慢性阻塞性肺疾病相关的肺动脉高压遗传学研究进展

袁雪婷 许小毛

1北京医院 国家老年医学中心 国家卫生健康委北京老年医学研究所 国家卫生健康委北京老年医学重点实验室 中国医学科学院老年医学研究院100730；2北京医院(呼吸与危重症医学科)国家老年医学中心 中国医学科学院老年医学研究院100730

COPD 是一种以持续气流受限为特征、严重危害人类健康的进行性、慢性疾病，发病率在逐年增加[1]。肺动脉高压 (pulmonary hypertension，PH)是COPD 进展过程中的常见合并症，也是COPD 发展至肺源性心脏病的重要因素，其严重程度直接影响肺源性心脏病患者的生活质量和预后[1]。根据最新欧洲心脏病学会/欧洲呼吸学会 《肺动脉高压诊断和治疗指南》中的分类标准，COPD 相关的肺动脉高压 (pulmonary hypertension associated with COPD，COPD-PH)属于第3大类-低氧或肺部疾病相关的PH[2]。早期有证据表明遗传因素在COPD 的易感性方面起重要作用[3]，但对于COPD-PH 的遗传学机制认识不足。近年来，随着基因和基因组学的发展，越来越多的研究发现不少基因的多态性与COPD-PH 的进展相关，本文就COPD-PH遗传学机制及当前相关进展进行综述。

1 脑钠肽 (brain natriuretic peptide，BNP)基因多态性与COPD-PH

BNP是由心肌细胞合成的功能性肽，其主要作用是调节血压和血流量的生理平衡，其合成分泌受到血压、心室扩张、全身性高血压、年龄等因素的影响[4]。BNP 在心力衰竭、高血压和心肺疾病的诊断中发挥着重要作用[5]。谢小兵等[6]的研究认为BNP 基因rs198389位点的多态性与COPD-PH 相关。最近Jin等[7]的研究也证实了这一点，还提出了其他位点。他们对339例COPD 患者和125例健康受试者的BNP基因型进行了PCR/Sanger测序，结果显示rs198389基因座G 等位基因、rs6668352基因座A 等位基因和rs198388基因座T 等位基因是COPD 患者发病以及发生COPD-PH 的高危因素，并推测其发生与血清中BNP、纤维蛋白原的高表达，Apelin蛋白的低表达有关。从已发表的文献来看，仍缺乏有关BNP基因多态性与COPD-PH关联性及具体发病机制的大型临床研究给予高级别的证据支持。

2 5-羟色胺转运体 (5-hydroxytryptamine transporter，5-HTT)基因多态性与COPD-PH

缺氧是一个公认的刺激肺血管重塑和PH 发展的因素。研究表明，血清素5-HTT 可以介导肺血管平滑肌细胞中5-羟色胺 (5-hydroxytryptamine，5-HT)的有丝分裂活性，使其在缺氧时过度表达[8]。有研究发现COPD 相关的PH严重程度与5-HTT 基因多态性有关。在Eddahibi等[9]的多中心研究中，携带5-HTT-LL基因型的COPD 受试者比携带5-HTT-SS 基因型的受试者多表达2 倍的5-HTTm RNA，并且收缩期PH 值更高。Ulasli等[10]的研究发现，COPD 5-HTT L等位基因的COPD 患者可能具有较高的PH 发生风险，且基因型为LL的患者的肺动脉压更高，与先前的研究结果一致，但在COPD 患者组与对照组之间5-HTT L/S多态性和等位基因频率的分布差异无统计学意义，有必要进一步研究。

3 瞬时受体电位 (transient receptor potential，TRP)M8基因多态性与COPD-PH

已有资料表明[11]，TRP阳离子通道的超家族存在于广泛的细胞类型中，并在COPD 和哮喘等呼吸系统疾病中起着关键作用。在这一亚家族中，TRPM2、TRPM4 和TRPM8是治疗呼吸系统疾病的可能靶点[11]。后来有研究[12]发现TRPM8能够在8～22°C 的温度范围内被激活，考虑这可能与呼吸冷空气时引起的呼吸自主反应 (包括气道收缩、咳嗽和黏膜分泌等)相关。近期，一项针对中国汉族COPD 人群的研究[13]显示，TRPM8 基因中的rs9789398位点与COPD 的易感性显著相关。此外，发现rs9789675、rs9789398和rs1004478 这些位点与COPD 患者发生PH 的风险增加显著相关，该研究为COPD-PH 的发生机制提供了一个新的遗传学视角，TRPM8 突变及引起的功能变化和潜在机制需要进一步探索。

4 IL-6基因多态性与COPD-PH

随着COPD 病情发展，PH 的发生率逐渐升高，过去主要认为缺氧是PH 形成的主要原因，现在一些轻度COPD 患者的肺动脉就已经存在炎细胞浸润改变，因此认为慢性炎症反应是COPD-PH 形成的重要机制之一。炎症细胞在气道、肺血管、肺实质浸润游走，同时分泌、释放多种炎症细胞因子，破坏正常的肺组织和血管结构，最终导致气道结构的重塑和气道阻塞的形成，进而使患者肺功能下降，促进肺动脉高压形成[14]。IL-6是一种重要的炎症细胞因子，Córdoba-Lanús等[15]的研究发现在西班牙人群中IL-6 E572C 等位基因可能降低COPD 发生的风险。Eddahibi等[16]的研究报告了携带IL-6 GG 基因型的COPD患者血清IL-6水平和PH 均高于CC 或CG 基因型，并且认为炎症细胞因子IL-6的基因多态性可能与COPD 患者发生PH 的风险相关。但孙丽蓉等[17]的研究结果显示IL-6 572位点基因多态性与COPD 相关的PH 易感性无关，这种结论不一致性可能是种族及地区之间的差异造成。虽然国内外有关IL-6基因多态性与PH 或COPD 遗传易感性的相关报道较多，但尚无直接研究IL-6基因多态性在COPDPH 进展中作用的报道，进一步探究相关机制有很大的临床意义。

5 表皮生长因子受体 (epithelial growth factor receptor，EGFR)3′UTR 多态性与COPD-PH

EGFR 是一种广泛表达于细胞表面的跨膜酪氨酸激酶受体，通过调节细胞的死亡和凋亡参与细胞增殖的某些重要过程[18]。EGFR 的失调也被认为是导致肺动脉平滑肌细胞 (pulmonary arterial smooth muscle cell，PASMC)异常增殖和肺动脉重塑的原因，以前有研究显示EGFR 抑制剂可显著恢复大鼠的血管重塑[19]。同时，EGFR 的表达水平被认为受到包括microRNA 在内的各种因素的调节[20]。Zhou等[21]的研究，进一步证实了miR-214 的外源性过度表达可以显著下调TT 和TC 基因型PASMC 中的EGFR表达，但该结果不适用于CC 基因型的PASMC。除此之外，发现CC基因型中EGFR 的浓度显著高于TT 或TC基因型组，且CC 基因型的COPD 患者患PH 的风险更高。简而言之，EGFR 3′UTR 774 T＞C 的多态性，可以干扰miRNA/m RNA 之间的相互作用，并通过MiR-214的释放抑制EGFR 的表达。这些发现加深了我们对于发病机制的认识，对于预防和治疗COPD-PH 具有重要意义。

6 缺氧诱导因子-1 (hypoxia inducible factor-1，HIF-1)基因多态性与COPD-PH

早有研究[22]表明，COPD 患者低氧血症的严重程度与PH 的进展密切相关，肺泡缺氧可导致肺动脉收缩，持续肺泡缺氧可导致肺动脉重塑。HIF-1 是一种由α和β组成的异源二聚体转录因子，可调节多种基因的表达以响应缺氧刺激[23]。HIF-1α对缺氧很敏感，是HIF-1 的氧调节亚单位，也是决定HIF-1 活性的最关键部分，HIF-1β 是HIF-1的结构亚单位，能维持HIF-1结构的稳定[24]。常氧条件下，HIF-1α由位于401～603 位氨基酸的氧依赖降解结构域控制，并通过泛素-蛋白酶体途径迅速降解，因其半衰期很短，故细胞内HIF-1的含量极低。但在缺氧细胞或肿瘤细胞中，HIF-1α的泛素-蛋白酶体降解途径被抑制，HIF-1α浓度增加，并与HIF-1β二聚化，在细胞核内组合成HIF-1，从而允许靶基因转录。HIF-1可调节内皮素1、血管内皮生长因子及其受体、诱导型一氧化氮合酶等多种下游靶基因的表达增加，进而在PH 中发挥重要作用[25]。Jiang等[26]的研究结果表明缺氧刺激可增强大鼠PASMC和PH 模型中SUMO-1 基因的表达，并通过与HIF-1 直接、特异的相互作用，调节下游靶基因，参与缺氧相关的PH进展。已有不少研究[24，27]证实HIF-1和COPD 易感性的关联，国内闫莹等[28]的研究发现HIF-1α基因rs2057482位点的多态性与COPD-PH 的易感性可能有关，C＞T 突变可能在COPD 合并PH 的易感性上起到保护作用，如能早期筛查易感基因将有助于及早发现高危患者，进而制订个性化的防治措施，最终有望延缓COPD 相关PH 的进展。目前已发表的文献主要集中于HIF-1基因多态性与COPD 发生的相关性，而有关COPD 患者发生PH 风险的研究较少，确切机制有待进一步阐明。

7 血管紧张素转换酶 (angiotensin converting enzyme，ACE)基因多态性与COPD-PH

COPD 患者和COPD-PH 患者的病程进展与肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)的激活有关，后者可影响肺血管收缩和肺血管重塑。ACE是一种锌金属肽酶，在肺部高度表达并且能够降解缓激肽，催化血管紧张素Ⅱ的形成，在RAAS中发挥重要作用[29]。它是一种强大的血管收缩剂、炎症调节剂和细胞生长因子。因此，ACE 基因被认为是COPD 患者发生PH 的一大促因[30]。早期Ahsan等[31]的研究通过ACE 插入/缺失 (I/D)基因多态性筛查，发现I等位基因与稳定的COPD 进程显著相关。后来Pabst等[30]的研究结果显示：在显性模型中I等位基因与COPD 的风险增加相关；但在共显性模型中，I等位基因与COPD 病程进展无关；此外，与对照组相比，稳定的COPD 患者的ACE (I/D)I等位基因显著增加。近期，一项2 635名参与者的meta分析[1]研究提出了族群分析的概念，其整体分析结果表明，在所有基因模型中ACE 基因多态性与COPD 易感性无相关性；然而，族群分析结果表明，亚洲人ACE基因多态性与COPD 的易感性相关，且认为纯合子变异可能增加亚洲人COPD 的发病风险。已发表的这些研究主要针对ACE基因多态性与COPD 发病及病程稳定的相关性，均未明确指出ACE基因多态性与COPD 患者伴发PH 的风险相关性，因此有待更多的临床研究。此外，血管紧张素抑制剂或血管紧张素Ⅱ抑制剂抑制RAAS是否有助于延缓COPD患者的病程进展，这一点值得关注，以指导临床开展治疗。

8 其他MicroRNAs(miRNAs)调控相关基因与COPD-PH

miRNAs是一类长度为18～25 个核苷酸的非编码RNA，它们与靶m RNA 的3′非翻译区结合，调节基因表达[32]。研究发现一些miRNA 的靶基因 (包括BMPR2、RhoB、SHP2、NFAT 和Mst1)在PH 进展的相关途径中高度富集，表明了miRNA 对该疾病的广泛控制。其中一类通过感受缺氧刺激调节表达的 miRNA 称为“hypoximiRs”，包括上调 (如：miR-210)和下调 (如：miR-124)2种类型[33]。先前已有报道称miR-124 在缺氧暴露状态中下调。PASMC 的异常增殖是缺氧性血管重塑的主要原因。Li等[34]的研究发现在伴有PH 的COPD 患者中携带至少一个rs531564等位基因的数量大于不伴PH 的COPD 患者。该研究认为Grb2 是miR-124 的主要靶点，rs531564等位基因的存在通过降低miR-124的表达，增加Grb2的表达，促进了PASMC的增殖，从而增加COPD 患者发生PH 的风险，与前文所述结论一致。此外，Jiang等[35]的研究发现COPD-PH 患者miR-190a-5p水平明显高于健康对照组，人肺内皮细胞体外实验表明缺氧使miR-190a-5p的表达显著增加。KLF15 是miR-190a-5p 的主要靶点，该研究认为MIR-190a-5p通过靶向KLF15调节缺氧诱导的PH，并且，miR-190a-5p的循环水平与COPDPH 的严重程度相关。关于各种miRNA 相关基因在COPD-PH 中的进展、诊断、预后价值的临床研究数量不多，有待在更大的研究中心和更多的人群中进一步验证，并期待探索一些新的治疗靶点。

除了上述研究较多的基因靶点，Lee等[36]的研究发现铁反应元件结合蛋白2 (iron responsive element binding protein 2，IREB2)的基因多态性与COPD 合并肺动脉扩张有强遗传关联，主要集中在15q25.1区域。但尚未确定IREB2中与COPD 发生PH 的功能性变异相关的位点，IREB2在与COPD 相关的PH 发病机制中的特定作用以及根据IREB2 变体的功能差异将需要进一步研究PH 作为COPD 的一种并发症，患者的发病率和严重程度有很大的差异。不同的生化途径和细胞机制在COPD-PH 的发病机制中发挥着不同作用。因此，确定COPD 患者发生PH 的遗传易感性，对于更好地了解其发病机制、开发新的靶点治疗具有重要意义。然而，现有的实验证据远远不足以指导COPD-PH 的临床诊疗，寻求多中心、多领域、更大的COPD-PH 相关的遗传学研究是我们未来的方向。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突