)1、DDAH2、丙氨酸乙醛酸转氨酶(alanine-glyoxylate aminotransferase，AGXT)2基因单核苷酸多态性与ADMA水平和HAPH间存在显著关联。DDAH1决定基线血浆ADMA，DDAH2调节缺氧时ADMA的增加。在缺氧条件下，AGXT2和DDAH2基因表达可能上调，从而促进慢性缺氧条件下肺血管NO的生成[29]。一项研究发现，藏族人中调节HIF-2α的内皮PAS结构域包含蛋白(endothelial PAS domain-containing protein，EPAS)1基因突变与较低的平均肺动脉压相关。长居低海拔地区但存在EPAS1突变的藏族人，HPV反应也较低[30]。Iranmehr等[31]研究了长居高原的吉尔吉斯人中HAPH易感人群和健康人的全基因测序，发现肌微管素相关蛋白(myotubularin related protein，MTMR)4、原肌球调节蛋白(Tropomodulin，TMOD)3和血管细胞粘附分子(vascular cell adhesion molecule，VCAM)1基因的过度表达可能导致骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)通路功能失调，破坏细胞移行和组织修复，影响白细胞对内皮细胞的粘附进而介导内皮细胞炎症反应，从而导致患者对HAPH易感性增加。最近，Xu等[32]在HAPH小鼠模型中发现，编码丝氨酸蛋白酶抑制剂的Serpina1基因、编码z-晶状体蛋白的Cryz基因和能够稳定COX1-COX14-COA3复合物，提高线粒体呼吸链复合物活性的CMC1基因是小鼠HAPH形成机制的关键基因。Hannemann等[29]发现DDAH1基因的单核苷酸多态性与血浆ADMA浓度相关，DDAH2基因的单核苷酸多态性与慢性间歇性缺氧期间ADMA的增加程度。ADMA是一种内源性NO合成抑制剂，在慢性间歇性缺氧时表达上调，通过L-精氨酸-ADMA-NO通路作用于HAPH。
3 临床表现
HAPH的发生和发展与基因和环境密切相关[28]，患者在高原生活的时间长短、海拔高度、家族病史、生活习惯等可以辅助诊断。HPAH的症状、体征和心电图特点与平原肺动脉高压相似，降低海拔后，症状可在几周内自行消失。
超声心动图是筛查HAPH最常用的方法，可以评估左右心室结构功能并估计肺动脉压力。右心导管检查是排除左心疾病引起的肺动脉高压及测量HAPH肺动脉压的金标准，由于右心导管检查为有创检查，操作较复杂，未在HAPH诊断中广泛开展，在临床上常用的筛查方法是超声心动图联合心电图筛查HAPH[33]。心脏磁共振检查是无创评价右心室功能的金标准，在肺动脉高压的早期诊断和危险分层中具有重要价值。在一项西藏HAPH患儿的研究中，心脏磁共振成像观察到患儿右室壁增厚、右心增大、右室射血分数降低和肺动脉扩张[34]。目前心脏磁共振成像在HAPH诊断中的研究开展较少，未来应在临床更广泛开展，辅助评估HAPH患者心脏结构功能和心肌受损情况。
4 治疗
HAPH最有效的治疗方法是向低海拔地区迁移。有研究表明，常住高原的HAPH患者，移居至零海拔地区2年后，肺动脉压平均下降12 mmHg，平均肺动脉压与肺血管阻力均降至正常水平；从零海拔地区回到高原后，患者平均肺动脉压再次上升[35]。对于无条件迁移或不愿迁移的人群，可给予相应治疗降低肺动脉压。
4.1 肺动脉高压靶向药物治疗
NO由环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)介导，能够舒张血管，抗细胞增殖，与各类肺动脉高压发病机制相关。磷酸二酯酶(phosphodiesteras，PDE)能够水解cGMP，在体内降解NO。PDE-5为PDE在肺血管中的主要亚型，西地那非、他达拉非等药物能够选择性抑制PDE-5的活性，已被证明能够降低肺动脉压，有益于肺动脉高压患者的治疗。有研究把随机给予西地那非和安慰剂的12名健康男性暴露于海拔4 350 m的环境中6 d，结果表明服用西地那非的受试者，氧分压更高，肺泡-动脉氧含量差值更小，最大耗氧量随海拔升高减少的幅度更小[36]。然而Toro-Salinas等[37]研究11名健康志愿者在缺氧条件下服用西地那非后的表现发现，西地那非未能改善志愿者的氧分压和高强度运动时的心血管和呼吸参数。
利奥西呱等可溶性鸟苷酸环化酶(soluble guanylate cyclase，sGC)激动剂能够增加sGC活性，在缺乏NO的情况下增加cGMP合成，已被证明能够改善PAH、慢性血栓栓塞性肺动脉高压和间质性肺病相关PH患者的肺血管阻力、心排血量和运动能力。Chamorro等[38]研究发现，利奥西呱在体外和体内实验中都能够有效抑制缺氧性血管收缩和HPV。最近的一项研究，让志愿者在实验室模拟高原低压低氧环境，发现在模拟高原环境下，一次性口服1 mg利奥西呱降低了志愿者的肺血管阻力，静息和低运动水平时的心输出量增加[39]。
波生坦、马昔滕坦等内皮素抑制剂已被证明可以用于治疗平原肺动脉高压。Modesti等[40]发现波生坦可降低正常成人在高海拔地区的肺动脉压。Kojonazarov等[41]对138例HAPH的天山高原居民患者进行研究发现，HAPH患者ET水平较健康高原人更高，在进行单次口服125 mg波生坦治疗后，患者的肺动脉收缩压显著降低，效果优于吸氧。然而，也有研究发现，与安慰剂相比，服用波生坦的受试者在高原运动实验期间的平均SpO2更低，口服波生坦并不能提高受试者在高原的运动能力或降低肺动脉收缩压[42]。此外，在动物实验中，马昔滕坦可显著改善大鼠模型的肺动脉平均压(mean pulmonary artery pressure，mPAP)和右室肥大，同时降低血浆代谢物水平，显著改善大鼠的HAPH，可作为HAPH治疗的一种选择[43]。
前列环素类药物通过抑制肺动脉平滑肌细胞增殖、促进其凋亡，减少肺动脉血管壁中的I型胶原沉积沉积，逆转肺血管重构，是严重PAH患者首选的降低死亡率疗法。在HAPH动物实验中，口服前列环素受体激动剂司来帕格能够显著改善大鼠模型的mPAP和右室肥大[43]。雾化前列环素包括吸入曲前列尼尔和吸入伊洛前列素等，结合了前列环素与吸入药物的优点，选择性扩张肺血管，在间质性肺病相关PH、慢性血栓栓塞性肺动脉高压和PAH患者中改善患者运动能力并延缓临床恶化[44,45]，在重症HAPH患者的治疗应用中可能存在巨大潜力。
4.2 其它药物治疗
由于我国高原多位于西部欠发达地区，目前获批使用的肺动脉高压靶向药物在HAPH的治疗上可能受患者经济条件的限制，可以考虑通过重新利用治疗其他疾病的药物来扩大HAPH的治疗方案选择[46]。乙酰唑胺是一种碳酸酐酶抑制剂，能够刺激通气并增加动脉氧合，提高慢性高原病患者的氧饱和度，并继发性导致红细胞比容降低，是预防急性高原病的重要药物。乙酰唑胺价格便宜、副作用小，可用于慢性高原病患者的治疗。但是，Berger等[47]在一项双盲实验中发现，服用乙酰唑胺后快速上升到海拔4 500 m处的登山者，与服用安慰剂的对照组相比，右室压力并未明显降低。乙酰唑胺在HAPH治疗中的作用亟须进一步研究。法舒地尔是一种Rho激酶抑制剂和血管扩张剂，已被批准用于治疗脑血管痉挛。在缺氧性肺动脉高压动物模型中，法舒地尔降低了PAP和肺血管阻力，小样本临床试验证明了其治疗HAPH患者的短期疗效和安全性[48]。越来越多的证据表明，炎症和氧化应激在肺动脉高压的发生机制中起重要作用。最近一项研究，报告了在HAPH模型大鼠中应用血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂厄贝沙坦后减轻了肺动脉高压和左室舒缩障碍。厄贝沙坦的治疗效果可能与其降低白介素1、C反应蛋白等炎症因子水平、降低血管收缩因子和炎症介质的释放，或改变某些肠道菌群的丰度有关[49]，但具体机制仍不明确，需要进一步研究。
5 小结和展望
HAPH是高原地区常见的慢性高原病，若不及时治疗病情可能恶化甚至威胁生命。HAPH的发生发展主要由于人体在高原地区低压低氧环境下产生一系列生理反应，通过神经系统和各类细胞因子的调节，导致肺血管收缩、肺动脉压力升高、血管重构和血管阻力增加。HAPH的症状、体征与平原肺动脉高压相似，超声心动图、心脏磁共振和右心导管检查有助于HAPH的早期确诊，改善HAPH患者的预后。高原医务工作者需要及时识别HAPH的症状，结合相应的检查结果做出诊断并进行对症治疗。目前，HAPH最有效的治疗方法仍是向低海拔地区迁移。当患者无条件或意愿迁移时，可给予利奥西呱、波生坦或马昔滕坦等肺动脉高压靶向药物进行治疗，或根据患者经济情况给予乙酰唑胺、法舒地尔等其他药物进行对症治疗以期降低患者肺动脉压、提高患者生存质量。
中国高原面积广袤，常居人口近千万，罹患HAPH人数众多。对HAPH发病机制的深入探究，以及高原人群HAPH的筛查、早期确诊和新型治疗方法的研究、应用和推广，对于保障高原人民的生命健康具有重要意义，亟待进一步的关注和研究。
引用: 王嘉琦, 李为昊, 陈玉成. 高原肺动脉高压研究进展 [J] . 中国心血管杂志, 2023, 28(6) : 601-606.
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