骨橋蛋白與低氧性肺動脈高壓血管重塑

劉川川，王生蘭

（青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院，青海 西寧 810001）

骨橋蛋白與低氧性肺動脈高壓血管重塑

劉川川，王生蘭*

（青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院，青海 西寧 810001）

低氧性肺動脈高壓（Hypoxia-induced Pulmonary Hypertension，HPH）是多種慢病高原病發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響疾病的病程和預(yù)后，其主要特點是在低氧刺激下引起肺血管收縮和肺血管結(jié)構(gòu)重建，這種改變在很大程度上是不可逆的。而在肺血管結(jié)構(gòu)重建過程中，肺血管平滑肌細(xì)胞的增殖和凋亡失衡有著至關(guān)重要的作用。骨橋蛋白（Osteopontin，OPN）作為一種多功能的糖基化蛋白，可在多種細(xì)胞中表達(dá)。作為一種新的細(xì)胞因子，骨橋蛋白參與組織代謝、細(xì)胞生長轉(zhuǎn)移、免疫調(diào)節(jié)、傷口愈合、腫瘤進(jìn)展等多種生命過程。雖然OPN在血管重塑中作用研究甚多，但OPN和血管平滑肌細(xì)胞增殖之間的聯(lián)系在低氧引起血管重塑中的作用研究甚少。本文就OPN和肺動脈平滑肌細(xì)胞（Pulmonary artery smooth muscle cells，PASMCs）增殖在HPH形成中的作用作一綜述。

低氧性肺動脈高壓；骨橋蛋白；PASMCs；血管重塑

1 骨橋蛋白的結(jié)構(gòu)特點

OPN是一種帶負(fù)電的非膠原性骨基質(zhì)糖蛋白，其相對分子質(zhì)量約為44 kDa，由天冬氨酸、絲氨酸和谷氨酸等氨基酸殘基組成。氨基

酸序列分析顯示，其結(jié)構(gòu)中含有一特殊的RGD序列（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）、1個鈣離子結(jié)合位點和1個凝血酶酶切位點和1個基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）結(jié)合區(qū)[1]。其中發(fā)揮粘附功能的關(guān)鍵區(qū)域是RGD序列，且編碼該序列的50個氨基酸具有高度序列保守性，通過該序列結(jié)合整合素受體如 αvβ1、αvβ3、αvβ5、αvβ6、α8β1、α5β1等。由于剪切和翻譯后修飾的作用，其分子量范圍從44到75 kDa變化。骨橋蛋白除了與整合素相互作用外，OPN也能與CD44的剪接變體結(jié)合，特別是V6和V7作用，但OPN特異性結(jié)合區(qū)的作用仍不十分清楚。研究發(fā)現(xiàn)，骨橋蛋白結(jié)構(gòu)兩端分別存在不同的功能：氨基端介導(dǎo)外分泌，羧基端參與黏附功能，同時與完整骨橋蛋白分子相比，含有RGD序列片段較缺乏RGD序列的氨基片段黏附功能增強(qiáng)。通過免疫共沉淀研究發(fā)現(xiàn)骨橋蛋白還可與波形蛋白和髓樣分化因子（MyD88）相互作用[2]，參與維持細(xì)胞骨架的完整性并可激活NF-κB等多條信號途徑。

2 骨橋蛋白基因調(diào)節(jié)及生理功能

人OPN基因定位于染色體4q13，為單一編碼基因，由7個外顯子和6個內(nèi)含子組成。不同動物的多種組織都能表達(dá)OPN，多種體液中也發(fā)現(xiàn)OPN的存在[3]。骨橋蛋白在不同的組織細(xì)胞中通過復(fù)雜的信號途徑調(diào)控細(xì)胞的增殖及凋亡過程。已研究發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)OPN表達(dá)的因素有：①低氧：低氧可以刺激心血管系統(tǒng)中的血管平滑肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、血管成纖維細(xì)胞等高表達(dá)OPN[4]；②高濃度葡萄糖：高濃度葡萄糖可通過p38途徑促進(jìn)缺氧刺激下的大鼠血管平滑肌細(xì)胞高表達(dá)OPN蛋白[5]；③致炎因子：巨噬細(xì)胞激活分泌OPN增加，同時OPN的表達(dá)增加驅(qū)動單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的趨化活性和分化及增殖的能力[6]。④細(xì)胞因子：腫瘤壞死因子（TNF-α）、PDGF、堿性成纖維生長因子（βFGF）、轉(zhuǎn)化生長因子β（TGFβ）和血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）等因子均能刺激OPN基因的激活表達(dá)。

OPN 的主要生理作用包括:①促進(jìn)細(xì)胞黏附、遷移：OPN特有的RGD序列能與整合素受體結(jié)合，促使局部黏著斑激酶（FAK）磷酸化，級聯(lián)激活下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，調(diào)控細(xì)胞的增殖、遷移、凋亡過程。②促血管生長作用：缺氧刺激引起OPN蛋白表達(dá)增加，同時在OPN刺激下可加快內(nèi)皮細(xì)胞的遷移進(jìn)程，并與血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）共同促進(jìn)新生血管著床。③細(xì)胞免疫反應(yīng)：OPN的表達(dá)增加驅(qū)使單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞向炎癥部位移動，發(fā)揮其免疫作用。④抑制細(xì)胞凋亡作用：OPN與整合素β3特異性結(jié)合，通過復(fù)雜的信號傳遞，促使AKT磷酸化激活NF-κB途徑，從而調(diào)控細(xì)胞的凋亡過程。

3 骨橋蛋白與HPH

涉及血管壁重塑的各種因素包括炎癥細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和VSMC，而血管平滑肌細(xì)胞增殖的增加被認(rèn)為是低氧下血管重塑發(fā)生的主要原因。當(dāng)血管發(fā)生損傷或遇到低氧等刺激因素時，中膜血管平滑肌細(xì)胞由正常收縮表型向合成表型轉(zhuǎn)化，而外膜成纖維細(xì)胞受到刺激向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，引起各層細(xì)胞結(jié)構(gòu)重新排布，血管腔大改變，血液流動阻力增加，發(fā)生在肺血管最終將導(dǎo)致肺動脈壓力升高。

3.1 OPN在HPH平滑肌細(xì)胞增生和內(nèi)膜形成中作用

早期研究證實慢性低O2高CO2刺激能夠誘導(dǎo)大鼠肺動脈OPN 基因及其蛋白表達(dá)增強(qiáng)，且OPN的表達(dá)與HPH形成關(guān)系密切。研究發(fā)現(xiàn)[7]，血管平滑肌細(xì)胞中OPN基因啟動子區(qū)域的甲基化影響可能誘導(dǎo)OPN基因的表達(dá)增強(qiáng)，而高表達(dá)OPN反過來促進(jìn)血管內(nèi)膜的新生；血管內(nèi)膜剝除大鼠在給予抗OPN抗體后，血管內(nèi)皮細(xì)胞的增生明顯受到抑制。Jang MA等人[8]研究發(fā)現(xiàn)，低氧刺激高表達(dá)OPN能促進(jìn)VSMC的增殖，并且發(fā)現(xiàn)減弱OPN表達(dá)后能明顯抑制VSMC的增殖，這些研究都表明低氧刺激促進(jìn)OPN的表達(dá)，而高表達(dá)的OPN調(diào)節(jié)血管重塑。

3.2 OPN促進(jìn)HPH肌成纖維細(xì)胞的形成

肺動脈中膜平滑肌層的增厚除了PASMCs的增殖和肥大外，還 表現(xiàn)為外膜成纖維細(xì)胞（Adventitial fibroblast，AF）增殖活躍并轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞（Myofibroblast，MF），并向中膜和內(nèi)膜遷移導(dǎo)致血管壁重塑。Adil Anwar等人[9]發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺氧形成肺動脈高壓的小牛AF中OPN的表達(dá)明顯增高，并且表現(xiàn)出向MF轉(zhuǎn)化的高增殖、遷移和侵襲的特征，而通過特異性siRNA沉默OPN的表達(dá)后，這種特征明顯減弱，且該過程主要通過ERK1/2和Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑實現(xiàn)。OPN依賴的AF的激活可以通過OPN對AF的直接和間接[10]實現(xiàn)：直接作用表現(xiàn)為OPN反義基因明顯減弱低氧誘導(dǎo)外膜成纖維細(xì)胞向MF轉(zhuǎn)化和遷移能力，間接作用表現(xiàn)為OPN通過活化MAPK通路激活血管成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化和向內(nèi)膜遷移。

4 OPN參與HPH血管重構(gòu)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

OPN通過其特異性的RGD序列與細(xì)胞表面整合素受體結(jié)合，通過使FAK磷酸化而激活，F(xiàn)AK激活后在細(xì)胞的增殖、遷移過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。而在HPH肺血管重塑中FAK激活后主要有以下幾條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。

4.1 RAS-MAPK途徑

MAPK是一類擁有雙重磷酸化（Ser和Tyr）能力的蛋白激酶。在心血管系統(tǒng)中FAK蛋白的Tyr925磷酸化通過與Grb2結(jié)合，再與相關(guān)接頭分子結(jié)合成復(fù)合物，促使GTP取代Ras上的GDP，使Ras由失活狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ顮顟B(tài)，從而活化Ras-MAPK途徑，磷酸化相關(guān)下游因子調(diào)節(jié)血管結(jié)構(gòu)重塑過程。低氧刺激可引起PASMCs表達(dá)血管緊張素Ⅱ增加，引起肺血管的明顯收縮；同時血管緊張素Ⅱ可以調(diào)節(jié)miR-143/145基因簇，通過RAS-MAPK信號通路促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞OPN的表達(dá)[11]。Sandra等人[12]通過使用FAK抑制劑后，發(fā)現(xiàn)OPN的表達(dá)被明顯抑制，且該過程通過RAS-MAPK信號通路途徑實現(xiàn)。

4.2 FAK的信號

FAK蛋白的Tyr397磷酸化而激活，接受整合素激活所觸發(fā)的信號，并與Src等下游信號分子的SH2結(jié)構(gòu)域相偶聯(lián)，通過催化其磷酸化而將來自整合素的信號向下游傳導(dǎo)，并通過復(fù)雜的信號級聯(lián)傳遞激活RAS-MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

4.3 FAK-STAT1信號通路

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（Signal trans- duction and activator of transcription，STAT）通路對許多生物過程的調(diào)節(jié)至關(guān)重要，能將細(xì)胞表面的信號直接傳遞至細(xì)胞核實現(xiàn)轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程。研究發(fā)現(xiàn)[13]，在STAT的多個亞型分子中，STAT1可與FAK直接結(jié)合發(fā)生磷酸化而被活化，而其它亞型分子不具備這種結(jié)合特性，其主要依賴于FAK的羧基端結(jié)構(gòu)域。FAK-STAT1激活的下游基因調(diào)控過程仍不清楚，研究發(fā)現(xiàn)[14]，STAT1活化后可能激活細(xì)胞因子誘導(dǎo)的SH2包含蛋白（CISH），導(dǎo)致細(xì)胞粘附能力下降和遷移能力增強(qiáng)，調(diào)控細(xì)胞的生長、增殖。

4.4 PI3K信號通路

PI3K是一種胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶，且PI3K本身具有絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）雙重激酶活性的胞內(nèi)信號蛋白，也具有磷脂酰肌醇激酶的活性。FAK與PI3K結(jié)合是通過FAK的Tyr397與PI3K p85亞基的SH2結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合，在Rho家族的參與下，PI3K被激活，進(jìn)而通過AKT磷酸化一系列下游分子及通路如Bcl-2、Caspase-9、p53及NF-κB通路，介導(dǎo)平滑肌細(xì)胞的生存和凋亡。而PTEN作為該信號通路中的一個關(guān)鍵酶，具有與PI3K相反的功能：使PIP3去磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)镻IP2，從而減弱AKT活化調(diào)控的下游事件，實現(xiàn)PI3K通路的負(fù)性調(diào)節(jié)，抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Tsai CH等人[15]研究證實，使用整合素β3和PI3K抑制劑均能顯著抑制VSMCs中OPN的表達(dá)，而在過表達(dá)PTEN能明顯抑制PI3K/ AKT通路的激活，通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制細(xì)胞增殖抑制新生內(nèi)膜的增生。

5 結(jié) 論

綜上所述，相關(guān)研究已證實骨橋蛋白在HPH血管重塑過程中起著重要作用。本課題組近期的研究也顯示，特異性小干擾RNA抑制OPN的表達(dá)后大鼠肺動脈壓力明顯下降，說明OPN有可能作為治療低氧性肺動脈高壓相關(guān)疾病的重要靶點。然而，OPN調(diào)控低氧刺激下肺血管重塑的機(jī)制仍不清楚，OPN與VEGF、低氧誘導(dǎo)因子（HIF-1）等調(diào)控血管生成因子間是否存在相關(guān)聯(lián)系，這些問題都需要更多的研究闡明。

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本文編輯：王雨辰

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