血小板在肺动脉高压发生、发展中的作用

魏瑞奇 朴春梅 张文美 朱光发

1首都医科大学附属北京安贞医院呼吸与危重症医学科100029;2首都医科大学附属北京安贞医院 北京市心肺血管疾病研究所100029

通信作者：朱光发,Email:gfzhu63@hotmail.com

肺动脉高压 (pulmonary hypertension,PH)是一种以肺小动脉异常收缩以及病理重构为特征的一组临床综合征。根据2018年法国尼斯第六届世界PH 研讨会结果,更新的PH 临床分类包括：动脉性PH、左心疾病引起的PH、肺部疾病和/或低氧性PH、肺动脉阻塞性疾病所致PH、病因未明和/或多因素引起的PH 五大类。PH 引起肺循环分子和病理改变,主要导致进行性肺血管阻力增加,肺动脉重构,最终引起右心衰竭和死亡[1-2]。

血小板来源于骨髓中的巨核细胞,是一种小的圆盘状的巨核细胞碎片,在血小板生成素刺激下产生,寿命约为5～9 d。多项研究显示血小板参与PH 的发生、发展,并与PH 的预后相关[3-8]。目前有关PH 发病机制的研究主要集中在肺血管壁组成细胞-动脉平滑肌细胞、内皮细胞及成纤维细胞等,而血液细胞,特别就有关血小板在PH 形成过程中的作用以及对上述细胞的综合作用的研究比较少,本文旨在对血小板在PH 形成中的可能机制作一综述,为开展进一步的研究和找到新的治疗靶点提供思路。

1 血小板的功能

血小板在血液中以非活性状态循环,膜表面含有多种糖蛋白受体,包括纤维蛋白原受体 (GPⅡb-Ⅲa,是最丰富的表面糖蛋白)、von Willebrand因子受体 (GPⅠb-Ⅸ-Ⅴ)、胶原受体 (GPⅠa-Ⅱa、GPⅥ),还有不同的G-蛋白偶联受体等[9]。血小板主要通过与可溶性因子 (如凝血酶)或直接与受损血管的内皮下基质接触的方式被激活。正常情况下,循环中的血小板由血管内皮细胞产生的NO 和前列环素的作用而保持静止状态,内皮细胞还表达CD39,可将ADP转化为AMP抑制血小板聚集[10]。ADP作为血小板致聚剂,不仅引起血小板的初级聚集,由于血小板致密颗粒中也含有ADP,故也参与诱导血小板的次级聚集。ADP还可诱导血小板形态改变、Ca2+内流和胞内动员、储存颗粒分泌、血栓素A2合成增加等,ADP 的以上这些作用是由P2Y1和P2Y12这两个G-蛋白偶联受体介导的,分别通过与Gq和Gi2这两个具有抑制作用的G 蛋白结合,抑制腺苷酸环化酶活性,使得环磷酸腺苷的生成减少 (环磷酸腺苷具有抑制血小板聚集的作用),促进血小板聚集与活化[11]。临床上常用的抗血小板药物氯吡格雷就是通过特异性阻断P2Y12这一ADP受体发挥作用的。

当血小板被激活时,其表面受体发生构象变化,结合受损血管中的von Willebrand因子和胶原蛋白,粘附于血管壁,并且改变形状,形成伪足,彼此附着聚集,并分泌释放颗粒内容物。血小板内含有α颗粒和致密颗粒 (δ-颗粒)2 种,其中α 颗粒中有P-选择素、转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)、血小板源性生长因子 (platelet derived growth factor,PDGF)、β-血小板球蛋白、血小板因子4、肿瘤坏死因子α (tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-1α、IL-1β、基 质 细 胞 衍 生 因 子1(stromal cell-derived factor-1,SDF-1)、可溶性肿瘤坏死因子样细胞凋亡弱诱导因子 (soluble tumor necrosis factorlike weak apoptosis induced factor,s TWEAK)、纤维蛋白原和凝血因子Ⅴ和Ⅷ等[12]。致密颗粒含有血清素 (又名五羟色胺,5-hydroxytryptamine,5-HT)、钙离子和ADP/ATP。活化的血小板从其致密颗粒中释放ADP,并经环氧合酶和Tx A2合成酶的连续作用而合成Tx A2[13],ADP 和Tx A2进一步增加血小板活化,产生正反馈效应,活化的血小板也会开启凝血级联反应,引发下游的瀑布式反应。

2 血小板促进PH 发生、发展的机制

2.1 血小板活化与血栓形成参与PH 的发生、发展 血小板在血栓形成和PH 的进展中起着重要的作用,血栓性病变是PH 常见的病理改变,早在1984年的一项研究中就发现57%的PH 患者尸检发现肺小动脉有血栓栓塞,多年来血栓形成被认为是PH 发病的关键因素[14]。也有部分病人呈现丛状病变,丛状病变多发生于动脉分支处或闭塞肺动脉的远端,呈血管球状结构,多由管腔内细胞异常增殖所致,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,病理学检查常在丛状病变中发现纤维素性血栓及血小板的存在[15]。尽管血栓形成是常见的病理特征,但其在PH 中的确切作用仍有争议,有学者认为血栓形成和血管重塑导致的管腔狭窄引起了PH,另一种观点是血栓形成是肺血管重塑的一种附带现象[16]。组织因子是一种跨膜糖蛋白,通常不表达在内皮细胞上,在内皮损伤后暴露,通过与因子Ⅶa形成复合物,启动凝血级联反应,进而催化因子Ⅹ的活化,产生凝血酶与血小板相互作用促进血栓形成。组织因子不仅促使原位血栓形成,还在平滑肌细胞的迁移和增殖中起作用,组织因子和下游凝血酶信号还通过介导血管生成和内皮细胞迁移在丛状病变的发展中起作用[17]。

虽然PH 患者中可看到血小板激活,然而多项研究观察到患者血液中血小板减少,尚不清楚血小板减少是血小板生成缺陷还是外周血小板清除所致。还有临床研究表明,血小板减少可作为严重PH 患者的预后指标,这些患者血小板减少的原因可能是：由于免疫过程或无效的血小板生成使得血小板破坏增加,或者血小板在流经纤维蛋白凝块和丛状病变时发生剪切,也有可能是由肺血管血栓形成过程中血小板的消耗过度导致血小板计数减低[6,18-19]。有临床研究的统计学分析表明PH 患者的两项血小板活化指标,平均血小板体积 (血小板大小)和血小板分布宽度 (血小板大小的变异性)均高于对照组[4-5]。平均血小板体积随血小板数量的减少而增加,表明血小板在周围的消耗之后,造血干细胞活动的增加,但是新的 (更大的)血小板的产生是不够的,由于新生的血小板更大,含有更多的颗粒,通常更容易形成血栓。

2.2 血小板活化分泌的促血管收缩因子与PH 相关 如Tx A2、5-HT。

2.2.1 Tx A2 PH 一个重要的原因是缩血管物质与舒血管因子之间的平衡被打破。Tx A2 是血小板来源的血管收缩剂和致聚剂,在PH 患者中升高,同时内皮源性前列环素和NO 等舒血管物质的减少会加剧肺血管收缩[20]。Tx A2是由磷脂酶A2、环氧合酶2和Tx A2合成酶3种酶序列作用产生的花生四烯酸代谢物,Tx A2 可由血小板释放,也可由巨噬细胞、中性粒细胞和内皮细胞释放,具有促进血栓形成的特性。因为它刺激血小板的活化与聚集,还是一种已知的血管收缩剂,在组织损伤和炎症时被激活,故参与PH 的形成[21]。

2.2.2 5-HT 5-HT 在中枢神经系统合成,并被血浆中的血小板吸收 (通过其表面的血清素转运体)并储存在致密颗粒中[22],血浆中的5-HT 被肝脏中的单胺氧化酶A 代谢,或者通过血清素转运体到达肺,被内皮细胞和平滑肌细胞的单胺氧化酶B降解,因此在正常生理条件下血浆中游离血清素水平非常低。5-HT 是一种强效的肺血管收缩剂,但在全身血管系统 (体循环)中却引起血管舒张,5-HT对这两种血管系统的不同作用与低氧血症下观察到的现象相似。已有研究证明5-HT 的受体之一5-HT2BR 在小鼠和人类肺血管系统中的过表达与PH 的进展有关[23]。

大多数外周5-HT 储存在血小板中,一旦激活,血小板就会分泌5-HT[24]。除了促肺血管收缩,5-HT 在肺血管重构和增殖中也起着重要作用,静脉注射5-HT 处理的慢性缺氧大鼠2周后出现肺动脉压升高、右心室肥厚和肺血管重构[25]。在20世纪60年代,观察到肥胖妇女服用减肥药物后会出现PH,同样在80年代,许多患者接受另一种具有类似机制的芬氟拉明治疗后,发展为PH。这些药物的作用之一是影响肺部5-HT 转运体,抑制5-HT 在神经元和血小板中的再摄取,诱导血小板释放5-HT,并通过与单胺氧化酶的相互作用阻止其降解,从而增加循环中的5-HT,增强5-HT 依赖的血管重构。色氨酸羟化酶1 (调节5-HT 合成的酶)基因敲除的小鼠外周5-HT 减少,并且对芬氟拉明诱导的PH 具有保护作用[26-27]。

2.3 血小板直接对肺动脉平滑肌细胞和内皮细胞增殖的影响与PH 相关 活化血小板α颗粒分泌多种细胞因子与肺血管重构相关,如PDGF、血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor,VEGF)、TGF-β等。

2.3.1 PDGF 肺动脉内皮细胞损伤会出现血小板活化和局部血栓形成,血小板还会释放各种生长因子如PDGF 或VEGF,诱导内皮细胞和平滑肌细胞增殖。PDGF是肺动脉平滑肌细胞的有丝分裂原和趋化剂,在诱导肺动脉平滑肌细胞表型从收缩状态向增殖状态转变起着重要作用[28]。PDGF受体在PH 患者的肺中表达增强。伊马替尼 (可以抑制PDGF的α和β受体)能够逆转实验诱导的PH,并在动物模型中具有肺血管舒张作用,以及对特发性肺动脉高压患者肺动脉平滑肌细胞的促凋亡作用。一项为期24周的随机、双盲、安慰剂临床对照试验表明伊马替尼改善了晚期PH 患者的活动耐力和血流动力学[29]。

2.3.2 VEGF VEGF是一种内皮细胞特异性丝裂原,是多种细胞和组织分泌的一种强效血管生成肽。研究表明,VEGF也可由巨核细胞合成,并储存在循环的血小板中[30]。VEGF和PDGF在血栓形成或血小板黏附于血管损伤部位的内皮下基底膜后释放,联合促进血管修复和伤口愈合。PDGF作为成纤维细胞和平滑肌细胞的有丝分裂原,可有效促进创面愈合,而VEGF可促进内皮细胞内膜的修复,促血管生成,但其过度释放会导致肺动脉重塑。研究证实VEGF 在PH 大鼠肺血管系统中表达增强,使用PDGF受体酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼或多靶点VEGF 和PDGF受体抑制剂苹果酸舒尼替尼治疗可以逆转缺氧或野百合碱诱导的大鼠右心室收缩压、右心室功能改变和肺动脉中膜增厚[31]。

2.3.3 TGF-β 血小板中含有转化生长因子,参与PH 患者和动物模型肺血管重构过程,TGF-β1/Smad信号通路是调节胶原合成的经典通路,据报道,TGF-β1/Smad通路在PH 动物模型和患者中被激活,TGF-β信号抑制减弱了PH的发展,降低了肺血管重构[32-33]。

2.4 血小板通过释放细胞因子招募炎症细胞促进炎症反应参与PH 血小板是血液中第二丰富的细胞群,含有许多促炎反应的介质,这些介质在血小板激活时被释放。

2.4.1 CD40L CD40L 是一种结构与TNF-α结构相关的跨膜糖蛋白,一种包含在血小板内的促炎介质,于血小板活化后转移到表面,随后裂解为可溶性形式sCD40L,大约95%的循环sCD40L 是血小板衍生的[34]。通过sCD40L 与纯化的糖蛋白GPⅡb/Ⅲa 直接结合的实验,证明了sCD40L是GPⅡb/Ⅲa的配体,体外研究表明,GPⅡb/Ⅲa拮抗剂 (eptifibatide、abciximab 和tirofiban)能够以剂量依赖的方式抑制sCD40L 的释放[35]。Damås等[35]报道了PH 患者与对照组相比,血浆sCD40L 升高。CD40L 作为源自血小板的炎症介质,通过促进细胞因子和趋化因子的释放、细胞活化和免疫细胞之间的相互作用,参与放大炎症的作用[35-37]。

2.4.2 IL 研究表明在特发性和遗传性PH 患者中,IL-6水平升高与PH 死亡风险增加有关。有学者发现PH 患者血清IL-6及其可溶性受体的浓度高于对照组,可以评估预后[38-39]。除了膜结合受体IL-6R (一种可溶性形式的IL-6R)已从血小板中纯化出来,肺特异性IL-6 过表达的转基因小鼠复制了晚期PH 中观察到的病理病变,包括远端小动脉血管肌化和丛状动脉病变,并出现肺血管阻力升高[40]。

2.4.3 SDF-1 SDF-1是一种趋化因子,通过结合CXCR4和CXCR7 2个受体转导信号,SDF-1浓度升高已被证明与PH 的预后有关[41]。CXCR7是介导内皮细胞再生、修复和增殖的受体,而CXCR4参与趋化细胞的迁移,SDF-1在低氧诱导的PH 大鼠中表达上调,并参与血管重构[42]。有研究表明,血浆中SDF-1水平升高与存活率降低有关,且抑制SDF-1/CXCR4轴可以预防和逆转啮齿类动物肺血管重构[43-44]。血小板是SDF-1 的主要来源,储存在α颗粒中,SDF-1增加祖细胞的招募,介导祖细胞向内皮表型的迁移和分化,促进血管修复或再生。血小板不仅分泌SDF-1,而且受其调控,SDF-1 释放后再通过与血小板表面的CXCR4受体结合产生自分泌作用,血小板来源的SDF-1可能是维持局部血管再生和炎症平衡的重要因素[41]。

2.4.4 s TWEAK s TWEAK 属于肿瘤坏死因子超家族成员,与机体炎症、凋亡甚至血管生成、组织修复等过程以及对祖细胞的调控有关。Meyer等[12]通过免疫学方法发现人类血小板激活后会释放它的可溶性形式s TWEAK。s TWEAK 通过与成纤维细胞生长因子诱导受体 (Fn14)结合,可以调节右心室肥厚和纤维化过程,抑制s TWEAK/Fn14通路可以显著减少右心室纤维化和功能障碍[45]。还有研究认为PH 患者血栓形成过程中s TWEAK 的少量释放可能影响局部炎症和肺微循环血管重构[46]。

2.4.5 与固有免疫的联系 血小板上的Toll样受体4可能是血小板与先天免疫之间联系的 “桥梁”。脂多糖是一种来自细菌细胞壁的物质,是一种Toll样受体4激动剂,可增强血小板P 选择素的表达、分泌IL-1β和增强血小板聚集对低剂量凝血酶的反应。Bauer等[8]证实血小板Toll样受体4缺失减弱了缺氧诱导的小鼠模型PH 和右心室肥大程度。血小板通过炎症和免疫机制对PH 的进展起作用。

2.5 血小板来源的微粒体对PH 的影响 血细胞、内皮细胞和平滑肌细胞之间的细胞外通讯可以通过细胞接触、可溶性介质的扩散和微粒体介导。微粒体是一种很小的(0.1～1μm)由细胞活化或凋亡产生的膜性小泡,约80%的血液微粒体是血小板衍生的,而其余20%则来自红细胞、内皮细胞和白细胞[47-48]。微粒体表面含有各种受体、脂质和信号分子,还普遍存在磷脂酰丝氨酸,它们可以通过直接接触与邻近的细胞相互作用,而且能将它们的胞质内容物传递给靶细胞,作为调控细胞功能的一种手段。

近年来,有学者研究了PH 患者中微粒体的数量和组成情况,报道指出与对照组相比,患者循环血中血小板源性微粒体和内皮细胞源性微粒体的数量有所增加[49]。血小板源性微粒体的凝血活性大约是血小板的100倍,因其表面存在磷脂酰丝氨酸,可以作为凝血酶组装和凝血酶生成的催化位点[50]。与颈静脉相比,PH 患者肺动脉中的促凝血磷脂酰丝氨酸阳性微粒水平明显更高,有理由认为这些促凝微粒在肺中发挥局部促炎和促血栓形成的作用[51]。

3 小结与展望

综上所述,血小板不仅通过自身聚集、活化,促进血栓形成导致肺血管阻力增加,还通过分泌各种促血管收缩因子、生长因子、炎症介质和产生微粒体等,造成肺动脉收缩,血管组成细胞增殖引起肺血管重构,成纤维细胞活动引起右心室纤维化和功能衰竭,招募各种炎症细胞促进局部损伤等综合作用促进PH 的发生、发展。目前针对血小板对PH 作用的靶向治疗手段仍然有限,深入研究血小板对PH 发生、发展各个机制,有望找到新的治疗靶点,对改善PH 患者病情、提高预后具有重要的意义。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突