細胞因子在肺動脈高壓發病機制中作用的研究進展

顏菲，劉一平，張榕

(中國醫科大學附屬第一醫院風濕免疫科，沈陽 110001)

肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH)的病理特征主要為多種原因引起肺血管床的結構和功能受損，伴隨肺血管重構，進而導致肺動脈壓異常升高，是導致結締組織病預后不佳及死亡的主要因素之一。目前認為，多種因素導致血管內皮功能障礙、內皮細胞和平滑肌細胞過度增殖、原位血栓和血管壁炎癥是PH形成的主要原因[1]。有研究證實，巨噬細胞、中性粒細胞、T細胞、樹突狀細胞和肥大細胞等多種免疫細胞及其分泌的多種細胞因子參與調控血管內皮細胞和平滑肌細胞的信號轉導通路，影響其增殖與功能，促使血管舒張和收縮因子的失衡[2-3]，特別是在結締組織相關PH(connective tissue-related PH,CTD-PH)的發生發展中尤為重要。因此，從細胞因子在PH發生發展中作用機制的角度，探討免疫機制在肺血管內皮細胞功能異常，以及肺血管平滑肌細胞過度增殖引起PH或CTD-PH發生及右心室重構中的作用，可為更好地理解PH的發病機制及尋找特異而精準的治療靶點提供新思路。現就PH形成相關的細胞因子及其在PH發病中的免疫分子機制予以綜述，進一步揭示PH的發病機制，為PH的診療和預防開辟新途徑。

1 白細胞介素

白細胞介素(interleukin,IL)是多種免疫細胞因免疫反應激活而分泌的細胞因子，是啟動炎癥反應的開關，對免疫應答有關鍵調節作用，包括IL-1～IL-38[4]。此外，IL在激活和調節免疫細胞，介導淋巴細胞活化、增殖與分化及炎癥反應中也起重要作用。

1.1IL-1β IL-1β是肺循環中重要的前哨炎癥細胞因子。IL-1β參與調節肺血管功能、血管壁重構，并與其他炎癥介質相互作用影響肺血管增殖。Udjus等[5]提出，胱天蛋白酶1/IL-18/IL-1β/IL-6/信號轉導及轉錄活化因子3通路是調控肺動脈平滑肌細胞增殖的重要機制，為低氧所致的PH治療提供新的分子靶點。此外，在阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的PH大鼠模型中，過表達長鏈非編碼RNA氨甲酰磷酸合成酶1-內含子轉錄本1可能通過抑制缺氧誘導因子-1α轉錄活性和核因子κB信號通路，抑制肺組織IL-1信使RNA的表達(抑制的是肺組織內部IL-1的信使RNA的表達)，從而抑制PH的進展[6]。一項單臂、開放標簽、ⅠB/Ⅱ期先導研究表明，阿那白滯素阻斷IL-1治療PH和右心室衰竭是可行和安全的[7]。以上結果表明，針對IL-1β/IL-1受體1通路的阿那白滯素可能有望用于治療人PH。

1.2IL-6 IL-6是一種炎癥細胞因子，與多種自身免疫疾病有關。IL-6通過經典的信號轉導通路與反式信號轉導通路，引發細胞內信號轉導，激活Janus激酶與信號轉導及轉錄活化因子轉導信號通路[8]，在啟動促炎和促血管生成基因轉錄的同時，限制細胞因子信號轉導抑制因子3的轉錄，促進炎癥的發生發展[9]。同時IL-6可由肺血管內皮細胞產生。Simpson等[10]研究發現，不同病因PH患者的血清IL-6水平均升高，以門靜脈高壓和CTD-PH患者IL-6水平升高最為明顯，并與PH患者生存時間等臨床特性密切相關。另外，血清C反應蛋白、IL-6和Toll樣受體4對慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)發生PH具有早期診斷價值，可用于指導臨床治療方案的及時調整[11]。而一項靜脈注射托珠單抗(IL-6受體拮抗劑)用于第1類PH患者的臨床研究表明，托珠單抗可以改善患者的靜息肺血管阻力、6 min步行距離、世界衛生組織功能分級、生活質量評分和N端腦鈉肽前體，從而證明了其在治療CTD-PH中的安全性和有效性[12]。所以，IL-6受體拮抗劑今后有可能會成為治療PH的新方法。

1.3IL-17 IL-17主要由T淋巴細胞產生，可誘導多種免疫細胞過表達和釋放促炎性細胞因子，也可作用于肺內皮細胞、上皮細胞和成纖維細胞促使其活化及增殖。IL-17通過與IL-17受體A和IL-17受體C亞基組成的異構體結合，激活核因子κB、胞外信號調節激酶1/2、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B、c-Jun氨基端激酶和p38/促分裂原活化的蛋白激酶通路而發揮作用。有研究發現，缺氧條件下IL-17通過介導肺動脈內皮細胞功能障礙誘導肺動脈平滑肌細胞增殖促使血管重構，IL-17也可能通過上調β聯蛋白的表達參與PH的發生[13]。此外，膠原蛋白Ⅴ和IL-6/IL-17激活與血管外膜重構有關[14]，這有可能是PH的發病機制之一。在COPD相關PH中，患者痰中IL-17水平與PH嚴重程度呈正相關，其可能成為評估COPD相關PH病情嚴重程度的指標之一[15]。而針對輔助性T細胞(T helper cell,Th)17的靶向治療有望成為PH治療的新方向。

1.4其他 IL-33主要在上皮細胞和內皮細胞表達，在肺和肺血管重構疾病中，通過與其膜受體特異性受體腫瘤發生抑制蛋白2(suppression of tumorigenicity 2，ST2)和IL-1受體輔助蛋白結合發揮作用，并參與多種自身炎癥疾病的發生發展。Liu等[16]研究表明，人肺動脈內皮細胞可結構性表達IL-33及其受體ST2，缺氧可上調其表達并激活缺氧誘導因子-1α/ST2軸，促進肺動脈內皮細胞增殖、黏附和血管生成。此外，有研究表明IL-33在COPD的氣道和全身炎癥反應中發揮重要作用，血清ST2可能參與COPD相關PH形成的炎癥反應機制[17]。另外，在哮喘相關PH模型中，miR-206、IL-4、IL-13和γ干擾素水平的升高可能與病情的嚴重程度有關[18]。綜上，多種IL類細胞因子及其相關信號通路與PH的發生發展密切相關。

2 趨化因子

趨化因子是一類低分子量、結構相關的蛋白質，其通過與7個跨膜的G蛋白偶聯受體結合，誘發細胞內信號轉導，從而介導其趨化因子活性。趨化因子及其受體形成同二聚體和異源二聚體的能力以及趨化因子和趨化因子受體相互作用的可能性使該蛋白家族具有巨大的信號可塑性和復雜性。趨化因子分為4個主要的亞家族：CC、CXC、XC和CX3C，以下主要介紹CC、CX3C及CXC類。

2.1CC類 CC趨化因子配體[chemokine (C-C motif) ligand，CCL]2是血管內皮細胞合成的主要細胞因子之一，對單核細胞/巨噬細胞的活化和遷移過程有重要作用。有研究證明，下調CC趨化因子受體[chemokine (C-C motif) receptor，CCR]2可明顯減少炎性單核細胞向腹腔的募集，從而減輕小鼠的炎癥反應，阻斷CCL2/CCR2可顯著降低Th2類細胞因子的表達，增加Th1類細胞因子的表達[19]。CCL5是由正常T細胞分泌的具有趨化活性的細胞因子，由活化的血小板β顆粒釋放，可誘導單核細胞和T細胞黏附、遷移。在肺血管內皮細胞中，CCL5主要激活CCR1和CCR5。敲除小鼠的CCL5基因會減弱缺氧誘導的PH發展，敲除人肺血管內皮細胞的CCL5基因可提高肺血管內皮細胞的存活率和血管生成能力[20]。同樣有研究表明，PH患者肺動脈平滑肌細胞(pulmonary artery smooth muscle cell,PASMC)和血管周圍巨噬細胞中的CCR2和CCR5表達上調，且PASMC向M2型巨噬細胞遷移增多，阻斷CCR2和CCR5可減少遷移，證明CCR2和CCR5是PH發生發展過程中啟動和促使PASMC遷移和增殖所必需。CCR2和CCR5的雙靶向治療可能阻斷PH的進展[21]。CCR7及其配體CCL19和CCL21是影響PH發生發展的潛在因素。有研究發現，系統性硬化癥相關PH患者CCL21水平明顯升高，其次是由間質性肺疾病繼發的PH，系統性硬化癥相關PH患者肺血管內皮細胞上表達的CCL21可以將CCR7陽性的單核細胞募集到血管壁并誘導炎癥[22]，提示CCL21可能是早期毛細血管前PH相關的血清標志物，與PH發生具有明顯相關性。另有研究證明，CCL19和CCL21水平與COPD-PH患者肺動脈壓力呈正相關，是COPD相關PH發生的危險因素，可作為PH的預測指標[23]。因此，CCL21可能有助于PH診斷時的危險分層，從而輔助治療決策。

2.2CX3C類 CX3C趨化因子配體[chemokine(C-X3-C motif) ligand，CX3CL]1又稱分形趨化因子，而CX3C趨化因子受體[chemokine (C-X3-C motif) receptor，CX3CR]1在多種免疫/炎癥細胞和不同的組織細胞中表達。在PH中，CX3CR1在平滑肌細胞、血管內皮細胞等不同類型的細胞中均表達上調[24]。內皮素-1可誘導高表達B型內皮素受體的內皮細胞表達CX3CL1，提示CX3CL1可能是內皮素-1導致PH的部分原因[25]。抑制CX3CL1/CX3CR1信號通路和間質巨噬細胞擴張可有效減少肺血管重構和炎癥，但血流動力學改善不明顯[26]。因此，CX3CL1及CX3CR1的表達與PH的發生發展有關。

2.3CXC類 CXC趨化因子配體[chemokine (C-X-C motif) ligand，CXCL]12屬于趨化因子CXC亞家族，在肺、肝、淋巴結、骨髓、成纖維細胞和內皮細胞等中均有表達，并通過其同源受體CXC趨化因子受體4[chemokine (C-X-C motif) receptor,CXCR]4進行細胞內信號傳遞[27]。在PH中，CXCL12在外膜成纖維細胞和肺泡巨噬細胞等中表達增強，提示其可能參與PH的發病機制[28-29]。有研究顯示，在PH中CXCL12表達增加可以導致肺動脈內皮細胞異常增殖，從而導致血管生成增加[30]。此外,有研究表明慢性血栓栓塞性PH患者肺動脈內皮細胞CXCL4、CXCL10及CXCR3調節失衡可導致血管生成受損和血管再通喪失[31]。因此,各種趨化因子及其受體的表達及相互作用有可能參與PH的發病機制。

3 生長因子

生長因子是一種由多種細胞分泌,作用于特定的靶細胞,調節細胞分裂、基質合成與組織分化的細胞因子[32]。生長因子主要包括轉化生長因子(transforming growth factor,TGF)-β、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等。

3.1TGF-β TGF-β主要類型包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4及TGF-β5。其中在調節細胞增殖、分化、凋亡方面，TGF-β1/Smad2/Smad3信號通路具有不可忽視的作用。在PH進程中，TGF-β1/Smad2/Smad3信號通路可通過影響免疫穩態，進而影響PH的發生發展。在PASMC中，TGF-β1可增強IL-6誘導的肺血管重構，同時Smad 2/3蛋白的磷酸化也參與 TGF-β1誘導的PH發生發展[33]。此外，有研究發現miR-182/髓系相關分化標記(myeloid-associated differentiation marker，Myadm)通過一氧化氮合酶/一氧化氮/環鳥苷酸和骨形態發生蛋白/TGF-β信號通路影響內皮細胞和平滑肌細胞之間的信號，從而影響PH的發生發展[34]。因此，異常的TGF-β信號轉導可能導致肺組織細胞及肺血管的炎癥反應，或可成為PH發病的關鍵。有研究表明，血清腦鈉肽、VEGF及TGF-β1水平與新生兒持續性PH病情的嚴重程度相關，對評估患兒的病情及預后具有較高的價值[35]。上述研究表明，TGF-β在血管炎癥、血管增生及纖維化等多種反應以及PH的發生發展中發揮關鍵作用。而活性小分子TGF-β受體抑制劑可能有助于抑制PH的病程進展，預防肺血管重構。

3.2FGF FGF是一種有絲分裂因子，能誘導包括內皮細胞和平滑肌細胞在內多種細胞的增殖。有研究發現，FGF信號可能促進血管恢復，阻止缺氧誘導的內皮間充質轉化和PH的發展[36]。在缺氧性PH(hypoxic PH，HPH)的小鼠模型中，FGF21可以改善HPH的血流動力學，并抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖[37]。FGF21可以由蛋白激酶R樣內質網激酶/C/EBP同源蛋白信號通路介導，并通過抑制胱天蛋白酶4的表達減少內質網應激，減輕缺氧誘導的肺動脈內皮細胞功能障礙和凋亡，減少HPH的發生[38]。此外，PH患者血漿FGF23水平升高，且FGF23水平與右心房平均動脈壓、6 min步行距離、N端腦鈉肽前體、靜脈血氧飽和度、心臟指數和肺血管阻力呈正相關[39]。綜上，FGF對于肺動脈平滑肌細胞增殖及肺動脈內皮細胞功能等作用可能在不同亞型間存在差異，FGF在肺動脈發生發展過程中的作用還需進一步研究。

3.3VEGF VEGF是一種血小板衍生生長因子家族中的糖蛋白，是發育、生長、維持身體健康以及許多病理過程中的重要調節因子，可特異性地作用于血管內皮細胞，進而促進內皮細胞的增殖、生長、遷移及血管重構。在新生大鼠HPH的發病過程中，缺氧早期過表達VEGF-A可促進生存素的表達,延緩肺血管重構的進程,降低肺動脈壓,對HPH發揮重要的保護作用[40]。此外，有研究發現VEGF受TGF-β1調控，兩者在PH形成過程中相互調節，而在新生兒持續性PH中血漿IL-17、VEGF、TGF-β1與肺動脈壓呈正相關，可能成為新生兒持續性PH嚴重程度的指標[15]。而在COPD并發PH患者中，隨著肺動脈收縮壓升高，堿性FGF、VEGF可能作為一類保護因子而表達減少，參與后期疾病進展[41]。由此可見，VEGF是一種可以影響肺血管重建，從而影響PH進展的細胞因子之一。

4 其 他

4.1干擾素 干擾素家族是一組分泌蛋白，可作為細胞外信使參與多種應答反應，包括抗病毒、抗增殖、免疫調節和發育活動，以維持體內穩態和宿主防御[42-43]。有文獻報道，接受β干擾素治療的多發性硬化癥患者被診斷為PH，停用β干擾素并應用干擾素特異性藥物治療，患者的臨床癥狀改善、血流動力學趨于正常，說明PH是β干擾素治療的一種罕見而嚴重的不良反應[43]。這種作用也被其他研究者證實，存在PH遺傳易感的多發性硬化癥患者在接受β干擾素治療時，患PH的風險可能更高[44]。另外，有研究發現外源性干擾素可降低小窩蛋白1的表達，激活信號轉導及轉錄活化因子1和蛋白激酶B，并改變肺動脈內皮細胞的細胞骨架，而小窩蛋白1功能不全會引起干擾素炎癥反應，從而導致內皮細胞表型功能異常，靶向該途徑可能會降低PH中的病理性血管重構[45]。綜上，對干擾素途徑的調控可能是治療PH的一個新方向。

4.2腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF) TNF-α是一種促炎性細胞因子，主要由單核細胞和巨噬細胞產生，并在多種病理過程中發揮不同作用。TNF-α可通過調節炎癥部位的免疫細胞(如淋巴細胞)功能介導炎癥反應和調控肺血管的結構重建。有研究發現，黃芩苷可能通過調節TNF-α/骨形成蛋白Ⅱ型受體基因信號通路對實驗中PH模型產生保護作用[46]。而S?leby等[47]發現，PH患者血漿中TNF-α水平升高，并可以區分PH與慢性血栓栓塞性PH和左心疾病合并PH，提示TNF-α可作為區分PH的生物標志物。此外，TNF家族中的TNF相關凋亡誘導配體(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)及其受體在血管平滑肌細胞的存活、遷移和增殖中起重要作用。有研究表明，PH患者的血清可溶性TRAIL水平明顯高于健康對照者，可溶性TRAIL>103 pg/ml可區分PH患者和健康人，其靈敏度為75.6%，特異度為81.2%，而血清可溶性TRAIL水平的降低可能反映了藥物治療PH的有效性。在低氧誘導的PH小鼠模型中，可溶性TRAIL水平顯著高于常氧小鼠，而在給予前列環素治療后，可溶性TRAIL水平明顯降低，且可溶性TRAIL水平與右心室收縮壓、右心室肥厚指數呈正相關[48]。所以，血清可溶性TRAIL可作為PH患者診斷和治療有效性的生物標志物。

4.3半乳糖凝集素-3(galectin-3，Gal-3) Gal-3是β-半乳糖苷結合凝集素家族的成員，可以調節細胞增殖、分化和基因表達。Gal-3通過激活蛋白激酶B/糖原合成酶激酶-3β/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路誘導肺血管內皮細胞凋亡并抑制自噬，進而促進內皮細胞的增殖和血管生成[49]。抑制Gal-3可減輕缺氧誘導的人肺動脈上皮細胞和人PASMC表型改變[50]。Luo等[51]發現PH患者血漿Gal-3水平明顯升高，且在PH模型大鼠的肺血管外膜中Gal-3表達也明顯增強，提示Gal-3可能參與肺血管重構和纖維化；另外，Gal-3通過參與非吞噬細胞氧化酶4(活性氧的主要來源)的氧化應激，在PH誘導的右心室重構中發揮重要作用。因此，抑制Gal-3可能對PH的肺血管和右心室重構有重要作用。

5 小 結

PH的發病機制尚不明確，IL類、趨化因子類與生長因子類等多種細胞因子相互交織、互相影響，形成復雜的細胞因子網絡，在炎癥、血管內皮增生與血管平滑肌細胞增殖中起重要作用，參與PH的發生發展。但病因不同，PH致病機制不盡相同，不同細胞因子在不同病因PH中的作用機制與程度不同。隨著對細胞因子的認識和PH發病機制研究的不斷深入，通過特異性阻斷PH相關細胞因子或參與PH形成相關的細胞信號轉導通路，可能為PH的靶向與精準治療提供新思路。