鈣離子通道在肺動脈高壓發病機制中作用的研究進展

周能，王敏，張潔，靳海霞，李艷，褚衍彪

1 濰坊醫學院研究生院，山東濰坊261000；2 山東第一醫科大學附屬人民醫院檢驗科；3 山東第一醫科大學研究生院；4 山東第一醫科大學附屬中心醫院呼吸與危重癥醫學科

肺動脈高壓（PAH）是一組以不受控制的肺血管重塑、持續的血管收縮和原位血栓形成為特征的臨床綜合征，由于肺血管重塑引起肺循環血流動力學改變，最終可導致右心衰竭甚至死亡［1］。PAH的發病機制至今仍不完全清楚，但越來越多研究表明，Ca2+、K+、Na+等離子通道在PAH的發病機制中具有重要作用。許多血管活性物質、炎癥介質、轉錄因子等通過調節離子通道活性調控細胞內外離子濃度，從而調節血管收縮和細胞增殖、遷移、凋亡等。在第六屆世界肺動脈高壓大會上，有學者建議將“對鈣通道阻滯劑（CCB）長期有效的肺高血壓列入第一大類PAH中”［2］，這一建議在2022年ESC/ERS指南中被采納［3］。鈣穩態是維持細胞正常生理功能的基礎。參與致病機制的各種信號通路通常以Ca2+作為中介或改變目標來調節細胞功能，如增殖、遷移、凋亡等。本文結合文獻就電壓門控鈣通道（VGCC）、鈣庫操縱性鈣通道（SOCC）、受體操縱性鈣通道（ROCC）、牽拉激活離子通道（SAC）中的Piezo1、N-甲基-D-天冬氨酸受體（NMDAR）在PAH發病機制中作用的研究進展作一綜述。

1.GCC在PAH發病機制中的作用

VGCC是由α1、α2δ、β、γ四個亞基組成的膜蛋白復合體。根據鈣離子電流門控特性不同，VGCC可分為L、T、N、P/Q、R五型；按照電壓激活特性不同，VGCC可分為高電壓激活型（HVA）和低電壓激活型（LVA）；根據α1亞基的基因型不同，VGCC又可分為Cav1、Cav2、Cav3三大家族。VGCC是細胞表面的一類重要信號轉換器，可將膜電勢轉變成細胞內Ca2+瞬態，從而參與血管收縮及細胞增殖和遷移等生物學過程。VGCC具有與電壓相關的3種不同狀態：靜息狀態、激活狀態和失活狀態。去極化時，VGCC迅速由靜息狀態轉變為激活狀態，然后快速失活，經過一段時間復極化再恢復至靜息狀態［4］。

肺動脈平滑肌細胞（PASMCs）存在HVA、LVA兩種VGCC，目前研究較多的是HVA。HVA是細胞內外Ca2+交換的主要通道，可長期維持激活狀態并形成內向電流。而Cav1.2通道是調節血管平滑肌收縮的HVA離子通道，在膜去極化時Ca2+通過激活Cav1.2通道引起一系列生理過程［5］。在缺氧誘導的PAH模型中發現，缺氧可促進Cav1.2、Cav3.1、Cav3.2蛋白表達，從而導致肺動脈平滑肌收縮［6-7］。在LVA中，主要是Cav3.1、Cav3.2通道參與PAH的發生、發展。在慢性缺氧誘導的PAH動物模型中，抑制Cav3.1蛋白表達可有效阻止PAH進展［7］。有研究報道，LVA中Cav3.1、Cav3.2蛋白可參與PASMCs增殖［8］，而LVA阻滯劑則可阻滯細胞周期并抑制PASMCs增殖［9］。此外，LVA還能參與激活與PASMCs增殖和凋亡相關的激酶，如蛋白磷酸酶2A、細胞外信號調節激酶1/2、蛋白激酶B（Akt）等［8-9］。

2.OCC在PAH發病機制中的作用

SOCC最早由PUTNEY于1986年發現并提出，是非興奮細胞上Ca2+內流的主要途徑，以鈣釋放激活鈣離子流最為典型［10］。SOCC廣泛分布于哺乳動物細胞中，可通過調節細胞內Ca2+濃度參與新生血管形成以及血管收縮和重塑等病理生理過程。SOCC由基質相互作用分子（STIM）和Oria蛋白復合體、瞬時受體Ⅰ型電位通道（TRPC1）及微囊蛋白1三部分組成。STIM是一種定位于內質網膜上的單次跨膜蛋白，由跨膜結構域、管腔結構域及細胞質結構域構成，分為STIM1、STIM2兩種亞型。STIM的主要功能是監測細胞內Ca2+濃度［11］。在鈣庫操縱性鈣內流（SOCE）過程中，STIM能夠激活Orai和TRPC1。當處于失活狀態時，STIM分散在內質網（ER）中，Orai分散在質膜中。而當G蛋白偶聯受體激活磷脂酶C（PLC）時，PLC將磷酸化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸分解為二酰甘油（DAG）和肌醇1，4，5-三磷酸（IP3），IP3作用于ER的相應靶點IP3受體，從而觸發ER中Ca2+釋放，導致ER中儲存的Ca2+濃度降低。此時，STIM1作為Ca2+傳感器，感知ER中Ca2+耗竭，迅速聚集于ER和質膜之間并與Orai和TRPC1作用觸發SOCE［10］。

促進TRPC1蛋白表達能夠顯著增強SOCE。SOCC可通過Orai1將TRPC1轉移至質膜，然后STIM1與TRPC1相互作用觸發Gq/PLC相關信號通路調節Ca2+濃度［12］。有研究表明，在低壓、慢性缺氧條件下形成的PAH模型大鼠遠端肺動脈組織STIM1表達升高，而在大鼠PASMCs中敲低STIM1則可抑制缺氧誘導的PASMCs過度增殖［13］。但是，也有研究得出了不同的結論。WANG等［14］研究發現，將大鼠暴露于10% O2下，其PASMCs中STIM1表達無明顯變化，而Orai1/2表達增加。在特發性PAH患者PASMCs中STIM2表達明顯升高，PASMCs中STIM2過表達可增強SOCE并促進PASMCs增殖［15］。FERNANDEZ等［16］研究同樣發現，PASMCs中STIM2、Orai2表達升高和SOCE增強，最終促進PASMCs由收縮型向增殖型轉變。這些研究表明STIM/Orai/TRPC在PAH的發生、發展中具有重要作用，但不同研究對象或干預條件可能會產生不同的結果。

3.OCC在PAH發病機制中的作用

ROCC又稱配體門控鈣通道，對相應的配體敏感。配體與受體結合可導致受體構型改變，介導受體操縱性鈣內流（ROCE），從而使ROCC開放。ROCE和SOCE均能直接響應細胞外信號而被激活。但與SOCE不同，ROCE不依靠細胞內儲存的Ca2+釋放。細胞外配體對膜受體（如G蛋白偶聯受體和受體酪氨酸激酶）的刺激可導致PLC激活，產生DAG，而DAG可激活ROCC，從而導致Ca2+內流并增加細胞內Ca2+濃度。

TRPC3/6/7可參與ROCE過程。特發性PAH患者PASMCs中TRPC1、TRPC3、TRPC5、TRPC6蛋白表達顯著升高［17］。在慢性缺氧誘導的PAH模型小鼠中，TRPC1、TRPC6基因缺失可抑制PAH進展［18］。低氧能夠通過Notch蛋白轉錄調控TRPC6引起SOCE，最終介導Ca2+濃度改變［19］。近期研究發現，慢性缺氧還可通過上調CasR-TRPC1/6信號通路促進PASMCs增殖［20］。BMP2可通過抑制TRPC1、TRPC4和TRPC6蛋白表達而抑制SOCE并導致基礎Ca2+濃度降低，從而抑制細胞的增殖和遷移［21］。WANG等［22］研究發現，在低氧條件下PASMCs中HIF-1α表達上調，并通過上調BMP4表達增加大鼠PASMCs中TRPC1、TRPC6表達，從而促進SOCE并導致基礎Ca2+濃度升高，繼而促進肺血管重塑。在大鼠PASMCs中敲減HIF-1α，由缺氧引起的Orai2升高會減弱［14］。而在肺動脈內皮細胞（PAECs）中，TNF-α誘導的TRPC1表達增加可導致內皮屏障功能障礙［23］。FANTOZZI等［24］在人PAECs中發現，慢性缺氧誘導的TRPC4表達增加可導致胞質中Ca2+濃度升高，誘導活化蛋白1結合活性增加，促進活化蛋白1應答基因合成增加，從而引起肺血管內皮細胞異常增殖和血管重塑。

4.iezo1在PAH發病機制中的作用

Piezos是一類機械敏感性離子通道，分為Piezo1和Piezo2，分別由PIEZO1和PIEZO2基因編碼。當細胞膜張力改變時，Piezos蛋白發生可逆形變，驅動Piezos通道開放，對Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子全部滲透，但更偏向滲透Ca2+［25］。

既往研究表明，血管平滑肌細胞中Piezo1激活增強導致的細胞質Ca2+濃度增加，會對高血壓期間血管直徑和壁厚產生影響［26］，提示Piezo1可在動脈平滑肌細胞中表達并參與高血壓血管重構。Piezo2主要表達于神經元，與本體感覺有關，其在肺動脈內的研究仍在探索之中。在慢性缺氧誘導的PAH模型大鼠肺動脈中，SAC阻滯及Gd3+/GsMTx4（Piezo1非選擇性抑制劑）均可顯著抑制肌源性血管收縮［27］，提示Piezo1作為SAC的重要組成部分，能夠參與肺血管舒縮功能的調節。為了驗證Piezo1在肺循環中的作用，LHOMME等［28］在肺動脈內皮細胞中發現，牽張激活的Piezo1通道可通過增加內皮細胞Ca2+濃度、促進NO生成增加，從而促進肺動脈舒張。近期有研究在特發性PAH患者和PAH模型動物的PAECs中發現，Piezo1 mRNA和蛋白表達上調，并且在內皮細胞中Piezo1上調有助于通過增加Akt和mTOR的磷酸化或激活Akt/mTOR信號通路來上調Notch配體Jag1/2和Dll4表達，從而促進PAH的發生、發展［29］。然而，LHOMME等［28］在慢性缺氧誘導的PAH模型小鼠中發現，內皮細胞特異性敲除Piezo1在PAH的發病機制中具有可有可無的作用。上述研究雖然能夠驗證常氧和慢性缺氧小鼠肺動脈Piezo1的表達差異，但并未明確Piezo1在PASMCs和PAECs中的特定表達模式。有研究發現，特發性PAH患者Piezo1的激活可引起細胞內Ca2+釋放并促進PASMCs過度增殖。Piezo1蛋白表達上調與PASMCs的收縮表型向增殖表型轉變以及肺血管重塑的關系密切［30］。隨后CHEN等［31］探究了剪切應力相關的PAH模型大鼠中Piezo1的功能，并得出了PASMCs中Piezo1蛋白表達上調與Yes相關蛋白/TEA結構域轉錄因子4直接相關的結論，同時還發現Piezo1蛋白表達上調與RelA/p65的轉錄調節和肺部炎癥有關。雖然Piezo1的激活可通過增加鈣離子信號傳導誘導PASMCs收縮，但在PAECs中Piezo1的激活增加了與超極化和Akt/eNOS信號通路相關的Ca2+濃度，這可能有助于肺血管舒張［32］。

5.MDAR在PAH發病機制中的作用

谷氨酸受體在中樞神經系統中廣泛分布，不同亞基分布在不同器官中。谷氨酸受體主要分為離子型受體和代謝型受體，NMDAR是最主要的離子型受體。NMDAR是一種由NMDAR1、NMDAR2、NMDAR3亞基組成的異四聚體復合物，其結構包括細胞外配體結合結構域和跨膜離子通道［33］。NMDAR是一種受配體和電壓雙重門控的離子通道。NMDAR激活可導致選擇性陽離子通道打開，引起Na+、Ca2+內流和K+外流。雖然大多數谷氨酸受體是選擇性陽離子通道，但很少能滲透Ca2+，而NMDAR對Ca2+具有高度滲透性，其滲透性約為Na+的10倍［34］。

過去十年的研究表明，NMDAR亦可在非中樞神經系統中表達，尤其是心血管系統［35］。肺血管重塑可能由血管細胞的代謝重編程驅動，以增加谷氨酰胺分解和谷氨酸生成。而NMDAR是PASMCs和PAECs上的離子通道受體［36］。有研究表明，NMDAR可增加主動脈平滑肌細胞［35］、惡性腫瘤細胞［37］的增殖和遷移。但NMDAR在PAH中的作用尚不完全清楚。DUMAS等［36］研究報道，NMDAR的強制性亞單位NMDAR1在PAH患者肺動脈內過度表達和過度激活，并通過增加PASMCs血小板衍生生長因子（PDGF）依賴性增殖促進動脈重塑；此外，在PAH動物模型中，在PASMCs中靶向敲除NMDAR或抑制NMDAR均能改善其臨床結局。有研究發現，PAH患者肺動脈NMDAR2B表達降低，并且PDGF受體β在PDGF刺激下激活Src家族激酶、瞬時磷酸化NMDAR2B，最終導致磷酸化NMDAR2B向質膜表面運輸和表達，從而發揮抗增殖和抗遷移作用［38］。這些研究表明NMDAR在PAH發病機制中具有重要作用，但仍需更多的研究來進一步佐證。

綜上所述，PAH是一組以不受控制的肺血管重塑、持續的血管收縮和原位血栓形成為特征的臨床綜合征，其發病機制仍不完全清楚，但越來越多研究認為離子通道在其發病機制中具有重要作用，尤其是VGCC、SOCC、ROCC、Piezo1、NMDAR等鈣離子通道。這些鈣離子通道對細胞內鈣穩態至關重要，不僅可通過Ca2+濃度改變引起肺血管收縮，還可通過不同信號通路引起肺血管重塑，從而參與PAH的發生、發展。但鈣離子通道在PAH中的具體作用機制仍需進一步驗證。