肺动脉高压相关因子研究进展.doc

肺动脉高压相关因子研究进展【摘要】 肺动脉高压以肺血管阻力升高为特征,由于小肺动脉血管平滑肌细胞增殖、肺动脉血管阻力升高导致右心室衰竭直至死亡。肺动脉高压的发生不能以单一的病理生理理论来解释,而是涉及多种分子介质、遗传因素和平滑肌细胞、内皮细胞等多种细胞异常。最近的研究表明多种因子通过不同的途径参与了肺动脉高压的发病机制，包括骨形成蛋白型受体、Notch3、过氧化物酶增殖体激活受体、PTEN等。【关键词】 肺动脉高压；Notch3；骨形成蛋白型受体；过氧化物酶增殖体激活受体；PTENUp-dating research of the factors in Pulmonary arterial hypertension PI Wei-feng,XU Wei-guo,Department of Respiratory Medicine,Xinhua Hospital,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 20092,ChinaCorresponding author: XU Wei-guo ,Email：【Abstract】 Pulmonary arterial hypertension (PAH )is characterized by excessive vascular resistance, smooth muscle cell proliferation in small pulmonary arteries, leading to elevation of pulmonary vascular resistance, right ventricular failure and death. Multiple pathogenic pathways have been implicated in the development of PAH, including those at the molecular and genetic levels and in the smooth muscle and endothelial cells.Recent advances indicates that molecular factors such as Notch3, bone morphogenetic protein type II receptor（BMPR2）,peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) and phosphatase and tensin homolog (PTEN) can have a favorable impact on a variety of pathways involved in the pathogenesis of PAH.【Key words】Pulmonary arterial hypertension；Notch3；Bone morphogenetic protein type II receptor；Peroxisome proliferator-activated receptor gamma；Phosphatase and tensin homolog肺动脉高压(PAH)是临床众多心、肺血管疾病发生、发展中重要的病理生理环节。目前专家共识认为PAH是一种肺循环血流通过受限的综合征，进一步引起肺血管阻力增加甚至右心功能衰竭。肺动脉高压的发生不能以单一的病理生理理论来解释,而是涉及细胞异常、分子介质和遗传因素等多个途径，平滑肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞和血小板等多种细胞异常参与其形成，多种血管活性物质的失衡促进其发生1。现就近来PAH相关因子研究进展做一综述。1. Notch3与肺动脉高压 Notch家族是由一组高度保守的蛋白质组成,它们具有受体和调节基因转录的功能,可通过细胞内蛋白质之间的相互作用或细胞间信息传递而实现信号的调控。Notch信号途径包括Notch受体、配体及其相应的细胞内信号分子。在脊椎动物中共发现了4种Notch蛋白的同源体:Notchl(Tan-l),Notch2 ,Notch3 和Notch4(Int-3)。Notch受体蛋白是一个约300kD的单链跨膜蛋白,包括胞外区、跨膜区和胞内区三部分,其中胞外区和胞内区均为高度保守区域。Notch信号途径通过局部细胞间相互作用，实现细胞间通讯、胞浆内的信号转导以及核内转录，从而控制细胞的增殖、分化、凋亡、迁移及粘附等，在机体的整个生长发育过程的调控中发挥着重要的作用。2008年国内有研究报道了肺动脉高压大鼠重构的肺动脉平滑肌细胞内Notch3 mRNA的表达明显升高。随后Thistlethwaite等2的进一步的研究表明：肺动脉高压小鼠的肺动脉血管平滑肌细胞内Notch3蛋白过度表达，且肺动脉高压病情的严重程度与肺内Notch3蛋白表达量具有正相关性；通过对基因敲除Notch3的小鼠模型研究后发现缺失Notch3的小鼠不会罹患肺动脉高压；使用分泌素抑制剂阻断Notch3活化，可逆转小鼠肺动脉高压。这些研究都说明Notch3信号与肺动脉高压的发生关系密切，Notch3信号途径极有可能成为肺动脉高压治疗的新靶点。2.骨形成蛋白型受体（BMPR2）与肺动脉高压基因研究大大提高了人们对于PAH发病分子机制的理解。目前认为骨形成蛋白型受体基因突变引起其功能缺陷是家族性肺动脉高压的重要发病机制。在欧美国家50%的家族性PAH(FPAH)患者和26%的特发性PAH(IPAH)患者存在BMPR2基因的突变3、4。而在日本的一项研究中100%的家族性PAH和30%的特发性PAH存在BMPR2基因的异常。在对硬皮病相关的PAH中没有发现有BMPR2基因的异常5,但在对先天性心脏病合并PAH和服用减肥药所致的PAH患者中部分发现有BMPR2基因的异常6、7。 人BMPR2基因全长约190kb，位于染色体2q33，由13个外显子和12个内含子组成，其cDNA长约4kb。BMPR2基因属于转化生长因子(TGF-)受体超家族成员，编码一个跨膜丝氨酸苏氨酸激酶受体，其外显子1-3编码细胞膜外配体结合区，外显子4编码跨膜结构区，外显子5-1l编码细胞内丝氨酸苏氨酸激酶结构区，外显子12、13编码细胞质尾部区8,其配体为骨形成蛋白(BMP)。TGF-信号转导途径包括BMPR2、BMPRl、BMP和受体底物Smads等。TGF-/BMPR/Smads信号转导通路能抑制肺动脉平滑肌细胞及肺动脉内皮细胞的增殖及迁移。研究表明约1/3的FPAH和IPAH患者存在TGF-/BMPR/Smads信号转导通路缺陷，导致肺血管内皮细胞及平滑肌细胞增生异常及肺血管重构，是肺动脉高压发病的重要原因9。 此外，由于BMPR2基因突变表达出不成熟或无功能的BMPR2蛋白，使BMPR2激酶活性丧失而阻断下游的信号通路，导致肺血管内皮细胞微循环障碍和反应性动脉重构10。研究表明肺动脉平滑肌细胞BMPR2基因敲除的小鼠可引起BMPR2/BMP/smads信号转导异常，失去抑制平滑肌细胞生长的功能，从而导致肺血管平滑肌细胞增生肥厚及肺血管异常重构11。在人类BMPR2主要表达于肺血管内皮细胞，而较少表达于平滑肌细胞，因此肺血管内皮细胞可能成为肺动脉高压治疗的重要靶点12。2. 过氧化物酶增殖体激活受体（PPAR）与肺动脉高压过氧化物酶增殖体激活受体（PPAR）属核激素受体超家族，共有三种亚型：PPAR、PPAR、PPAR。这是一类基因转录因子，其中PPAR已被公认在调控脂肪细胞分化和调控多种代谢（糖、脂肪、能量代谢等）中起重要作用。PPAR通过抑制TGFSmad信号途径来抑制细胞因子和生长因子，从而抑制血管平滑肌细胞增殖迁移。Matsuda等13研究发现，PPAR受体在正常肺组织中有广泛的表达，而重度肺动脉高压患者的肺血管中PPAR基因及蛋白表达明显降低。还有研究14发现:特发性肺动脉高压患者肺组织PPPAR及载脂蛋白E mRNA表达下降；载脂蛋白E基因缺失雄性大鼠在给予高脂饮食后，肺动脉压力及右心室收缩压升高，右心室肥厚、外周肺动脉平滑肌增殖，胰岛素敏感性、血浆脂联素水平下降，而PPPAR激动剂罗格列酮能逆转上述改变。近来还有研究表明，BMP-2能通过PPAR途径抑制人和小鼠的肺动脉平滑肌细胞（PASMC）增殖。BMP-2通过骨形成蛋白质受体II（BMP-RII）、PPAR、载脂蛋白E（apoE）轴发挥其抑制作用15。进一步对平滑肌细胞PPAR基因敲除的小鼠模型证明，PPAR基因敲除的小鼠能自发产生肺动脉高压，引起右心室收缩压上升，右心室的肥厚及远端肺动脉的肌化15。3.PTEN与PAHPTEN（Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten）是1997年首先被发现的具有脂质磷酸酶活性的抑癌基因，它含有1209个核昔酸，编码由403个氨基酸组成，分子量为47000，位于细胞质中的蛋白质，即酪氨酸磷酸酶蛋白。PTEN在细胞的生长、发育、信号传导和凋亡等过程中起着重要作用。3.1 PTEN调控细胞增殖周期磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)是PI3KAKT信号途径的上游调节激酶，其被激活使二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)磷酸化成三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）。PIP3作为细胞内第二信使，进一步激活PI3KAKT信号途径中的一系列激酶，促进细胞生长，抑制细胞凋亡。PTEN作为PIP3的磷酸酶，可使PIP2向PIP3的转化发生逆转，从而抑制PI3K的磷酸化作用，阻断AKT及其下游激酶的活性，使细胞周期阻滞在G1期或促使细胞凋亡，对细胞的生长起负调节作用。当PTEN基因发生突变或丢失而失活时，细胞内PIP3的水平增高，PI3KAKT的信号传导加强，细胞无限增殖形成肿瘤16。研究表明，PTEN还可通过选择性抑制有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）途径来调节细胞增殖、分化和凋亡17。在对白血病细胞株HL-60的研究中发现PPAR和视黄酸受体协同作用下能通过上调PTEN在HL-60细胞中的表达，从而抑制细胞的生长，并使细胞停留在G1期18。PPAR-激动剂罗格列酮联合洛伐他汀通过剂量和时间依赖性的方式刺激乳腺癌细胞的PTEN表达，并伴有p-AKT和p-MAPK的表达下降从而抑制乳腺癌细胞的增殖19。而对肺癌细胞的研究发现PPAR激动剂能通过增加PTEN的表达，进一步通过PI3K-AKT信号通路影响其下游多种效应分子的活化状态,在肺癌细胞内发挥着抑制肺癌细胞增殖的作用20。3.2 PTEN与PAH近年研究表明PTEN在肺动脉高压发病机制中起了重要作用。在敲除小鼠血管平滑肌细胞的PTEN基因后,发现小鼠平滑肌细胞出现异常增殖，血管重构，以及与肺动脉高压一致的组织病理改变21。而同时国内学者实验证明，PTEN/Akt1的转录和激活与低氧导致的PASMC增殖密切相关并在低氧性肺动脉高压形成过程中发挥重要作用22。总之，无论从遗传学角度还是从细胞、分子水平，PAH发病机制的研究最近均取得了很大进展，但具体机制尚不甚清晰，仍有待于进一步的研究，随着研究的深人，必将逐步揭示PAH发病机制。未来有效的治疗方法在于通过干预肺动脉平滑肌细胞和血管内皮细胞的增殖和凋亡来预防和(或)逆转血管的重构，最终改善PAH的预后。参考文献1 McLaughlin W,Archer SL,Badesch DB，et al.ACCF/AHA 2009 expert consensus document on pulmonary hypertension:a report of the American College of Cardiology Foundation Task Force on Expert Consensus Documents and the American Heart Association developed in collaboration with the American College of Chest Physicians,American Thoracic Society,Inc.,and the Pulmonary HypertensionAssociation. 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