高密度脂蛋白在肺動脈高壓中的作用研究

王終平 白振忠

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)是一類惡性進行性肺血管疾病，其主要病理生理學特征為肺血管持續性異常收縮及重構，引起肺血管阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)和肺動脈壓力(pulmonary artery pressure，PAP)升高，最終導致不同程度右心功能衰竭，甚至死亡[1]。因此，PAH是一個血流動力學概念，診斷標準是：在海平面靜息狀態下，右心導管測定平均肺動脈壓力(mean pulmonary artery pressure，mPAP≥25 mmHg)(1 mmHg=0.133 kPa)同時肺小動脈楔壓(pulmonary arteriole wedge pressure，PAWP)≤15mmHg，PVR>3WU單位[2]。PAH屬于肺高血壓(pulmonary hypertension，PH)中第一類[3]。在一項針對PAH回顧性研究中，研究者對納入研究的所有肺動脈高壓患者進行了基線高密度脂蛋白 ( high-density lipoprotein，HDL)測量。采用Kaplan-Meier方法，對納入研究患者5年內的死亡率進行分析。計算單變量和多變量Cox比例風險比，以評估基線HDL水平與生存率之間的關系。實驗結果顯示，HDL>54 mg/dL的患者5年生存率為59%。相比之下，HDL<34 mg/dL的患者的5年生存率為30%[4]。另外近年也有研究表明，PAH患者血清中HDL水平顯著低于無PH患者血漿中的水平，且HDL水平與平均肺動脈壓、右心房壓力呈負相關[5]。綜合來看，HDL可作為PAH生存與預后的獨立預測因子。本綜述將總結現有證據并分析以下內容：(1)HDL的結構與功能；(2)HDL與肺動脈高壓；(3)小結和展望。本文旨在探討HDL在PAH發生發展中的作用，嘗試為PAH的治療提供新的思路與靶點。

一、HDL 的結構與功能

HDL在1929年由Michel Macheboeuf 首次發現，HDL是一類在密度、顆粒大小、組成和功能方面都極不均一的脂蛋白，密度在 1.063 到 1.210 g/mL 之間[6]。HDL的生物合成開始于一種新生顆粒囊泡結構Vesicle，這種顆粒主要由載脂蛋白 A-I 和載脂蛋白 A-II(分別為 ApoA-I 和 ApoA-II)以及腸道和肝臟分泌的磷脂組成。當新生的顆粒在血管內循環時，它們獲得磷脂、大量蛋白質(高達96種)、膽固醇和其它脂質和微RNA，成為球形顆粒Capsule[6-7]。成熟的球形HDL含有45%～55%(質量百分比)的載脂蛋白、26%～32%的磷脂、15%～20%的酯化膽固醇、3%～5%的游離膽固醇以及5%的中心脂肪，甘油三酯TG[8-9]。這些顆粒中載脂蛋白含量的不同決定了個體HDL的功能之間的差異，而脂質成分的差異卻決定了HDL的形狀呈盤狀或球形[8-9]。

HDL是迄今為止最復雜的脂蛋白顆粒，它被我們熟知的功能是促進膽固醇逆向轉運 ( reverse cholesterol transport，RCT)[10]，即將外周組織和細胞中的膽固醇運送到肝臟，用于合成脂蛋白、膽汁酸、類固醇激素以及脂溶性維生素，因此，是HDL抗動脈粥樣硬化最重要的功能體現[11]。除此之外，HDL還具有抗氧化、抗炎、免疫調節、抗凋亡、抗血栓形成和保護內皮特性等功能[12-15]。現在已清楚這些功能在健康和疾病中的作用超越了反向膽固醇轉運(RCT)，這些功能也使得HDL在PAH的發生發展及預后中發揮著重要的作用。

二、HDL與肺動脈高壓

1 HDL的抗炎抗氧化作用

炎癥反應貫穿PAH發展的各個時期，在PAH患者中可以檢測到高水平的細胞因子、趨化因子和炎癥細胞。而炎癥細胞(帶狀T淋巴細胞、肥大細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞等)在肺血管周圍的過度浸潤會釋放多種炎癥介質，(包括IL-1α、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IL-13和TNF-α)造成血管周圍炎癥[16-17]，血管周圍炎癥和氧化應激以交互方式在肺血管中發生作用[18]，會損傷肺血管內膜，使得肺血管發生重塑[19]。此外，不同趨化因子、細胞因子和生長因子釋放的失調導致血管生成和修復機制受損，而血管生成和修復機制在肺血管重塑中起主要作用[20-21]。最新研究表明，線粒體中的活性氧(ROS) 和Ca2+信號在PAH中的異常調節會導致NF-κB 依賴性炎癥反應和酮介導的氧化應激的發生[22]。因此，炎癥激活、信號放大、氧化應激和慢性細胞組織重塑等作用的相互作用，最終都會導致肺動脈壓力升高，那么對PAH進行抗炎、抗氧化的治療也顯得尤為重要[23-24]。

HDL已被證明具有多種抗炎和抗氧化作用[25-26]，HDL可以減少炎癥細胞在肺血管周圍的過度浸潤，例如HDL可在體外保護內皮和平滑肌細胞免受氧化低密度脂蛋白(Ox-LDL)的細胞毒性作用，而最新的研究發現，低密度脂蛋白受體(LDLR)家族在PAH的發生發展中發揮著重要的作用，LDLR成員通過控制脂質代謝和氧化、血小板衍生生長因子、轉化生長因子 β1、Wnt、載脂蛋白E、骨形態發生蛋白和過氧化物酶體增殖物激活受體γ等來影響PAH[27]。HDL還具有其它抗炎特性，許多研究也表明，HDL可以減少用腫瘤壞死因子α (TNF-α)處理的內皮細胞中超氧化物的產生[28-30]，這可能是通過抑制煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶介導的HDL相關溶血鞘脂及其與S1P3和SR-BI受體的相互作用[31]。HDL也被證明對許多炎癥介導的黏附分子的產生具有下調效應，如對血管和細胞間黏附分子(VCAM-1和ICAM-1)、E-選擇素和單核細胞化學吸引蛋白-1 (MCP-1)，可降低它們的蛋白表達，并限制循環單核細胞向動脈壁的聚集和歸巢作用。

HDL還可攜帶多種抗氧化酶，如：對氧磷酶-1 (PON-1)，脂蛋白相關磷脂A2 (Lp-PLA2)[32]和卵磷脂膽固醇脂酰轉移酶(LCAT)，這三種酶抗氧化應激的作用也已得到證實。其中PON-1可在體外保護HDL和 LDL免受氧化，而它的功能缺失(使用 PON-1 敲除小鼠)已被證明具有相反的效果。同時，HDL的主要成分ApoA-I還具有直接結合和清除血管壁內LDL顆粒中氧化脂質的能力，促進HDL的抗氧化性能。

2 HDL具有抗血栓的作用

PAH是一種常見的肺血管疾病，其病理特征除了內膜和外膜纖維化、平滑肌增生、叢狀病變，還有一個至關重要的病理表現是血栓形成[1]。PAH中血栓的形成與患者血液中血小板的異常密不可分。血小板是小型無核血細胞，在止血、血栓形成和免疫功能等多種生理過程中發揮著不同的作用[33]。在PAH患者中可以檢測到他們的血小板計數、大小和功能異常。患者的血小板數目大多都減少，在特發性PAH (IPAH)中，血小板減少癥與血流動力學惡化相關[34]，并降低了患者的生存率[35]。與健康對照組相比，PAH患者的平均血小板體積(MPV)增加[36]，這可能對血小板功能有影響，因為認為更大的血小板更活躍。活化的血小板參與各種生物過程，并可介導血栓形成、免疫反應和釋放促有絲分裂和血管活性介質[37]。此外，血小板含有大量細胞內顆粒，這些顆粒儲存了與PAH相關的分子。包括血小板因子4 (PF4)、PDGF、血管內皮生長因子(VEGF)、TGF-b、p-選擇素和血管性血友病因子(vWF)。在PAH中，通常儲存在血小板顆粒中的循環分子水平升高，例如血小板衍生生長因子(PDGF)、轉化生長因子β (TGF-β)和血清素[38]。其中血清素在正常情況下的循環水平較低，因為過量血清素會促進肺循環中有害的炎癥增加和血管收縮[39]。 選擇性地破壞血清素受體，會導致血清素的攝取受到抑制，血清素水平升高與 PAH 臨床惡化和死亡率增加有關[40]。除此之外，在最新的報告中指出，PAH 患者中升高的中性粒細胞胞外陷阱(NETs)水平也與血栓形成有關。 NETs是在中性粒細胞程序性細胞死亡后形成的染色質和細胞質酶(髓過氧化物酶和中性粒細胞彈性蛋白酶)，它可以通過激活血小板和內皮細胞來參與血栓的形成[41]。

已經證實HDL水平與血栓形成風險之間存在負相關。這得益于HDL對血小板、凝血級聯和血管內皮的作用。HDL通過限制血小板內膽固醇超載，以及通過在結合血小板高密度脂蛋白受體(如清道夫受體B類I(SR-BI)和載脂蛋白2′(ApoER2′))后調節血小板信號通路來防止血小板高反應性。且HDL血液中主要的亞組分HDL3可抑制凝血酶誘導的血小板聚集。HDL通過預防血管性血友病因子自身結合和隨后的血小板黏附來調節血栓形成[42]。HDL的抗血栓特性也與抑制凝血級聯和刺激血栓纖溶有關[43]。此外，HDL刺激內皮細胞產生一氧化氮和前列環素，這是血小板活化的有效抑制劑。綜上所述，HDL的抗血栓作用是多方面的。因此，可通過提高PAH患者血液中的HDL來對抗肺動脈血管中的血栓形成，從而達到治療PAH患者的目的。

3 HDL 促進內皮功能和完整性

PAH是一種細胞破壞性疾病，所有PAH患者均具有肺血管過度收縮和血管重構異常的病理特征[44]。除了已知參與PAH發病機制的其它細胞類型(例如平滑肌細胞、成纖維細胞和白細胞)，最近的研究表明，內皮細胞(ECs)在PAH的發生和發展中起著至關重要的作用。EC在PAH中的特異性作用是多方面的，并影響許多病理生理過程，包括血管收縮、炎癥、凝血、代謝和氧化/硝化應激，以及細胞活力、生長和分化[45]。若內皮功能障礙，如內皮細胞過度增殖、膠原沉積增強和叢狀病變會使肺血管的管腔狹窄，從而造成PAH[46]。

HDL對肺血管內皮具有幾種潛在的保護功能[47]。HDL通過促進內皮一氧化氮(NO)合酶(eNOS)的磷酸化并由此產生NO來支持內皮依賴性血管舒張； HDL通過抑制選擇素以及血管黏附分子(VCAM1)和誘導細胞黏附分子(ICAM1)的表達來抑制白細胞在內皮細胞的滲出；HDL通過促進連接閉合、抑制活性氧(ROS)、通過蛋白多糖脫落防止糖皮質丟失、通過抑制細胞凋亡，以及通過刺激成熟內皮細胞和內皮祖細胞(EPC)的增殖和遷移來幫助維持內皮的完整性和保護細胞間連接作用，保持內皮細胞和穩態作用。

4 HDL在肺動脈高壓臨床中的研究進展

近年來，關于HDL在PAH中臨床的研究進展中存在著一些分歧，但絕大多數的研究表明高水平的HDL對PAH患者更為友好。在法國的一項多中心研究中，實驗人員對110例PAH病人進行了觀察與分析，他們并未發現病人血漿中HDL與3年死亡率之間存在關聯[48]。然而，在Larsen等人的另一項大型研究中，他們對227名PAH患者進行了5年以上的觀察，在調整了年齡、PAH治療和計算的疾病特異性風險評分后，證實較高的HDL水平與顯著降低的死亡率相關[4]。Jonas等人對47名特發性PAH患者的研究中，他們證明了較低水平的 HDL與炎性細胞因子相關，這表明慢性炎癥可以介導 HDL與肺血管系統功能之間的關系[49]。倫敦帝國理工學院的研究人員分析了兩組特發性和遺傳性PAH患者的代謝組學。他們通過核磁共振波譜研究了204名受試者的脂蛋白譜。他們表明，最小的 HDL 亞類(HDL-4)的下調與死亡風險增加有關[50]。為了探討血清HDL水平與PAH的存在和嚴重程度之間的關系，來自中國的葛均波院士團隊對177例PAH患者和103例無肺高血壓(PH)患者均進行了右心導管插入術及血清 HDL水平的檢測。最終他們得出結論，與沒有PH的患者相比，PAH患者的血漿HDL水平顯著降低。HDL水平與心輸出量、心臟指數和混合靜脈血氧飽和度呈正相關，與肺動脈壓、右心房壓和肺血管阻力呈負相關。多變量邏輯回歸分析表明，HDL是PAH的顯著獨立預測因子[5]。

三、小結與展望

PAH的病理生理學涉及一系列由各種壓力引起的炎性細胞黏附和遷移到肺動脈壁、氧化應激、肺小血管中血栓的形成、肺動脈內皮細胞損傷、肺動脈痙攣、外膜纖維化、內膜閉塞性纖維化和纖維素樣壞死。最終導致肺血管重塑、肺動脈壓力升高以及右心室衰竭。PAH患者的5年生存率估計為50%～60%。最近的研究發現，HDL是PAH患者生存率的生物標志物和預測因子，較低的血漿水平與較差的預后相關。上述結果可解釋為HDL具有多種抗氧化、抗炎和抗凝作用。HDL還促進一氧化氮合酶的合成，一氧化氮合酶負責血管擴張劑一氧化氮的合成，它刺激前列環素的釋放并延長其半衰期。HDL還通過促進連接閉合、抑制活性氧ROS、通過蛋白多糖脫落防止糖皮質丟失、通過抑制細胞凋亡，以及通過刺激成熟內皮細胞和內皮祖細胞的增殖和遷移來幫助維持內皮的完整性。因此，HDL療法也可能成為治療PAH的一個很有前景的靶點。這有助于我們更好地開發臨床治療PAH疾病的潛在藥物。

HDL是經典的膽固醇轉移蛋白活性分子，具有多樣生物學功能。我們的綜述以目前最新發現的HDL通過攜帶膽固醇脂等物質，同時攜帶抗氧化酶類物質，如PON1和Lp-PLA2等分子抗活性氧簇、抗自由基的新機制，并且引用最新的研究發現，證實HDL通過減少炎癥介質的浸潤如TNF-α，同時抑制NADPH誘發的炎癥風暴和肺血管內皮細胞的黏附因子的聚集，減少炎癥風暴的發生，為經典HDL分子成為最新臨床轉化和應用的分子提供一些理論回顧。