颜艺1，何阳阳2，李素琪2，杨淑慧2，叶珏2，王晓建2，荆志成2
1.同济大学附属上海市肺科医院，上海，200433；
2.中国医学科学院，北京协和医学院，国家心血管病中心，阜外医院，心血管疾病国家重点实验室，血栓性疾病诊疗中心，北京，100037。
中国医学科学院阜外医院 荆志成
肺动脉高压（Pulmonary arterial hypertension， PAH）是很多环境、遗传、药物或者内分泌等因素损伤肺血管导致的一类非常复杂的临床综合症。肺血管重塑也是血管生物学很有意思的一个经典研究领域。2013年夏天，在胡盛寿院士等领导的支持和关心下，我们课题组在阜外医院西山心血管疾病国家重点实验室建设并发展了研究肺血管生物学为重要方向的实验室，开展了一系列肺动脉重塑研究靶点的基础研究，建立了广泛的国际合作。
必须承认，肺血管损伤、重建机制非常复杂，基础研究既能让我们更了解这种疾病的过程，也是探索新的干预方案的重要途径。近十几年来，肺动脉高压的基础研究取得了巨大进展，前列环素（PGI）通路、一氧化氮（NO）通路以及内皮素-1（ET-1）通路等三条通路被确定是引起肺血管过度收缩的主要通路。针对上述通路，科学家成功研发出多种靶向药物，彻底改变了过去肺动脉高压无药可用的局面，在十年时间内将肺动脉高压患者的 1 年生存率从不到70%提高到接近90%，改善显著。
临床治疗的成功进一步促进了基础研究的发展，近年来，肺动脉高压的基础研究越来越热，已经逐渐成为全球心血管领域基础研究的热点。2015年，肺动脉高压基础研究进展迅速，多条新的信号通路被发现，多个新的病理机制被提出。我们认真回顾过去一年中肺动脉高压的基础研究热点，主要集中在以下几个方面。
1.遗传学
遗传因素在肺动脉高压发生发展中发挥重要作用。BMPR2是目前已知的最主要的肺动脉高压致病基因。家族性肺动脉高压中约70%~80%的患者携带BMPR2基因突变，特发性肺动脉高压中携带突变比例约为20%~40%。携带BMPR2基因突变的患者往往临床表型恶劣，发病时间更早，血液动力学改变更严重，预后更差。大量临床证据均表明，BMPR2基因与肺动脉高压密切相关。但是，BMPR2基因突变究竟如何致病，BMPR2突变导致的肺动脉高压该如何治疗，目前仍不清楚。
2015年，两个课题组从不同的角度解释了BMPR2突变致病的分子机制。美国斯坦福大学的Marlene Rabinovitch 教授课题组在Cell metabolism杂志上发表文章，指出线粒体功能异常可能在BMPR2突变致病中发挥重要作用。该课题组以血管内皮细胞特异敲除Bmpr2小鼠为主要研究对象，结合携带BMPR2基因突变PAH患者的肺动脉平滑肌细胞，发现在低氧－复氧模型中，紊乱的BMPR2信号通路会减少线粒体合成及能量代谢，促进线粒体DNA损伤及内皮细胞凋亡，进而导致肺动脉高压（Cell metabolism， 2015， 21(4): 596-608）。此外，英国剑桥大学Nicholas Morrell教授团队提出了BMPR2突变致病的炎症免疫假说。他们发现BMPR2基因缺陷会加重机体对炎症刺激的反应性，无论是BMPR2基因敲除小鼠，还是携带BMPR2基因突变PAH患者，其肺动脉平滑肌细胞在予以急性脂多糖刺激后，均会产生更多的炎症因子，诱导STAT3磷酸化增加，降低细胞外超氧化物歧化酶，进而促进肺动脉高压发生发展。（American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine， Vol.192， No.7(2015)， pp. 859-872.）
由BMPR2基因突变导致的遗传性或家族性肺动脉高压患者，其体内BMPR2通路活性的下降是先天性的，也是终身性的，如何有效治疗这部分患者，一直是肺动脉高压领域的巨大挑战。2015年，Marlene Rabinovitch 教授课和Nicholas Morrell教授两个课题组在这方面做出了有益尝试。Marlene Rabinovitch 教授课题组报道，一种内源性弹性蛋白酶抑制剂elafin可以促进BMPR2通路下游靶基因apelin表达，改善肺动脉内皮细胞功能；诱导肺动脉平滑肌细胞凋亡，减缓肺血管重构；促进血管再生，逆转缺氧诱导的肺动脉高压（Am J Respir Crit Care Med. 2015 Jun 1;191(11):1273-86）。Morrell教授课题组发现，BMP9蛋白可以在细胞水平选择性上调肺动脉内皮细胞野生型BMPR2基因表达，抑制BMPR2突变携带者肺动脉内皮细胞凋亡，改善细胞功能。动物模型实验表明，在小鼠体内敲入（knock-in）人BMPR2致病突变R899X，小鼠会自发产生肺动脉高压表型，腹腔注射BMP9可以显著逆转该基因敲入小鼠的肺血管重构和右心重构（Nature medicine， 2015， 21(7): 777-785）。这两项研究均为治疗BMPR2突变致病的肺动脉高压提供了新的策略和方向。
2.肺血管重构
肺动脉高压表象上是肺循环压力升高、阻力增大，其本质是肺血管重构。肺动脉高压的肺血管重构是慢性的、进行性的过程，受遗传、表观遗传、环境等多种因素调控。近年来，肺动脉高压的表观遗传机制研究进展迅速，已经至少有20个microRNA（miR）被证实参与肺动脉高压血管重构。2015年，microRNA与肺动脉高压的基础研究热度不减，又有多个microRNA被报道在肺动脉高压中发挥重要作用。
加拿大拉瓦尔大学的Sebastien Bonnet教授课题组发现，miR-204在肺动脉高压患者及动物模型的肺组织、远端肺动脉及肺动脉平滑肌细胞表达下调，其下游靶基因BRD4表达上调。BRD4基因为表观遗传调控基因，其表达上调促进NFATc2、survivin、Bcl-2等原癌基因的表达，促平滑肌细胞增殖，诱导肺动脉高压发生发展。抑制BRD4表达，可以在细胞水平下调原癌基因表达，促进平滑肌细胞凋亡，恢复正常线粒体膜电位，并能在体内水平逆转慢性低氧联合Sugen引起的肺动脉高压表型，提示miR204-BRD4通路可能是新的肺动脉高压靶点（Circulation research， 2015， 117(6): 525-535）。
此外，美国芝加哥伊利诺伊大学Guofei Zhou教授课题组的研究表明，miR-17-92可以通过调控下游基因PDLIM5，促进肺动脉高压的发生发展（Am J Respir Crit Care Med. 2015 Mar 15;191(6):678-92）。英国格拉斯哥大学Andrew Baker等发现，miR-143-3p在肺动脉平滑肌细胞迁移过程中特异性升高。通过外泌体的旁分泌作用，miR-143保护肺血管重构（Circulation research， 2015， 117(10): 870-883）。
3.右心重构
右心室是肺动脉高压最主要的受损靶器官。在肺动脉高压的早期，肺血管压力升高、阻力增大使右心室产生代偿性肥厚，室壁增厚，收缩功能增强。随着疾病的发展，长期持续存在的压力超负荷将导致右心扩张、功能失代偿，最终发生右心衰竭。大量的流行病学研究表明，右心功能是决定肺动脉高压患者预后的关键因素，但是右心衰竭的分子机制目前还很不清楚。
2015年，加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）的Evangelos Michelakis教授团队确认了两个新的参与肺动脉高压右心室重构的microRNA。第一项工作中，Evangelos Michelakis教授团队利用动物模型，发现miR-208-Mef2信号通路轴在右心重构从代偿到失代偿病程中发挥重要作用。在右心重构的早期，miR208表达下调，Mef2c表达上调，右心室中受Mef2c调控、参与糖酵解和血管新生相关基因的表达上调。当右心室重构进入到心力衰竭阶段，miR-208持续下调，TNF-α表达上调，MED13/NCoR1复合物表达上调，Mef2c表达被反馈抑制，进而导致糖酵解和血管新生调控基因下调，右心室扩张，功能衰竭（Circulation research， 2015， 116(1): 56-69）。
第二项工作中，Evangelos Michelakis教授团队与加拿大拉瓦尔大学的Sebastien Bonnet教授团队合作，研究了miR-126在右室重构中的功能。他们发现miR-126在患者衰竭的右心室中表达特异性下调，诱导SPRED-1基因表达升高，抑制RAF及MAPK活性，进而抑制VEGF信号通路。在野百合碱诱导的肺动脉高压动物模型中，静脉注射miR-126模拟物可以增加右心室血管密度，改善右心功能，提示miR-126可能是治疗右心衰竭的新靶点（Circulation， 2015， 132(10): 932-943）。
4.其他新的机制
除了传统的遗传、表观遗传机制，英国帝国理工大学Zhao Lan.教授团队另辟蹊径，发现铁代谢异常与肺动脉高压密切相关。他们通过控制大鼠饮食，限制铁摄入量，4周后大鼠出现显著的肺血管重构，包括肌化、中膜增厚、外周炎症细胞浸润，伴有肺动脉平均压升高及右室肥厚，提示铁缺乏会直接引起肺动脉高压表型。进一步机制研究显示，铁缺乏会引起线粒体功能损伤，导致葡萄糖氧化下降， 增加线粒体膜电位，加重炎症反应增加，下调线粒体来源活性氧或α-酮戊二酸产生，激活HIF1α、NFAT、STAT3等多个基因表达，进而促进细胞增殖，加速肺动脉高压进程。因此，离子代谢异常可能是肺动脉高压病理机制的新方向。
展望
肺动脉高压的病理改变多样，分子机制复杂，我们现在对这个疾病的认识可能还是“冰山一角”。新药治疗时代，尽管肺动脉高压患者的短期生存率改善显著，但是长期5年生存率依然只有57%，如何进一步延长患者寿命、改善患者生存质量，依然是一个巨大的挑战。回眸2015年，全球肺动脉高压的基础研究百家争鸣，精彩纷呈。这些研究促进了肺动脉高压理论和实践的更新，为临床诊疗带来了新的希望，也向精准医疗的方向迈进了一大步。我们相信，肺动脉高压的长征之路，虽曲折，然必胜！