基于TGFβ1/BMP探討血管平滑肌細胞增殖對肺動脈高壓的影響

趙丹瑞 任周新 李建生

[摘要]肺動脈高壓（PAH）是肺血管破壞性疾病，具有致命性且預后較差的特點，目前尚不能完全治愈。該疾病的主要致病因素是肺動脈血管平滑肌介質的增厚和平滑肌細胞進入血管內膜的侵入性增殖。這種異常增殖導致脈管肥大，肺血管阻力和肺動脈壓持續升高。且TGFβ1/BMP信號通路是調節肺動脈高壓的肺動脈血管重構的重要信號傳導路徑，通路中涉及的多個關鍵靶點成為藥物研究、臨床治療或病理機制研究的常用靶點。因此，本文基于TGFβ1/BMP信號通路，從血管平滑肌細胞增殖調控的角度對PAH的病理生理的影響及機制作一綜述。

[關鍵詞]肺動脈高壓；肺動脈平滑肌細胞；肺血管重構；TGFβ1/BMP信號通路

[中圖分類號] R575.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2018）4（c）-0025-05

Effect of TGFβ1/BMP on pulmonary arterial hypertension induced by vascular smooth muscle cell proliferation

ZHAO Dan-rui1 REN Zhou-xin2▲ LI Jian-sheng2

1.School of Basic Medical Sciences，He′nan University of Traditional Chinese Medicine，He′nan Province，Zhengzhou 450046，China；2.Collaborative Innovation Center for Respiratory Disease Diagnosis and Treatment & Chinese Medicine Development of He′nan Province in He′nan University of Traditional Chinese Medicine，He′nan Province，Zhengzhou 450046，China

[Abstract]Pulmonary arterial hypertension （PAH） is a pulmonary vascular devastating disease.It has the characteristics of fatality and poor prognosis，and it is currently not completely curable.The main pathogenic factors of this disease are the thickening of the pulmonary vascular smooth muscle medium and the invasive proliferation of smooth muscle cells into the intima.This abnormal proliferation leads to vascular hypertrophy，pulmonary vascular resistance and pulmonary arterial pressure continue to rise.And TGFβ1/BMP signaling is an important signal transduction pathways regulating pulmonary arterial remodeling of pulmonary hypertension，which involved a number of key targets in drug research，clinical treatment and pathological mechanisms study.This review summarizes the effects of TGFβ1/BMP signaling pathway on PAH and its mechanism of the vascular smooth muscle cell proliferation.

[Key words]Pulmonary arterial hypertension；Pulmonary vascular smooth muscle cells；Pulmonary vascular remodeling；TGFβ1/BMP signaling

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是一種肺部綜合性疾病的總稱，其發病機制復雜、預后較差、致命性高，以肺血管阻力和肺動脈壓持續性升高，伴隨肺血管增厚甚至重構為主要特點，引起肺動脈阻塞，最終誘發心力衰竭而死亡[1]。PAH診斷標準被廣泛定義為：以海平面靜息狀態為基準，右心導管測定肺平均動脈壓（mean pulmonary artery pressure，mPAP）≥25 mmHg，肺毛細血管楔壓（Pulmonary capillary wedge pressure，PCWP）≤15 mmHg，肺血管阻力（pulmonary vascular resistance，PVR）>3Wood單位[2]。雖然PAH的發病機制至今尚未完全闡明，但是近年研究證實，血管平滑肌細胞的異常增殖及轉化生長因子β1（transforming growth factor β1，TGFβ1）/骨形成蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信號通路的調控作用是肺血管重塑過程中重要的生理病理機制，是肺動脈高壓形成及發展中關鍵性致病因素，本文將以此為切入點進行綜合闡述。

1肺動脈高壓與肺血管重塑化

引發PAH共同的病理要素分別是肺血管收縮、原位血栓與肺血管壁重塑，其中管壁病理性增生肥厚致使血管重構引起肺動脈閉塞，是PAH發病的最重要病理標志[3]。一些學者認為，肺血管重構在PAH的病理生理過程中具有重要的作用[4]。PAH的血管重構相關病理特點集中表現在肺動脈管壁的增厚及管腔狹窄[5]。

肺血管壁重構主要包括：①非肌型微動脈遠端肌化，即平滑肌細胞出現在微動脈中導致肺血管遠端肌化。②肌型動脈肌化，即內皮受損引起平滑肌細胞與成纖維細胞肥大增生。③嚴重PAH疾病的肺血管內膜與內彈性膜之間形成一層新內膜，該內膜分別由肌纖維母細胞、細胞外間質組成，其來源尚未查明，大致有兩種途徑，第一種由內皮細胞轉化而來，第二種由平滑肌細胞或外層成纖維細胞遷移而來。④叢狀動脈樣變[6]。

肺動脈平滑肌細胞（pulmonary arterial smooth muscle cells，PASMCs）增殖是導致肺高壓（pulmonary hypertension，PH）血管重構最主要的病理因素。PASMC通過遷移、增殖導致肺動脈、微動脈血管肌化，PASMC增殖促進細胞外基質的合成，進而導致血管重構改變[7]。

2肺血管平滑肌細胞增殖與肺血管重構

血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells，VS MC）屬于多功能性間葉細胞，正常情況下呈低增殖、低遷移、低蛋白分泌型，在血管重塑時去分化為高增殖、高遷移以及高蛋白分泌型未分化細胞[8]。

一般成人的血管壁VSMC呈分化程度相對較高的收縮型，形狀大體呈紡錘條帶狀，在其胞質內可見到豐富的肌纖維、致密體以及致密斑，細胞外基質（ECM）含量少、粗面內質網和高爾基體等細胞器占用細胞質基質的體積相對較少，主要作用表現在特異性蛋白如收縮與骨架蛋白共同收縮維持血管張力和穩定血管結構[9]。合成型VSMC在分化程度低和未分化的情況下，胞質內肌纖維極少，有大量粗面內質網、核糖體以及高爾基體等具有強大合成和分泌功能的細胞器，呈纖維母細胞形態。VSMC的表型轉化是肺血管再狹窄形成過程中的重要環節[10]。在肺動脈高壓的發生、發展過程中，合成型的VSMC大量增殖并移行至肺動脈血管內膜，同時在血管中膜異常大量增殖，成為肺動脈高壓的發病基礎之一[11]。

PASMC在肺血管重構過程中具有核心作用，它不僅是肺血管再狹窄的效應細胞，同時也是引起血管重塑化的細胞基礎[12]。

PASMC增生擴展到非肌化的中動脈及小動脈引起小血管肌化反應[13]，研究如何抑制平滑肌的收縮反應已經成為學者們普遍重視的問題。收縮表型的平滑肌細胞內充滿肌纖維，在慢性肺動脈高壓發生發展過程中，收縮表型逐漸轉變為分泌表型，分泌功能增強，胞內肌纖維減少，彈性蛋白與膠原蛋白分泌增多，血管管壁阻力加大。慢性肺動脈高壓的另一個重要病理特征就是平滑肌細胞的表型轉換引起膠原蛋白的分泌增多。早期實驗已證明，抑制膠原蛋白生成的藥物可降低慢性肺動脈壓升高的程度[14]。

3 TGFβ1/BMP信號通路

隨著細胞內信號轉導分子蛋白Smads的發現，認識到TGFβ超家族多個成員的信號轉導系統能廣泛影響細胞增殖，調控細胞的生長與分化。其中TGFβ和BMP是該家族中最主要的兩個成員[15]。

3.1肺動脈高壓中TGFβ1的表達異常增加

TGF家族成員包括TGFβ（1～5），在調節細胞的生長、增殖、分化、遷移和凋亡方面廣泛發揮作用[16]。雖然TGFβ細胞因子在正常的組織損傷后誘導重要的修復過程，但是異常表達的TGFβ1促使血管平滑肌細胞異常增殖最終導致血管重塑化、纖維化，這也是肺動脈高壓發生發展的重要機制之一。臨床研究發現[17]，PAH患者血漿中的TGFβ1表達量高于正常組，肺動脈高壓患者mPAP增高與TGFβ1的血漿濃度水平成正向相關性，提示肺組織TGFβ1的表達量可能與肺血管重構及管壁阻力增大密切相關[18]。體外大鼠實驗證實，使用IN-1233抑制TGFβ1表達，能夠有效阻止肺動脈平滑肌細胞的遷移作用，表明TGFβ1信號通路誘導平滑肌細胞遷移，從而參與了PAH的發展進程[19]。

3.2 TGFβ1介導多條信號通路，促進肺動脈平滑肌細胞的增殖、增加細胞外基質的沉積

肺動脈肌化反應是肺動脈高壓的特征性病理現象，通過平滑肌細胞的遷移增殖與細胞外基質過度沉積促使肺動脈血管壁增厚[20]。肺動脈平滑肌細胞的異常增殖是通過TGFβ1誘導p38/MAPK信號通路提高α-平滑肌肌動蛋白（a-smooth muscle actin，α-SMA）表達量的正向促進途徑實現的，同時TGFβ1能夠調控PI3K/Akt信號通路，刺激B淋巴細胞瘤-2（B cell lymphoma-2，Bcl-2）的表達，反向抑制VSMC的損傷凋亡[21]，提高Smads蛋白不僅可以直接將TGFβ及BMPs胞外信號由細胞膜傳遞入細胞核[22]，而且作為TGFβ超家族細胞內重要的信號轉導和調節分子，可以充當BMPs和TGFβ兩通路之間串話的媒介[23]。血管平滑肌細胞表型狀態與TGF/SMADS表達聯系密切。TGFβ/SMADS根據血管平滑肌細胞的不同表型狀態，選擇不同種類的信號傳遞分子調控細胞的增殖，進而在誘導細胞由合成表型逆轉為分化表型中發揮重要的調控作用[24]。

血管中基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）與組織金屬蛋白酶抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）的動態平衡保持細胞外基質結構的穩定，研究證實TGFβ1誘導p38/MAPK信號通路增加MMP-9的表達量能夠促使細胞外基質的過度沉積[25]，而細胞外基質蛋白的降解可通過激活TGFβ1促進平滑肌細胞中TIMP-1的表達來實現[26]。TGFβ1作為最重要的細胞外基質調節因子，通過作用于COL1A2基因的近端啟動因子而上調Ⅰ型膠原的表達，從而促進損傷血管的重塑過程[27]。細胞外基質在介導細胞信號通路、細胞間的相互聯系及維持細胞與血管的完整性方面發揮重要作用[28]。細胞外基質中膠原蛋白的異常增多引起結構蛋白（包括彈性蛋白和纖維連接蛋白）相對減少，從而引起細胞外基質結構改變，導致肺血管的異常重塑化。

4骨形成蛋白BMP與PAH

BMP作為一種多功能的分泌型信號分子，是TGFβ超家族成員之一，其在自發性肺動脈高壓的基因位點為2q31-32，同時也是是骨形態生成蛋白受體2（BMP-Ⅱ）的突變位置，多見于自發性肺動脈高壓患者與散發性肺動脈高壓患者[29]，BMP作為多作用蛋白，不僅能調節多種細胞的分泌、生長、分化及凋亡，而且在早期胚胎發育中以及成熟組織修護中發揮重要的媒介作用[30]。

BMPs通過結合細胞膜上的受體絲氨酸/蘇氨酸激酶發揮作用[31]，持續活動的絲氨酸/蘇氨酸復合物由骨形成蛋白受體-Ⅰ（bone morphogenetic protein receptor-Ⅰ，BMPR-Ⅰ）與骨形成蛋白受體-Ⅱ（bone morphogenetic protein receptor-Ⅱ，BMPR-Ⅱ）組成。絲氨酸/蘇氨酸激酶作為TGF-β超家族Ⅰ型受體，其特異配體與BMPR-Ⅰ結合后，激活細胞內BMPR-Ⅰ[通常BMPR-IA（ALK-3）或BMPR-IB（ALK-6）]的甘氨酸-絲氨酸的密集域[32]，其中Smads蛋白是磷酸化的BMPR-Ⅰ胞質信號蛋白主司TGFβ超家族的信號轉導。BMP配體通過結合Ⅰ型BMP受體和募集Ⅱ型BMP受體磷酸化受體調節型Smads-1，-5，-8，與普通介導型Smads-4形成異四聚體結合物后移位到細胞核[33]?；罨疭mad1/5/8蛋白與Smad4形成的共同體在細胞核中積累，直接和間接調節下游靶基因的轉錄[34]。

近年來研究證實，BMPR2基因突變是導致PAH發生的關鍵病理因素，發現于55%～70%的遺傳性PAH和25%的特發性PAH患者[35]。BMPR2基因突變引起BMPR2受體表達下調，破壞BMP信號通路正常調控肺血管平滑肌細胞增殖、分化、遷移與凋亡活動。近年來研究發現，相當數量的遺傳性PAH患者與一部分特發性PAH患者的肺動脈高壓疾病的發生發展與其自身BMPR2的基因突變密切相關[36]。在系統性硬化病引起的PAH患者與低氧誘導和野百合堿注射誘導的肺動脈高壓動物模型中均發現，BMPR2的蛋白表達水平明顯降低。因此，BMP信號通路抑制被認為是引發肺動脈高壓的重要形成機制。此外，溶酶體酶降解增多和蛋白泛素化水平的上調也能導致BMPR2表達下調[37-38]。BMP9具有恢復上調BMPR2蛋白水平表達的作用，可顯著減緩與改善肺動脈高壓疾病的進程[39]。

BMP信號通路下游效應蛋白Id（inhibitor of differentiation，Id）是一種具有莖-環-莖螺旋結構的轉錄因子，在PAH的發病進程中起關鍵作用，甚至引發炎癥反應作為“第二重打擊”（the second hit）觸發PAH的發生發展。Id蛋白廣泛存在于人體微觀生命活動中，如調控胚胎組織發育、血管新生重構、細胞增殖分化、細胞周期變化等諸多方面，Id蛋白包括四種表達、功能各不相同的亞型（Id1～Id4）[40]，Id2參與免疫調節且與Id1、Id3的表達量都遠高于Id4，Id1、Id3主要參與血管重塑與細胞增殖，先與基本轉錄因子（主要是E蛋白家族成員）形成二聚體，肺動脈平滑肌細胞中關鍵效應蛋白Id1與Id3阻斷BMP通路下游基因轉錄過程[41]，發揮負性調控作用，Id蛋白的異常表達引起PASMC分化增殖和血管重塑化[42]。

綜上所述，通過調節信號TGFβ1/BMP通路中關鍵蛋白的表達，改善這種失衡狀態，抑制肺血管平滑肌細胞的增殖，阻礙肺血管重構的形成和發展。尋找能有效干預肺血管重構，特別是抑制肺動脈平滑肌細胞增殖的藥物，是未來治療肺動脈高壓的一個方向。

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