肺动脉高压的炎症发病机制

肺动脉高压的炎症发病机制 肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension, PAH）是一种致残率和病死率均很高的临床综合征，呈进行性加重，以肺血管阻力升高为特征，其产生与血管收缩、血管壁重塑及原位血栓形成3种因素的综合作用有关。肺血管阻力升高引起右心室负荷增加，可导致右心功能障碍[1]。已有研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明导致肺动脉高压发生发展的机制是多方面的，与多种发病因素有关，包括炎症机制、遗传基因机制、离子通道机制、血管活性物质失衡机制、增殖或/和凋亡机制等。本文就肺动脉高压的炎症发病机制做一综述。 一、炎症的病理学与病理生理学证据 炎性介质能导致肺血管收缩的的观点已被广泛接受，但炎症可引起肺血管重塑是一个较新的概念。 已有研究表明在重度特发性PAH患者的肺部丛状病变存在炎性细胞浸润。在丛状病变血管处聚集有T细胞，B细胞和巨噬细胞，而且只浸润于中层管壁的外面部分和外膜。丛状损害和扩张性病变部分都表现为外膜的炎性浸润。PAH时肺动脉还有纤维细胞亚群的浸润，也证实循环中单核细胞缺乏而减轻慢性缺氧导致的肺血管重构。Voelker等[2]认为低氧性PAH血管病理血管周围炎症明显，内膜增厚、动脉肌化、内皮细胞功能失调、原位血栓形成、毛细血管和毛细血管前微动脉丧失，血管充血和淤滞，并强调血管内皮生长因子、凋亡及氧化应激在发生机制中的作用。 不少研究发现严重PAH患者循环中炎性因子水平显著升高。参与炎症过程的细胞因子和生长因子如白细胞介素（IL）-1、IL-6，血小板源生长因子（PDGF-A）以及巨噬细胞炎性蛋白-1α在特发性PAH患者循环中的表达和合成显著增加[3]。Balabanian等[4]发现在重度特发性PAH患者血浆中可溶性CD25、可溶性P- 选择素、可溶性E-选择素、可溶性细胞黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）、可溶性血管细胞黏附分子（vascular cellular adhesion molecule-1，sVCAM-1）及可溶性IL-6等可溶性炎症标记物均显著高于对照组，支持系统性炎症与特发性PAH发病相关。研究认为单核细胞趋化因子（MCP）-1、IL-6和肿瘤坏死因子（TNF）-α循环水平在特发性PAH患者中显著高于健康人群。MCP-1水平升高在疾病早期尤为明显，提示其可能参与PAH的形成。研究结果显示[3]，PAH患者外周循环中CD4＋和CD8＋淋巴细胞对趋化因子（CX3CR1）表达增加，对可溶性趋化因子(fractalkine，sFKN）敏感度增加。PAH患者肺组织和肺动脉内皮细胞FKN mRNA表达增加。调节激活正常T细胞表达和分泌的细胞因子（RANTES）是单核细胞和T细胞的重要趋化因子，RANTES可能通过诱导内皮素转化酶-1和内皮素-1的生成间接参与PAH的形成。趋化因子配体2(CCL2) 在特发性PAH患者的血浆和肺组织中蛋白水平显著高于对照组，PAH患者肺动脉平滑肌细胞的CCL2表现出强烈的移行和增殖反应。在PAH时肺组织及肺动脉内皮细胞血管内皮转化生长因子（VEGF）表达上调，伴随VEGF受体表达水平升高，丛状病变处VEGF-2受体水平尤其增高。而VEGF亚基（VEGF-B）缺失的纯合子鼠与野生型鼠相比，在低氧时血管重塑程度较轻，提示VEGF-B能增加血管增殖改变。在大鼠模型中，慢性阻断VEGF-2和缺氧导致内皮细胞凋亡，发生重度PAH。 二、炎性细胞与炎性因子的相互作用 有研究通过记数远离和邻近细支气管的动脉壁上的白细胞，发现2种动脉壁上的白细胞数量无明显差别，甚至远离细支气管的动脉壁有更多炎性细胞浸润，说明肺动脉壁浸润的炎性细胞不是来自邻近的外周气道，来源可能为肺循环。炎性细胞主要浸润血管外膜，肺肌性动脉内外层弹力膜可起到解剖屏障的作用，阻碍炎性细胞通过动脉腔迁移。肺血管炎性细胞以淋巴细胞浸润为主，特别是T细胞中CD8T细胞比例相对较高。肺血管慢性炎症最终可导致肺血管重塑，其严重程度与血管壁厚度呈正相关。 肺内储存有大量中性粒细胞，通常这些中性粒细胞在肺毛细血管及微血管中变形，缓慢移动。低氧等因素可使中性粒细胞变形性降低，使其滞留在肺血管床内，然后通过细胞间相互作用黏附到毛细血管内皮细胞，变形跨越肺泡毛细血管膜迁移到间质空隙参与炎症反应。 主要的炎症前细胞因子(cytokines)是IL-1、IL-6和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）。IL-1和IL-6是多向性细胞因子，具有广泛的炎症、宿主防御及组织损伤相关的体液和细胞免疫效应。IL-6也是一种急性时相反应中枢介质，主要决定C反应蛋白的产生。IL-6由内皮细胞、平滑肌细胞及巨噬细胞产生和分泌，IL-1主要由单核细胞和巨噬细胞产生，也可由平滑肌细胞、内皮细胞及激活的血小板产生。已知IL-1可增加内皮黏附分子的表达，促进其他炎性细胞附着在激活的内皮上。TNF-α是另一种多功能细胞因子，具有多向性生物学活性，可刺激其他细胞因子合成，在细胞因子炎症瀑布反应中起重要作用。IL-18可与TNF-α共同刺激平滑肌细胞产生IL-6并增加巨噬细胞集落刺激因子、PDGF及成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)的表达。炎症前细胞因子如IL-1、TNF-α及IL-6可诱导人巨噬细胞表达IL-18。IL-18通过受体在TH1淋巴细胞、内皮细胞、平滑肌细胞及巨噬细胞上表达，诱导多种细胞因子和内皮细胞黏附分子的表达。 已发现的细胞黏附分子按基因家族和分子结构可分为5类：免疫球蛋白超家族、选择素家族、整合素家族、钙黏附蛋白家族和其他黏附分子。血管壁炎性细胞浸润可能与此有关：（1）活化的内皮细胞上表达的选择素家族如P-选择素、E-选择素，与中性粒细胞上的受体相互作用，使中性粒细胞在血管中滚动；（2）白细胞表面激活的黏附分子Mac-1(CD11b/CD18)与ICAM-1和VCAM-1紧密结合并相互作用；（3）中性粒细胞通过其表面的白细胞功能相关抗原(LFA-1、CD11a/CD18)与内皮细胞表面的ICAM-1相结合，迁移到组织间隙[7-9]。这些活化的中性粒细胞释放氧自由基、酵素、细胞因子及蛋白酶等对局部组织造成损害。 三、PAH炎症发病可能的信号转导通路 内皮细胞的损害是血管炎症的重要表现。内皮损伤后不仅内皮功能失调而且而且破坏内皮屏障，循环中的介质和炎症因子能直接作用于血管壁。炎症反应过程中，内皮细胞被激活，导致激发炎症事件的信号通路下调或上调[10-12]。 1.氧化应激与内皮细胞损伤：大量实验结果显示，内皮细胞正常生理活动过程都有氧化反应参与，如低密度脂蛋白的氧化，NO生物活性的降低以及血管炎症反应过程等，均受到氧化反应的影响。因此，氧化反应在内皮细胞损伤和功能变化过程中发挥关键作用。导致内皮细胞损伤的氧化性物质主要是氧自由基。氧自由基产生的途径很多，包括内源性和外源性氧化性物质的增多。内源性氧化物质由机体代谢过程产生，在炎症反应条件下可导致氧自由基大量产生，清除能力降低，打破机体氧化/抗氧化能力的平衡，使血液中氧自由基含量增加，形成氧应激状态。同时，在病理条件下，活化的内皮细胞也可以产生大量活性氧（ROS）。由于内皮细胞长时间直接暴露在高浓度的氧化应激条件下，最终导致损伤和功能障碍。氧化反应可参与内皮细胞病理变化过程的各个环节，如增加血管内皮细胞的通透性、增加白细胞浸润、影响细胞增殖活性、引起细胞死亡与凋亡并干扰细胞内信号传导等。炎性细胞(巨噬细胞、中性粒细胞)能分泌ROS在低氧性PAH病理中也起重要作用。过量的ROS能使抗蛋白酶失活，抑制内源性抗氧化剂，直接活化核因子-κB转录因子，产生IL-8、TNF-α等前炎症因子，并能诱导NOS及环氧合酶(COX2)参与炎症反应。ROS还能直接或间接产生脂质过氧化物，通过激活一些应激酶，如细胞外的信号调节酶和对氧化-还原反应敏感的调控因子(核因子-κB、AP-1)产生前炎症因子，促进炎症反应。 氧应激状态诱导内皮细胞损伤主要表现为氧自由基的过氧化反应，由于自由基的反应引起细胞膜脂质过氧化、蛋白质和核酸变性，导致不可逆损伤；脂质过氧化会改变细胞的转运功能和酶的活性，尤其是细胞内游离钙浓度的改变可能是氧应激状态引起内皮细胞损伤的重要因素之一。细胞氧化反应也可导致酶活性改变，如活化caspase-3诱导内皮细胞凋亡，刺激内皮细胞合成血小板活化因子，引起血小板和中性粒细胞的聚集，促进炎症反应等等。氧化反应对内皮细胞的损伤机制还需要深入研究。 2．内皮细胞黏附分子和细胞因子与内皮细胞损伤：中性粒细胞与内皮细胞的黏附是多种血管性疾病病理变化的重要阶段，如炎症等多种病理条件下均可能发生，由细胞表面的黏附分子介导。在低氧及急慢性炎症等病理条件下，可引起内皮细胞激活并表达黏附分子。目前已认识到的黏附分子主要包括ICAM-1、VCAM-1、E-选择素和P-选择素。黏附分子在血管内皮及血管病变过程中具有重要作用，其中ICAM-1在白细胞对内皮的紧密黏附中起关键作用[8-9, 13]。白细胞与内皮细胞的相互作用首先是由选择素介导的可逆性结合，使白细胞沿内皮细胞滚动，同时病灶及激活的内皮细胞释放趋化物，白细胞具有趋化物受体，通过受体的作用沿着趋化物浓度进行梯度迁徙，病理条件下激活的白细胞主要是由整合素Mac-1(CD1lb/CD18)介导这一过程。内皮细胞产生的ICAM-1是Mac-1的重要配体，二者结合导致中性粒细胞与内皮细胞黏附，成为内皮细胞损伤和功能障碍的基础。黏附分子在炎症条件下表达增加，加强细胞间黏附作用，是血管性疾病发展中的重要阶段，而中性粒细胞及内皮细胞还可通过释放TNF-α及IL-1等细胞因子引起炎症反应。炎性细胞因子又可通过增加内皮细胞及中性粒细胞表面黏附分子的表达，促进二者黏附，加重内皮细胞损伤。黏附的中性粒细胞可通过释放弹性蛋白酶损伤内皮细胞，同时中性粒细胞的活化和穿入会引起组织炎性损伤，导致血管重塑。炎症因子TNF-α和IL-1可通过增加黏附分子表达促进中性粒细胞与内皮细胞黏附，导致内皮细胞损伤[14]。 3.炎性细胞因子与肺血管重塑：研究结果表明内皮细胞平滑肌细胞及成纤维细胞增生在PAH特有的血管重塑过程中起重要作用，血管细胞增生由多种生长因子调节，PAH中存在VEGF、PDGF和转化生长因子（TGF）-β等信号通路的改变[15－18]，可能为PAH的药物治疗提供新靶点[19-21]。 VEGF是内皮细胞的专一促分裂原，也是多种细胞和组织分泌的有效血管生成肽和血管发生的重要调控因子。VEGF及其受体Flt-1和Flk-1在丛状损害中的表达是PAH独特的血管结构，在严重特发性和第二大类型PAH患者的丛状损伤部位表达强烈[22]。其免疫活性主要见于内皮细胞层、肺泡隔内中间和基底膜的中层平滑肌细胞内。VEGF主要通过在PAH丛状损伤中刺激内皮细胞黏附于内皮细胞，血管内皮细胞在这一过程中起着重要的调控作用。免疫组织化学研究结果证实VEGF在平滑肌中表达与血管壁增厚相关，VEGF及其受体通过旁分泌和(或)自分泌作用影响外周血管。实验研究结果显示慢性缺氧可能增加肺组织VEGF的表达，诱发肺血管重塑，可能通过这一效果阻止病情进展。有学者认为PAH患者周围小静脉血氧含量升高时血清VEGF水平升高。但Benisty等[23]通过测量血清VEGF，显示患者和对照组之间周围静脉血中循环VEGF水平无明显差别，由于VEGF可储存在血小板中，故这一结果可能低估循环中VEGF水平。静脉注射伊前列醇可增加血清和血小板裂解物中的VEGF水平，但只有少数研究给予了治疗，并且不能解释VEGF的增加及在未经治疗的患者中动脉血和混和静脉血VEGF水平升高。 PDGF位于肺内周围血管的巨噬细胞，在肺血管旁合成的PDGF可导致外周血管纤维母细胞和中层平滑肌的增生，也导致这些细胞基质产生的增加。研究结果显示PDGF可与缺氧协同诱导VEGF产生，Perros等[20]分离特发性PAH患者肺动脉，检测其PDGF及受体mRNA的表达水平，通过免疫组织化学定位PDGF、PDGF受体和磷酸化的PDGF-β受体，观察PDGF-β诱导的人肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）增殖和趋化作用。结果显示，与对照组相比特发性PAH患者肺小动脉PDGF-A及其受体PDGFR-α和PDGF-B及其受体PDGFR-α水平均增加，PDGFR-β mRNA水平也增加，肺内PDGFR-β蛋白表达增加。在重塑的肺小动脉中PDGF-A 和PDGF-B主要在PASMCs和内皮细胞中表达，当存在血管周围炎症浸润时，也大量表达PDGF-A和PDGF-B；其受体PDGFR-α和PDGFR-β主要在PASMCs中表达，而在内皮细胞中表达较少，PAH患者血清PDGF-B水平与对照组相比显著升高，并证实在肺移植的PAH患者移植肺中PDGF与捐赠者的肺组织相比表达增加，且在重塑的肺小动脉平滑肌细胞和内皮细胞中PDGF表达增加。另一方面，有学者发现PAH患者与对照组相比外周循环中PDGF轻微减少，但这一研究取自周围静脉血管，可能无法反映肺循环情况。动物实验结果显示[23]，PDGF受体拮抗剂STI571（imatinib）显示存在逆转PAH的作用，小型的使用PDGF受体拮抗剂的临床治疗研究结果显示可使进展中的PAH患者受益[24]。 TGF-β位于重塑肺动脉的肌层，与其他位于PAH血管肌层的TGF-β异构体相比，TGF-β3增加较明显，并可通过显性作用改变中层平滑肌和内膜母细胞诱导胶原表达[25]。研究结果表明TGF-β超家族信号与严重PAH的发病机制有关，TGF-β超家族包括TGF-β亚型（TGF-β1～5），骨形成蛋白（BMPs）激活素及抑制素。在特发性PAH的肺动脉平滑肌中TGF-β1可导致细胞增生增强与细胞生长抑制，通过促进合成及抑制分解增强细胞外基质沉积，研究结果显示PAH患者中TGF-β1水平显著升高[17]。骨形成蛋白的生长抑制效应失败可导致PAH患者肺血管重塑。TGF-β1和BMPs抑制艾森曼格综合征患者中血清刺激的PASMs增生。相反，在特发性PAH患者TGF-β1增强血清刺激的PASMs增生[18]，目前认为TGF-β1/BMPs通路与其他已知的通路共同作用参与PASMs生长调节。 Kranenburg等[25]研究FGF在COPD患者肺血管重塑中的作用发现FGF-1和FGF-1受体在血管平滑肌细胞表达，FGF-2定位于血管平滑肌细胞和内皮细胞，在腔径<200µm的肺小血管内皮细胞、血管平滑肌细胞表达增强，FGF-1受体在内膜升高；FGF-1及其受体在腔径>200µm的肺小血管血管平滑肌细胞中表达增高。TGF-I3可促进成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，肌成纤维细胞可分泌间质胶原和内皮素-1及VEGF等生长因子，在肺血管炎症和重塑中起重要作用。 目前认为多元分析中动脉IL-6浓度升高与PAH病死率独立相关，提示IL-6可能是PAH诊断的生物标记物，在充血性心力衰竭和急性冠脉综合征患者也有类似报道。IL-6可由不同器官的血管组织、内皮和平滑肌细胞及成纤维细胞产生，作为系统性免疫和炎症反应的调节因子在不同血管疾病如急性冠脉综合征、充血性心力衰竭及PAH中起着重要的病理生理学作用[26-27]。结缔组织病相关性PAH与特发性PAH相比，患者循环中IL-6水平较高，但差异不具有统计学意义。其他报道也发现严重PAH患者血清IL-6浓度增加，PAH患者动脉及混和静脉血清中IL-6浓度均升高，但肺部IL-6并未升高，提示PAH患者总体IL-6水平并非由肺部决定[28]。 研究结果显示IL-1受体拮抗剂可阻止非低氧诱导PAH形成，且IL-1诱导mRNA增加，血管外结构如肺泡隔细胞和肺泡巨噬细胞内IL-1还可能合成于静脉平滑肌细胞，并可于这些静脉的受体结合，引起静脉收缩，导致血管通透性增加。 参考文献 [1] Rubin LJ. 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