低氧性肺動脈高壓與細胞凋亡相關性的研究進展

張曉菲 常 榮

(青海大學研究生，青海 西寧 810001)

·綜述·

低氧性肺動脈高壓與細胞凋亡相關性的研究進展

張曉菲 常 榮1

(青海大學研究生，青海 西寧 810001)

低氧性肺動脈高壓；細胞凋亡；Bcl-2家族調節蛋白

低氧性肺動脈高壓(HPH)是長期缺氧引起的，以漸進性肺血管阻力升高為主要特征，導致右心室肥厚和纖維化，進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的發病關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〕及肺動脈的中膜平滑肌細胞和外膜成纖維細胞，但不包括肺動脈的內膜內皮細胞〔2〕。其中，肺動脈平滑肌細胞增殖是HPH的主要環節。有的研究考慮肺血管重塑的重要因素之一是由細胞增殖與凋亡水平失衡引起的〔3〕。在Bcl-2家族基因中，包括細胞凋亡促進基因和抑制基因，二者比率是影響細胞凋亡的關鍵。所以，通過抑制細胞增殖和促進凋亡成為防治HPH的一種可能，為治療提供思路。

1 HPH的發病機制

1.1低氧誘導因子家族(HIFs) 目前發現的成員主要包括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亞基構成。HIFs在HPH形成中的作用機制比較復雜，目前主要是HIF-1α、HIF-2α在低氧條件下通過增加誘導性一氧化氮(NO)合酶、腎上腺髓質素、血管內皮生長因子、血紅素氧合酶1、轉化生長因子β1等目標基因的轉錄及其表達，導致肺動脈平滑肌增殖，肺動脈成纖維細胞肌纖維化〔4〕。李啟芳等〔5〕研究發現HIFs亞基之間的動態表達明顯不同，可能在HPH發病過程中發揮重要作用。Angelini等〔6〕發現通過促進炎癥反應和趨化現象的微環境形成，這個過程中增加的生長因子和趨化因子可能導致肺血管重塑，因此HIFs可通過多種途徑直接或間接影響平滑肌細胞結構和功能。

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

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

1.4細胞凋亡(apoptosis) 即細胞程序性死亡，是由體內外危險因素觸發細胞內原有的死亡流程而導致的細胞自殺過程。目前已經挖掘到許多基因對細胞凋亡均有直接或間接的調控作用，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家族調節蛋白、p53、凋亡抑制蛋白、c-myc等,這些主要通過4種凋亡途徑作用的，即死亡受體介導的外部途徑、 內部線粒體途徑、 B粒酶介導的細胞凋亡途徑以及內質網應激途徑。低氧環境刺激下，可在分子水平由一系列基因調控促凋亡和抗凋亡的信號來實現肺動脈平滑肌細胞增殖增加，細胞凋亡減少可增加肺小動脈壁的厚度，使肺動脈管腔縮窄，肺血管阻力增加，肺動脈壓升高。目前已知在細胞凋亡中線粒體途徑最重要的調控因子、起關鍵性調節者是Bcl-2家族調節蛋白〔14〕。

2 細胞凋亡途徑在HPH形成中的作用

2.1線粒體途徑 在生理狀態下，細胞內促進細胞凋亡和抑制細胞凋亡的蛋白相互存在，通過感知細胞壓力和應答來維持線粒體膜的完整性，當細胞內凋亡刺激因子如氧化應激過度、缺氧、生長因子減少等作用下，Bcl-2 蛋白家族的Bax、Bak等受到激活，結合到線粒體外膜，在膜上形成線粒體內部通向胞質的孔道，即線粒體外膜透化作用(MMP)，破壞了線粒體膜的完整性，使存在線粒體內部一些蛋白如半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶激活劑、細胞色素C等進入細胞質〔15〕，從而激活caspase級聯反應，執行細胞凋亡。

2.2Bcl-2家族參與線粒體途徑，與HPH形成的相關性

2.2.1Bcl-2家族調節蛋白 Lindsten等〔16〕研究表明，Bcl-2家族成員由促細胞凋亡和抑細胞凋亡的成員組成。Bcl-2家族成員共含有4個同源結構域(BH1-4)，抗凋亡的Bcl-2蛋白均含有這4個BH結構域，促凋亡的Bcl-2蛋白分為含“BH123多結構域”的效應蛋白(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相關蛋白A1、骨髓細胞白血病蛋白1和Bcl-B為主要的抗凋亡蛋白，主要作用于線粒體、內質網和核膜；Bax和Bak為主要的促凋亡蛋白，游離在胞質中?？沟蛲龅鞍缀痛俚蛲龅鞍自诩毎刑幱谝粋€動態平衡，并相互拮抗，維持線粒體膜的完整性。

線粒體途徑引起細胞凋亡的起始核心是Bax、Bak的寡聚化。在生理狀態下，Bax以單體或Bax/Bcl-xl異二聚體的形式位于胞質內或松散地吸附在線粒體外膜上,Bax與Bcl-xl結構相似，中央的疏水螺旋結構a5(BH3區域)被周圍8個的兩性螺旋結構(除α5的α1～α9)所包饒，即BH1、BH2和BH3區域相互靠近形成一個疏水槽，最終被C-基端尾(α9)所覆蓋，將BH3區域緊緊包圍，阻礙了促凋亡活性。而Bak是吸附在線粒體外膜上的。在細胞內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構象改變，通過α1的暴露、BH3區域短暫露出、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而致使線粒體內部一些蛋白如第二線粒體來源的半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶激活劑(Smac/DIABLO)、細胞色素C等釋放至胞質中，通過結合凋亡蛋白酶激活因子-1和caspase-9后,再激活caspase-3,從而導致細胞凋亡〔18〕。

而Bcl-2蛋白通過結合促細胞凋亡蛋白(Bax、Bak)的BH3結構域，來抑制線粒體外膜的通透性(MOMP)改變，進而發揮抗凋亡作用；而“僅有BH3”蛋白中的Bid、Bim可以直接通過激活Bax和Bak蛋白，使其寡聚化，引起MOMP過程，促進細胞凋亡的進行〔19〕，也被認為是線粒體途徑的發起者。

2.2.2Bcl-2家族蛋白的表達與HPH形成的相關性 Bcl-2 家族蛋白在刺激因素下通過構象的改變，控制著線粒體膜的通透性變化，是線粒體凋亡途徑的關鍵〔20〕，在細胞凋亡與增殖中發揮一定的作用。在HPH的許多相關動物試驗中〔21～27〕，增殖和凋亡現象共存在于HPH大鼠的肺血管細胞中，低氧組的Bcl-2表達明顯增多，Bax表達明顯抑制，最終引起肺動脈平滑肌細胞的增殖、重塑。其主要機制不清楚，可能為：慢性缺氧刺激下，可阻斷線粒體細胞色素C介導的細胞凋亡。通過Bcl-2過度表達來抑制Bax的表達，從而使抗凋亡表達增加、促凋亡表達減低，導致肺動脈平滑肌的增殖、重塑。

3 討 論

細胞凋亡與增殖的失衡在HPH肺血管重塑中有重要作用。HPH目前沒有特異性治療方法，Zhang等〔26〕研究香芹酚在低氧環境下通過抑制Bcl-2的表達、減少procaspase-3表達進而使caspase-3激活減少、抑制ERK1/2和PI3K/Akt通路，在某種程度上通過線粒體途徑可抑制肺血管重塑，促進PASMC凋亡。所以，HPH的一種新的治療方案可能通過抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖和促進其凋亡來預防和(或)逆轉血管的重塑，以防疾病的進一步惡化。

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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

國家自然科學基金項目(No.81360301)

1 青海省人民醫院心血管內科

常 榮(1973-)，女，主任醫師，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，高原心血管病基礎與臨床研究。