低氧性肺動(dòng)脈高壓與細(xì)胞凋亡相關(guān)性的研究進(jìn)展

張曉菲 常 榮

(青海大學(xué)研究生，青海 西寧 810001)

·綜述·

低氧性肺動(dòng)脈高壓與細(xì)胞凋亡相關(guān)性的研究進(jìn)展

張曉菲 常 榮1

(青海大學(xué)研究生，青海 西寧 810001)

低氧性肺動(dòng)脈高壓；細(xì)胞凋亡；Bcl-2家族調(diào)節(jié)蛋白

低氧性肺動(dòng)脈高壓(HPH)是長(zhǎng)期缺氧引起的，以漸進(jìn)性肺血管阻力升高為主要特征，導(dǎo)致右心室肥厚和纖維化，進(jìn)一步致右心功能不全和不可逆的右心衰竭，甚至全心衰竭，具有較高的病死率。既往研究闡述了HPH的發(fā)病關(guān)鍵在于缺氧引起的肺血管收縮及肺血管重塑，可能涉及血管有肺靜脈〔1〕及肺動(dòng)脈的中膜平滑肌細(xì)胞和外膜成纖維細(xì)胞，但不包括肺動(dòng)脈的內(nèi)膜內(nèi)皮細(xì)胞〔2〕。其中，肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖是HPH的主要環(huán)節(jié)。有的研究考慮肺血管重塑的重要因素之一是由細(xì)胞增殖與凋亡水平失衡引起的〔3〕。在Bcl-2家族基因中，包括細(xì)胞凋亡促進(jìn)基因和抑制基因，二者比率是影響細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵。所以，通過(guò)抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)凋亡成為防治HPH的一種可能，為治療提供思路。

1 HPH的發(fā)病機(jī)制

1.1低氧誘導(dǎo)因子家族(HIFs) 目前發(fā)現(xiàn)的成員主要包括HIF-1、HIF-2和HIF-3，均屬于異源二聚體，由氧敏感α 亞基(HIF-1α，HIF-2α，HIF-3α)和氧不敏感β亞基構(gòu)成。HIFs在HPH形成中的作用機(jī)制比較復(fù)雜，目前主要是HIF-1α、HIF-2α在低氧條件下通過(guò)增加誘導(dǎo)性一氧化氮(NO)合酶、腎上腺髓質(zhì)素、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、血紅素氧合酶1、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1等目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄及其表達(dá)，導(dǎo)致肺動(dòng)脈平滑肌增殖，肺動(dòng)脈成纖維細(xì)胞肌纖維化〔4〕。李啟芳等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)HIFs亞基之間的動(dòng)態(tài)表達(dá)明顯不同，可能在HPH發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Angelini等〔6〕發(fā)現(xiàn)通過(guò)促進(jìn)炎癥反應(yīng)和趨化現(xiàn)象的微環(huán)境形成，這個(gè)過(guò)程中增加的生長(zhǎng)因子和趨化因子可能導(dǎo)致肺血管重塑，因此HIFs可通過(guò)多種途徑直接或間接影響平滑肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能。

1.2內(nèi)皮細(xì)胞分泌的血管因子 位于肺血管內(nèi)腔表面的具有屏障作用和內(nèi)分泌功能的內(nèi)皮細(xì)胞,在誘導(dǎo)條件下可分泌血管活性因子如內(nèi)皮素(ET)-1、NO、血栓素(TX)A2、5-羥色胺(HT)、前列環(huán)素(PGIs)等，以旁分泌的方式通過(guò)內(nèi)皮素途徑、NO途徑、前列環(huán)素途徑等作用于肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞〔7〕。在低氧的條件下通過(guò)使誘導(dǎo)性NO合酶合成受阻、降低NO的生物利用度、ET-1受體表達(dá)上調(diào)、PGl2的生成減少、增加TXA2與5-HT的產(chǎn)生來(lái)參與調(diào)節(jié)血管壁的緊張度、平滑肌細(xì)胞增殖、遷移、炎癥反應(yīng)及血栓形成等〔8～12〕，從而導(dǎo)致肺動(dòng)脈壓力增高。

1.3炎癥反應(yīng) 低氧環(huán)境下炎性細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞、T和B淋巴細(xì)胞及肥大細(xì)胞等)的聚集及其分泌的炎性細(xì)胞因子、趨化因子、黏附分子等可導(dǎo)致肺血管損傷及肺血管的過(guò)度增殖,從而導(dǎo)致肺血管重塑〔13〕。

1.4細(xì)胞凋亡(apoptosis) 即細(xì)胞程序性死亡，是由體內(nèi)外危險(xiǎn)因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)原有的死亡流程而導(dǎo)致的細(xì)胞自殺過(guò)程。目前已經(jīng)挖掘到許多基因?qū)?xì)胞凋亡均有直接或間接的調(diào)控作用，如天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(caspases)、銜接蛋白、死亡受體和Bcl-2家族調(diào)節(jié)蛋白、p53、凋亡抑制蛋白、c-myc等,這些主要通過(guò)4種凋亡途徑作用的，即死亡受體介導(dǎo)的外部途徑、 內(nèi)部線粒體途徑、 B粒酶介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑。低氧環(huán)境刺激下，可在分子水平由一系列基因調(diào)控促凋亡和抗凋亡的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞增殖增加，細(xì)胞凋亡減少可增加肺小動(dòng)脈壁的厚度，使肺動(dòng)脈管腔縮窄，肺血管阻力增加，肺動(dòng)脈壓升高。目前已知在細(xì)胞凋亡中線粒體途徑最重要的調(diào)控因子、起關(guān)鍵性調(diào)節(jié)者是Bcl-2家族調(diào)節(jié)蛋白〔14〕。

2 細(xì)胞凋亡途徑在HPH形成中的作用

2.1線粒體途徑 在生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)促進(jìn)細(xì)胞凋亡和抑制細(xì)胞凋亡的蛋白相互存在，通過(guò)感知細(xì)胞壓力和應(yīng)答來(lái)維持線粒體膜的完整性，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)凋亡刺激因子如氧化應(yīng)激過(guò)度、缺氧、生長(zhǎng)因子減少等作用下，Bcl-2 蛋白家族的Bax、Bak等受到激活，結(jié)合到線粒體外膜，在膜上形成線粒體內(nèi)部通向胞質(zhì)的孔道，即線粒體外膜透化作用(MMP)，破壞了線粒體膜的完整性，使存在線粒體內(nèi)部一些蛋白如半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶激活劑、細(xì)胞色素C等進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)〔15〕，從而激活caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，執(zhí)行細(xì)胞凋亡。

2.2Bcl-2家族參與線粒體途徑，與HPH形成的相關(guān)性

2.2.1Bcl-2家族調(diào)節(jié)蛋白 Lindsten等〔16〕研究表明，Bcl-2家族成員由促細(xì)胞凋亡和抑細(xì)胞凋亡的成員組成。Bcl-2家族成員共含有4個(gè)同源結(jié)構(gòu)域(BH1-4)，抗凋亡的Bcl-2蛋白均含有這4個(gè)BH結(jié)構(gòu)域，促凋亡的Bcl-2蛋白分為含“BH123多結(jié)構(gòu)域”的效應(yīng)蛋白(BAX、BAK)和“僅有BH3”的蛋白 (如BID，BAD，BIM,BIK,BMF,HRK,PUMA等)〔17〕。其中，Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W、Bcl-2相關(guān)蛋白A1、骨髓細(xì)胞白血病蛋白1和Bcl-B為主要的抗凋亡蛋白，主要作用于線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核膜；Bax和Bak為主要的促凋亡蛋白，游離在胞質(zhì)中?？沟蛲龅鞍缀痛俚蛲龅鞍自诩?xì)胞中處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，并相互拮抗，維持線粒體膜的完整性。

線粒體途徑引起細(xì)胞凋亡的起始核心是Bax、Bak的寡聚化。在生理狀態(tài)下，Bax以單體或Bax/Bcl-xl異二聚體的形式位于胞質(zhì)內(nèi)或松散地吸附在線粒體外膜上,Bax與Bcl-xl結(jié)構(gòu)相似，中央的疏水螺旋結(jié)構(gòu)a5(BH3區(qū)域)被周?chē)?個(gè)的兩性螺旋結(jié)構(gòu)(除α5的α1～α9)所包饒，即BH1、BH2和BH3區(qū)域相互靠近形成一個(gè)疏水槽，最終被C-基端尾(α9)所覆蓋，將BH3區(qū)域緊緊包圍，阻礙了促凋亡活性。而B(niǎo)ak是吸附在線粒體外膜上的。在細(xì)胞內(nèi)凋亡刺激因子作用下，磷酸化的Bad從Bax/Bcl-xl異二聚體中置換釋放促凋亡的Bax，使Bax構(gòu)象改變，通過(guò)α1的暴露、BH3區(qū)域短暫露出、嵌入式單體的距離縮短，形成Bax/Bax、Bak/Bak、Bax/Bak二聚體，這些二聚體使線粒體膜通透性增強(qiáng)而致使線粒體內(nèi)部一些蛋白如第二線粒體來(lái)源的半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶激活劑(Smac/DIABLO)、細(xì)胞色素C等釋放至胞質(zhì)中，通過(guò)結(jié)合凋亡蛋白酶激活因子-1和caspase-9后,再激活caspase-3,從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡〔18〕。

而B(niǎo)cl-2蛋白通過(guò)結(jié)合促細(xì)胞凋亡蛋白(Bax、Bak)的BH3結(jié)構(gòu)域，來(lái)抑制線粒體外膜的通透性(MOMP)改變，進(jìn)而發(fā)揮抗凋亡作用；而“僅有BH3”蛋白中的Bid、Bim可以直接通過(guò)激活Bax和Bak蛋白，使其寡聚化，引起MOMP過(guò)程，促進(jìn)細(xì)胞凋亡的進(jìn)行〔19〕，也被認(rèn)為是線粒體途徑的發(fā)起者。

2.2.2Bcl-2家族蛋白的表達(dá)與HPH形成的相關(guān)性 Bcl-2 家族蛋白在刺激因素下通過(guò)構(gòu)象的改變，控制著線粒體膜的通透性變化，是線粒體凋亡途徑的關(guān)鍵〔20〕，在細(xì)胞凋亡與增殖中發(fā)揮一定的作用。在HPH的許多相關(guān)動(dòng)物試驗(yàn)中〔21～27〕，增殖和凋亡現(xiàn)象共存在于HPH大鼠的肺血管細(xì)胞中，低氧組的Bcl-2表達(dá)明顯增多，Bax表達(dá)明顯抑制，最終引起肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的增殖、重塑。其主要機(jī)制不清楚，可能為：慢性缺氧刺激下，可阻斷線粒體細(xì)胞色素C介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。通過(guò)Bcl-2過(guò)度表達(dá)來(lái)抑制Bax的表達(dá)，從而使抗凋亡表達(dá)增加、促凋亡表達(dá)減低，導(dǎo)致肺動(dòng)脈平滑肌的增殖、重塑。

3 討 論

細(xì)胞凋亡與增殖的失衡在HPH肺血管重塑中有重要作用。HPH目前沒(méi)有特異性治療方法，Zhang等〔26〕研究香芹酚在低氧環(huán)境下通過(guò)抑制Bcl-2的表達(dá)、減少procaspase-3表達(dá)進(jìn)而使caspase-3激活減少、抑制ERK1/2和PI3K/Akt通路，在某種程度上通過(guò)線粒體途徑可抑制肺血管重塑，促進(jìn)PASMC凋亡。所以，HPH的一種新的治療方案可能通過(guò)抑制肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的增殖和促進(jìn)其凋亡來(lái)預(yù)防和(或)逆轉(zhuǎn)血管的重塑，以防疾病的進(jìn)一步惡化。

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〔2017-03-11修回〕

(編輯 袁左鳴)

R563.9

A

1005-9202(2017)18-4665-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2017.18.111

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.81360301)

1 青海省人民醫(yī)院心血管內(nèi)科

常 榮(1973-)，女，主任醫(yī)師，主要從事心臟起搏與電生理臨床工作，高原心血管病基礎(chǔ)與臨床研究。

張曉菲(1989-)，女，在讀碩士，主要從事心臟起搏與電生理臨床工作，高原心血管病基礎(chǔ)與臨床研究。