袁好鑫 劉幸幸

肺動脈高壓(pulmonary hypertension, PH)按照其發(fā)病機制的不同分為五大類[1]，低氧性肺動脈高壓(Hypoxic pulmonary hypertension, HPH)是PH中的第三大類。HPH是由慢性阻塞性肺疾病、限制性肺疾病、其他限制性/阻塞性混合肺疾病、或低氧環(huán)境的長期存在導致的肺動脈壓力升高，肺血管發(fā)生不可逆性的轉(zhuǎn)變，其中肺動脈重塑，是導致HPH嚴重惡化和難以逆轉(zhuǎn)的主要原因。缺氧是導致肺動脈平滑肌細胞(pulmonary artery smooth muscle cells, PASMCs)異常增生，肺動脈外膜成纖維細胞激活的主要原因[2]。低氧的持續(xù)存在使肺動脈血管內(nèi)皮發(fā)生改變，內(nèi)皮細胞分泌失衡，內(nèi)皮素-1(endothelin-1, ET-1)在低氧的刺激下分泌增多[3]。ET-1是迄今為止所知道的最強的內(nèi)源性縮血管物質(zhì)。ET-1不僅具有縮血管的作用，還具有促進有絲分裂、平滑肌細胞增殖、促進炎癥反應等作用[4]。

ET及其受體的發(fā)現(xiàn)及分型

Hickey等人于1985年首次發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細胞分泌的血管收縮肽。Yanagisawa等人在1988年分離并克隆了由21個氨基酸構成的內(nèi)皮素(endothelin, ET)[5]。ET由多種器官產(chǎn)生。其中ET-1主要是由血管內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的，也是最豐富、最重要的ET。ET-1由內(nèi)皮細胞向底層平滑肌的表面分泌，并以旁分泌或自分泌的方式起作用[6]。幾乎由所有細胞都能夠合成成熟的ET-1，在血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞、氣道上皮細胞和平滑肌細胞、巨噬細胞、成纖維細胞、心肌細胞、系膜細胞、足細胞和腦神經(jīng)元中高表達。發(fā)現(xiàn)ET-1后不久，又發(fā)現(xiàn)了兩種結構相關的肽，分別被稱為ET-2和ET-3，分別由2和6個氨基酸構成。ET-2缺失會導致體溫過低、肺氣腫、生長遲緩和代謝異常，包括低血糖和酮癥酸血癥。缺乏ET-2的動物很早就會死亡，這表明ET-2在生理學和疾病中的重要作用仍然沒有得到充分認識。ET-3在胎盤、腦神經(jīng)元、黑素細胞、腎小管上皮細胞、腸上皮細胞等細胞中表達，主要介導血管擴張劑和抗炎分子，如一氧化氮(Nitric Oxide, NO)和前列環(huán)素(prostaglandin, PG)的釋放，并可能促進某些類型細胞的生長，如黑色素細胞[7]。

內(nèi)皮素的生物合成是通過血管內(nèi)皮細胞(vascular endothelial cells, VEC)中的內(nèi)皮素基因轉(zhuǎn)錄開始的，然后將其翻譯成內(nèi)皮素原(合成前體)和大內(nèi)皮素(一種無生物學活性的中間體)，內(nèi)皮素原和大內(nèi)皮素再被特定的內(nèi)皮素轉(zhuǎn)換酶(endothelin-converting enzymes, ECE)進一步裂解為ET-1,ET-2和ET-3亞型[8]。ET-1通過作用于內(nèi)皮素受體(endothelin receptor, ETR)來發(fā)揮作用，有兩種不同的ETR, 分別為ETAR和ETBR，它們是G蛋白偶聯(lián)受體家族的一部分，具有七個跨膜結構域[9]。ETAR和ETBR在所有研究的細胞類型中同時表達。這兩種內(nèi)皮素受體的激活對血管張力的影響差異的主要原因在于它們的在不同組織中表達優(yōu)勢不同[10]。這兩種受體都存在于動脈血管平滑肌上，其中ETAR占主導地位。位于血管平滑肌細胞上的ETAR可介導血管收縮和血管平滑肌細胞增殖，ET-1與ETAR結合后激活Gq11蛋白和G12/13蛋白，激活的Gq11蛋白和Gq12/13蛋白激活磷脂酶C(phospholipase C , PLC)，PLC將磷脂酰肌醇二磷酸(phosphatidylinositol(4,5)bisphosphate,PIP2)水解成二?；视?diacylglycerol, DAG)和肌醇三磷酸(inositol trisphosphate, IP3)。IP3直接激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的鈣泵，動員鈣離子(calcium, Ca2+)進入細胞內(nèi)，導致血管平滑肌細胞收縮和增殖動脈血管收縮。ET-1通過與ETB結合，可以產(chǎn)生舒張動脈或收縮動脈的不同效應。ET-1以自分泌的途徑與內(nèi)皮細胞上的ETBR結合后，可引起血管擴張劑的釋放，主要包括NO和PGI2，從而介導血管擴張和抑制血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cell, VSMC)增殖，這種反饋機制可以減弱ETAR的收縮動脈的作用。位于VSMC上的ETBR與ET-1結合后也可以激活G12/G13蛋白從而收縮動脈。內(nèi)皮細胞和VSMC上ETBR表現(xiàn)出不同的作用，導致一些研究者假設它們是兩種不同的受體：ETBR1和ETBR2。然而，除了組織定位外，沒有證據(jù)表明內(nèi)皮和VSMC上的ETBR有其他不同。三種內(nèi)皮素對以上兩類受體亞型的相對結合親和力分類如下：對第一種受體亞型ETAR的親和力順序為：ET-1>ET-2>ET-3；而對第二受體亞型ETBR三種ET表現(xiàn)出等電位親和力。ET-1與ETA受體緊密結合，產(chǎn)生強烈、持久的收縮作用，且受體轉(zhuǎn)換率低。這種延長縮血管效應可能是由于受體定位在小窩中，內(nèi)化率低。另一方面，ETBR在激活后通過磷酸化迅速內(nèi)化和失活，因此引起更短暫的反應[8]。

ET-1在HPH中起到的作用

缺氧是ET-1強大的誘導劑，當機體由于各種肺部疾病或處于長期低氧的環(huán)境時，肺動脈內(nèi)皮細胞受損，分泌功能失衡，造成舒張血管的物質(zhì)分泌減少，收縮血管的物質(zhì)分泌增多，如ET-1分泌合成增加。缺氧條件下，肺血管內(nèi)皮細胞上的ETAR上調(diào)，導致肺血管對ET-1反應性增加，ET-1的作用增強[3]。ET-1在HPH發(fā)生發(fā)展中起重要作用，與ETAR結合后，誘導肺血管收縮，刺激PASMCs增殖和血管重塑。

一、ET-1促進肺血管收縮重塑

肺動脈在低氧的條件下，會持續(xù)收縮，長期的低氧導致PASMCs增殖，以小、中型肺動脈管壁向心性增厚和管腔閉塞為特征的血管收縮和血管重塑是導致肺動脈壓力升高的主要原因，肺血管重塑是HPH發(fā)展的基本特征[11]。在肺血管重塑的過程中，肺血管收縮起到了主要作用，血管平滑肌收縮、細胞骨架功能選擇性改變作用于肺血管順應性的信號通路，這些通路主要參與介導慢性缺氧性血管收縮，并且會加速右心室超負荷的發(fā)展，加速推動了PAH的進展[12]。ET-1對血管平滑肌的主要作用是促進血管收縮、平滑肌細胞增殖、動脈粥樣硬化[13]。ET-1主要通過刺激血管平滑肌中的ETAR來發(fā)揮收縮血管的作用，ET-1通過介導Ca2+進入細胞質(zhì)促進動脈收縮。胞漿中Ca2+的增加是雙相的，首先從細胞內(nèi)釋放，然后從細胞外液進入[10]。一方面ET-1與ETAR結合后通過Gq11/12/13蛋白激活PLC，然后產(chǎn)生IP3和DAG，導致細胞肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣泵激活，Ca2+釋放進入胞質(zhì)中；另一方面Ca2+也可能來自細胞外，這是因為肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)Ca2+的減少激活了鈣池操縱的陽離子通道(store-operated cation channels)，而DAG可以激活受體操作的陽離子通道(receptor-operated cation channels)，這兩種類型的通道都允許細胞外Ca2+內(nèi)流。細胞質(zhì)中Ca2+增加，可與鈣調(diào)蛋白結合，由此產(chǎn)生的Ca2+/鈣調(diào)蛋白復合物與肌球蛋白輕鏈激酶(Myosin light chain kinase, MLCK)結合，磷酸化肌球蛋白輕鏈(Myosin light chain, MLC)并促進肌球蛋白與肌動蛋白結合，從而導致血管收縮[14]。ET-1在大多數(shù)哺乳動物物種(包括人類)體內(nèi)和體外都能引起極強和持久的血管收縮。靜脈注射ET-1時體內(nèi)血流動力學反應非常復雜，取決于血管床。ET-1引起血流動力學改變的方式包括直接血管收縮效應和間接效應，間接效應是指由于強效的血管收縮導致內(nèi)皮源性舒張因子釋放并介導產(chǎn)生血管擴張、抑制血管收縮反應等。除了急性血管收縮作用外，ET-1還對血管組織產(chǎn)生慢性作用。慢性作用似乎與血管疾病相關的增殖反應有密切關聯(lián)，通過刺激ETAR，可誘導人與豬的巨噬細胞和內(nèi)皮細胞培養(yǎng)物中的ETmRNA表達和ET-1的釋放、VSMC的增殖。ET-1能刺激c-fos、c-jun、c-myc135的表達，增加胸腺嘧啶核苷酸進入DNA，并導致VSMC和成纖維細胞增殖[4]。ET-1在HPH的血管重塑進程中，通過刺激血管收縮、增加血管平滑肌增殖起到了重要的作用。ET-1加速了肺血管重塑的過程，使HPH的病情惡化速度更快。

二、ET-1抑制細胞凋亡促進細胞增殖及有絲分裂

ET-1不僅是一種強效的血管收縮劑，還是一種強大的促有絲分裂劑。HPH的發(fā)生發(fā)展過程中，細胞凋亡的失衡起到了重要作用。過度增殖和抗凋亡的PASMCs是血管重塑的關鍵組成部分[15]。ETAR和ETBR都能調(diào)節(jié)體外培養(yǎng)的人PASMCs的增殖。ET-1在體內(nèi)作用的潛在靶點主要位于肺血管內(nèi)膜損傷處的細胞，主要包括平滑肌細胞和肌成纖維細胞[16]，ET-1還能刺激肌成纖維細胞收縮，并分泌膠原凝膠[17]。肌成纖維細胞是一種收縮性間充質(zhì)細胞，其表型介于成纖維細胞和平滑肌細胞之間，它們合成、分泌、組織和重塑細胞外基質(zhì)，肌成纖維細胞凋亡不足與進行性細胞外基質(zhì)沉積和收縮相關，并可導致肺組織纖維化，肌成纖維細胞凋亡是創(chuàng)傷修復的關鍵。ET-1具有促肺成纖維細胞增殖作用，ET-1通過激活PI3K/AKT信號通路抑制肌成纖維細胞凋亡，從而加劇肺動脈重塑[18]。ET-1還可以通過發(fā)揮抗凋亡作用來調(diào)節(jié)血管生長，NO可以激活caspase-3通路誘導細胞凋亡，ET-1可以激活MAPKK/MAP激酶通路，對抗NO的促凋亡機制，發(fā)揮其抗凋亡的作用。MAP激酶通路在細胞增殖和分化中起著重要作用，ET-1以劑量依賴的方式激活靜止的肺血管VSMC中的MAP激酶活，來發(fā)揮抗凋亡作用[19]。在HPH的發(fā)展中細胞凋亡的失衡也是重要的環(huán)節(jié)之一，ET-1在低氧條件下產(chǎn)生增多，又加劇了細胞凋亡的失衡，從而加劇了HPH的形成。

三、ET-1的促炎作用

低氧本身可以誘發(fā)炎癥反應，稱為低氧性炎癥[20]。炎癥反應造成肺血管內(nèi)皮損傷，導致內(nèi)皮細胞功能障礙，不僅損害了正常肺血管內(nèi)皮細胞介導的靜止性平滑肌細胞抑制，還會造成抗凋亡內(nèi)皮細胞克隆性擴張，促進了增殖性血管病變，同時還涉及到與外膜成纖維細胞、血管周圍炎性細胞和細胞外基質(zhì)復雜的相互作用[21]。炎癥和炎癥介導的內(nèi)皮功能障礙是HPH形成的重要原因之一。T淋巴細胞、B淋巴細胞、巨噬細胞和其他炎癥細胞浸潤在HPH患者周圍動脈叢狀病變中。在HPH肺血管重塑過程中，炎癥細胞不但涌入血管壁中，而且在肺組織和肺循環(huán)中也可發(fā)現(xiàn)各種炎癥標志物的高表達[22]。HPH患者的炎癥因子水平顯著升高。炎癥因子受核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB調(diào)節(jié)，NF-κB廣泛存在于真核細胞中，是一種屬于“Rel”家族的核轉(zhuǎn)錄因子。NF-κB主要與細胞內(nèi)的信息傳遞有關，調(diào)節(jié)大量基因的表達，對細胞凋亡、病毒復制、腫瘤發(fā)生、炎癥和各種自身免疫性疾病的調(diào)控至關重要。它包含一個RHD域(Rel homology domain, RHD)，通常由RELA(P65)和P50組成。這種異二聚體及其抑制分子IκB(NF-κB抑制劑)在失活狀態(tài)下，在細胞質(zhì)中形成三聚體。激活NF-kB被認為是應激反應的一部分。當上游信號在多種因素包括細胞因子，炎癥介質(zhì)，病原體，氧化應激等的作用下激活IκB時，NF-κB被激活進入核內(nèi)激活免疫反應和細胞分化等過程。NF-κB激活的基因主要含有細胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6、粘附分子，病毒蛋白生長因子，酶等)。在應激反應、炎癥和凋亡的過程中NF-κB發(fā)揮著獨特的作用[23]。TOLL樣受體(Toll-like receptors, TLR)家族參與先天性免疫和獲得性免疫，并激活一些信號通路，其中TLR4/NF-κB信號轉(zhuǎn)導通路參與HPH的發(fā)病機制，TLR4/NF-κB可能反映COPD患者肺動脈高壓的嚴重程度。TLR4/NF-κB信號通路與抗炎和免疫機制密切相關，它在炎癥的發(fā)生和發(fā)展中起著重要的作用[23]。ET-1通過增加血管壁的氧化應激引起炎癥反應，從而誘導血管重塑和內(nèi)皮功能障礙。ET-1顯著增加IκB的磷酸化，降低其對NF-κB的抑制作用；另一方面，它能刺激VSMC產(chǎn)生細胞粘附蛋白1和環(huán)氧合酶2從而刺激血管炎癥反應的發(fā)生[24]。低氧可以誘導炎癥發(fā)生，炎癥又加劇了內(nèi)皮細胞的損傷，使得肺動脈重塑的進程加速，二者形成惡性循環(huán)，ET-1促進了炎癥的發(fā)生，加劇了炎癥的程度，從而促進HPH的進展。

四、ET-1促進心室肥厚及重構

HPH的患者最終死于終末期的右心衰竭。由于肺動脈壓力長期升高，加重右心室后負荷，導致右心室肥厚，右心重構，短期內(nèi)右心尚可代償，長此以往，右心室后負荷進行性升高，導致右心衰竭[25]。右心室壓力超負荷導致早期雙心室纖維化、凋亡、重構和功能障礙，并隨著持續(xù)的右心室壓力升高而惡化[26]。Rho激酶(rho-kinases, ROCKs)參與調(diào)節(jié)多種細胞的多種生物學功能。Rho家族的成員，包括RhoA、Rac1和Cdc42，對細胞遷移至關重要，它們的活動需要緊密協(xié)調(diào)才能允許細胞移動。RhoA是各種細胞外信號的分子開關，參與調(diào)節(jié)前沿膜的突起、移動細胞體和增強尾部的收縮力[27]。ROCK的異常激活可能導致心血管疾病的發(fā)生，包括高血壓和心室肥厚，ROCK激活可能在氧化應激和冠狀動脈功能障礙機制中起核心作用，其機制是增強ET-1對內(nèi)皮細胞的收縮作用和削弱NO介導的血管內(nèi)皮細胞舒張作用。ET-1通過激活PLC途徑和MLCK，增加細胞內(nèi)Ca2+濃度，從而誘導血管收縮，通過激活ROCK延長MLC磷酸化時間。ROCK可以調(diào)節(jié)收縮肌絲的鈣敏感性和磷酸化，從而調(diào)節(jié)平滑肌收縮力。鑒于增加的機械應力(如高血壓)可激活血管壁的ROCK信號，血管平滑肌中ROCK對肌絲收縮動力學的增強可能有助于增強ET-1對血管的收縮[28]。ET-1對心血管的不良影響已被很好地描述，包括肺血管收縮、心室舒張功能受損、并且ET-1可促進心室肥厚和纖維化，因此可作為預防或治療導致右心室功能障礙的心肌重塑和纖維化的藥物靶點[26]。有研究表明，ET阻滯劑(endothelin receptor blockers, ERB)可以減輕右心室重構，這一作用是通過抑制TGF-1信號來改善心肌纖維化和凋亡，與減輕肺血管阻力和右心室后負荷無關。右心系統(tǒng)作為肺動脈高壓直接作用的靶器官，ET-1可以直接作用于右心系統(tǒng)，使右心室發(fā)生纖維化，心肌肥厚，并且損傷左心系統(tǒng)，加劇了HPH的發(fā)展。

ET-1拮抗劑與HPH的治療

HPH目前為止仍舊缺乏有效的治療措施，對于長期居住于高海拔地區(qū)所引起的高海拔地區(qū)肺動脈高壓(high-altitude pulmonary hypertension, HAPH)患者，移居到低海拔地區(qū)，是最為行之有效的方法，無法移居的患者，可以采用氧療的方法，也能使病情得到控制[29]。

但對于治療HPH的藥物研究沒有特別重大的進展。ET-1在HPH的發(fā)生發(fā)展過程中起到了重要的作用，非特異性ETR阻斷劑代表藥物波生坦也被應用于HPH的治療過程中。研究表明，波生坦可有效減輕健康受試者缺氧性肺血管收縮(Hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV)，在低氧環(huán)境下，波生坦可以提高高強度運動有氧運動的能力，有效降低HAPH患者的收縮期肺動脈壓力，與吸氧時的肺動脈壓力相當[30]。低氧期間肺外膜成纖維細胞(pulmonary adventitial fibroblasts, PAFs)表型的變化是低氧性肺血管重塑的基礎，PAFs釋放PASMC有絲分裂原，促進PASMC增殖，而PASMC在低氧刺激中是相對被動的參與者，波生坦與PAFs相互作用中減弱了PASMC的增殖[31]

選擇性ETA阻滯劑和非選擇行ETR受體拮抗劑均可用于降低急性缺氧時的右心室后負荷,甚至可以部分或在某些情況下完全阻止慢性缺氧大鼠肺動脈重構和/或PH的發(fā)展[32]。針對ETAR的免疫治療中，ETRQb-002疫苗和單克隆抗體都顯著降低了缺氧暴露小鼠的右心室收縮壓，通過抑制ET-1引發(fā)的信號轉(zhuǎn)導，有效地減輕了缺氧誘導的肺動脈高壓動物的肺小動脈和右心室重構，降低了右心室收縮壓[33]。ET-1誘導的HPV作用增強，是缺氧時人體最大運動能力的限制因素，因為這會增加右心室后負荷，從而降低最大心輸出量[32]。選擇性內(nèi)皮素A受體拮抗劑西他生坦，對HPV的抑制能夠持續(xù)改善高海拔地區(qū)正常受試者有氧運動能力，西他生坦的肺血管舒張作用在慢性低壓低氧暴露期間持續(xù)存在，部分逆轉(zhuǎn)了低氧誘導的收縮期肺動脈壓力升高，增加氧氣攝取能力[34]。有研究表明ET-1的有效生理拮抗劑胃饑餓素，減弱了低氧誘導的ET-1 mRNA的過度表達，顯著減輕肺動脈高壓、肺血管重塑和右心室肥大的發(fā)展[35]。

近年來，有很多有關于中醫(yī)藥治療HPH的相關研究，與西藥的昂貴的價格相比，中醫(yī)藥的價格更加低廉，且中醫(yī)治療肺動脈高壓歷史悠久。但是由于成分的不確定性，以及機制原理缺乏說服力效果并不是很樂觀。黃芪甲苷是從黃芪中提取的高純度藥物，在中國是一種被廣泛使用的草藥，研究表明黃芪甲苷抑制了缺氧誘導的ET-1和血管緊張素Ⅱ的升高，在HPH大鼠中放松肺動脈環(huán)，并且在缺氧暴露后24小時后顯著抑制PASMC增殖，并以劑量依賴性方式降低了血清TNF-α和IL-6水平，降低肺動脈壓力，有治療HPH的潛力[36]。燈盞花 , 又名燈盞細辛 , 系菊科飛蓬屬植物短葶飛蓬，主要成分為燈盞花乙素 , 其中具有黃酮類成分 , 可以擴張微動脈、改善微循環(huán)、降低血液粘滯度 , 在臨床上主要治療心腦血管缺血性疾病，研究證明燈盞花素可明顯降低低氧大鼠mPAP, 降低血清 ET-1含量水平 ,在治療低氧性肺動脈高壓中取得了較好療效[37]。還有很多相關的中藥治療HPH的研究，其中大部分有治療作用的中藥都可以使ET-1下降。

HPH的發(fā)生發(fā)展是一個非常復雜的過程，并不是單純的幾個因素作用導致的，所以其治療仍然缺乏特效藥物及方法。ET-1雖然在HPH的形成過程中起到了很重要作用，但是單純的針對拮抗ET-1的治療雖然有效果，但其效果不足以根治HPH。因此，在未來的研究中需進一步探索治療HPH的藥物及方式。

結 語

綜上所述，ET-1以其強大的血管收縮作用、促增殖及有絲分裂作用和促炎癥作用在HPH的發(fā)生及進展中起到了重要的推動作用，并且可以直接促進右心室重構，使心肌纖維化、肥厚，造成HPH的進展更加迅速。目前為止HPH仍舊缺乏行之有效的治療方法及特效藥物，ERB在HPH的治療過程中會起到一定的作用，但是仍然不能完全逆轉(zhuǎn)HPH。但針對ET-I及HPH的研究從未停止，希望未來有更有效的治療方法或者藥物。