低氧性肺動脈高壓病理機(jī)制與治療藥物研究進(jìn)展

王建美，袁天翊，高 麗，秦雪梅，杜冠華

(1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥物研究所，北京市藥物靶點研究與新藥篩選重點實驗室，北京 100050；2.山西大學(xué)中醫(yī)藥現(xiàn)代研究中心，山西 太原 030006)

肺動脈高壓(pulmonary hypertension， PH)是由多種發(fā)病機(jī)制引起肺血管結(jié)構(gòu)和功能改變，從而導(dǎo)致肺動脈壓力超過一定界值的一種疾病狀態(tài)。其診斷標(biāo)準(zhǔn)為：在海平面(不同海拔高度可換算成海平面)，靜息狀態(tài)下，右心導(dǎo)管法測肺動脈平均壓(mean pulmonary artery pressure， mPAP)≥25 mmHg[1]。2018年召開的第六屆世界肺動脈高壓大會上將PH分為五類，其中第三類就是肺部疾病和(或)低氧相關(guān)性肺動脈高壓。

低氧性肺動脈高壓(hypoxic pulmonary hypertension， HPH)多發(fā)于慢性阻塞性肺疾病、間質(zhì)性肺疾病和睡眠呼吸障礙患者，是一種由長期缺氧引起的肺動脈高壓。HPH臨床主要表現(xiàn)為勞動性呼吸困難、乏力暈厥等，有時還會引發(fā)心絞痛。臨床病理特征為右心超負(fù)荷、右心室肥大等，嚴(yán)重的患者可出現(xiàn)右心衰竭，甚至死亡。

PH病理機(jī)制復(fù)雜，主要病理變化表現(xiàn)為肺血管持續(xù)性收縮引起的肺動脈張力增加，肺動脈內(nèi)膜增生與中膜肥厚，導(dǎo)致的管腔狹窄。目前，已上市的治療藥物缺乏對HPH的針對性，因此，結(jié)合HPH的病理特點，尋找具有針對性的藥物靶點和治療藥物，是治療HPH的重要需求。本文綜述HPH的病理機(jī)制、治療藥物及新藥研發(fā)進(jìn)展，以期為新藥開發(fā)和拓展藥物新用途提供思路。

1 HPH病理機(jī)制

目前，普遍被認(rèn)可的HPH的病理機(jī)制包括低氧刺激肺血管持續(xù)性收縮和不可逆重塑，所涉及的細(xì)胞結(jié)構(gòu)包括血管內(nèi)膜中的肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞(pulmonary artery endothelial cells， PAECs)和血管中膜中的肺動脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary artery smooth muscle cells， PASMCs)。當(dāng)?shù)脱醢l(fā)生時，肺血管收縮成為HPH發(fā)生的病理生理基礎(chǔ)，占據(jù)HPH前期主要地位；而持續(xù)的收縮將導(dǎo)致肺血管發(fā)生不可逆重塑，成為HPH發(fā)展且難以治愈的主要原因。

1.1 低氧性肺血管持續(xù)收縮在機(jī)體缺氧初期，發(fā)生代償適應(yīng)性肺血管收縮，其生理意義在于減少缺氧肺泡周圍的血流，使這部分血流轉(zhuǎn)向通氣充分的肺泡。但長期缺氧會使機(jī)體產(chǎn)生一種病理狀態(tài)，導(dǎo)致肺動脈壓力升高，最終發(fā)展成為肺動脈高壓。其機(jī)制可能是缺氧刺激PAECs，引發(fā)內(nèi)皮功能障礙，內(nèi)皮素-1(endothelin-1， ET-1)和血栓素(thromboxanA2， TXA2)分泌增加，一氧化氮(nitric oxide， NO) 和前列環(huán)素(prostacyclin， PGI2)分泌減少，導(dǎo)致血管持續(xù)性收縮。同時，ET-1又可通過旁分泌的方式刺激PASMCs，使得細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高引起血管收縮。

1.1.1缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α， HIF-1α)與肺血管持續(xù)收縮 HIF是一種調(diào)節(jié)氧穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)錄因子，研究發(fā)現(xiàn)HIF可通過激活多種信號分子引起肺血管持續(xù)性收縮，從而誘發(fā)HPH[2]。 HIF家族中的HIF-1α和HIF-2α均對HPH有影響，其中HIF-1α作用更加廣泛，不僅誘導(dǎo)肺血管持續(xù)性收縮還影響肺血管重塑。

在PAECs中，短暫的缺氧會促使HIF-1α刺激ET-1分泌，ET-1與ET-B受體相結(jié)合促進(jìn)NO釋放。但PAECs長期缺氧時，ET-1會抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase， iNOS)表達(dá)，NO釋放減少，引起血管收縮。在PASMCs中，HIF-1α通過抑制電壓門控鉀通道(voltage-gated K+， Kv)開放，促進(jìn)PASMCs去極化和鈣通道開放，使得Ca2+內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，從而引起肺血管收縮。此外，HIF-1α還可通過刺激瞬時受體電位陽離子通道(transient receptor potential channel， TRPC)高表達(dá)，誘導(dǎo)肺血管收縮[3]。

Fig 1 Mechanism of HIF-1α in pathological processof hypoxic pulmonary hypertension

1.1.2內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase， eNOS)與肺血管持續(xù)收縮 eNOS可以特異性催化L-精氨酸生成L-瓜氨酸，同時釋放NO，于1991年首次被Forstermann和Pollock在內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。在肺臟中，NO由PAECs釋放，經(jīng)擴(kuò)散到達(dá)PASMCs，激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(soluble guanylate cyclase， sGC)，促使三磷酸鳥苷酸(GMP)轉(zhuǎn)化成環(huán)磷酸鳥苷酸(cGMP)，從而舒張血管。缺氧發(fā)生時，eNOS活性降低，使得NO釋放減少，血管舒張作用減弱。

1.1.315-脂氧合酶(15-lipoxygenase， 15-LO)與肺血管持續(xù)收縮 15-LO是一種催化脂質(zhì)過氧化物生成的關(guān)鍵酶，可以催化花生四烯酸產(chǎn)生15-羥基二十碳四烯酸(15-hydroxyeicosatetraenoic acid， 15-HETE)。研究發(fā)現(xiàn)，15-LO和15-HETE在HPH的病理進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用。在缺氧時，15-LO的活性增強(qiáng)，底物15-HETE水平升高。

在PAECs中，15-HETE通過抑制eNOS的活性，或激活Rho 相關(guān)絲氨酸/蘇氨酸激酶(Rho-associated serine/threonine kinase， ROCK)通路，以及細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2 (extracellular signal-regulated kinase 1/2， ERK1/2)，引起肺血管收縮。在PASMCs中，15-HETE則是通過抑制Kv開放，或激活L型Ca2+通道，從而引起肺血管收縮[4]。此外，在PASMCs中，15-HETE還可促進(jìn)細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)肺血管重塑。

1.2 肺血管重塑在HPH的病程中，肺血管重塑發(fā)揮著重要作用，易造成不可逆性肺動脈高壓。肺血管重塑主要表現(xiàn)為肺動脈內(nèi)皮增厚、肺小動脈肌化、管腔狹窄和PASMCs異常增殖等。影響肺血管重塑的因素包括HIF-1α、炎癥因子、細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換、骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號、微小RNA和糖酵解等。

1.2.1HIF-1α與肺血管重塑 HIF-1α通過激活下游信號通路，促進(jìn)細(xì)胞增殖和表型轉(zhuǎn)換。在PAECs中，白介素-33(interleukin-33， IL-33)與其受體ST2結(jié)合激活HIF-1α，進(jìn)而促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子-A(vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A)釋放，加快肺血管生成與重塑[5]。在PASMCs中，免疫球蛋白超家族成員黏附分子CD-146通過激活NF-κB，促進(jìn)HIF-1α轉(zhuǎn)錄，同時，HIF-1α正反饋于CD-146，誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，引起肺血管重塑。

研究表明CD-146-HIF-1α存在交叉調(diào)節(jié)，在調(diào)控PASMCs向合成表型轉(zhuǎn)化和誘導(dǎo)細(xì)胞遷移中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[6]。另有研究表明，在缺氧時，HIF-1α可通過激活P-選擇素來促進(jìn)PASMCs由收縮型向增殖表型轉(zhuǎn)化。此外，HIF-1α還可通過破壞腦-腸-肺軸平衡、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-converting enzyme， ACE)和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme-2， ACE-2)之間的平衡，誘導(dǎo)肺血管重塑。

1.2.2炎癥因子與肺血管重塑 炎癥因子與PH的發(fā)生密切相關(guān)，在PH中，炎癥因子首先損傷的是PAECs，隨后促進(jìn)PASMCs增殖導(dǎo)致肺血管重塑。在低氧情況下，PAECs中白介素-17(interleukin-17， IL-17)表達(dá)增加，激活Wnt3a/β-catenin/細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1， CCND1)信號通路，加快血管新生、細(xì)胞增殖與粘附[7]。在PASMCs中，缺氧通過激活caspase-1/IL-18/IL-6/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription3， STAT3)通路，促進(jìn)細(xì)胞增殖[8]。此外，白介素-1β(interleukin-1β， IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α， TNF-α)等炎癥因子表達(dá)水平的升高，也可能會影響肺血管重塑。

1.2.3細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換與肺血管重塑 細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化是肺血管重塑的重要特征之一，主要表現(xiàn)為細(xì)胞增殖能力增強(qiáng)和特異性收縮蛋白表達(dá)水平降低。半乳糖凝集素家族-3(galectin-3， Gal-3)是凝集素家族的重要成員，廣泛參與HPH的發(fā)生發(fā)展。在缺氧時，Gal-3表達(dá)增加，促進(jìn)PAECs內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial-mesenchymal transition， EndMT)，同時還可引起PASMCs增殖和表型轉(zhuǎn)換[9]。

此外，在PAECs中，低氧抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體2(bone morphogenetic protein receptor type 2， BMPR2)和Smad1/5的表達(dá)，誘導(dǎo)EndMT。在PASMCs，低氧通過抑制lncRNA CASC2的表達(dá)，促進(jìn)PASMCs增殖和遷移，同時也誘導(dǎo)PASMCs由收縮型向合成型轉(zhuǎn)化。

1.2.4微小RNA(microRNA， miRNA)與肺血管重塑 miRNA是一種非編碼RNA，從表觀遺傳學(xué)上參與HPH，參與多種細(xì)胞信號通路的調(diào)節(jié)。在PAECs中，miR-27a通過抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白信號(bone morphogenetic protein， BMP)轉(zhuǎn)導(dǎo)，減弱了DNA結(jié)合抑制因子2(inhibitior of DNA binding， Id2)對Snail 和Twist的抑制作用，誘導(dǎo)EndMT[10]。在PASMCs中，低氧通過抑制miR150的表達(dá)，激活蛋白質(zhì)絲氨酸蘇氨酸激酶(protein-serine-threonine kinase， Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin， mTOR)通路，促進(jìn)細(xì)胞增殖[11]。此外，miR-26b的表達(dá)降低，可激活血清響應(yīng)因子(SRP)和結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor， CTGF)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期由G0/G1期向S期轉(zhuǎn)換，促進(jìn)PASMCs增殖[12]。

1.2.5其他信號通路參與肺血管重塑 PASMCs異常增殖是引起肺血管重塑的重要原因之一，在PASMCs中，多種信號通路通過影響細(xì)胞增殖參與肺血管重塑。如：BMP2/轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β， TGF-β)-Smad通路[13]，磷酸肌醇3-激酶 (phosphatidylinositol-3-kinases， PI3K)-叉頭框蛋白M1(forkhead box protein M1， FoxM1)通路，PI3K/Akt和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase， MAPK) / ERK1/2通路，氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase， JNK) -STAT3-TGFβ-IL6通路和腺苷酸活化蛋白激酶α2(adenosine monophosphate-activated protein kinase α2， AMPKα2) -mTOR通路等。此外，低氧可促進(jìn)PASMCs中己糖激酶2(hexokinase-2，HK2)的表達(dá)[14]，激活糖酵解誘導(dǎo)肺血管重塑。

另有研究表明，PH還伴隨著肺組織纖維化[15]。細(xì)胞焦亡(pyroptosis)是近年來發(fā)現(xiàn)并證實的一種壞死性和炎癥性的新的細(xì)胞程序性死亡方式。在PASMCs中，低氧誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因蛋白-1 (glioma-associated oncogene family zinc finger 1， GLI1 )高表達(dá)，激活細(xì)胞凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like， ASC)，促進(jìn)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3 (nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3， NLRP3)、Caspase-1和IL-18的表達(dá)，引起細(xì)胞焦亡。當(dāng)細(xì)胞焦亡發(fā)生時，肺部組織發(fā)生纖維化，相關(guān)研究表明，細(xì)胞焦亡可能與HPH的發(fā)生密切相關(guān)[16]。同時，細(xì)胞凋亡也與肺組織纖維化密切相關(guān)，據(jù)報道，HPH發(fā)生時伴隨著PAECs凋亡。

2 治療藥物及藥物作用靶點

目前，HPH的臨床治療藥物主要以舒血管藥物為主，但因缺乏具有肺動脈特異性的藥物，治療效果不佳。根據(jù)《中國肺動脈高壓診斷與治療指南(2021版)》提示，目前PH的治療手段有多種，包括一般措施、基礎(chǔ)治療、特異性治療、靶向藥物聯(lián)合治療和藥物間相互作用、球囊房間造口術(shù)及肺移植和心肺聯(lián)合移植等。但臨床上，PH的治療主要以藥物治療為主。

目前，臨床應(yīng)用的治療藥物主要分為三大類：前列腺素I2受體激動劑，內(nèi)皮素受體拮抗劑和磷酸二酯酶5抑制劑[17]。這些藥物的主要作用都在于抑制肺血管收縮，對肺血管重塑影響較小。近年來的研究表明，肺血管重塑在HPH中占據(jù)著重要地位，抑制或延緩肺血管重塑成為HPH治療藥物研發(fā)的重要策略。

2.1 肺動脈高壓的臨床治療藥物現(xiàn)狀見Tab 1。

Tab 1 Approved anti-pulmonary hypertension drugs

續(xù)表1

2.1.1前列腺素I2受體激動劑 目前，已上市的前列腺素I2受體激動劑有依前列醇鈉(Epoprostenol sodium)、貝前列素鈉(Beraprost sodium)、伊洛前列素(Iloprost)、曲前列尼爾鈉(Treprostinil sodium)和司來帕格(Selexipag)等，它們與前列腺素受體相結(jié)合，舒張血管，降低肺動脈壓力。以上藥物是臨床常用藥物，但其療效具有一定局限性。

2.1.2內(nèi)皮素受體拮抗劑 內(nèi)皮素受體拮抗劑通過與ET競爭性結(jié)合內(nèi)皮素受體，阻斷了ET的縮血管功能，臨床用藥包括：波生坦(Bosentan hydrate)、安貝生坦(Ambrisentan)、馬西騰坦(Macitentan)和西他生坦鈉(Sitaxentan sodium)等。這類藥物臨床應(yīng)用較為廣泛，治療效果也需要進(jìn)一步評價。

2.1.3磷酸二酯酶5抑制劑 PDE5是目前已確定PH的作用靶點，西地那非(Sildenafil)是國內(nèi)首個上市用于治療PH的PDE5抑制劑，此外，還有他達(dá)拉非(Tadalafil)，它們都通過抑制PDE5的活性，降低PDE5對cGMP的抑制作用，促進(jìn)血管舒張。這類藥物是近年來研究的熱點，也是目前認(rèn)為降低肺動脈壓比較有效的藥物。

2.1.4其他 sGC激動劑利奧西呱(Riociguat)和α受體阻滯劑鹽酸妥拉唑林(Tolazoline hydrochloride)在臨床上也用于PH的治療。

2.1.5聯(lián)合用藥 臨床上使用單一抗肺動脈高壓藥物往往效果不佳，目前臨床上，鼓勵使用聯(lián)合治療的方式治療肺動脈高壓。聯(lián)合用藥的用藥特點是作用于不同靶點，發(fā)揮共同作用。聯(lián)合用藥的優(yōu)點是安全、可靠、易耐受，不僅能夠降低疾病的臨床惡化率，而且還能改善患者的生活質(zhì)量，缺點是仍不能降低該疾病的病死率。

3 治療HPH的藥物研發(fā)現(xiàn)狀

3.1 作用于已知靶點藥物

3.1.1eNOS激動劑 研究表明，蘋果多酚[18](Apple polyphenol)是從蘋果中提取的一種酚類混合物，在PAECs中通過激活eNOS，促進(jìn)NO的釋放，刺激血管舒張。

3.1.2抑制PI3K/AKT信號通路 PI3K/AKT信號通路作用寬泛，與多種疾病的發(fā)病機(jī)制相關(guān)，包括參與肺血管重塑、PASMCs增殖與遷移等。據(jù)報道多種化合物都可通過抑制PI3K/AKT信號通路對HPH發(fā)揮預(yù)防及治療作用，如白藜蘆醇[19](Resveratrol)、丹參酮IIA磺酸鈉[20](Sodium Tanshinone II Sulfonate A)、鹽藻多糖[21](Fucoidan)和黃芩苷[22](Baicalin)等。

3.1.3BMP2/TGF-β-Smad信號通路 小檗堿[15](Berberine)是從黃連中提取出的一種生物堿，在PASMCs中通過調(diào)節(jié)BMP2/TGF-β-Smad信號通路，抑制細(xì)胞增殖。此外，芍藥苷(Paeoniflorin)有上調(diào)BMPR2表達(dá)的作用。

3.2 作用于新靶點藥物

3.2.115-LO抑制劑 去甲二氫愈創(chuàng)木酸[23](Nordihydroguaiaretic acid)是一種15-LO抑制劑，通過抑制15-LO的活性，使15-HETE的水平降低。15-HETE下調(diào)加快了PASMCs凋亡，從而逆轉(zhuǎn)缺氧引起的肺血管內(nèi)皮增厚。

3.2.2硒蛋白(SeP)抑制劑 SeP抑制劑血根堿[24](Sanguinarine)通過抑制SeP的表達(dá)，抑制PASMCs增殖，改善肺血管重塑。

3.3 老藥新用

3.3.1HIF-1α抑制劑 HIF-1α作用范圍廣，參與肺血管收縮和肺血管重塑。有研究表明，在PASMCs中，拓?fù)涮婵礫3](Topotecan)可通過降低 HIF-1α和TRPC1/4/6的表達(dá)，阻止Ca2+流入細(xì)胞，防止PASMCs表型轉(zhuǎn)化，從而減慢肺血管重塑的發(fā)展。

3.3.2RhoA/ROCK信號通路 法舒地爾[25](Fasudil)和阿托伐他汀(Atorvastatin)都可通過抑制RhoA/ROCK通路，降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，促進(jìn)血管舒張。

3.3.3其它信號通路 伊馬替尼(Imatinib)通過抑制酪氨酸激酶的活性，抑制細(xì)胞增殖。17-β雌二醇(17β-Estradiol)可通過雌激素受體減弱肺血管的收縮作用。替吡法尼[26](Tipifarnib)通過抑制法尼基轉(zhuǎn)移酶的活性，改善HPH。另有研究發(fā)現(xiàn)，埃他卡林[27](Iptakalim)可通過激活eNOS，防止PAECs功能損傷。3-溴丙酮酸[16](3-Bromopyruvate)和葛根素[28](Puerarin)分別通過抑制糖酵解，減少自噬阻止肺血管重塑。此外，有文獻(xiàn)報道，氯喹(Chloroquine)和硫酸脫氫表雄酮(Dehydroepiandrosterone sulphate)具有治療HPH的作用，松果菊苷(Echinacoside)有預(yù)防HPH的作用。

經(jīng)網(wǎng)站查詢和文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，治療HPH的藥物只有較少數(shù)進(jìn)入臨床研究階段，如羧基麥芽糖鐵等。其他藥物的研究尚未在臨床上開展，目前還處于臨床前研究階段，研究藥物如Tab 2。

Tab 2 Anti- hypoxic pulmonary hypertension drugs in development

續(xù)表2

4 結(jié)語與展望

近年來，隨著對肺動脈高壓病理機(jī)制研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)了多個疾病預(yù)防和治療的潛在靶點及候選藥物。作為肺動脈高壓的其中一類，HPH疾病有其獨特的特點，臨床上需要在解決原發(fā)病的基礎(chǔ)上，對HPH進(jìn)行針對性治療。

然而目前臨床使用藥物局限于血管舒張藥物，未考慮HPH疾病本身特點。疾病新靶點的發(fā)現(xiàn)，將彌補(bǔ)臨床上缺乏改善低氧誘導(dǎo)的肺血管重塑的藥物的不足，為HPH治療藥物的開發(fā)提供方向。此外，研究發(fā)現(xiàn)多種已上市藥物在臨床前HPH研究中取得比較好的藥效，為老藥新用提供思路。盡管許多候選藥物尚未開展臨床試驗，但是我們相信隨著研究的不斷深入，HPH針對性治療藥物計日可待。