引言
肺动脉高压 (pulmonary arterial hypertension，PAH) 是一种进行性的心血管疾病，以肺动脉压力和血管阻力升高为特征的临床血流动力学障碍综合症，严重PAH可导致患者右心衰竭甚至死亡。2018年12月，中华医学会心血管病学分会和中华心血管病杂志联合发布了《中国肺高血压诊断和治疗指南 2018》[1]，将 PAH 主要分为特发性 PAH、急性肺血管扩张试验阳性 PAH、遗传性 PAH 、药物和毒物相关 PAH、相关因素所致 PAH（如结缔组织病、人类免疫缺陷病毒感染、门脉高压、先天性心脏病、血吸虫病）、肺静脉闭塞病（pulmonary veno-occlusive disease，PVOD）/ 肺毛细血管瘤（pulmonary capillary hemangiomatosis，PCH）和新生儿持续性肺高血压 7 大类，并对 PAH 的定义、诊断流程和治疗策略进行了修订和更新，对规范临床医生的诊疗行为、提高我国 PAH 临床诊治水平具有重大意义。但迄今为止，PAH 治疗措施有限，尚不能逆转肺血管重构。大多数患者预后差，5 年存活率仅为 50％左右 [2]，故明确其发生发展的调控机制，对于发现新的药物治疗靶点、改善患者长期预后和提高生存率具有重要意义。笔者以“pulmonary hypertension”或“pulmonary arterial hypertension”作为关键词，在 PubMed 网站检索了 2019 年权威期刊上发表的基础研究论文，从肺动脉高压的病例改变、BMPR Ⅱ基因突变与信号通路改变、HIF 信号通路、氧化应激与代谢重编、DNA 损伤应答与细胞凋亡、细胞间相互作用、炎症和免疫应答等多个方面回顾了 2019 年国内外PAH 领域的重要基础研究。
肺动脉高压的病理改变
PAH 的病理表现主要为肺血管收缩、肺小动脉中膜增厚、肺微细动脉肌型化、动脉内膜纤维性增生以及血管周围炎性浸润。随着疾病进展还可表现为丛状病变、扩张型改变、坏死性动脉炎和微血管瘤样增生等。
一、肺血管收缩
PAH 最初是由于多种因素引起内皮损伤导致肺血管异常收缩 [3]。内皮细胞（endothelial cell，EC）是参与肺血管收缩的起始环节，能够通过合成和释放多种生物活性物质，调控肺动脉平滑肌细胞（pulmonary arterial smooth muscle cell，PASMC）功能及血管张力。内皮素 (endothelin-1，ET-1) 是目前已知最强的缩血管活性物质，ET-1 主要通过与内皮素受体(endothelin receptor，ETR) 结合引发肺血管收缩和促 PASMC 有丝分裂[4]。目前，应用 ETR 拮抗剂 ( 如波生坦、安立生坦、马西腾坦等 ) 抑制 ET-1 收缩血管和促细胞增殖的作用，被公认为是治疗 PAH的有效策略之一。近期，华中科技大学同济医学院附属协和医院廖玉华教授团队研发出国际上首个针对内皮素受体 A （endothelin A receptor，ETAR）的疫苗（ETRQβ-002）以及特异性结合 ETAR 细胞外抗原表位 ETR-002抗体，其可显著抑制肺小动脉重构及纤维化程度和右心室肥厚[5]。PASMC 过度收缩是导致肺血管持续收缩和肺循环异常的关键因素 [6-7]，同时也是导致肺血管重塑的关键因素之一 [8]。Ca2+ 是PASMC 内最主要的第二信使，多种离子通道（包括 K+ 通道、Ca2+ 通道、 Na+ 通道和 Cl- 通道）通过引起细胞膜去极化并影响细胞内 Ca2+ 稳态，从而参与 PASMC 收缩。跨膜蛋白 16A(trans-membrane protein 16A，TMEM16A) 是介导 Cl-跨膜转运的重要通道。Rapp 等 [9] 发现特发性 PAH 患者TMEM16A 的开放会引发 Cl-外流，细胞膜发生去极化，促进电压门控 Ca2+ 通道开放，进而导致PASMC 收缩。基于这些发现，应用离子通道活性药物靶向治疗 PAH 是未来很有潜力的重要策略之一。
二、肺血管重构
肺血管重构是 PAH 最主要的病理组织特征，表现为血管各层增厚，其中以中膜增厚最为显著。肺血管重构包括实质细胞以及血管间质的改变，前者主要表现为 EC 和 PASMC 的增殖 / 凋亡稳态发生改变，后者主要为细胞外基质大量沉积，血管僵硬度增加。
肺动脉高压的病理生理机制及新进展
一、骨形态发生蛋白受体Ⅱ基因突变与信号通路改变
随着对 PAH 发病机制的深入探索，越来越多证据表明多种功能基因（BMPR Ⅱ，ALK1，CAV1，TBX4，KCNK3，SMAD8 和 EIF2AK4）的突变在该病的发病机制中具有重要作用。骨形态发生蛋白受体Ⅱ（bone morphogenetic protein receptor Ⅱ，BMPR Ⅱ）是转化生长因子 -β(Transforming growth factor-β，TGF-β) 超家族成员BMP 的受体，广泛表达于各种组织和器官，通过下游信号分子 Smad1/5/8 的磷酸化以及非 Smad蛋白信号的级联反应，参与调节多种细胞的增殖、分化、组织修复、炎症反应及血管形成[10]，BMPR Ⅱ的基因突变是特发性 PAH 和遗传性 PAH发生的重要诱因。
Eyries 等[11] 发现，19.4% 的特发性 PAH 患者、54.5% 的遗传性 PAH 患者和 12.5% 的 PVOD/PCH患者中存在致病基因突变。而在所有 PAH 患者中BMPRⅡ是最常见的突变基因。Hautefort 等[12] 在BMPRⅡ等位基因缺失小鼠模型中发现 Smad 下游信号减少，BMP 信号通路抑制，肺血管出现远端肌化、血管周围基质重塑、微血管密度降低和炎症相关改变。
除 BMPRⅡ外，BMP 信号传导通路中某些重要分子的编码基因突变与 PAH 发展密切相关。其中 BMP9 是近期发现的 PAH 致病基因[13]。中国医学科学院阜外医院荆志成教授团队研究发现，BMP9 基因在中国人以及东亚人群特发性 PAH 患者中突变率高达 6.7%[13]。BMP9 突变影响特发性PAH 患者循环中的 BMP9 水平，导致血管丧失抗凋亡和抗损伤能力，使特发性 PAH 的患病几率增加了 22 倍以上。Dannewitz 等[14] 采用高通量测序技术寻找调控 BMPRII 的上游基因，发现脆性组氨酸三联体 (fragile histidine triad，FHIT) 基因缺陷会抑制 BMPRⅡ表达，导致实验动物肺血管收缩性增强。
转录后调控也参与对 BMP 信号通路的调控。Abdul-Salam 等 [15] 在研究中发现，应激条件如炎症或氧化损伤促进 EC Cl- 子通道 4（chloride intracellular channel 4，CLIC4）高表达，激活囊泡运输调节因子，如网格蛋白、二磷酸腺苷核糖化因子 6（adenosine diphosphate ribosylation factor 6，Arf6）和 G 蛋白耦联受体激酶相互作用蛋白 1/2(G protein coupled receptor kinase interacting protein 1/2，GIT1/2)，促进 BMPR Ⅱ在正常细胞中被持续内化并被溶酶体降解，进而抑制BMP信号通路，促进 EC 抗凋亡和增殖表型转换。孤儿受体 Nur77是血管细胞增殖和炎症的关键调节因子，通过增
加肺微血管 EC 中的 BMP/Smad/Id1 信号通路抑制
EC 增殖，预防和逆转严重 PAH 大鼠模型中异常
血管重构和右心室肥厚[16]。
目前研究者普遍认为，PAH 的发生存在与肿
瘤类似的“二次打击”机制，遗传因素和环境因
素共同参与了疾病的发生和发展。Tian 等[17] 研究
发现，5- 脂氧合酶 (5-lipoxygenase，5-LO) 腺病
毒引起的肺部炎症会引发单等位基因 BMPR Ⅱ缺
失大鼠出现严重 PAH 和内膜重构。5-LO 腺病毒
激活 Smad2/3 介导的经典 TGF-β 信号通路和 p38
介导的非经典 TGF-β信号通路，分别促进 EC 增
殖、抗凋亡表型改变以及内皮间质转换 (endothelialmesenchymal transition，EndMT)，并诱导 5-LO
核膜移位与白三烯 B4(leukotriene B4，LTB4) 以
及其他炎症因子的合成增加，与外源性 LTB4 共
同参与 TGF-β 信号通路正反馈调节，并抑制
BMPR Ⅱ /Smad1/5/9 信号通路，促进 PAH 的发生
和发展。
随着基因筛查技术的发展，人们发现越来越
多功能基因的突变通过影响肺血管细胞增殖、凋
亡和内皮间质转换参与 PAH 发病，但也进一步证
实了 BMP 信号通路是 PAH 最重要的调控机制之
一，利用恢复肺血管细胞中 BMP 信号的策略对于
PAH 早期干预治疗具有重要意义。
二、低氧诱导因子信号通路
低氧诱导因子 -1(hypoxia inducible factor-1，HIF-1) 是影响细胞代谢活动的核心，是参与 PAH形成和发展的重要调节因素。低氧条件下，HIF-1α泛素化降解作用受到抑制，进而介导相关靶基因如 ET-1、血管内皮生长因子及其受体、促红细胞生成素、诱导型一氧化氮合酶、肾上腺髓质素的表达及蛋白质合成。P- 选择素 (P-selectin) 是分布于血管内皮细胞和血小板介导的血小板和白细胞在内皮上滚动，促进其他炎症细胞的募集并合成趋化因子，导致组织的炎症 - 增殖表型改变。Tatyana等 [18] 研究发现 HIF-1α通过与 P- 选择素启动子的缺氧反应元件结合直接调控 P- 选择素转录，促进 PASMC 增殖。
CD146 已被证明通过促进细胞增殖、炎症和纤维化参与动脉粥样硬化的发病[19]。罗永挺与阎锡蕴团队合作的研究确定 CD146 与 HIF-1α 表达相互促进，导致低氧重编信号轴活化，促进PASMC 恶性增殖、迁移和胞外基质分泌等表型转化事件，并参与 PAH 的血管重塑 [20]。
三、氧化应激与代谢重编
氧化应激（包括脂质过氧化、DNA 氧化、酶类变性和抗氧化物质含量降低）在 PAH 病理生理过程中发挥着重要作用。活性氧 (reactive oxygen species，ROS) 被认为是氧化代谢中关键的信号分子，通过活化多种信号传导途径，导致细胞结构和功能改变。Mair 等 [21] 通过探究 PAH 患者雌激素合成代谢的改变，发现内脏脂肪组织中细胞色素 P450 家族成员 1B1(cytochrome P450 1B1，CYP1B1) 增加，雌二醇代谢产物 16αOHE1 合成和排泄增加，通过内分泌方式作用于 PASMC，促进 ROS 生成、氧化损伤和增殖改变，从而促进肺血管重塑和肺动脉压力升高。
核因子 E2 相关因子 2(nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2) 在参与抗氧化中具有关键作用。kurosawa 等 [22] 发现 Celastramycin 可降低肺动脉平滑肌细胞核因子激活的 B 细胞κ- 轻链增强（nuclear factor-κ-gere blinding，NF-κB）介导的炎症因子合成和分泌，增加 Nrf2 蛋白水平并通过诱导调控多种抗氧化蛋白组成型和诱导型表达，减轻 ROS 引起的细胞损伤，使细胞处于稳定状态，Celastramycin 通过逆转 HIF-1α 及下游 mROS 对线粒体生成合成的抑制作用维持线粒体内氧化还原的动态平衡，抑制 PAH 大鼠 PASMC 的增殖。
代谢重编是机体在应对内外环境改变的情况下，体内紊乱的代谢途径进行重新编排，通过选择性激活或抑制部分代谢通路，改变物质在代谢过程中的能量流向。金属复合物铁 - 硫簇是参与三羧酸循环和线粒体复合体Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ在电子传递链的重要辅基，控制氧化还原状态和线粒体代谢，与 PAH 疾病发生密切相关。近期研究发现，HIF-2α 依赖性的转录抑制或遗传信息改变引发 BolA 家族成员 3（BolA family member 3，BOLA3）表达水平下调 [23]，调节铁 - 硫簇完整性，从而导致线粒体电子传递、糖酵解和脂肪酸氧化的改变，同时抑制甘氨酸裂解系统 H（glycine cleavage system H，GCSH），导致胞内甘氨酸积累，促进代谢网络重编和 EC 增殖。这些研究进一步验证了氧化应激及代谢重编在 PAH 病理过程中发挥的重要作用，从代谢层面深入了解 PAH 的发病机制，为治疗 PAH 发展靶向血管重构的新型治疗策略起到了积极的推动作用。
四、DNA 损伤应答与细胞凋亡
遗传及多种外界环境因素可诱发 DNA 损伤，而多种与染色体结构的保持、修复相关的蛋白按顺序在损伤位点结合形成焦点复合物，共同参与DNA 损伤应答 (DNA damage response，DDR)。位于丝氨酸 -139 位 C 端保守区域内的 H2AX 磷酸化形成γH2AX是引起DDR的核心。van der Feen等[24]研究发现 PAH 中 BET 家族成员 BRD4 能够感知DNA 双链断裂，调节癌基因 PLK1 和 FOXM1 表达，激活 γH2AX 信号，导致细胞异常增殖。而BET 抑制剂 RVX208 通过抑制 BET-FOXM1-PLK1通路，同时恢复微血管 EC 中 BMPR Ⅱ信号，逆转微血管 EC 和 PASMC 的高增殖、抗凋亡和促炎表型。此外，另一项研究发现酪氨酸磷酸酶超家族成员 Eyes Absent 3 也参与 γH2AX 的激活 [25]，促进DNA 损伤条件下的细胞存活。
细胞凋亡是参与许多生理和病理现象的基本生理过程，机体通过细胞凋亡途径不断清除和更新细胞以维持自身稳态。在 PAH 中，肺血管 EC凋亡作为肺微小动脉内皮损伤的重要机制，是引起疾病发病的起始环节。Farkas 等[26] 发现双链RNA 的 Toll 样受体 3(Toll-like receptors 3，TLR3)在维持肺血管 EC 稳态方面具有重要作用。TLR3基因敲除小鼠肺组织和 EC 中 TLR3 表达减少，双链 RNA 通过胞内其他受体 ( 如 MDA-5 和 RIG-I)通路介导信号传导，导致 EC 更易发生凋亡，介导 PAH 的早期病理变化。TLR3 激动剂 Poly(I：C)通过上调 IL-10，促进大鼠 TLR3 表达，改善了肺动脉壁的凋亡、增殖和重塑，表明恢复 TLR3 信号可能是补充现有 PAH 治疗策略的一条新途径。肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand，T-RAIL）是近年来发现的肿瘤坏死因子家族新成员，能选择性诱导转化细胞、肿瘤细胞和病毒感染细胞发生凋亡，同时已被证明是诱导PASMC 有丝分裂以及迁移的刺激因素 [27]，参与 PAH 肺血管重构。可溶性配体骨保护素（osteoprotegerin，OPG）是细胞核因子κB 受体活化因子配体 (receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL) 以及 TRAIL 的受体，具有调节炎症和抗凋亡的作用，在肺血管内皮以及多种组织中均有表达，PAH 患者中血清 OPG/RANKL 水平与肺动脉压力明显相关[28]。Arnold等[29] 研究发现特发性 PAH 患者血清中 OPG 升高，可通过与 Fas 受体结合，磷酸化 ERK1/2、CDK4/5 进而促进包括 TRAIL 在内的多种 PAH 相关基因表达，介导促进肺动脉PASMC增殖和迁移。OPG 抗体可调节肺小动脉的增殖和凋亡，从而抑制肺血管重塑，在波生坦治疗基础上进一步降低肺动脉压力。这些通过干扰 DNA 损伤修复与细胞凋亡显著降低肺血管压力的新发现和新进展，为PAH 干预治疗靶点提供了新的思路。
五、细胞间相互作用
周细胞（pericyte）是构成微血管和组织间隙的屏障的重要组成，参与维持内环境稳定。Yuan等[30] 揭示了 PAH 中肺微血管 EC 与周细胞之间的联系。微血管 EC 通过释放 Wnt5a，促使周细胞迁移至临近血管，从而维持微循环中功能血管的数目。而 PAH 患者 Wnt5a 分泌减少，内皮 - 周细胞间的细胞通讯受损，肺动脉微血管再生障碍，血管发生重构。
六、炎症和免疫应答
越来越多研究表明，炎症和免疫细胞参与了PAH 患者肺血管重构的病理改变。特发性 PAH患者的病理改变特点之一是血管周围炎症以及肺淋巴新生并形成第 3 淋巴器官（tertiary lymphoid organs，TLO），TLO 包含特定的 T 和 B 细胞区以及树突状细胞、巨噬细胞和肥大细胞 [31-32]。肺血管周围炎症程度与血管内膜 / 中膜 / 外膜厚度以及平均肺动脉压呈正相关 [33]，伴随炎症部位趋化因子 CCL1、CCL2、CCL3、CLL3 和 CX3CL1 表达水平升高 [34]。循环系统中单核细胞迁移募集至炎症部位并分化为炎性巨噬细胞，导致肺部巨噬细胞和单核细胞明显增加 [35]。在此过程中，单核细胞表达血小板反应素-1（thrombospondin-1，TSP-1），激活 TGF-β 导致 Rho 激酶介导的血管收缩，从而促进肺动脉压力的升高。
研究发现，PAH 患者 EC 中 CCL2 过表达不仅是循环中炎症细胞的趋化因子，同时可诱导PASMC 增殖 [36]。Abid 等 [37] 发现 PAH 小鼠模型M2 巨噬细胞和 PASMC 中均过表达趋化因子受体CCR2/5，促进 PASMC 向 M2 巨噬细胞的迁移反应以及增殖过程。这些研究表明，趋化因子介导的巨噬细胞募集以及活化在 PAH 的早期发病机制中具有潜在的关键作用。
中性粒细胞是 PAH 参与肺部早期炎症反应的细胞之一，在巨噬细胞产生的细胞趋化因子的作用下招募至急性炎症 / 损伤部位。PAH 患者中性粒细胞产生的髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO）水平明显升高。促进 ROS 的产生，参与PAH 疾病进展[38]。此外，近年来发现 PAH 患者肺部病变中树突状细胞的抗原呈递作用以及 Th17 免疫功能紊乱形成的促炎自身免疫环境等，这些证据表明炎症介质以及先天性免疫和获得性免疫在PAH 中的重要病理生理作用，促进了当前以及未来多种针对这些靶点的临床干预研究。在针对以血管扩张为基础的治疗上联合使用免疫调节治疗可为 PAH 的治疗提供一个新方案。
小结
本文研判了 2019 年国内外 PAH 领域的重要和高质量的基础研究进展，这些研究展示出对PAH 领域中遗传因素、信号通路、氧化应激、DNA 损伤、新治疗靶点的不断探究，但仍存在许多亟待解决的问题，PAH 疾病发展机制的复杂性以及药物治疗靶点的多样性说明目前对 PAH 确切的发病机制尚不明确，单一机制已不能用来解释PAH 的形成与发展，而不同发病机制如何交叉协同参与疾病发生有待深入研究。此外，越来越多研究表明，PAH 的发生涉及多种细胞类型以及胞内复杂信号通路，细胞间的交互作用及其对信号转导通路的作用的认识有待进一步深化，进而推动靶向血管重构、逆转 PAH 的新型治疗策略的发展。
作者：
成然
刘川
黄岚
作者单位：
陆军军医大学第二附属医院心血管内科 全军心血管病研究所
通信作者：
黄岚，Email:huanglan260@126.com
关键词：
DOI：
10.3760/cma.j.issn.2096-1588.2020.1000058
基金项目：
军队后勤科研项目 (BLJ18J007)； 国家自然科学基金 (81730054)；国家卫生行 业重大专项 (201002012)
利益冲突：
无
收稿日期：
录用日期：
本文编辑：
史红
