肺动脉高压肺血管丛状病变的研究进展*

蒋晓敏， 周 陵， 陈绍良

(南京医科大学附属南京第一医院心血管内科，江苏 南京 210000)

肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension，PAH)作为逐渐得到重视的一大类心血管疾病，其主要特征是肺血管重构引起的阻力进行性升高，最终导致患者右心衰竭而死亡。2003年美国胸科医师学院(American College of Chest Physicians，ACCP)和欧洲心血管病协会(European Society of Cardiology，ESC)将肺动脉高压规范定义并划分为以下几类：(1)特发性肺动脉高压；(2)家族性肺动脉高压；(3)相关因素所致的肺动脉高压;(4)肺静脉或毛细血管病变；(5)新生儿持续性肺动脉高压[1]。目前对于各型肺动脉高压病理的研究越来越热门，涉及到的机制多种多样：主要包括中层平滑肌增厚、内膜增生、原位血栓形成等[2]。目前已确定，各类肺动脉高压共同病理特点是肌型小肺动脉丛样病变(plexiform lesion)，血管腔逐渐闭塞，肺动脉压进行性升高[3]。 丛状病变是重度肺动脉高压的特异性肺血管病理改变[4]，但由于肺动脉高压病人肺组织标本难以获得，且缺乏理想的动物模型，对其起源、结构和分子机制的研究甚少。

1 肺动脉解剖结构

肺循环不同于体循环，有其独特的解剖结构。肺动脉主干短而粗, 管壁相对较薄, 肌层厚约60～90 μm。肺动脉入肺后依次分为弹力型肺动脉、肌型肺动脉及肺小动脉(arterioles)[5]。

弹力型肺动脉主要包括左右肺动脉干以及部分伴随肺叶及段支气管分支的动脉，其组织学特点为动脉壁含有丰富的多层弹力纤维。肌型肺动脉与毛细支气管、呼吸性毛细支气管、肺泡管并行，其管壁中膜的平滑肌纤维较多, 弹力纤维较少, 但内外弹力板明显可见。正常肌型肺动脉的中层厚度平均约为外径的5.0%～6.1%，分布密度为每cm222.6支。据研究及文献报道，正常成人的肌型肺动脉中膜层厚度均不超过动脉外径的7%， 如果平均超过10%则提示可能存在慢性肺动脉高压[6]。微肺动脉在肺泡管以下, 由肌型动脉逐渐转变而来，其内膜菲薄而不明显, 中膜可有少量环形散在分布的平滑肌细胞。微肺动脉在正常时无完整肌层，可见一层弹力板。管腔与管壁厚之比为8∶1左右。如出现完整肌层和双层弹力板即为“肌型化”，为肺动脉高压组织学特征之一。

肺动脉壁薄、长度短、管腔粗、扩张性大使其血流阻力小, 血流速度快，使肺循环成为一个典型的高容量、低阻力、低压力的系统[5]。

2 丛状病变

2.1发生及起源 丛状病变多发生于动脉分支处或闭塞肺动脉的远端，存在2种形成模式：径样血管腔内生长(stalk-like)及瘤样血管腔外生长(aneurysm-like)。在管腔内生长的丛状病变大多位于肺动脉分叉点的远端，从血管壁向管腔内生长，可见一层内皮细胞围绕的通道或缝隙样结构，大部分被Ki67(一种细胞增殖标志物)阳性的富含核质的椭圆细胞分隔[4]。由于并非全部细胞对α-actin(平滑肌细胞的标志物)都有阳性表现，提示这些细胞是含有多种不同细胞的混合病变。血管外生长的丛状病变多从血管细孔中长出，也有可能是坏死血管残留的结果。

肺动脉高压中肺血管丛样病变的发生率为20%～60%。丛样病变并不是特发性肺动脉高压的特征性改变，其它类型肺动脉高压甚至慢性血栓栓塞性肺动脉高压均可出现丛样病变：先天性左向右分流性心脏病多累及外周直径为100～200 μm小动脉,而在特发性肺动脉高压主要发生在直径<100 μm的肺动脉[7]。结缔组织病相关性肺动脉高压发生丛样病变非常罕见，新生儿持续性肺动脉高压则不会发生。

2.2组成与分级 丛状病变呈血管球状结构，多由小管腔异常增殖所致，病灶内细胞呈核深染卵圆形，细胞与细胞之间存在“缝隙样”通道(slit-like channel)。丛状病变管腔内壁由肌成纤维细胞、平滑肌细胞和结缔组织样基质构成，病理学检查亦经常在丛样病变中发现纤维素性血栓及血小板存在[4]。丛状病变早期形成是由内皮细胞发生增生还是平滑肌细胞出现异常增殖导致，至今仍旧未知。但现有研究多倾向于内皮细胞异常增殖这一假说：早年Lee等证实原发性肺动脉高压内膜增生的本质为单克隆样增生，类似于肿瘤细胞的特点，而这种单克隆样增生的内皮细胞是形成小动脉内丛样病变的重要原因，所以他们推测肺动脉高压实际上是肺动脉内皮细胞瘤，与原癌基因有关。Yeager 等也同样认为特发性肺动脉高压的肺血管内皮在DNA修复基因、凋亡前基因和TGF-β基因上表现出“微卫星不稳定性”(microsatellite instability)，出现自发性单克隆增殖，形成丛状病变。

目前常用的丛状病变分级采用的是上世纪五十年代提出的Heath-Edward分级[8]。该方法根据血管病变顺序将丛状病变分为6级：Ⅰ级, 肺小动脉肌层肥厚，外层增厚且纤维化，但无内膜增生; Ⅱ级, 肺小动脉肌层肥厚伴细胞性内膜增生; Ⅲ级, 内膜纤维性增生形成板层样的改变，出现广泛的血管闭塞; Ⅳ级, 血管扩张，中层变薄，出现丛状病变; Ⅴ级, 肺小动脉内膜和中膜广泛纤维化, 含铁血黄素沉着，血管瘤样扩张; Ⅵ级, 出现坏死性动脉炎。其中Ⅰ～Ⅱ级属可逆性病变, Ⅲ级为临界性病变, Ⅳ～Ⅵ级均属不可逆性病变。从实用角度出发,Wagenvoort等又对其进行了修订, 将原分类法中Ⅳ～Ⅵ级统一归为Ⅵ级。

2.3动物模型 丛状病变研究之所以开展缓慢，主要是因为缺乏权威性的动物模型。肺动脉高压模型常见有低氧模型及野百合碱注射模型，但不论是以大型哺乳动物还是小型啮齿动物为媒介，这2种造模方式均无法高效造就丛状病变[9]。因此，找到合适的动物媒介以及正确的干预手段，是解决丛状病变动物模型的关键。

肉鸡模型(broiler chickens)由于基因特异性被运用于丛状病变研究。肉鸡对低氧极其敏感，这种模型的丛状病变发生率平均达40%，且在性别上无明显差异[10]。高剂量色氨酸(5-HT的前体)喂养的肉鸡组平均肺动脉压明显高于对照组，丛状病变的发生率也呈增高趋势[11]。但由于哺乳动物与飞禽类动物之间存在物种差异，这种模型仅局限在基础病理研究上。

Zabka等[12]复习文献，对特发性肺动脉高压犬模型进行组织病理学检测，发现在组织特异性方面，犬的肺组织改变和人类改变相似：(1) 单纯中膜肌层增厚(17%); (2) 中膜层增厚，内膜层增生但不伴有丛状病变 (17%); (3) 中膜层及内膜层增厚伴典型丛状病变(66%); (4)坏死性动脉炎(17%)。典型丛状病变模拟程度可达80%以上。

啮齿动物在肺动脉高压模型上有很重要的地位，联合干预也成为丛状病变研究的热门。在研究丛状病变的模型建立上，由Abe等[4]建立的SU5416/Hx/Nx 模型最具有代表性。该模型创新性地对SD大鼠使用VEGFR2抑制剂SU5416和低氧饲养2种干预方式，将造模时间由既往的10～11周延长至13～14周，继而明确地发现肺组织病理中存在的各级丛状病变。其后有实验室重复该模型，检测到右室收缩压在注射SU5416第5周即达到最大值，同时出现心输出量下降，提示在造模早期即可能出现病理学改变[13]。其后分子生物学和药理学的研究多基于实验模型[14-15]。近期更有“三重联合”干预模式，Qiao等[16]利用转基因技术，将C57BL/6小鼠颈静脉注射脱氢野百合碱1周后合并行左肺切除术，成功制作出具备典型新生内膜病变的小鼠模型，为丛状病变研究提供了新的实验方向。

联合干预的造模方式并非只适用于啮齿动物。Spikes等[17]在研究HIV相关性肺动脉高压时，对恒河猴进行猴免疫缺陷病毒骨髓注射及吗啡静脉注射2种处理，并且比较了单一运用和联合运用这2种干预手段的病理结果。发现在联合组病理可见包括典型丛状病变在内的肺血管重构，而单一组仅出现中膜层增厚和外膜纤维化，内膜无改变。联合干预技术的运用固然增加了造模的成功率，但同时也增加了模型的死亡率。在联合运用腹腔注射野百合碱和低氧环境饲养小鼠时，造模死亡率达25%，而单一低氧死亡率仅20%[18]。

2.4分子机制 目前对丛状病变分子机制的研究主要针对内皮细胞异常增殖及外膜层炎症反应，多停留在蛋白质分子表达及离子通道方面。

2.4.1内皮细胞异常增殖 经典的内皮细胞增殖因子如VEGF、TGF-β、BMP2在丛状病变中均升高[19]。生长分化因子15(growth-differentiation factor-15，GDF-15)在特发性肺动脉高压丛状病变的内皮细胞中表达量明显上升，活性也提高[20]。早期生长相关蛋白1(early growth response protein 1，Egr-1) 转录因子在肺动脉内皮细胞中高表达，促使内皮细胞在肺动脉压力增高时出现异常增殖，形成丛状病变[21]。

氧化应激激活改变细胞周期，从而导致内皮细胞异常增殖，在丛状病变中占主导地位。经典的MAPK途径中，p38/ERK1/2活化比值上调，ROS氧化应激途径激活，内皮细胞抗凋亡水平提高，从而增加了丛状病变的发生率[22]。非经典通路方面，Ma等[23]发现，花生四烯酸在CYP450氧化合酶作用下形成的二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acid，EET)在肺动脉内皮细胞中通过增加JNK水平来活化c-Jun，而非通过ERK和p38 MAPK旁路，使PAEC增生加快，细胞周期由G0/G1期向S期转变，最终表现为丛状病变增生。这种促有丝分裂现象和血管生成现象可以特异性地被JNK抑制剂和siRNA抑制。Iwata等[24]也证实在使NOX1/NADPH 氧化合酶失活后，Kv1.5 蛋白明显下降，细胞内钾离子水平上升，肺血管发生重构，丛状病变发生率升高。

2.4.2外膜炎症浸润 炎症反应在丛状病变中的地位也及其重要。在PAH肉鸡肺组织切片复杂血管病变中，发现了高密度的炎症细胞。在重度肺动脉高压中，丛状病变细胞内存在大量巨噬细胞和T细胞，带有各种细胞表面分子如CD117、CD133、FVIII、CD31、VEGFR-2和S100等。而巨噬细胞和T细胞之间存在相互作用。Ohta-Ogo等[14]通过取特发性肺动脉高压病人的肺组织活检及建立SD大鼠模型，发现丛状病变微血管周围浸润的活化T细胞中CD44的表达比率达94.23%。Farha等[25]通过搜集PAH病人的血清及尿液检测类胰蛋白酶、LTE-4和 PGD-M，得出PAH病人体内的肥大细胞数量较对照组明显增加，使用肥大细胞抑制剂色甘酸后，血管重构进度明显减缓。

丛状病变中，巨噬细胞可以影响内皮细胞的功能。人类重度肺动脉高压病理切片中发现大量巨噬细胞表达白三烯B4(leukotrienes B4,LTB4)，LTB4通过Sphk1-eNOS途径使肺动脉内皮细胞异常增殖，在啮齿动物模型上敲除LTB4相关基因后右室收缩压及心脏指数明显好转，丛状病变发生率明显下降[26]。

2.4.3microRNA异常表达 随着医学领域对microRNA的研究深入，已证实肺动脉高压丛状病变与microRNA之间存在相互联系。人PAH肺组织石蜡切片中miR-143/145及其相关蛋白(如肌钙蛋白、平滑肌重链蛋白等)在丛状病变和同心层状病变中表达增加，miR-126 及miR-21在丛状病变中的上升幅度高于同心层状病变，而miR-204则出现轻度下调[27]。另有研究证实miR-424及miR-503表达下降，使APLN依赖的miRNA-FGF2通路缺陷，从而出现丛状病变中典型的内膜增生，伴有内膜向中膜层迁移[28]。

3 结语

综上所述，由于成熟动物模型的缺乏，对丛状病变的研究多停留在已知的促增殖、抗凋亡及炎症浸润等方面，分子生物学研究也欠缺系统。目前对治疗肺动脉高压的药物研究有很多，如环前列腺素、内皮素受体抑制剂及磷酸二酯酶5抑制剂等。但大部分对肺动脉丛状病变没有影响，少部分甚至会产生负面效果。例如，长期服用环前列腺素类似物的患者肺组织活检中的肺动脉丛状病变数量和形态大小明显多于短期服用组，且丛状病变的密度和形态大小与服用时间呈正比[29]。但随着医疗技术的进步，治疗肺动脉高压的方法正在发生革命性的改变,干细胞移植为治疗提供新的出路[30]。如何研制出最适合丛状病变研究的动物模型，以及其发生机制系统如何，将是研究肺动脉高压病理的重点内容。随着这些问题的逐步解决，肺动脉高压患者的生存率和生存质量可能会进一步得到改善。

[参 考 文 献]

[1] Simonneau G, Robbins IM, Beghetti M,et al.Updated clinical classification of pulmonary hypertension[J].J Am Coll Cardiol,2009,54(1 Suppl): S43-S54.

[2] Hadri L, Kratlian RG, Benard L, et al.Therapeutic efficacy of AAV1.SERCA2a in monocrotaline-induced pulmonary arterial hypertension[J].Circulation,2013,128(5): 512-523.

[3] Tuder RM, Stacher E, Robinson J, et al. Pathology of pulmonary hypertension[J]. Clin Chest Med,2013,34(4):639-650.

[4] Abe K, Toba M, Alzoubi A, et al.Formation of plexiform lesions in experimental severe pulmonary arterial hypertension[J]. Circulation, 2010,121(25): 2747-2754.

[5] Fishman AP,Elisa JA, Fishman JA, et al. Fishman’s pulmonary disease and disorders[M].4th ed. New York: McGraw-Hill Professional, 2008: 361-547.

[6] Shariat M, Schantz D, Yoo SJ, et al. Pulmonary artery pulsatility and effect on vessel diameter assessment in magnetic resonance imaging[J].Eur J Radiol,2014,83(2):378-383.

[7] Graham BB, Chabon J, Gebreab L, et al.TGF-beta signaling promotes pulmonary hypertension caused by schistosoma mansoni[J]. Circulation, 2013,128(12):1354-1364.

[8] Heath D, Edwards J. The pathology of hypertensive pulmonary vascular disease: a description of six grades of structural changes in the pulmonary arteries with special refer encetocongenital cardiac septal defects[J]. Circulation, 1958, 18 (4 Pt 1): 533-547.

[9] Stenmark KR, Meyrick B, Galie N, et al. Animal models of pulmonary arterial hypertension: the hope for etiologic discovery and pharmacologic cure[J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2009,297(6): L1013-L1032.

[10] Wideman RF Jr, Hamal KR.Idiopathic pulmonary arterial hypertension: an avian model for plexogenic arteriopathy and serotonergic vasoconstriction[J].J Pharmacol Toxicol Methods, 2011, 63(3): 283-295.

[11] Kluess HA, Stafford J, Evanson KW, et al.Intrapulmonary arteries respond to serotonin and adenosine triphosphate in broiler chickens susceptible to idiopathic pulmonary arterial hypertension[J].Poult Sci, 2012, 91(6):1432-1440.

[12] Zabka TS, Campbell FE, Wilson DW. Pulmonary arteriopathy and idiopathic pulmonary arterial hypertension in six dogs[J]. Vet Pathol, 2006,43(4): 510-522.

[13] Toba M, Alzoubi A, O’Neill KD,et al. Temporal hemodynamic and histological progression in Sugen5416/hypoxia/normoxia-exposed pulmonary arte-rial hypertensive rats[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2014,306(2):H243-H250.

[14] Ohta-Ogo K, Hao H, Ishibashi-Ueda H, et al.CD44 expression in plexiform lesions of idiopathic pulmonary arterial hypertension[J].Pathol Int,2012,62(4):219-225.

[15] Alzoubi A, Almalouf P, Toba M,et al.TRPC4 inactivation confers a survival benefit in severe pulmonary arterial hypertension[J].Am J Pathol, 2013,183(6):1779-1788.

[16] Qiao L, Nishimura T, Shi L, et al.Endothelial fate-mapping in mice with pulmonary hypertension[J]. Circulation, 2014,129(6):692-703..

[17] Spikes L, Dalvi P, Dhillon NK,et al.Enhanced pulmonary arteriopathy in simian immunodeficiency virus-infected macaques exposed to morphine[J].Am J Respir Crit Care Med,2012,185(11):1235-1243.

[18] Morimatsu Y, Sakashita N, Komohara Y, et al.Development and characterization of an animal model of severe pulmonary arterial hypertension[J]. J Vasc Res, 2012,49(1):33-42.

[19] Abdul-Salam VB, Wharton J, Cupitt J, et al.Proteomic analysis of lung tissues from patients with pulmonary arterial hypertension[J].Circulation,2010,122(20):2058-2067.

[20] Nickel N, Jonigk D, Kempf T, et al.GDF-15 is abundantly expressed in plexiform lesions in patients with pulmonary arterial hypertension and affects proliferation and apoptosis of pulmonary endothelial cells[J].Respir Res,2011,12:62.

[21] Dickinson MG, Bartelds B, Berger RM,et al.Egr-1 expression during neointimal development in flow-associated pulmonary hypertension[J].Am J Pathol, 2011,179(5):2199-2209.

[22] Patel M, Predescu D, Tandon R, et al.A novel p38 mitogen-activated protein kinase/Elk-1 transcription factor-dependent molecular mechanism underlying abnormal endothelial cell proliferation in plexogenic pulmonary arterial hypertension[J].J Biol Chem,2013,288(36):25701-25716.

[23] Ma J, Zhang L, Han W, et al.Activation of JNK/c-Jun is required for the proliferation, survival, and angiogenesis induced by EET in pulmonary artery endothelial cells[J].J Lipid Res,2012,53(6):1093-1105.

[24] Iwata K, Ikami K, Matsuno K, et al.Deficiency of NOX1/NADPH oxidase leads to pulmonary vascular remodeling[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2014,34(1):110-119.

[25] Farha S, Sharp J, Asosingh K, et al.Mast cell number, phenotype, and function in human pulmonary arterial hypertension[J].Pulm Circ,2012,2(2):220-228.

[26] Tian W, Jiang X, Tamosiuniene R, et al.Blocking macrophage leukotriene B4prevents endothelial injury and reverses pulmonary hypertension[J].Sci Transl Med,2013,5(200):200ra117

[27] Bockmeyer CL, Maegel L, Janciauskiene S,et al.Plexiform vasculopathy of severe pulmonary arterial hypertension and microRNA expression[J].J Heart Lung Transplant,2012,31(7):764-772.

[28] Kim J, Kang Y, Kojima Y, et al.An endothelial apelin-FGF link mediated by miR-424 and miR-503 is disrupted in pulmonary arterial hypertension[J].Nat Med,2013,19(1):74-82.

[29] Pogoriler JE, Rich S, Archer SL, et al.Persistence of complex vascular lesions despite prolonged prostacyclin therapy of pulmonary arterial hypertension[J].Histopathology,2012,61(4):597-609.

[30] 梁敏烈,谢良地,李宏亮,等.脂肪间充质干细胞早期干预对野百合碱诱发的肺动脉高压大鼠肺小动脉功能的影响[J].中国病理生理杂志,2013,29(10): 1729-1735.