肺動脈高壓基因診治的研究進展

摘要：肺動脈高壓是一種以肺動脈壓力增高、肺血管重構為主要病理改變的進展性疾病，其病因尚未完全闡明，治療上缺乏有效的根治手段，預后不良。近年來，隨著細胞及分子學研究的開展，基因技術被應用于肺動脈高壓的診治?；蚣夹g從分子生物學水平探索肺動脈高壓發病的遺傳學基礎，目前已取得一系列進展，有望開辟肺動脈高壓診治的新領域?，F就基因技術在肺動脈高壓的診治方面的研究進展做一綜述。

關鍵詞：肺動脈高壓；基因診斷；基因治療

肺血管疾?。≒ulmonary vascular disease，PVD）是一類嚴重威脅人類健康的疾病，其發病機制復雜，治療涉及多個學科，病死率高，預后差。肺動脈高壓（Pulmonary artery hypertension，PAH）是最常見的一種肺血管疾病，以肺動脈壓力進行性增高、肺血管重構為主要病理改變，臨床可表現為呼吸困難、乏力、活動耐量減低、暈厥、心絞痛等，嚴重者可發展為右心功能衰竭而死亡。由于肺動脈高壓的病因及發病機制仍未確切，基因診療技術尚處于基礎研究和臨床動物試驗階段。

1基因診斷

基因診斷技術通過探究疾病的致病基因，不僅能對遺傳疾病做出確切的診斷、指導治療和評估預后，還能為其他家族成員提供有效的患病風險評估，制定科學的隨訪策略，進行合理的早期干預[1]。目前被證實與PAH的發病有關聯的突變基因有骨形成蛋白II型受體基因（BMPR2 gene），激活素受體樣激酶1基因（ACVRL1/ALK1），內皮糖蛋白基因（Endoglin），微小核糖核酸（miRNAs）。

1.1骨形成蛋白II型受體（BMPR2） 骨形成蛋白Ⅱ型受體（BMPR2）基因是特發性肺動脈高壓（FPAH）和家族性肺動脈高壓（IPAH）的重要致病基因。BMPR2屬于轉化生長因子β（TGF-β）受體超家族成員，當配體TGF-β與之結合時，產生的效應使下游一類重要的轉錄因子smads蛋白發生磷酸化，繼而調控靶基因的轉錄，參與細胞的生理活動。最近的研究報道了BMPR2基因啟動子突變與PAH的發病存在密切關系，尤其是FPAH和IPAH[2]，提示BMPR2基因突變的篩查可能成為PAH易感人群早期診斷和干預的有效手段。

1.2內皮糖蛋白（Endoglin） 內皮糖蛋白是TGF-β信號的輔助跨膜受體，主要表達與血管內皮細胞相關的輔助因子。Endoglin可調節細胞對TGF-β的反應，參與血管發育和重塑，維持ALK1和ALK5的表達平衡。Gore等[3]提取15例特發性PAH患者和15例健康者的肺平滑肌細胞和內皮細胞進行培養，發現特發性PAH患者的內皮細胞中存在Endoglin的高效表達，這可能與Endoglin對肺動脈高壓的反饋性調控有關。Gore推測TGF-β/Endoglin信號通路可能通過調控肺血管內皮細胞的生長因子和炎性介質參與PAH的病理過程，在特發性PAH和低氧型PAH的發病中起著重要作用。Endoglin基因篩查可作為特發性PAH和低氧型PAH的診斷手段之一。

1.3微小核糖核酸（miRNAs） miRNAs是一類微小的非編碼RNA，通過連接特定序列和靶mRNA調控基因表達，單個miRNA具有調控多個作用靶點的功能，而單個基因或靶點可受到多個miRNA調控。有研究提出，miRNAs能調控PAH患者的基因表達，但具體調控機制尚未明確。Caruso[4]構建了PAH小鼠的慢性缺氧模型，基因篩查發現小鼠肺組織內的dicer酶和miR-22、miR-30表達下調。用同樣的方法對PAH小鼠的野百合堿模型進行檢測，得到了相同的結論。

2基因治療

基因治療是指將外源正常基因導入靶細胞，以糾正基因異常和缺陷引起的疾病。相比于傳統的藥物、化學和放射治療，其著重于探究疾病的發病機制、病理生理過程，主張病因治療。

2.1一氧化氮合酶（NOS） NO是一種自分泌和旁分泌的信號分子，參與調控平滑肌松弛、血小板抑制、神經傳遞、腫瘤細胞溶解、刺激荷爾蒙釋放等多個生理過程。一氧化氮合酶（NOS）負責NO的合成，目前已經證實的NOS分為三類：NOS1，NOS2，NOS3，不同類型的NOS的表達和調控功能各異。Zhao[5]設立NOS3基因敲除的小鼠為研究對象，通過測定肺動脈壓、左室舒張末壓、胸主動脈血流參數對比基因敲除前后的肺血流動力學差異。實驗發現，NOS3基因缺陷可導致蛋白激酶G酪氨酸化及活性損傷，誘發肺動脈高壓。

2.2血管內皮生長因子（VEGF） 血管內皮生長因子（VEGF）是血管內皮細胞特異性有絲分裂原，具有促進血管內皮細胞分裂與增殖，誘導血管生成的功能，在胚胎發育、創傷愈合、腫瘤生長與轉移過程中亦發揮重要作用。Farkas[6]研究了先天性纖維化（IPF）鼠并發PAH的發病機理，測得小鼠體內VEGF mRNA和其受體表達下調，組織學顯示微脈管系統缺失和肺血管重塑。表明VEGF mRNA表達異?？赡軙又胤窝苤厮埽瑩p害心肌灌注。故VEGF基因療法應用于PAH的臨床治療前還需評估安全性問題。

2.3前列環素合酶（PGIS） 前列環素合酶（PGIS）是環前列素（PGI2）合成代謝途徑的終末酶。PGI2是一種高效的內皮源性血管舒張因子，具有抑制血小板粘附和擴張血管的作用，可用于動脈粥樣硬化、高血壓、肺動脈高壓的治療。重度PAH患者肺毛細血管存在PGIS缺陷，但這種缺陷導致肺血管重塑的機制尚不確切。以間充質干細胞為載體，轉染PGIS cDNA的MCT-PAH鼠體內存在高效表達的PGIS。構建經氣道PGIS基因（cDNA）轉染和cDNA基因缺陷的MCT-PAH鼠模型，測得前者平均肺動脈壓和肺血管總阻力均明顯低于后者（P<0.01），二者全身性血管壓力和心率無明顯差異[7]。進一步分析發現氣管和肺泡細胞內存在強烈的PGIS免疫反應，重復給予MCT-PAH鼠PGIS基因轉染可減弱肺血管重構，提高其存活率（P<0.01）。

2.4肝細胞生長因子（HGF） 肝細胞生長因子（HGF）是目前已知的生物活性最廣泛的生長因子之一，具有抗纖維化、修復損傷肺組織等潛能。經野百合堿注射構建的MCT-PAH鼠體內存在內源性HGF的顯著下降，而肺微動脈內膜上有豐富的c-Met/HGF受體。將HGF基因轉染MCT-PAH鼠，3w后測定發現其肺動脈內膜和平滑肌細胞的過度異常增生受到抑制。研究者推測HGF缺乏是PAH的病因之一，補給HGF可降低肺動脈壁厚度，減少肺組織的膠原沉積，延緩PAH進展[8]。此外，PGIS基因聯合轉染可增強HGF在肺組織的表達，調控內皮細胞分泌的NOS和ET-1的聚集，促進肺血管生成，緩解PAH的臨床癥狀[9]。

3特殊類型PAH的基因診治

3.1艾滋病相關性肺動脈高壓（HIV-related PAH，HRPH）基因診斷 HRPH的發病機制尚不確切，目前相關的假說包括：炎性介質作用、遺傳因素、鉀離子通道過度抑制等。遺傳因素方面，Almodovar等[10]提出調控蛋白Nef可能在HRPH的發病中起著關鍵作用。HIV-1型基因編碼的HIV-1 Nef是一種具有廣泛作用的銜接蛋白，可影響HIV感染性和非感染性肺血管組織。

3.2艾滋病相關性肺動脈高壓（HRPH）基因治療 基因治療HRPH的研究近年來相繼開展，HIV蛋白酶抑制劑（HIV protease inhibitors，HPIs）被認為是有潛力的基因靶點。Gary-Bobo[11]構建了MCT-PAH鼠，每天給予實驗組HPIs樣品（利托那韋30mg/kg，安普那韋100mg/kg，奈非那韋500mg/kg），3w后測定肺動脈壓、右心室肥厚指數、肺血管肌型動脈百分比、肺動脈壁厚度等參數，結果顯示實驗組各項指標較前均有所下降。表明HPIs可能對肺血管重塑和肺平滑肌細胞增生有一定療效。

4問題和展望

4.1基因載體問題 基因載體主要有病毒載體和非病毒載體。病毒載體基因轉運能力強，非病毒載體具有低毒性，外源基因隨機整合率低，攜帶的基因大小不受限制等優點?；蛟\治要求選擇具備易于構建、操縱和整合、攜帶基因容量不受限、高效表達、安全性好等性能的基因載體，以達到靶基因持久、高效、精確表達的目的。

4.2安全性問題 現使用最廣泛的基因載體是腺病毒載體，盡管已去除其病原性，其安全性仍是目前的首要問題。有報道指出，某些腺病毒的亞型可誘發炎癥或免疫反應，還可能激活某些原癌基因，產生致畸、致癌的副作用。鑒于這一點，人們開展了非病毒載體的研究，目前尚無定論。

4.3實際運用涉及的問題 基因診療作為醫學診療的新領域，涉及的倫理和費用問題是廣大醫療工作者和患者共同關心的。例如，試圖通過基因工程改變正常人遺傳特征的想法備受爭議。

總而言之，基因診治技術作為一種新型手段在肺動脈高壓診療中的價值是不可忽視的，如何進一步解決現有的各種問題并開展后續的臨床試驗，是研究工作的當務之急。相信在不久的將來，基因技術在肺動脈高壓中的運用能取得突破性的進展，肺動脈高壓有望實現治愈。

參考文獻：

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[3]Gore，B.Key role of the endothelial TGF-beta/ALK1/endoglin signaling pathway in humans and rodentspulmonary hypertension[J].PLoS One，2014，9（6）：100310.

[4]Caruso，P.Dynamic changes in lung microRNA profiles during the development of pulmonaryhypertension due to chronic hypoxia and monocrotaline[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2010，30（4）：716-723.

[5]Zhao，Y.Y.and A.B.Malik，A novel insight into the mechanism of pulmonary hypertension involvingcaveolin-1 deficiency and endothelial nitric oxide synthase activation[J].Trends Cardiovasc Med，2009，19（7）：238-242.

[6]Farkas，L.VEGF ameliorates pulmonary hypertension through inhibition of endothelial apoptosis inexperimental lung fibrosis in rats[J].J Clin Invest，2009，119（5）：1298-1311.

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[8]Hiramine，K..Hepatocyte growth factor improves the survival ofthe amelioration of pulmonary hemodynamics[J].Int J Mol Med，2011，27（4）：497-502.

[9]Liu，R..Transfection of human hepatocyte growth factor gene inhibits advancing pulmonary arterialhypertension induced by shunt flow in a rabbit model[J].Transplant Proc，2013，45（2）：705-712.

[10]Almodovar，S.Pathogenesis of HIV-associated pulmonary hypertension：potential role of HIV-1 Nef[J].Proc Am Thorac Soc，2011，8（3）：308-312.

[11]Gary-Bobo，G.Effects of HIV protease inhibitors on progression of monocrotaline-andhypoxia-induced pulmonary hypertension in rats[J].Circulation，2010，122（19）：1937-1947.編輯/孫杰