張 協(xié) 王良興

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)的研究已有100多年歷史，是引起右心功能衰竭和死亡的重要原因。目前已知其病理發(fā)展中一重要環(huán)節(jié)為慢性缺氧導(dǎo)致的肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖異常。近年來研究表明，腺苷可作用于其受體調(diào)節(jié)血管平滑肌活性，而線粒體功能損傷與細(xì)胞凋亡和細(xì)胞低氧感受密切相關(guān)，提示兩者在PAH發(fā)生發(fā)展中可能存在重要的調(diào)節(jié)作用。本綜述旨在描述腺苷及腺苷受體與線粒體功能損傷之間的關(guān)系，及其兩者在低氧肺動脈高壓發(fā)生發(fā)展中的可能的分子作用機制。

一、肺動脈高壓發(fā)病機制

PAH主要病理機制是血管收縮、血管重構(gòu)及原位血栓形成，3種因素的綜合作用使肺血管阻力進(jìn)行性升高，最終引起右心功能衰竭和死亡。PAH發(fā)生發(fā)展過程中，重要病理結(jié)構(gòu)改變包括遠(yuǎn)端肺細(xì)小動脈異常擴張、動脈平滑肌細(xì)胞增殖異常、膠原纖維增生、內(nèi)皮細(xì)胞功能異常［1］。正常情況下，肺成纖維細(xì)胞、動脈平滑肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和凋亡之間保持相對平衡，因此肺動脈壁的厚度和組織構(gòu)成也維持在理想水平。一旦這種平衡因外在因素如低氧、炎癥等而被打破，將出現(xiàn)肺動脈平滑肌增殖增多，凋亡減少，從而導(dǎo)致肺動脈壁增厚、管腔狹窄甚至消失，這也是PAH中最主要的一種病理改變——肺血管重構(gòu)。目前尚沒有理想的藥物可以完全有效治療PAH，未來任何有效的治療方法應(yīng)該著眼于通過抑制肺動脈平滑肌細(xì)胞的增殖和促進(jìn)其凋亡來預(yù)防和(或)逆轉(zhuǎn)血管的重塑，可能的話，預(yù)防細(xì)胞水平的血管收縮，上述三者的聯(lián)合應(yīng)用可能起到協(xié)同作用，最終改善PAH的預(yù)后。

二、腺苷及其受體與肺動脈高壓

1．腺苷及其受體分布:腺苷全稱腺嘌呤核苷，由腺嘌呤和戊糖結(jié)合而成，是體內(nèi)能量代謝產(chǎn)物之一，可在全身各組織產(chǎn)生，但血管內(nèi)皮產(chǎn)生腺苷較多。腺苷產(chǎn)生后通過與受體結(jié)合發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。腺苷的半衰期極短，1至數(shù)秒。體內(nèi)的大部分腺苷又通過磷酸化生成AMP，完成腺苷的再循環(huán)，部分腺苷則經(jīng)脫氨酶作用下最后變成尿酸，是腺苷的最終代謝產(chǎn)物。腺苷受體屬于G蛋白偶聯(lián)型受體(G－protein coupled receptor，GPCR):為跨膜的糖蛋白，由細(xì)胞外區(qū)、跨膜區(qū)和細(xì)胞內(nèi)區(qū)3個功能域組成，絕大多數(shù)具有跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，在代謝和組織器官的功能調(diào)控，特別是心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的功能調(diào)控中發(fā)揮重要作用，又稱為代謝型受體［2］。根據(jù)其受體結(jié)合腺苷的能力以及對腺苷環(huán)化酶的活性調(diào)控作用的不同，可分成4個亞型:A1R、A2AR、A2BR和 A3R，目前它們均已被克隆出來。其中腺苷A2受體可分為高親和力的A2AR和低親和力的A2BR［3］。A2AR主要分布于腦組織中的多巴胺富集區(qū)，其次是腎乳頭部、血管、內(nèi)皮細(xì)胞、血小板及多形核白細(xì)胞膜。

2．腺苷與肺動脈高壓:1929年 Drury等［4］發(fā)現(xiàn)腺苷具有調(diào)節(jié)心率和外周血管彈性，影響腎功能等作用，從而開啟了腺苷及其受體在心血管、肺循環(huán)、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的研究。隨著研究深入，F(xiàn)redholm等［5，6］發(fā)現(xiàn)A2AR在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的紋狀體、嗅結(jié)節(jié)呈高度表達(dá)，在外周心臟、肺部、血管上呈中度表達(dá)，A2AR活化后在神經(jīng)系統(tǒng)可產(chǎn)生雙向作用，而在外周器官則主要通過抗炎和擴張血管等作用來降低組織損傷，從而對機體產(chǎn)生保護(hù)作用。目前低氧所致慢性肺動脈高壓的機制仍不明確，腺苷及其受體在PAH的發(fā)生發(fā)展過程中起何種作用也尚不清楚。但多個研究顯示，腺苷能夠有效地舒張血管，從而降低肺血管阻力，緩解肺動脈高壓。同時腺苷對肺循環(huán)具有相對高選擇性，一方面肺循環(huán)中腺苷的血藥濃度遠(yuǎn)超過體循環(huán)中水平，另一方面腺苷受體在肺循環(huán)表達(dá)也較體循環(huán)多［7，8］。由于肺循環(huán)能夠大量攝取腺苷，且腺苷受體表達(dá)較多，由此設(shè)想腺苷對PAH有無影響，其是否能夠緩解肺動脈高壓。事實上，在低氧致肺動脈高壓動物模型研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)右頸外靜脈插管內(nèi)恒速注入不同濃度的腺苷溶液 25μg/(kg·min)組，50μg/(kg·min)組，100μg/(kg·min)組用藥后平均肺動脈壓(mean pulmonary arterial pressure，mPAP)分別降低(18．5 ±9．9)%，(27.1 ±4．5)%，(37．2 ±7．2)%，明顯低于用藥前(P均＜0．01)，且前兩組用藥后平均肺動脈壓與體循環(huán)壓之比明顯低于用藥前(P＜0．01，P ＜0．05)［9］。Fullerton 等［10］對10 例心臟術(shù)后并發(fā)肺動脈高壓病人(年齡為62±6歲)經(jīng)中心靜脈輸注腺苷［50μg/(kg·min)］后發(fā)現(xiàn)，輸注腺苷15min后，肺血管阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)從(560±30)dynes·s·cm－5降至(260 ±30)dynes·s·cm－5，平均肺動脈壓(mean pulmonary arterial pressure，mPAP)從4．80 ±0．13kPa降至 3．73 ±0．27kPa，肺血管阻力比(pulmonary vascular resistance ratio，PVRR)從0.44±0．03降至0．32 ±0．03(P 均 ＜0．05)，用藥期間監(jiān)測全身血管阻力(systemic vascular resistance，SVR)雖下降，但肺體血管阻力之比仍有明顯降低，且平均動脈壓無顯著變化。因此，腺苷能夠擴大血管并優(yōu)先作用于肺血管床，降低肺血管壓力，緩解肺動脈高壓，這一特性奠定了腺苷及其受體用于治療PAH奠定了基礎(chǔ)。

3．A2A腺苷受體與肺動脈高壓:外源性腺苷可引起肺血管舒張，但其確切機制尚未明確。多數(shù)研究認(rèn)為腺苷可能通過結(jié)合肺血管平滑肌上特異性A2AR興奮腺苷酸環(huán)化酶，使平滑肌細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度引起肺血管松弛［11］。PAH病程發(fā)生發(fā)展與肺細(xì)小動脈平滑肌細(xì)胞增殖密切相關(guān)，而在肺實質(zhì)的免疫組化研究顯示A2AR在肺實質(zhì)主要分布于細(xì)支氣管、肺泡上皮細(xì)胞、血管壁和細(xì)支氣管上平滑肌細(xì)胞、肺動脈的內(nèi)皮細(xì)胞上，說明A2AR可能參與調(diào)節(jié)PAH的形成［12］。Xu等［13］實驗也進(jìn)一步證明:A2AR基因敲除小鼠在常氧及低氧環(huán)境下較野生型小鼠更易導(dǎo)致PAH的產(chǎn)生，并且通過病理組織學(xué)觀察到肺動脈平滑肌細(xì)胞的增殖以及膠原纖維的沉積。此外，離體實驗發(fā)現(xiàn)低氧條件下大鼠細(xì)小肺動脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary arterial smoothmuscle cells，PASMCs)A2AR表達(dá)增加，上調(diào)A2AR可抑制低氧PASMCs增殖的現(xiàn)象［14］。提示缺氧引起的腺苷A2AR表達(dá)異常可能是引起肺血管結(jié)構(gòu)重建的重要機制之一。以上一系列的研究均證實了腺苷A2AR能夠安全有效地抑制低氧下的肺動脈平滑肌的增殖，從而延緩PAH的發(fā)展，在治療PAH方面有很大的前景。此外，腺苷還可作用于A2BR來抑制主動脈血管平滑肌細(xì)胞蛋白合成，從而抑制平滑肌細(xì)胞的肥大。而A2BR是否也能夠抑制肺動脈平滑肌細(xì)胞的增殖尚未得到證實。

三、線粒體功能損傷與肺動脈高壓

1．線粒體及其膜電位與細(xì)胞凋亡:近年來研究發(fā)現(xiàn)，線粒體與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞低氧感受密切相關(guān)，并在肺動脈高壓發(fā)病機制中起到非常重要的作用。細(xì)胞凋亡的早期就會出現(xiàn)線粒體內(nèi)膜通透性增大，線粒體跨膜電位(mitochondrialmembrane potential，Δψm)明顯下降。如在毒物(如魚藤酮、原卟啉Ⅸ、百草枯等)誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡、興奮性遞質(zhì)(谷氨酸)誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡，必須生長因子的缺乏引起的相應(yīng)細(xì)胞凋亡，糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞凋亡等，皆證實了早期的線粒體△ψm的明顯下降?！鳓譵的下降可能主要是由于線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(permeability transition pore，PTP)的改變，PTP的改變使線粒體的能量代謝障礙，釋放氧自由基及蛋白酶和核酸內(nèi)切酶的激活劑等，進(jìn)而誘發(fā)凋亡。體內(nèi)、外實驗證明，降低線粒體通透性可以防止細(xì)胞凋亡，用Bcl－2可以阻止細(xì)胞凋亡，在于它能升高線粒體的跨膜電位和阻止線粒體通透性改變。目前認(rèn)為，線粒體膜功能和結(jié)構(gòu)上的完整性被破壞引起細(xì)胞凋亡的可能機制是:線粒體內(nèi)、外膜之間的PTP具有調(diào)節(jié)線粒體膜通透性的作用。正常情況下，絕大多數(shù)PTP處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)線粒體△ψm在各種凋亡誘導(dǎo)因素作用下降低時PTP開放，導(dǎo)致線粒體膜通透性增大，使細(xì)胞凋亡的啟動因子如:細(xì)胞色素C(Cyt C)、凋亡蛋白酶激活因子(Apaf)和凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)等從線粒體內(nèi)釋放出來。Cyt C是一種水溶性蛋白質(zhì)，正常情況下Cyt C主要位于線粒體膜間隙，當(dāng)線粒體Δψm降低時，Cyt C釋放到細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)一步活化caspase－9，引發(fā)caspase級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［15～17］。目前認(rèn)為，Cyt C 自線粒體向胞質(zhì)的釋放是線粒體凋亡途徑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而caspase－9是線粒體凋亡途徑中的關(guān)鍵蛋白酶。caspase－9的激活引起一系列細(xì)胞因子蛋白酶的激活(如:caspase－3、－6、－7)，而 caspase－9的激活要依賴于 Cyt C［16，18］。Cyt C 與 Apaf相互作用可激活caspase－9，而AIF是一種核基因組編碼的，分子質(zhì)量為50kDa的膜間蛋白，可快速激活核酸內(nèi)切酶，并增強caspase－3的水解活性。Bcl－2具有恢復(fù)△ψm和調(diào)制PTP功能的作用，因而可阻止上述凋亡啟動因子從線粒體向外釋放，切斷了細(xì)胞凋亡級聯(lián)式反應(yīng)中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，所以具有很強的抗細(xì)胞凋亡的作用。如Mark等在6例原發(fā)性肺動脈高壓肺組織行基因芯片研究，發(fā)現(xiàn)在肺動脈高壓患者抗凋亡Bcl－2基因表達(dá)上調(diào)，提示肺動脈高壓形成過程中凋亡是受抑制的。

2．線粒體功能損傷與肺動脈高壓:Moudgil等［19］綜合分析大量文獻(xiàn)及研究表明:線粒體是肺血管氧感受器，線粒體作為氧感受器是如何感知及調(diào)節(jié)血氧濃度變化，目前一致認(rèn)識，是通過位于線粒體膜上呼吸鏈(ETC)起作用的。可能的機制為:通過調(diào)節(jié)體內(nèi)活性氧(ROS)產(chǎn)生從而對肺泡氧分壓變化起應(yīng)答作用。而ROS在肺血管作為一種調(diào)節(jié)介質(zhì)，其通過改變離子通道關(guān)鍵部位巰基基團電子轉(zhuǎn)遞方向等一系列氧化還原反應(yīng)，從而改變一種或多種相應(yīng)功能蛋白表達(dá)(如鉀離子通道、鈣離子通道)，起到調(diào)節(jié)離子通道功能的作用，最終對肺泡氧分壓的變化起調(diào)節(jié)作用。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)在PAH血管重構(gòu)，不同種屬低氧模型中，肺動脈平滑肌細(xì)胞凋亡與增殖異常，其中線粒體途徑凋亡通路明顯抑制，提示線粒體凋亡途徑異常導(dǎo)致PAMSCs數(shù)量增加可能是肺血管重構(gòu)的另一重要機制［20］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在離體PAMCs低氧模型中，缺氧可以引起線粒體ATP敏感型鉀離子通道(mitochondrial ATP － sensitive potassium channel，MitoKATP)的開放以及線粒體膜電位去極化，進(jìn)而抑制了細(xì)胞色素C從細(xì)胞線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)，抑制線粒體凋亡途徑，從而參與并影響了肺動脈高壓的發(fā)生發(fā)展［18］。以上研究提示低氧情況下MitoKATP的改變促進(jìn)肺動脈高壓的形成。

四、腺苷受體與線粒體功能的關(guān)系

目前，腺苷受體與線粒體功能的相關(guān)性在心肌缺血、再灌注損傷、腦神經(jīng)保護(hù)方面，國內(nèi)外都已有相關(guān)的研究報道，如Cohen等指出在心肌缺血再灌注損傷過程中，KATP通道的開放和腺苷受體激活對心肌起保護(hù)作用。在離體心肌細(xì)胞中A1R、A2AR、A3R激活可預(yù)防血管收縮劑所致的心肌肥大，而且特異性mitoKATP拮抗劑5－羥基癸酸鹽(5－h(huán)ydroxydecanoic acid，5－HD)可減弱A2AR、A3R激活拮抗心肌肥大作用;且A2AR、A3R激動劑能降低經(jīng)血管收縮劑腎上腺素處理的心肌的線粒體膜電位，兩者均能抑制線粒體內(nèi)鈣離子水平升高。2010年，國外一家生物治療公司(Hybernation therapeutics Ltd8)申請一項有關(guān)治療組織缺血缺氧性損傷方面專利，治療策略之一:聯(lián)合應(yīng)用鉀離子通道開放劑、腺苷受體激動劑和抗心律失常藥物。同時相關(guān)文獻(xiàn)報道進(jìn)一步報道在各種平滑肌，如:豬冠狀動脈、氣管平滑肌、肺血管平肌通過調(diào)節(jié)ATP敏感性鉀離子通道活性而中止腺苷受體激動后的生理作用。而兩者相關(guān)性在PAH方面國內(nèi)外少有涉及，僅Xu等綜述指出大量實驗數(shù)據(jù)表明腺苷及其類似物的對外周器官的保護(hù)作用，具體機制可能涉及腺苷受體激活、抗中性粒細(xì)胞作用、減弱氧自由基產(chǎn)生、增加體內(nèi)一氧化氮釋放、預(yù)防線粒體損傷、抗凋亡作用等，但具體信號傳導(dǎo)通路及上述各種因素相互作用仍未明確。

綜上所述，腺苷A2AR參與了低氧PAH的形成過程，并能夠通過抑制肺動脈平滑肌增殖、選擇性擴張肺血管，從而延緩PAH發(fā)展;線粒體作為氧感受器，通過ROS感受肺泡內(nèi)氧分壓，使低氧狀態(tài)下線粒體凋亡途徑受抑制，也促進(jìn)了PAH的發(fā)展。而腺苷A2AR也能夠通過ROS通路調(diào)節(jié)線粒體的通透性，發(fā)揮其生理作用，因此，腺苷A2AR與線粒體功能受損可能共同參與了PAH中肺動脈平滑肌的增殖，可以此為靶向?qū)ふ遗R床治療PAH的新的治療途徑。

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