骨形成蛋白Ⅱ型受体与肺动脉高压形成机制的研究进展

骨形成蛋白Ⅱ型受体与肺动脉高压形成机制的研究进展〔〕:

摘要：肺动脉高压〔pulmonaryhypertension，PH〕是肺血管病理生理功能障碍，出现肺血管阻力增加，肺动脉压力升高为主的临床综合征。骨形成蛋白Ⅱ型受体(bonemorphogeneticproteinreceptortypeⅡ，BMPR2)基因突变导致的肺动脉高压形成是遗传学领域的重大发现，因此在其机制上的研究越来越广泛，但目前研究机制仍不明确，以下对BMPR2和肺动脉高压机制的进展进展综述，为后续根底和临床研究提供参考。

关键词：肺动脉高压；骨形成蛋白Ⅱ型受体

0引言

肺动脉高压〔pulmonaryhypertension，PH〕是肺血管病理生理功能障碍，出现肺血管阻力增加，肺动脉压力升高为主的临床综合征，最终开展为右心衰竭的疾病。目前估计，全球肺动脉高压的发病率约为1%【1】；在65岁以上的人群中，肺动脉高压的发病率高达10%【2】。数据研究说明，肺动脉高压患者中位生存期为2-8年，1年，3年，5年生存率分别是68％，48％和34％【3】。肺动脉高压因缺乏早期诊断，治愈率低，死亡率较高，目前关于肺动脉高压疾病的机制仍不清楚，包括遗传和环境因素。骨形成蛋白Ⅱ型受体(bonemorphogeneticproteinreceptortypeⅡ，BMPR2)作为遗传性肺动脉高压的标志物，是TGF-beta;受体超家族的成员BMP的受体蛋白，基因位于2q33.1-33.2〔2号染色体长臂3区3带〕，含13个外显子。本文对BMPR2和肺动脉高压形成的机制的进展进展综述，为后续根底和临床研究提供参考。

1BMPR2基因突变与肺动脉高压

1997年，Nichols等人研究证实家族性原发性肺动脉高压是常染色体显性遗传，基因突变位点2q31-q32(GenePPH1〕【4】。2000年，Deng等人首次证实BMPR2基因突变是导致遗传性肺动脉高压重要原因，也说明了GenePPH1的主要突变基因是BMPR2【5】。在PH中，BMPR2基因中发现了300多个突变。一项研究证实在30例家族性肺动脉高压存在70%的BMPR2突变，其中发现外显子的缺失/重复突变占48%【6】。关于BMPR2基因是否可以作为肺动脉高压疾病的胚胎植入前遗传诊断的检测基因，但由于该基因突变具有不完全外显率，目前仍存在争论。不同种族的BMPR2突变存在差异，国内关于一例家系成员的原发性肺动脉高压基因突变的研究，结果显示BMPR2基因的错义突变可致汉族人群家族性PH的发生,BMPR2基因也是我国PH重要的致病基因【7】。

BMPR2基因突变可以通过导致其蛋白构造和功能的缺失，在导致肺动脉高压的发生开展起到重要作用。原发性肺动脉高压患者，BMPR2突变可以导致位于胞外的半胱氨酸残基和胞质内的激酶构造域的异常，BMPR2蛋白构造异常阻断了BMP信号通路的传导[8]。Wong等人研究发现BMPR2突变导致其C末端缺失，不能与c-Src酪氨酸激酶互相作用，导致c-Src磷酸化增加，促进平滑肌细胞增殖，是肺动脉高压形成的又一机制[9]。Svenja等人通过对>20000个基因进展小干扰RNA的高通量测序，BMPR2的基因修饰剂脆性组氨酸三联体〔FHIT〕，在肺动脉高压患者该基因下降，在肺动脉高压疾病的发生开展起到重要作用[10]。

2BMPR2非基因突变与肺动脉高压

除外基因突变在肺动脉高压疾病的影响外，转录后调控，泛素化程度及蛋白程度的调控有着重要的机制研究。微小RNA(miRNA)可靶向与mRNA3"端非编码区(3'-UntranslatedRegions，3'-UTR)特异性结合，可引起mRNA翻译抑制或降解，在细胞的生长、分化等过程中发挥重要作用。例如，Li等人研究发现，miR-130a靶向结合BMPR2，通过NF-kappa;B/miR-130a/BMPR2通路调节肺血管重塑[11]。Matthias等人证实BMPR2参与STAT3/miR-17/92/BMPR2通路调节肺动脉高压疾病[12]。Barnes等人发如今葡萄糖程度增加，致BMP抑制剂Smurf-1与受体调节的Smads〔Smads1/5/8〕结合，导致泛素修饰，抑制BMP信号传导的作用[13]。

研究发现caveolae构造蛋白基因Caveolin-1〔CAV-1〕的移码突变也是HPAH患者患病的原因[14]。细胞膜穴样内陷的功能丧失后不能维持正常的BMP信号传导途径，而且其参与细胞膜穴样内陷调节内皮功能和血管通透性。有研究认为BMPR2突变体可通过定位于特定细胞膜构造，抑制Smad磷酸化和Smad信号传导[15]。又有研究认为BMPR2是经溶酶体介导的蛋白质降解途径，抗疟药物氯喹〔溶酶体抑制剂〕显著增加蛋白程度在细胞外表表达，而不依赖于转录程度，并可以通过特定溶酶体抑制剂氯喹阻断[16]。氯喹通过抑制自噬途径和溶酶体降解途径增加BMPR2蛋白的表达，进而抑制大鼠肺动脉平滑肌细胞的增殖和刺激细胞凋亡，在抑制实验性肺动脉高压起着重要作用[17]。

3BMPR2在肺血管细胞的研究机制

肺血管由三层组成：外膜由成纤维细胞和相关的胶原纤维组成，中膜由肺动脉平滑肌细胞组成，及由内皮细胞组成的内膜覆盖在血管内外表。三种细胞在PH的发病机理中起着重要作用。在正常的肺血管中，BMPR2主要表达在内皮细胞中，较少表达在平滑肌细胞中。免疫组化实验研究显示在原发性肺动脉高压患者体内，BMPR2表达显著降低且主要集中在肺边[18]。肺动脉高压的分子机制包括内皮间质转化，增殖凋亡失调和通透性增加，促进平滑肌细胞的增殖抑制凋亡，以及成纤维细胞的增殖改变。BMPR2在维持血管内皮完好性起到一定的作用，通过RAD-5

〔一种DNA修复和复制必须的酶〕介导的预防DNA损伤累积破环内皮完好性，在肺动脉高压的发生开展中起到作用[19]。关于BMPR2的另一个机制，BMPR2信号通路失调可以通过HMGA1〔高迁移率族蛋白〕促进肺动脉内皮间质转化[20]。Wang等人证实BMPR2突变可以导致肺血管内皮细胞的凋亡并减少增殖[21]。有一项关于内皮祖细胞的研究，内皮祖细胞来源于骨髓，5-HT2B受体缺乏会导致BMPR2表达下降，进而影响内皮祖细胞的分化增殖导致肺血管重塑，导致肺动脉高压[22]。内皮细胞中，VE-钙粘蛋白的内化以及c-Src激酶依赖性磷酸化与细胞-细胞接触的松弛有关，从而调节血管通透性，VE-钙粘蛋白与BMP受体ALK2〔BMPRI〕和BMPR2的BMP依赖性物理互相作用，导致BMP受体复合物的稳定化[23]。鉴于BMPR2突变的低外显率，其他会聚信号传导途径的异常可能是疾病开展所必需的。有文献研究，BMPR2是否通过募集Wingless〔Wnt〕信号传导途径来促进增殖，存活和运动来支持正常的PAEC功能。证明了beta;-C-和Dvl-介导的RhoA-Rac1活化对于体内血管生长是必需的。这些发现说明，在BMP-2介导的血管生成中需要募集经典和非经典Wnt途径[24]。

文献研究说明，BMPR2突变导致其C末端缺失，进而影响与c-Src互相作用，导致c-Src磷酸化增加，导致平滑肌增殖，是肺动脉高压形成的又一机制[25]。其次BMPR2缺陷通过TGFbeta;-TAK1-MAPK通路，可有效的导致平滑肌细胞促增殖抗凋亡的作用[26]。文献研究弹性纤维的降解是PH的一个突出特征，与来自肺动脉平滑肌的弹性蛋白酶活性的升高有关，这种酶是中性粒细胞弹性蛋白酶[27]。给予弹性蛋白酶抑制剂可有效逆转上述情况，有效缓解肺动脉高压。该酶对血管病理生理学至关重要，弹性蛋白的降解产物是高度促炎的，促进活化的炎性细胞的募集，而活化的炎性细胞那么继续产生细胞因子和弹性蛋白酶，进而导致血管重塑。文献研究说明，鞘氨醇激酶1〔SphK1〕/鞘氨醇1-磷酸〔S1P〕途径通过miR-21/BMPR2/Id1轴在PDGF诱导的PASMC增殖中起重要作用，靶向SphK1/S1P轴那么可能是预防和治疗肺动脉高压的新策略[28]。趋化因子配体5〔CCL5〕缺乏可以通过依赖caveolin-1的BMPR2信号通路抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖和迁移[29]。

最近，一项研究说明，在遗传性肺动脉高压家族中的患者成纤维细胞中鉴定出杂合的caveolin-1腺嘌呤474缺失突变〔c.474delA〕，实验验证异常caveolin-1的成纤维细胞介导Smad1/5/8的过度磷酸化导致细胞增殖[30]。在成纤维细胞中，BMPR2突变会导致TGFbeta;1和BMP4介导弹性纤维组装异常而易于降解，这与严重肺动脉高压关系亲密[31]。

4其他基因的突变所致的肺动脉高压

然而，BMPR2突变占所有PAH患者的25％[32]。说明其他的基因或可能的环境因素可能发挥致病作用在PAH的开展。除BMPR2基因的突变，ACVRL1，caveolin-1，KCNK3和TBX4基因的突变导致可遗传的肺动脉高压，为常染色体显性遗传[33]。EIF2AK4基因中的双等位基因突变易导致遗传性肺血管疾病〔例如肺静脉闭塞性疾病〕，是一种未知外显率的常染色体隐性遗传性疾病[34]。Morrell等人在对1038个PAH患者和6385个PAH阴性对照受试者研究发现了GDF2,ATP13A3,AQP1和SOX17中稀有变异体的显著过度表达[35]。在其他遗传因素中，5-羟色胺转运蛋白〔5-HTT〕基因，其对血管平滑肌增生和肺血管重塑具有重要作用[36]。此外，已证明内皮素1基因〔EDN1〕基因突变可能导致内皮素-1〔ET-1〕合成增加，有利于肺动脉高压的开展[37]。

5结语

BMPR2基因突变和非基因突变导致的蛋白表达下降都在肺动脉高压发病中起着重要作用，通过影响肺血管细胞增殖，凋亡及间质转化等所致肺动脉高压疾病发病和易感性增加。随着基因筛查的普遍，越来越多与肺动脉高压疾病相关的突变基因被发现，但这也证实了BMPR2基因突变仍然是导致肺动脉高压的最重要的突变基因，也是疾病的早期诊断的一项重要措施。BMPR2也可以作为药物治疗肺动脉高压的靶点，对于肺动脉高压的早期干预治疗具有重要意义。

参考文献

【1】HoeperMM,HumbertM,SouzaR,etal.Aglobalviewofpulmonaryhypertension[J].ThelancetRespiratorymedicine,2022,4(4):306-322.

【2】FarberHW,MillerDP,PomsAD,etal.Five-yearoutesofpatientsenrolledintheREVEALRegistry[J].Chest,2022,148(4):1043-1054.

【3】McLaughlinVV,ArcherSL,BadeschDB,etal.Areportoftheamericancollegeofcardiologyfoundationtaskforceonexpertconsensusdocumentsandtheamericanheartassociation[J].Circulation,2022,119(16):2250-2294.

【4】NicholsWC,KollerDL,SlovisB,etal.Localizationofthegeneforfamilialprimarypulmonaryhypertensiontochromosome2q31ndash;32[J].Naturegenetics,1997,15(3):277.

【5】DengZ,MorseJH,SlagerSL,etal.Familialprimarypulmonaryhypertension(GenePPH1)iscausedbymutationsinthebonemorphogeneticproteinreceptorndash;IIgene[J].TheAmericanJournalofHumanGenetics,2000,67(3):737-744.

【6】CoganJD,PauciuloMW,BatchmanAP,etal.HighfrequencyofBMPR2exonicdeletions/duplicationsinfamilialpulmonaryarterialhypertension[J].Americanjournalofrespiratoryandcriticalcaremedicine,2022,174(5):590-598.

【7】荆志成,陆立鹤,邹玉宝,等.一例原发性肺动脉高压家族的临床与遗传学特点[J].中华医学杂志,2022,84(3):199-202.

[8]NishiharaA,WatabeT,ImamuraT,etal.Functionalheterogeneityofbonemorphogeneticproteinreceptor-IImutantsfoundinpatientswithprimarypulmonaryhypertension[J].Molecularbiologyofthecell,2022,13(9):3055-3063.

[9]WongWKP,KnowlesJA,MorseJH.BonemorphogeneticproteinreceptortypeIIC-terminusinteractswithc-Src:implicationforaroleinpulmonaryarterialhypertension[J].Americanjournalofrespiratorycellandmolecularbiology,2022,33(5):438-446.

[10]DannewitzProssedaS,TianX,KuramotoK,etal.FragileHistidineTriad(FHIT),anovelmodifiergeneinpulmonaryarterialhypertension[J].Americanjournalofrespiratoryandcriticalcaremedicine,2022(ja).

[11]LiL,KimIK,ChiassonV,etal.NF-kappa;BmediatedmiR-130amodulationinlungmicrovascularcellremodeling:implicationinpulmonaryhypertension[J].Experimentalcellresearch,2022,359(1):235-242.

[12]BrockM,TrenkmannM,GayRE,etal.Interleukin-6modulatestheexpressionofthebonemorphogenicproteinreceptortypeIIthroughanovelSTAT3ndash;microRNAcluster17/92pathway[J].Circulationresearch,2022,104(10):1184-1191.

[13]BarnesJW,KuceraET,TianL,etal.Bonemorphogenicproteintype2receptormutation-independentmechanismsofdisruptedbonemorphogeneticproteinsignalinginidiopathicpulmonaryarterialhypertension[J].Americanjournalofrespiratorycellandmolecularbiology,2022,55(4):564-575.

[14]AustinED,MaL,LeDucC,etal.Wholeexomesequencingtoidentifyanovelgene(caveolin-1)associatedwithhumanpulmonaryarterialhypertension[J].Circulation:CardiovascularGenetics,2022,5(3):336-343.

[15]JiangY,NoheA,BragdonB,etal.TrappingofBMPreceptorsindistinctmembranedomainsinhibitstheirfunctioninpulmonaryarterialhypertension[J].AmericanJournalofPhysiology-LungCellularandMolecularPhysiology,2022,301(2):L218-L227.

[16]DunmoreBJ,DrakeKM,UptonPD,etal.Thelysosomalinhibitor,chloroquine,increasescellsurfaceBMPR-IIlevelsandrestoresBMP9signallinginendothelialcellsharbouringBMPR-IImutations[J].Humanmoleculargenetics,2022,22(18):3667-3679.

[17]LongL,YangX,SouthwoodM,etal.ChloroquinepreventsprogressionofexperimentalpulmonaryhypertensionviainhibitionofautophagyandlysosomalBMPR-IIdegradation[J].Circulationresearch,2022:CIRCRESAHA.112.300483.

[18]TakahashiH,GotoN,KojimaY,etal.DownregulationoftypeIIbonemorphogeneticproteinreceptorinhypoxicpulmonaryhypertension[J].AmericanJournalofPhysiology-LungCellularandMolecularPhysiology,2022,290(3):L450-L458.

[19]Vattulainen-CollanusS,SouthwoodM,YangXD,etal.BonemorphogeneticproteinsignalingisrequiredforRAD51-mediatedmaintenanceofgenomeintegrityinvascularendothelialcells[J].municationsbiology,2022,1(1):149.

[20]HopperRK,MoonenJRAJ,DieboldI,etal.Inpulmonaryarterialhypertension,reducedBMPR2promotesendothelial-to-mesenchymaltransitionviaHMGA1anditstargetslug[J].Circulation,2022:CIRCULATIONAHA.115.020617.

[21]WangH,JiR,MengJ,etal.FunctionalchangesinpulmonaryarterialendothelialcellsassociatedwithBMPR2mutations[J].PLoSOne,2022,9(9):e106703.

[22]Ayme-DietrichE,BanasSM,MonassierL,etal.Pulmonaryarterialhypertension,bonemarrow,endothelialcellprecursorsandserotonin[J].Biologieaujourd"hui,2022,210(2):79-88.

[23]BennA,BredowC,CasanovaI,etal.VE-cadherinfacilitatesBMP-inducedendothelialcellpermeabilityandsignaling[J].JCellSci,2022,129(1):206-218.

[24]deJesusPerezVA,AlastaloTP,WuJC,etal.Bonemorphogeneticprotein2inducespulmonaryangiogenesisviaWntndash;beta;-cateninandWntndash;RhoAndash;Rac1pathways[J].TheJournalofcellbiology,2022,184(1):83-99.

[25]WongWKP,KnowlesJA,MorseJH.BonemorphogeneticproteinreceptortypeIIC-terminusinteractswithc-Src:implicationforaroleinpulmonaryarterialhypertension[J].Americanjournalofrespiratorycellandmolecularbiology,2022,33(5):438-446.

[26]NasimMT,OgoT,ChowdhuryHM,etal.BMPR-IIdeficiencyelicitspro-proliferativeandanti-apoptoticresponsesthroughtheactivationofTGFbeta;-TAK1-MAPKpathwaysinPAH[J].Humanmoleculargenetics,2022,21(11):2548-2558.

[27]KimYM,HaghighatL,SpiekerkoetterE,etal.Neutrophilelastaseisproducedbypulmonaryarterysmoothmusclecellsandislinkedtoneointimallesions[J].TheAmericanjournalofpathology,2022,179(3):1560-1572.

[28]LiF,WangJ,ZhuY,etal.SphK1/S1PMediatesPDGF-InducedPulmonaryArterialSmoothMuscleCellProliferationviamiR-21/BMPRII/Id1SignalingPathway[J].CellularPhysiologyandBiochemistry,2022,51(1):487-500.

[29]NieX,TanJ,DaiY,etal.CCL5deficiencyrescuespulmonaryvasculardysfunction,andreversespulmonaryhypertensionviacaveolin-1-dependentBMPR2activation[J].Journalofmolecularandcellularcardiology,2022,116:41-56.

[30]MarsboomG,ChenZ,YuanY,etal.Aberrantcaveolin-1ndash;mediatedSmadsignalingandproliferationidentifiedbyanalysisofadenine474deletionmutation(c.474delA)inpatientfibroblasts:anewperspectiveonthemechanismofpulmonaryhypertension[J].Molecularbiologyofthecell,

2022,28(9):1177-1185.

[31]TojaisNF,CaoA,LaiYJ,etal.Co-dependenceofBMPR2andTGFbeta;inelasticfiberassemblyanditsperturbationinpulmonaryarterialhypertension[J].Arteriosclerosis,thrombosis,andvascularbiology,2022,37(8):1559.

[32]LimsuwanA,ChoubtumL,WattanasirichaigoonD.5prime;UTRrepeatpolymorphismsoftheBMPR2geneinchildrenwithpulmonaryhy