细胞因子在肺动脉高压发病机制中作用的研究进展

颜菲，刘一平，张榕

(中国医科大学附属第一医院风湿免疫科，沈阳 110001)

肺动脉高压(pulmonary hypertension，PH)的病理特征主要为多种原因引起肺血管床的结构和功能受损，伴随肺血管重构，进而导致肺动脉压异常升高，是导致结缔组织病预后不佳及死亡的主要因素之一。目前认为，多种因素导致血管内皮功能障碍、内皮细胞和平滑肌细胞过度增殖、原位血栓和血管壁炎症是PH形成的主要原因[1]。有研究证实，巨噬细胞、中性粒细胞、T细胞、树突状细胞和肥大细胞等多种免疫细胞及其分泌的多种细胞因子参与调控血管内皮细胞和平滑肌细胞的信号转导通路，影响其增殖与功能，促使血管舒张和收缩因子的失衡[2-3]，特别是在结缔组织相关PH(connective tissue-related PH,CTD-PH)的发生发展中尤为重要。因此，从细胞因子在PH发生发展中作用机制的角度，探讨免疫机制在肺血管内皮细胞功能异常，以及肺血管平滑肌细胞过度增殖引起PH或CTD-PH发生及右心室重构中的作用，可为更好地理解PH的发病机制及寻找特异而精准的治疗靶点提供新思路。现就PH形成相关的细胞因子及其在PH发病中的免疫分子机制予以综述，进一步揭示PH的发病机制，为PH的诊疗和预防开辟新途径。

1 白细胞介素

白细胞介素(interleukin,IL)是多种免疫细胞因免疫反应激活而分泌的细胞因子，是启动炎症反应的开关，对免疫应答有关键调节作用，包括IL-1～IL-38[4]。此外，IL在激活和调节免疫细胞，介导淋巴细胞活化、增殖与分化及炎症反应中也起重要作用。

1.1IL-1β IL-1β是肺循环中重要的前哨炎症细胞因子。IL-1β参与调节肺血管功能、血管壁重构，并与其他炎症介质相互作用影响肺血管增殖。Udjus等[5]提出，胱天蛋白酶1/IL-18/IL-1β/IL-6/信号转导及转录活化因子3通路是调控肺动脉平滑肌细胞增殖的重要机制，为低氧所致的PH治疗提供新的分子靶点。此外，在阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的PH大鼠模型中，过表达长链非编码RNA氨甲酰磷酸合成酶1-内含子转录本1可能通过抑制缺氧诱导因子-1α转录活性和核因子κB信号通路，抑制肺组织IL-1信使RNA的表达(抑制的是肺组织内部IL-1的信使RNA的表达)，从而抑制PH的进展[6]。一项单臂、开放标签、ⅠB/Ⅱ期先导研究表明，阿那白滞素阻断IL-1治疗PH和右心室衰竭是可行和安全的[7]。以上结果表明，针对IL-1β/IL-1受体1通路的阿那白滞素可能有望用于治疗人PH。

1.2IL-6 IL-6是一种炎症细胞因子，与多种自身免疫疾病有关。IL-6通过经典的信号转导通路与反式信号转导通路，引发细胞内信号转导，激活Janus激酶与信号转导及转录活化因子转导信号通路[8]，在启动促炎和促血管生成基因转录的同时，限制细胞因子信号转导抑制因子3的转录，促进炎症的发生发展[9]。同时IL-6可由肺血管内皮细胞产生。Simpson等[10]研究发现，不同病因PH患者的血清IL-6水平均升高，以门静脉高压和CTD-PH患者IL-6水平升高最为明显，并与PH患者生存时间等临床特性密切相关。另外，血清C反应蛋白、IL-6和Toll样受体4对慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)发生PH具有早期诊断价值，可用于指导临床治疗方案的及时调整[11]。而一项静脉注射托珠单抗(IL-6受体拮抗剂)用于第1类PH患者的临床研究表明，托珠单抗可以改善患者的静息肺血管阻力、6 min步行距离、世界卫生组织功能分级、生活质量评分和N端脑钠肽前体，从而证明了其在治疗CTD-PH中的安全性和有效性[12]。所以，IL-6受体拮抗剂今后有可能会成为治疗PH的新方法。

1.3IL-17 IL-17主要由T淋巴细胞产生，可诱导多种免疫细胞过表达和释放促炎性细胞因子，也可作用于肺内皮细胞、上皮细胞和成纤维细胞促使其活化及增殖。IL-17通过与IL-17受体A和IL-17受体C亚基组成的异构体结合，激活核因子κB、胞外信号调节激酶1/2、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B、c-Jun氨基端激酶和p38/促分裂原活化的蛋白激酶通路而发挥作用。有研究发现，缺氧条件下IL-17通过介导肺动脉内皮细胞功能障碍诱导肺动脉平滑肌细胞增殖促使血管重构，IL-17也可能通过上调β联蛋白的表达参与PH的发生[13]。此外，胶原蛋白Ⅴ和IL-6/IL-17激活与血管外膜重构有关[14]，这有可能是PH的发病机制之一。在COPD相关PH中，患者痰中IL-17水平与PH严重程度呈正相关，其可能成为评估COPD相关PH病情严重程度的指标之一[15]。而针对辅助性T细胞(T helper cell,Th)17的靶向治疗有望成为PH治疗的新方向。

1.4其他 IL-33主要在上皮细胞和内皮细胞表达，在肺和肺血管重构疾病中，通过与其膜受体特异性受体肿瘤发生抑制蛋白2(suppression of tumorigenicity 2，ST2)和IL-1受体辅助蛋白结合发挥作用，并参与多种自身炎症疾病的发生发展。Liu等[16]研究表明，人肺动脉内皮细胞可结构性表达IL-33及其受体ST2，缺氧可上调其表达并激活缺氧诱导因子-1α/ST2轴，促进肺动脉内皮细胞增殖、黏附和血管生成。此外，有研究表明IL-33在COPD的气道和全身炎症反应中发挥重要作用，血清ST2可能参与COPD相关PH形成的炎症反应机制[17]。另外，在哮喘相关PH模型中，miR-206、IL-4、IL-13和γ干扰素水平的升高可能与病情的严重程度有关[18]。综上，多种IL类细胞因子及其相关信号通路与PH的发生发展密切相关。

2 趋化因子

趋化因子是一类低分子量、结构相关的蛋白质，其通过与7个跨膜的G蛋白偶联受体结合，诱发细胞内信号转导，从而介导其趋化因子活性。趋化因子及其受体形成同二聚体和异源二聚体的能力以及趋化因子和趋化因子受体相互作用的可能性使该蛋白家族具有巨大的信号可塑性和复杂性。趋化因子分为4个主要的亚家族：CC、CXC、XC和CX3C，以下主要介绍CC、CX3C及CXC类。

2.1CC类 CC趋化因子配体[chemokine (C-C motif) ligand，CCL]2是血管内皮细胞合成的主要细胞因子之一，对单核细胞/巨噬细胞的活化和迁移过程有重要作用。有研究证明，下调CC趋化因子受体[chemokine (C-C motif) receptor，CCR]2可明显减少炎性单核细胞向腹腔的募集，从而减轻小鼠的炎症反应，阻断CCL2/CCR2可显著降低Th2类细胞因子的表达，增加Th1类细胞因子的表达[19]。CCL5是由正常T细胞分泌的具有趋化活性的细胞因子，由活化的血小板β颗粒释放，可诱导单核细胞和T细胞黏附、迁移。在肺血管内皮细胞中，CCL5主要激活CCR1和CCR5。敲除小鼠的CCL5基因会减弱缺氧诱导的PH发展，敲除人肺血管内皮细胞的CCL5基因可提高肺血管内皮细胞的存活率和血管生成能力[20]。同样有研究表明，PH患者肺动脉平滑肌细胞(pulmonary artery smooth muscle cell,PASMC)和血管周围巨噬细胞中的CCR2和CCR5表达上调，且PASMC向M2型巨噬细胞迁移增多，阻断CCR2和CCR5可减少迁移，证明CCR2和CCR5是PH发生发展过程中启动和促使PASMC迁移和增殖所必需。CCR2和CCR5的双靶向治疗可能阻断PH的进展[21]。CCR7及其配体CCL19和CCL21是影响PH发生发展的潜在因素。有研究发现，系统性硬化症相关PH患者CCL21水平明显升高，其次是由间质性肺疾病继发的PH，系统性硬化症相关PH患者肺血管内皮细胞上表达的CCL21可以将CCR7阳性的单核细胞募集到血管壁并诱导炎症[22]，提示CCL21可能是早期毛细血管前PH相关的血清标志物，与PH发生具有明显相关性。另有研究证明，CCL19和CCL21水平与COPD-PH患者肺动脉压力呈正相关，是COPD相关PH发生的危险因素，可作为PH的预测指标[23]。因此，CCL21可能有助于PH诊断时的危险分层，从而辅助治疗决策。

2.2CX3C类 CX3C趋化因子配体[chemokine(C-X3-C motif) ligand，CX3CL]1又称分形趋化因子，而CX3C趋化因子受体[chemokine (C-X3-C motif) receptor，CX3CR]1在多种免疫/炎症细胞和不同的组织细胞中表达。在PH中，CX3CR1在平滑肌细胞、血管内皮细胞等不同类型的细胞中均表达上调[24]。内皮素-1可诱导高表达B型内皮素受体的内皮细胞表达CX3CL1，提示CX3CL1可能是内皮素-1导致PH的部分原因[25]。抑制CX3CL1/CX3CR1信号通路和间质巨噬细胞扩张可有效减少肺血管重构和炎症，但血流动力学改善不明显[26]。因此，CX3CL1及CX3CR1的表达与PH的发生发展有关。

2.3CXC类 CXC趋化因子配体[chemokine (C-X-C motif) ligand，CXCL]12属于趋化因子CXC亚家族，在肺、肝、淋巴结、骨髓、成纤维细胞和内皮细胞等中均有表达，并通过其同源受体CXC趋化因子受体4[chemokine (C-X-C motif) receptor,CXCR]4进行细胞内信号传递[27]。在PH中，CXCL12在外膜成纤维细胞和肺泡巨噬细胞等中表达增强，提示其可能参与PH的发病机制[28-29]。有研究显示，在PH中CXCL12表达增加可以导致肺动脉内皮细胞异常增殖，从而导致血管生成增加[30]。此外,有研究表明慢性血栓栓塞性PH患者肺动脉内皮细胞CXCL4、CXCL10及CXCR3调节失衡可导致血管生成受损和血管再通丧失[31]。因此,各种趋化因子及其受体的表达及相互作用有可能参与PH的发病机制。

3 生长因子

生长因子是一种由多种细胞分泌,作用于特定的靶细胞,调节细胞分裂、基质合成与组织分化的细胞因子[32]。生长因子主要包括转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等。

3.1TGF-β TGF-β主要类型包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3、TGF-β4及TGF-β5。其中在调节细胞增殖、分化、凋亡方面，TGF-β1/Smad2/Smad3信号通路具有不可忽视的作用。在PH进程中，TGF-β1/Smad2/Smad3信号通路可通过影响免疫稳态，进而影响PH的发生发展。在PASMC中，TGF-β1可增强IL-6诱导的肺血管重构，同时Smad 2/3蛋白的磷酸化也参与 TGF-β1诱导的PH发生发展[33]。此外，有研究发现miR-182/髓系相关分化标记(myeloid-associated differentiation marker，Myadm)通过一氧化氮合酶/一氧化氮/环鸟苷酸和骨形态发生蛋白/TGF-β信号通路影响内皮细胞和平滑肌细胞之间的信号，从而影响PH的发生发展[34]。因此，异常的TGF-β信号转导可能导致肺组织细胞及肺血管的炎症反应，或可成为PH发病的关键。有研究表明，血清脑钠肽、VEGF及TGF-β1水平与新生儿持续性PH病情的严重程度相关，对评估患儿的病情及预后具有较高的价值[35]。上述研究表明，TGF-β在血管炎症、血管增生及纤维化等多种反应以及PH的发生发展中发挥关键作用。而活性小分子TGF-β受体抑制剂可能有助于抑制PH的病程进展，预防肺血管重构。

3.2FGF FGF是一种有丝分裂因子，能诱导包括内皮细胞和平滑肌细胞在内多种细胞的增殖。有研究发现，FGF信号可能促进血管恢复，阻止缺氧诱导的内皮间充质转化和PH的发展[36]。在缺氧性PH(hypoxic PH，HPH)的小鼠模型中，FGF21可以改善HPH的血流动力学，并抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖[37]。FGF21可以由蛋白激酶R样内质网激酶/C/EBP同源蛋白信号通路介导，并通过抑制胱天蛋白酶4的表达减少内质网应激，减轻缺氧诱导的肺动脉内皮细胞功能障碍和凋亡，减少HPH的发生[38]。此外，PH患者血浆FGF23水平升高，且FGF23水平与右心房平均动脉压、6 min步行距离、N端脑钠肽前体、静脉血氧饱和度、心脏指数和肺血管阻力呈正相关[39]。综上，FGF对于肺动脉平滑肌细胞增殖及肺动脉内皮细胞功能等作用可能在不同亚型间存在差异，FGF在肺动脉发生发展过程中的作用还需进一步研究。

3.3VEGF VEGF是一种血小板衍生生长因子家族中的糖蛋白，是发育、生长、维持身体健康以及许多病理过程中的重要调节因子，可特异性地作用于血管内皮细胞，进而促进内皮细胞的增殖、生长、迁移及血管重构。在新生大鼠HPH的发病过程中，缺氧早期过表达VEGF-A可促进生存素的表达,延缓肺血管重构的进程,降低肺动脉压,对HPH发挥重要的保护作用[40]。此外，有研究发现VEGF受TGF-β1调控，两者在PH形成过程中相互调节，而在新生儿持续性PH中血浆IL-17、VEGF、TGF-β1与肺动脉压呈正相关，可能成为新生儿持续性PH严重程度的指标[15]。而在COPD并发PH患者中，随着肺动脉收缩压升高，碱性FGF、VEGF可能作为一类保护因子而表达减少，参与后期疾病进展[41]。由此可见，VEGF是一种可以影响肺血管重建，从而影响PH进展的细胞因子之一。

4 其 他

4.1干扰素 干扰素家族是一组分泌蛋白，可作为细胞外信使参与多种应答反应，包括抗病毒、抗增殖、免疫调节和发育活动，以维持体内稳态和宿主防御[42-43]。有文献报道，接受β干扰素治疗的多发性硬化症患者被诊断为PH，停用β干扰素并应用干扰素特异性药物治疗，患者的临床症状改善、血流动力学趋于正常，说明PH是β干扰素治疗的一种罕见而严重的不良反应[43]。这种作用也被其他研究者证实，存在PH遗传易感的多发性硬化症患者在接受β干扰素治疗时，患PH的风险可能更高[44]。另外，有研究发现外源性干扰素可降低小窝蛋白1的表达，激活信号转导及转录活化因子1和蛋白激酶B，并改变肺动脉内皮细胞的细胞骨架，而小窝蛋白1功能不全会引起干扰素炎症反应，从而导致内皮细胞表型功能异常，靶向该途径可能会降低PH中的病理性血管重构[45]。综上，对干扰素途径的调控可能是治疗PH的一个新方向。

4.2肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF) TNF-α是一种促炎性细胞因子，主要由单核细胞和巨噬细胞产生，并在多种病理过程中发挥不同作用。TNF-α可通过调节炎症部位的免疫细胞(如淋巴细胞)功能介导炎症反应和调控肺血管的结构重建。有研究发现，黄芩苷可能通过调节TNF-α/骨形成蛋白Ⅱ型受体基因信号通路对实验中PH模型产生保护作用[46]。而Säleby等[47]发现，PH患者血浆中TNF-α水平升高，并可以区分PH与慢性血栓栓塞性PH和左心疾病合并PH，提示TNF-α可作为区分PH的生物标志物。此外，TNF家族中的TNF相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)及其受体在血管平滑肌细胞的存活、迁移和增殖中起重要作用。有研究表明，PH患者的血清可溶性TRAIL水平明显高于健康对照者，可溶性TRAIL>103 pg/ml可区分PH患者和健康人，其灵敏度为75.6%，特异度为81.2%，而血清可溶性TRAIL水平的降低可能反映了药物治疗PH的有效性。在低氧诱导的PH小鼠模型中，可溶性TRAIL水平显著高于常氧小鼠，而在给予前列环素治疗后，可溶性TRAIL水平明显降低，且可溶性TRAIL水平与右心室收缩压、右心室肥厚指数呈正相关[48]。所以，血清可溶性TRAIL可作为PH患者诊断和治疗有效性的生物标志物。

4.3半乳糖凝集素-3(galectin-3，Gal-3) Gal-3是β-半乳糖苷结合凝集素家族的成员，可以调节细胞增殖、分化和基因表达。Gal-3通过激活蛋白激酶B/糖原合成酶激酶-3β/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路诱导肺血管内皮细胞凋亡并抑制自噬，进而促进内皮细胞的增殖和血管生成[49]。抑制Gal-3可减轻缺氧诱导的人肺动脉上皮细胞和人PASMC表型改变[50]。Luo等[51]发现PH患者血浆Gal-3水平明显升高，且在PH模型大鼠的肺血管外膜中Gal-3表达也明显增强，提示Gal-3可能参与肺血管重构和纤维化；另外，Gal-3通过参与非吞噬细胞氧化酶4(活性氧的主要来源)的氧化应激，在PH诱导的右心室重构中发挥重要作用。因此，抑制Gal-3可能对PH的肺血管和右心室重构有重要作用。

5 小 结

PH的发病机制尚不明确，IL类、趋化因子类与生长因子类等多种细胞因子相互交织、互相影响，形成复杂的细胞因子网络，在炎症、血管内皮增生与血管平滑肌细胞增殖中起重要作用，参与PH的发生发展。但病因不同，PH致病机制不尽相同，不同细胞因子在不同病因PH中的作用机制与程度不同。随着对细胞因子的认识和PH发病机制研究的不断深入，通过特异性阻断PH相关细胞因子或参与PH形成相关的细胞信号转导通路，可能为PH的靶向与精准治疗提供新思路。