转化生长因子β/骨形成蛋白通路与肺动脉高压

黄 璨，李梦涛，王 迁，赵久良，曾小峰

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院风湿免疫科，北京100730

转化生长因子β/骨形成蛋白通路与肺动脉高压

黄 璨，李梦涛，王 迁，赵久良，曾小峰

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院风湿免疫科，北京100730

肺动脉高压;转化生长因子β;骨形成蛋白;骨形成蛋白受体2

肺动脉高压 (pulmonary artery hypertension，PAH)是一种较为罕见的肺循环压力升高的临床综合征，其发病率为5～15/百万［1-2］，但不同种族分布有差异，即使积极治疗，致死率仍较高。肺动脉高压定义为:静止时右心漂浮导管测得平均肺动脉压≥25 mm Hg，肺毛细血管楔压≤15 mm Hg(除外左心疾病相关性)，且肺血管阻力＞3 Wood units(mmHg/L·min)，并除外肺部疾病和 (或)慢性缺氧相关性、慢性血栓栓塞性肺高压及其他因素所致肺高压［3］。

2013年尼斯第五届肺高压论坛根据发病机制将肺高压 (pulmonary hypertension)分为5型，其中肺动脉高压是第I型，左心疾病相关性肺高压为第Ⅱ型，肺部疾病和 (或)慢性缺氧相关性肺高压为第Ⅲ型，慢性血栓栓塞性肺高压为第Ⅳ型，其他因素所致肺高压为第Ⅴ型［4］。肺动脉高压又可根据病因分为特发性、遗传性、药物相关性、疾病相关性 (如结缔组织病、艾滋病、门脉高压、先天性心脏病、血吸虫病等)及肺静脉闭塞病和新生儿持续性肺动脉高压［5-7］。

参与肺动脉高压发病的多种细胞因子，包括前列腺素、血栓形成素、内皮素、一氧化氮、5-羟色胺等［8］均可通过影响血管舒缩功能、调控内皮细胞和血管平滑肌细胞增殖或凋亡及形成微血栓这三个环节的作用［9］，最终引起相似的病理改变，即动脉内膜纤维化、血管内皮细胞丛样增生、中膜增厚和肺微动脉闭塞［3］。然而，目前包括结缔组织病在内很多导致肺动脉高压的发病机制仍未研究清楚。近年来，对遗传性肺动脉高压的研究则在解读肺动脉高压发病机制方面给出了新的思路，也给肺动脉高压的诊断和治疗指引了新的方向［10］。

肺动脉高压的遗传学基础

1951年，Dresdale医生首次描述了原发性肺动脉高压 (primary pulmonary hypertension，PPH)及其血流动力学改变;1954年他发现了肺动脉高压家系，将之称为家族性肺动脉高压 (familial pulmonary artery hypertension，FPAH)［11］，而散发肺动脉高压患者则被称为特发性肺动脉高压 (idiopathic pulmonary artery hypertension，IPAH)。2000年Nichols和Morse两个研究团队分别均将FPAH遗传学改变定位于2q31-32的骨形成蛋白受体 2(bone morphogenetic protein receptor type 2，BMPR2)基因［12-14］。此后，多项研究发现亦有IPAH患者携带BMPR2基因突变［15-16］。据文献报道，70%的FPAH患者有BMPR2基因突变［9，17］，而IPAH也高达10%～40%，其原因在于携带BMPR2基因突变者仅 10% ～20%有临床表现［18］。2001年，Trembath［15］发现转化生长因子 β (transforming growth factor β，TGFβ)超家族中另一成员激活素受体样激酶1(activin receptor-like kinase type 1，ALK1)与遗传性毛细血管扩张症患者的肺动脉高压发病相关，提示TGFβ通路在肺动脉高压发病中具有重要作用。这一通路中的其他成员，包括Endoglin、SMAD等基因突变也在其后被发现与肺动脉高压相关［19-21］。

转化生长因子β家族与肺动脉高压

TGFβ/骨形成蛋白 (bone morphogenetic protein，BMP)通路在细胞和组织生长增殖、伤后愈合、炎症反应等多方面具有重要作用［22］。这一超家族包括信号通路中的多种蛋白，共同实现信号转导功能。细胞因子 (TGFβ或BMP)结合并激活细胞表面不同类型的丝氨酸-苏氨酸受体 ［TGFβ受体 (TGFβ receptor，TGFβR)、BMPR］，磷酸化下游Smad蛋白，进而通过细胞核内转录因子激活或抑制DNA转录，调控细胞功能［23］。

TGFβ超家族成员在细胞因子、细胞膜表面受体、Smad蛋白等水平均存在多种亚型，可通过多种形式的结合调控细胞内应答。如TGFβ主要作用于TGFβR，形成TGFβR1与TGFβR2复合体，激活Smad2/3通路;而BMP主要作用于BMPR，形成BMPR1与BMPR2复合体，激活Smad1/5/8通路［24］。这两条通路最终回归于共同的Smad 4通路，但似乎存在相互制衡作用。Newman等［23］认为，在肺动脉高压发病过程中，TGFβ主要起促增殖作用，BMP主要起抗增殖作用，正因为这种平衡关系在BMPR2基因突变个体中被打破，才导致肺动脉高压发病。Atkinson等［25］通过原位杂交和免疫组化方法证实了肺组织中BMPR2低表达。

有趣的是，TGFβ/BMP通路在肺血管内皮细胞和肺平滑肌细胞中的作用似乎不同。BMPR2抑制血管内皮细胞凋亡、促进其生存，BMPR2突变体更容易出现血管内皮细胞凋亡［24］。事实上，血管内皮细胞凋亡被认为是肺动脉高压的始动因素，血管屏障破坏后，多种因素才能够到达平滑肌细胞层面而引起其过度增殖［24］，从这个角度看，TGFβ/BMP通路对于两种细胞的相悖作用实则为协同关系。Eickelberg等［24］认为，BMPR2表达量下调后，本应与之形成异源二聚体的BMPR1被释放出来，更自由地与其他受体亚型相结合，从而引起下游通路的不典型表现。不同的BMP亚型，如BMP2、4、9等则是引起血管内皮细胞TGFβ/BMP信号通路不同作用的起始因素［9］。

骨形成蛋白受体2与肺动脉高压

基因突变

BMPR2位于2号染色体长臂3区3带，有13个外显子，长度为4000个碱基对，编码1038个氨基酸［11，26］。1～3号外显子编码胞外区，4号外显子编码跨膜区，5～11号外显子编码胞内丝氨酸-苏氨酸活性区，12和13号外显子编码胞内C末端［11］。欧洲、美国和日本等多个队列BMPR2基因研究，已经发现超过140种突变类型，这些突变类型包括错义突变，终止突变，编码框移位、重复、重排等多种类型，外显子2、3、6、8、12中也发现存在单核苷酸多态性［26］，但5号和13号外显子尚未发现突变［11］。提示每个PAH家系都具有独特的遗传学改变。

致病机制

TGFβ超家族受体在自然进化中较为保守，已发现的由点突变引起的BMPR2蛋白氨基酸改变多存在于高度保守区或明确功能区，这些点突变很可能改变了受体功能［25，27-28］。终止突变、编码框移位等突变类型则无法产生具有正常功能的受体，转录产物通常在胞内被降解。Machado等［27］认为，这些BMPR2杂合子可能通过一种“单倍剂量不足”机制致病，即双倍体中一个基因存在突变并产生功能缺失的编码蛋白，由于功能正常的蛋白数量不足，即使另一基因功能正常仍可致病的一种机制［23］。但Elliott［26］认为，显性负相 (即突变基因表达产物影响细胞功能)也是一种可能的发病机制。目前针对BMPR2杂合突变体如何致病这一问题尚没有明确的答案，但这些假说都在一定程度上有其合理性。

根据对遗传家系的研究，BMPR2遗传方式被认为是常染色体显性遗传，但某些家庭成员未出现相应的临床表现，提示存在不完全外显性。研究者们还发现，家族遗传中出现遗传早现现象，即子代与父代相比，出现症状早、临床表现重，但目前尚未明确其遗传学基础［26］，可能存在未知的外源和內源调控因素导致不完全外显和遗传早现发生。

基因调控

Vanderbilt医院的Phillips等［29］团队对BMPR2杂合子进行了 TGFβ1单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism，SNP)活性程度和患病年龄与外显率相关分析，结果发现低活性SNP者发病年龄更大，随着SNP活性升高，外显率显著性升高，因而得出TGFβ1 SNP能够调控BMPR2杂合子FPAH患者外显率和发病年龄的结论。

Austin等［30］针对BMPR2不同类型突变是否影响临床表现进行研究，发现女性BMPR2突变携带者比无突变者发病年龄更早;BMPR2错义突变与终止突变相比，发病年龄和死亡年龄均更早，生存期更短，提示病情程度更为严重;对于某些携带终止突变基因的患者，甚至可以尝试用氨基糖甙类药物进行治疗［12］。Austin等［31］同时分析了雌激素代谢与肺动脉高压的相关性，发现突变携带者CYP1B1基因453位点的氨基酸改变与外显率直接相关，雌激素代谢产物在是否具有临床表现两组中也有差异。

有学者同时证实，携带突变基因而无临床症状者，其细胞BMPR2转录水平高于携带突变基因且出现临床症状的患者，提示 BMPR2转录水平可能与肺动脉高压发病相关［12］。

Presbyterian医院的研究通过SNP和连锁分析，发现对BMPR2有调控作用的4个区域，分别位于3q22 (median LOD=3.43)、3p12(median LOD=2.35)、2p22(median LOD=2.21)和13q21(median LOD= 2.09)［32］，但这些区域中究竟是哪些位点通过何种机制对BMPR2转录和表达进行调控，仍待进一步验证。

其他与肺动脉高压相关的遗传学研究

在肺动脉高压发病过程中，血管收缩、过度增殖和在位血栓是3个重要环节［3，18］，TGFβ/BMP信号通路可能主要通过调控增殖和凋亡致病，而其他血管收缩及原位抗凝通路上的基因突变亦可能是产生肺动脉高压的原因，或对TGFβ/BMP信号通路起调控作用，其中包括5-羟色胺通路、一氧化氮通路、内皮素通路、肾素-血管紧张素系统中相关通路、钾离子通道、钙离子通道等［8，23，33］。

Morrell等［9］在2009年对肺动脉高压发病机制介绍中详尽阐述了上述多条通路的作用。但目前关于这些通路遗传学作用的研究并不多，除5-羟色胺转运体启动子多态性已被证实与肺动脉高压发病及疾病严重程度具有相关性外［34-36］，其他通路是否具有明确的遗传学致病性仍待进一步验证。

最近全基因组关联分析 (genome-wide association study，GWAS)发现小脑肽2(cerebellin 2 precursor，CBLN2)前体位点与肺动脉高压相关［37-38］，凝血酶致敏蛋白-1(thrombin sensitization protein-1，TSP-1)［39］和组织型纤溶酶原激活剂抑制物 (t-plasminogen activator inhibitor-1，tPAI-1)［40］也引起了人们的关注。

需要指出的是，上述多种遗传学研究都是基于FPAH和IPAH，针对其他疾病相关性肺动脉高压患者的遗传学研究尚无明确发现。

以转化生长因子β通路为靶点的药物治疗

目前对于肺动脉高压的靶向治疗药物主要包括前列腺素类似物、内皮素受体拮抗剂和磷酸二酯酶抑制剂，然而肺动脉高压的治疗仍是一个棘手难题。对TGFβ/BMP通路的研究为肺动脉高压的治疗提供了新的靶点和思路［41］。Newman等［23］2008年发表的综述介绍了基于TGFβ/BMP通路至少5个潜在的治疗靶点，包括抑制TGF-β胞外信号转导、抑制胞内TGFβ信号转导、促进BMP胞外信号转导、促进胞内BMPR2信号转导和胞内磷酸化调控。

抑制TGFβ胞外信号产生可通过洛沙坦实现，这一血管紧张素受体阻滞剂能够抑制TGFβ1前体剪切形成TGFβ1，从而降低胞外TGFβ水平。洛沙坦在马凡综合征小鼠模型中成功地用于预防主动脉瘤形成［42］，在人类马凡综合征的治疗尚处于前期阶段，还没用于治疗肺动脉高压的先例。

酪氨酸激酶抑制剂可抑制胞内TGFβ信号转导通路，这主要是因为TGFβ可上调血小板源生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)受体，通过受体本身的酪氨酸激酶介导PDGF的作用而引发肺动脉高压，伊马替尼能够干扰这一作用，为治疗肺动脉高压提供新的可能［43］。目前，伊马替尼已在进行Ⅱ期临床试验。

促进BMP胞外信号转导的潜在有效药物包括他汀类 (增强BMPR2启动子功能)，BMP类似物、针对BMPR2基因的RNAi等。与BMP胞内信号途径相关的其他通路也可作为治疗靶点，相关药物包括阿司匹林、5-羟色胺等。抑制胞内磷酸化可增强Smad活性，也是潜在靶点之一，但这些药物目前尚未开发。

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A

1674-9081(2015)01-0042-05

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2014-02-25)

曾小峰 电话:010-69158793，E-mail:Xiaofeng．zeng@cstar．org．cn