动脉型肺动脉高压血管重塑研究新进展
动脉型肺动脉高压血管重塑研究新进展
摘要
肺动脉高压(pulmonary hypertension，PH)是一种严重的肺脉管系统疾病，特征是血管收缩增加和肺动脉进行性重塑，定义为静止时肺动脉压升高≥25 mmHg[1]。流行病学研究显示，PH患者的五年总生存率仅为59%，因此是严重的有潜在破坏力的慢性肺循环性疾病。在2018年举行的第六届PH研讨会中，重新评估和修订病理生理学、病因、临床表现、血流动力学特征和治疗管理条件相关的临床方面，将PH定义为平均肺动脉压>20 mmHg，并更新了PH的临床分类[2]。根据病因和致病机制分为5种疾病类型：(1)动脉型肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension，PAH)，其中包括特发性PH、遗传性PH、药物和毒物引起的PH等；(2)左心疾病所致PH；(3)肺部疾病和(或)缺氧导致的PH；(4)慢性血栓栓塞性PH；(5)具有不明确和(或)多因素机制的PH。本综述主要关注和总结PAH血管重塑中目前关键的信号通路和潜在治疗靶点。
1 目前PAH的主要病理和发病机制
1.1 肺动脉多种血管细胞类型的增殖
血管重塑是肺血管阻力增加的重要因素之一。从病理学角度看，内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞的过度增殖，以及细胞外基质的沉积所致的血管壁厚度增加都是血管重塑的主要原因。其中，内皮细胞是血管功能的主要调节因子，可以抑制平滑肌细胞的增殖，以维持低抵抗性肺脉管系统。根据大量数据研究发现，内皮功能障碍是血管重塑的重要标志，平滑肌细胞的异常增殖是血管重塑中最早的病理生理学特征，功能失调的肺动脉内皮细胞激活肺动脉平滑肌细胞(pulmonary arterial smooth muscle cells，PASMCs)使其增殖[3]。而外膜成纤维细胞被巨噬细胞刺激生长，也可以增加平滑肌的增殖倾向，同时增加细胞外基质的沉积。血管重塑新产生的内皮细胞、外膜成纤维细胞、血管平滑肌细胞在肺动脉血管中占主导地位，并通过内膜纤维化和细胞外基质的变化导致血管变窄变硬，最终引起复杂的闭塞性血管病变称为丛状病变[4]。
1.2 PAH相关的基因突变
遗传因素在PAH发病机制中的作用日益受到关注，目前已知有多种基因突变与PAH的发展有关，主要包括SMAD家族、BMPR2、ACVRL1、BMP9突变等[5]。
SMAD家族是转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)信号通路的主要效应分子。据研究发现SMAD3的缺失导致血管细胞增殖，影响抑制肺血管平滑肌肥大的转录因子，最终导致平滑肌细胞肥大[5]。
BMPR2基因也称生长和分化因子2，是PAH最主要的致病基因，其基因突变占所有PH患者基因突变类型的25%。调查分析发现，与BMPR2正常患者相比，BMPR2突变的患者更年轻，PAH程度更严重。BMPR2单倍体功能不全是遗传性PAH的主要机制，其促进了PAH的发展[6]。
ACVRL1是TGF-β的超家族受体，其基因突变可导致遗传性出血性毛细血管扩张。目前研究发现ACVRL1基因突变所导致的遗传性出血性毛细血管扩张2型突变有24%可以导致PAH的发生[5]。
BMP9主要调节血管功能，在肝脏中表达且分泌进入血液中。BMP9突变后可以通过ACVRL1与BMPR2结合，影响ACVRL1通道的活化能力。因此，BMP9突变可能是新发现的PAH致病基因[6]。
1.3 炎症介质的影响
病理学研究发现，血管周围炎症细胞的大量累积会不断浸润PAH患者的血管，积聚在肺血管周围，血液中各种促炎细胞因子的水平与肺血流动力学、血管重塑和患者的存活率有一定关联，炎症介质已经成为PAH进展的关键因素[7]。
IL-1水平升高与人类所有类型PH均有关。在PAH患者中，肺血管周围活化的巨噬细胞数量增加，可诱导IL-1释放升高。实验证明IL-1受体拮抗剂可以保护新生小鼠，每天给予其IL-1受体拮抗剂可防止肺血管阻力的增加[8]。另有研究证实IL-17通过上调β-连环蛋白表达来促进缺氧性PAH发生，靶向IL-17治疗可能为PAH的替代治疗策略提供潜在的益处[9]。
IL-6被证明是PAH主要的炎症细胞因子，在所有类型PH患者和动物模型血清中均升高。有实验证明，IL-6受体特异性敲除的小鼠对缺氧诱导的PAH表现出耐药性，IL-6可以通过刺激内皮细胞和平滑肌细胞凋亡，以及破坏BMPR2信号通路来连续激活炎症反应[6]。IL-6还可以通过刺激不同的信号通路，如JAK-STAT通路，推动靶细胞中促炎分子的表达[10]。因此IL-6信号传导通过以细胞促炎、促增殖和促凋亡作用为中心的多种途径，使其信号传导有希望成为PAH的治疗靶点。
巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibition factor，MIF)可以向T淋巴细胞呈递抗原，导致T淋巴细胞的活化和T淋巴细胞介导因子的产生，进一步促进PAH炎症浸润的发生和发展[11]。在PAH患者中肺血管周围活化的巨噬细胞数量增加，因此MIF现在被认为是一种重要的促炎介质，并且许多细胞可以分泌产生MIF，反向促进PAH的形成[12]。
细胞焦亡是一种最新发现的细胞程序性死亡方式，可以引起细胞死亡和炎性介质的成熟和释放，由半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白水解酶介导，影响PAH发病。目前已经有研究证实，细胞焦亡在PASMCs中发挥重要作用[13]，同时He等[14]采用动物模型和细胞分子生物学方法证实，抑制锌指蛋白可以通过半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白水解酶促进PASMCs焦亡而影响PAH的进展。另还有研究发现半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白水解酶4/11介导肺动脉内皮细胞焦亡，在调节肺血管内皮功能障碍和加速PAH进展中发挥关键作用[15]。
1.4 表观遗传因素
许多研究发现表观遗传修饰对PAH的发病机制产生关键影响，并且可能是预防和治愈这类疾病的有效靶点[16]。
DNA甲基化是研究最广泛的机制之一，包括新的甲基化、维持和去除甲基的过程，发生在DNA的特定位点。有研究证实葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症的缺氧活化可以通过调节DNA甲基化来控制参与PAH发病机制基因的表达[17]。
RNA甲基化是一种新的表观遗传机制，目前发现多种RNA基因在细胞通路中具有调节作用。RNA甲基化成为PAH和PASMCs增殖的驱动因素[18]。
近年来非编码RNA被公认为是PAH发展中的重要调节因子。其中，微小RNA(micro RNA，miRNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和环状RNA(circular RNA，circRNA)研究最广泛[19]。对于PASMCs，有研究发现lncRNA可以通过影响多种特发性PH转录程序来调节平滑肌细胞功能[20]；Wang等[21]发现lncRNA-Ang362通过促进miR-221和miR-222，促进了PASMCs的增殖和迁移。
有研究发现circHIPK3通过刺激肺动脉内皮细胞的增殖、迁移和血管生成，促进PAH的发病[22]；Su等[23]发现缺氧诱导的PAH大鼠肺组织中含有的circRNA中m6A的丰度显著降低。circRNA在人肺动脉内皮细胞增殖、迁移形成中起关键作用。
miRNA是非编码的内源性RNA分子，目前在基因调节和各种细胞增殖过程中起重要作用。例如miR-150上调可以抑制缺氧诱导的肺动脉内皮细胞增殖和抵抗细胞凋亡[24]，也有研究证实miR-210通过缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)途径诱导人PASMCs和小鼠PASMCs增殖等[25]。
1.5 线粒体/代谢功能障碍
据报道，肺动脉内皮细胞和PASMCs的异常代谢与糖酵解、葡萄糖氧化和脂肪酸氧化之间的不平衡直接相关。HIF-1、HIF-2和细胞生长因子(如血管内皮生长因子、表皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子等)对相邻PASMCs有直接增殖作用，例如HIF-1α与几种蛋白交叉调节后可促进PASMCs增殖和抗凋亡[7]。
线粒体功能障碍是许多代谢性疾病的主要原因，在PAH中已发现多种类型的线粒体功能障碍，例如线粒体裂变诱导产生活性氧，使肺血管损伤和PAH易感性增加[26]。在肺血管内皮细胞中，BMPR2突变诱导线粒体功能障碍，增加细胞凋亡的易感性，破坏内皮屏障的稳定性。由此看出线粒体功能障碍在PAH中有着重要影响[7]。
2 PAH新兴潜在治疗靶点
虽然PAH的靶向治疗已经取得重大进展，成为治疗PAH的新希望，但目前疗法都无法根本治愈，长期预后不理想。因此需要探索寻求其他新的治疗靶点，以提高现有治疗方法的预后。2018年世界PH大会总结了目前正在开展的针对新治疗靶点的PAH临床试验，从中也可以看到未来潜在治疗靶点的希望。
2.1 BMPR2信号传导
遗传学是确定和优选新药物靶点的强有力机制筛选平台，BMPR2是最常见的PAH遗传易感突变基因，并与TGF-β信号通路密切相关。经过研究发现，下调BMPR2信号传导会影响粒细胞集落刺激因子翻译和免疫细胞增殖而加重PAH[5]，所以调节BMPR2通路可用于治疗PAH患者。目前发现作用于BMPR2信号传导途径的药物抑制剂他克莫司可以增加BMPR2的表达，且低剂量的他克莫司可以改善内皮功能障碍和逆转PAH[27,28]。另外氯喹抑制BMPR2介导的溶酶体降解，可以纠正BMPR2信号传导受损[29]。
新药阿塔鲁伦可以解读识别BMPR2的错误突变和纠正表达，并且提高BMP9的水平。最近有研究发现口服阿塔鲁伦增加了携带R584X突变的小鼠BMPR2蛋白表达，为具有特定无意义BMPR2突变的PAH患者的医学研究提供了支持[30]。
2.2 RhoA/Rock信号传导
RhoA/ROCK信号传导通过血管重塑和血管收缩在PAH的发病机制中具有重要意义[31]，ROCK2信号传导促进PAH患者PASMCs的增殖和血管重塑。法舒地尔是第一个临床上可用的ROCK抑制剂，在PAH大鼠模型中看到法舒地尔可减轻肺血管重塑[32]。近年合成的二氯乙酸法舒地尔，可减少肺动脉内皮细胞和PASMCs增殖，并在降低平均肺动脉压方面比法舒地尔效果更好[33]。另也有研究利用辛伐他汀靶向肺部输送治疗PAH，目前大鼠和羔羊模型均已证明辛伐他汀的安全性和有效性[34]。
2.3 炎症信号通路
肺组织学研究发现，自身抗体和高水平细胞因子都提示炎症是PAH发病机制的重要驱动因素。利妥昔单抗和托珠单抗是目前临床研究的主要方向，其中利妥昔单抗是靶向B淋巴细胞CD20蛋白的抗CD20嵌合单克隆抗体，相关临床试验主要关注PAH患者24周的治疗后6分钟步行距离、肺血管阻力的变化和48周的临床恶化时间(ClinicalTrials.gov标识符：NCT01086540)。托珠单抗是IL-6受体拮抗剂，相关临床试验主要关注在29例PAH患者中的安全性和有效性，以及肺血管阻力的变化(ClinicalTrials.gov标识符：NCT02676947)。
2.4 新陈代谢
二氯乙酸是一种丙酮酸脱氢酶激酶抑制剂，一项小型研究证明抑制丙酮酸脱氢酶激酶改善了遗传易感PAH患者的血流动力学[35]，说明二氯乙酸是PAH的潜在治疗方法，目前已有临床试验测定此类药物对PAH患者的安全性与耐受性。
核转录因子通路/NF-κB通路的调节是细胞存活、增殖和迁移的基本细胞功能调节剂[31]。有研究报道称，NF-κB在终末期特发性PAH患者的肺淋巴细胞、巨噬细胞、肺内皮细胞和PASMCs中高度活化[36]。甲基多巴索隆是口服核转录因子激活剂，可以激活Nrf2并抑制NF-κB通路，在临床前研究中证明它可改善代谢功能障碍和抑制平滑肌细胞增殖[29]。
另外，因为治疗心绞痛药物曲美他嗪和雷诺嗪可以抑制脂肪酸氧化并且增加葡萄糖氧化，已投入PAH临床试验，其中雷诺嗪已证实可以改善PAH患者的右心室功能[37]。
2.5 DNA损伤
一些研究表明PAH患者的肺血管细胞中DNA损伤水平升高，这有助于其致病性凋亡抵抗和增殖特征。已有研究发现用聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1[poly (adenosine diphosphate-ribose) polymerases-1，PARP-1]抑制剂ABT-888治疗PAH患者，肺血管压力降低，同时ABT-888会导致肺血管平滑肌中更多DNA损伤[31]，该研究提出PARP-1失活可能作为潜在的PAH治疗靶点。
最新关于闭塞性血管疾病与DNA损伤和过氧化物酶增殖体激活受体γ之间关系的研究，发掘出功能失调BMPR2下游肺血管内皮细胞的血管保护基因调节程序，以恢复PAH患者的肺血管内皮细胞，并修复携带BMPR2突变的PAH患者在肺动脉内皮细胞中普遍存在的DNA损伤[38]。虽然DNA损伤是否导致肺血管重塑仍然没有具体结果，但是靶向DNA损伤或PARP信号传导依旧是开发PAH新疗法的潜在方法。
2.6 维持血管功能稳态
2.6.1 5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)受体拮抗剂
5-HT是肺血管强有力的血管收缩因子和促增殖因子。研究发现，5-HT受体依赖性细胞相关激酶Nox1通路会导致PAH的血管重塑[39]。另外，色氨酸羟化酶1(tryptophan hydroxylase-1，TPH-1)是5-HT生物合成过程的限速酶，TPH-1选择性抑制剂在大鼠模型中展现了对PAH抑制的有利作用，TPH-1抑制剂还可以减少与PAH相关的血管周围肥大细胞的累积[40]。抑制5-HT合成被发现可能是治疗PAH的另一种潜在治疗靶点。
2.6.2 血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)
VIP是一种可以通过促进靶细胞合成一氧化氮，使平滑肌舒张且抑制血管重塑的神经递质。目前发现的一种VIP类似物PB1046缓释VIP正在作为进行中的一项PAH患者2期试验的治疗药物[41]，VIP很有希望成为靶向治疗的新切入点。
2.7 其他潜在靶点
2.7.1 雌激素信号途径
雌激素驱动的BMPR2信号传导抑制通过促成PASMCs增殖使女性易患PAH，这一过程在PAH患者肺血管中表现活跃。最近一项有关芳香酶抑制剂阿那曲唑治疗PAH的小型研究显示，阿那曲唑可以改善PAH患者病症[42]。
2.7.2 表观遗传学靶点
表观遗传修饰的可逆性和染色质修饰酶的存在表明了基于表观遗传学治疗PAH的可能性。表观遗传以几种不同的方式发挥作用，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等[16]。DNA甲基化表观遗传调节首先在大鼠PAH模型的评估中被确定；特发性PH患者的肺组织检查发现组蛋白去乙酰化酶在重塑肺血管中的表达增加[43]。
miRNA表达参与血管细胞重塑过程，如外来成纤维细胞迁移。研究结果证明miR-150过表达抑制了缺氧暴露后肺动脉内皮细胞的异常增殖和抵抗凋亡[24]。作为可以操纵治疗PAH的假定靶点如miRNA124、miRNA138、miRNA210等均被证实可以抑制肺动脉细胞增殖，缓解肺动脉血管重塑[44]。
3 结论
在过去几十年中，PAH治疗药物已在多个不同领域取得了重大进展，包括开发新的基因修饰方法、提高药物的效力和稳定性等。与其相关的基因突变、炎症介质与细胞焦亡、表观遗传学与miRNA等一系列研究有助于理清疾病发展的机制；BMPR2信号通路、DNA损伤或PARP信号传导、miRNA家族等成为新兴治疗靶点和未来研究的重要方向。通过对PAH药物的深入研究，有望将他汀类等药物的最新发现转化为治疗方法。这不仅要求明确PAH治疗药物的作用机制，而且需要进一步探索新的药物靶点。因此可将更多的注意力放在寻找并充分利用治疗靶点上，为PAH治疗带来新的希望。
引用: 夏瑜, 黄杰, 刘云. 动脉型肺动脉高压血管重塑研究新进展 [J] . 国际呼吸杂志, 2023, 43(7) : 843-848.
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