钙离子通道在肺动脉高压发病机制中作用的研究进展

周能，王敏，张洁，靳海霞，李艳，褚衍彪

1 潍坊医学院研究生院，山东潍坊261000；2 山东第一医科大学附属人民医院检验科；3 山东第一医科大学研究生院；4 山东第一医科大学附属中心医院呼吸与危重症医学科

肺动脉高压（PAH）是一组以不受控制的肺血管重塑、持续的血管收缩和原位血栓形成为特征的临床综合征，由于肺血管重塑引起肺循环血流动力学改变，最终可导致右心衰竭甚至死亡［1］。PAH的发病机制至今仍不完全清楚，但越来越多研究表明，Ca2+、K+、Na+等离子通道在PAH的发病机制中具有重要作用。许多血管活性物质、炎症介质、转录因子等通过调节离子通道活性调控细胞内外离子浓度，从而调节血管收缩和细胞增殖、迁移、凋亡等。在第六届世界肺动脉高压大会上，有学者建议将“对钙通道阻滞剂（CCB）长期有效的肺高血压列入第一大类PAH中”［2］，这一建议在2022年ESC/ERS指南中被采纳［3］。钙稳态是维持细胞正常生理功能的基础。参与致病机制的各种信号通路通常以Ca2+作为中介或改变目标来调节细胞功能，如增殖、迁移、凋亡等。本文结合文献就电压门控钙通道（VGCC）、钙库操纵性钙通道（SOCC）、受体操纵性钙通道（ROCC）、牵拉激活离子通道（SAC）中的Piezo1、N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）在PAH发病机制中作用的研究进展作一综述。

1.GCC在PAH发病机制中的作用

VGCC是由α1、α2δ、β、γ四个亚基组成的膜蛋白复合体。根据钙离子电流门控特性不同，VGCC可分为L、T、N、P/Q、R五型；按照电压激活特性不同，VGCC可分为高电压激活型（HVA）和低电压激活型（LVA）；根据α1亚基的基因型不同，VGCC又可分为Cav1、Cav2、Cav3三大家族。VGCC是细胞表面的一类重要信号转换器，可将膜电势转变成细胞内Ca2+瞬态，从而参与血管收缩及细胞增殖和迁移等生物学过程。VGCC具有与电压相关的3种不同状态：静息状态、激活状态和失活状态。去极化时，VGCC迅速由静息状态转变为激活状态，然后快速失活，经过一段时间复极化再恢复至静息状态［4］。

肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）存在HVA、LVA两种VGCC，目前研究较多的是HVA。HVA是细胞内外Ca2+交换的主要通道，可长期维持激活状态并形成内向电流。而Cav1.2通道是调节血管平滑肌收缩的HVA离子通道，在膜去极化时Ca2+通过激活Cav1.2通道引起一系列生理过程［5］。在缺氧诱导的PAH模型中发现，缺氧可促进Cav1.2、Cav3.1、Cav3.2蛋白表达，从而导致肺动脉平滑肌收缩［6-7］。在LVA中，主要是Cav3.1、Cav3.2通道参与PAH的发生、发展。在慢性缺氧诱导的PAH动物模型中，抑制Cav3.1蛋白表达可有效阻止PAH进展［7］。有研究报道，LVA中Cav3.1、Cav3.2蛋白可参与PASMCs增殖［8］，而LVA阻滞剂则可阻滞细胞周期并抑制PASMCs增殖［9］。此外，LVA还能参与激活与PASMCs增殖和凋亡相关的激酶，如蛋白磷酸酶2A、细胞外信号调节激酶1/2、蛋白激酶B（Akt）等［8-9］。

2.OCC在PAH发病机制中的作用

SOCC最早由PUTNEY于1986年发现并提出，是非兴奋细胞上Ca2+内流的主要途径，以钙释放激活钙离子流最为典型［10］。SOCC广泛分布于哺乳动物细胞中，可通过调节细胞内Ca2+浓度参与新生血管形成以及血管收缩和重塑等病理生理过程。SOCC由基质相互作用分子（STIM）和Oria蛋白复合体、瞬时受体Ⅰ型电位通道（TRPC1）及微囊蛋白1三部分组成。STIM是一种定位于内质网膜上的单次跨膜蛋白，由跨膜结构域、管腔结构域及细胞质结构域构成，分为STIM1、STIM2两种亚型。STIM的主要功能是监测细胞内Ca2+浓度［11］。在钙库操纵性钙内流（SOCE）过程中，STIM能够激活Orai和TRPC1。当处于失活状态时，STIM分散在内质网（ER）中，Orai分散在质膜中。而当G蛋白偶联受体激活磷脂酶C（PLC）时，PLC将磷酸化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸分解为二酰甘油（DAG）和肌醇1，4，5-三磷酸（IP3），IP3作用于ER的相应靶点IP3受体，从而触发ER中Ca2+释放，导致ER中储存的Ca2+浓度降低。此时，STIM1作为Ca2+传感器，感知ER中Ca2+耗竭，迅速聚集于ER和质膜之间并与Orai和TRPC1作用触发SOCE［10］。

促进TRPC1蛋白表达能够显著增强SOCE。SOCC可通过Orai1将TRPC1转移至质膜，然后STIM1与TRPC1相互作用触发Gq/PLC相关信号通路调节Ca2+浓度［12］。有研究表明，在低压、慢性缺氧条件下形成的PAH模型大鼠远端肺动脉组织STIM1表达升高，而在大鼠PASMCs中敲低STIM1则可抑制缺氧诱导的PASMCs过度增殖［13］。但是，也有研究得出了不同的结论。WANG等［14］研究发现，将大鼠暴露于10% O2下，其PASMCs中STIM1表达无明显变化，而Orai1/2表达增加。在特发性PAH患者PASMCs中STIM2表达明显升高，PASMCs中STIM2过表达可增强SOCE并促进PASMCs增殖［15］。FERNANDEZ等［16］研究同样发现，PASMCs中STIM2、Orai2表达升高和SOCE增强，最终促进PASMCs由收缩型向增殖型转变。这些研究表明STIM/Orai/TRPC在PAH的发生、发展中具有重要作用，但不同研究对象或干预条件可能会产生不同的结果。

3.OCC在PAH发病机制中的作用

ROCC又称配体门控钙通道，对相应的配体敏感。配体与受体结合可导致受体构型改变，介导受体操纵性钙内流（ROCE），从而使ROCC开放。ROCE和SOCE均能直接响应细胞外信号而被激活。但与SOCE不同，ROCE不依靠细胞内储存的Ca2+释放。细胞外配体对膜受体（如G蛋白偶联受体和受体酪氨酸激酶）的刺激可导致PLC激活，产生DAG，而DAG可激活ROCC，从而导致Ca2+内流并增加细胞内Ca2+浓度。

TRPC3/6/7可参与ROCE过程。特发性PAH患者PASMCs中TRPC1、TRPC3、TRPC5、TRPC6蛋白表达显著升高［17］。在慢性缺氧诱导的PAH模型小鼠中，TRPC1、TRPC6基因缺失可抑制PAH进展［18］。低氧能够通过Notch蛋白转录调控TRPC6引起SOCE，最终介导Ca2+浓度改变［19］。近期研究发现，慢性缺氧还可通过上调CasR-TRPC1/6信号通路促进PASMCs增殖［20］。BMP2可通过抑制TRPC1、TRPC4和TRPC6蛋白表达而抑制SOCE并导致基础Ca2+浓度降低，从而抑制细胞的增殖和迁移［21］。WANG等［22］研究发现，在低氧条件下PASMCs中HIF-1α表达上调，并通过上调BMP4表达增加大鼠PASMCs中TRPC1、TRPC6表达，从而促进SOCE并导致基础Ca2+浓度升高，继而促进肺血管重塑。在大鼠PASMCs中敲减HIF-1α，由缺氧引起的Orai2升高会减弱［14］。而在肺动脉内皮细胞（PAECs）中，TNF-α诱导的TRPC1表达增加可导致内皮屏障功能障碍［23］。FANTOZZI等［24］在人PAECs中发现，慢性缺氧诱导的TRPC4表达增加可导致胞质中Ca2+浓度升高，诱导活化蛋白1结合活性增加，促进活化蛋白1应答基因合成增加，从而引起肺血管内皮细胞异常增殖和血管重塑。

4.iezo1在PAH发病机制中的作用

Piezos是一类机械敏感性离子通道，分为Piezo1和Piezo2，分别由PIEZO1和PIEZO2基因编码。当细胞膜张力改变时，Piezos蛋白发生可逆形变，驱动Piezos通道开放，对Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子全部渗透，但更偏向渗透Ca2+［25］。

既往研究表明，血管平滑肌细胞中Piezo1激活增强导致的细胞质Ca2+浓度增加，会对高血压期间血管直径和壁厚产生影响［26］，提示Piezo1可在动脉平滑肌细胞中表达并参与高血压血管重构。Piezo2主要表达于神经元，与本体感觉有关，其在肺动脉内的研究仍在探索之中。在慢性缺氧诱导的PAH模型大鼠肺动脉中，SAC阻滞及Gd3+/GsMTx4（Piezo1非选择性抑制剂）均可显著抑制肌源性血管收缩［27］，提示Piezo1作为SAC的重要组成部分，能够参与肺血管舒缩功能的调节。为了验证Piezo1在肺循环中的作用，LHOMME等［28］在肺动脉内皮细胞中发现，牵张激活的Piezo1通道可通过增加内皮细胞Ca2+浓度、促进NO生成增加，从而促进肺动脉舒张。近期有研究在特发性PAH患者和PAH模型动物的PAECs中发现，Piezo1 mRNA和蛋白表达上调，并且在内皮细胞中Piezo1上调有助于通过增加Akt和mTOR的磷酸化或激活Akt/mTOR信号通路来上调Notch配体Jag1/2和Dll4表达，从而促进PAH的发生、发展［29］。然而，LHOMME等［28］在慢性缺氧诱导的PAH模型小鼠中发现，内皮细胞特异性敲除Piezo1在PAH的发病机制中具有可有可无的作用。上述研究虽然能够验证常氧和慢性缺氧小鼠肺动脉Piezo1的表达差异，但并未明确Piezo1在PASMCs和PAECs中的特定表达模式。有研究发现，特发性PAH患者Piezo1的激活可引起细胞内Ca2+释放并促进PASMCs过度增殖。Piezo1蛋白表达上调与PASMCs的收缩表型向增殖表型转变以及肺血管重塑的关系密切［30］。随后CHEN等［31］探究了剪切应力相关的PAH模型大鼠中Piezo1的功能，并得出了PASMCs中Piezo1蛋白表达上调与Yes相关蛋白/TEA结构域转录因子4直接相关的结论，同时还发现Piezo1蛋白表达上调与RelA/p65的转录调节和肺部炎症有关。虽然Piezo1的激活可通过增加钙离子信号传导诱导PASMCs收缩，但在PAECs中Piezo1的激活增加了与超极化和Akt/eNOS信号通路相关的Ca2+浓度，这可能有助于肺血管舒张［32］。

5.MDAR在PAH发病机制中的作用

谷氨酸受体在中枢神经系统中广泛分布，不同亚基分布在不同器官中。谷氨酸受体主要分为离子型受体和代谢型受体，NMDAR是最主要的离子型受体。NMDAR是一种由NMDAR1、NMDAR2、NMDAR3亚基组成的异四聚体复合物，其结构包括细胞外配体结合结构域和跨膜离子通道［33］。NMDAR是一种受配体和电压双重门控的离子通道。NMDAR激活可导致选择性阳离子通道打开，引起Na+、Ca2+内流和K+外流。虽然大多数谷氨酸受体是选择性阳离子通道，但很少能渗透Ca2+，而NMDAR对Ca2+具有高度渗透性，其渗透性约为Na+的10倍［34］。

过去十年的研究表明，NMDAR亦可在非中枢神经系统中表达，尤其是心血管系统［35］。肺血管重塑可能由血管细胞的代谢重编程驱动，以增加谷氨酰胺分解和谷氨酸生成。而NMDAR是PASMCs和PAECs上的离子通道受体［36］。有研究表明，NMDAR可增加主动脉平滑肌细胞［35］、恶性肿瘤细胞［37］的增殖和迁移。但NMDAR在PAH中的作用尚不完全清楚。DUMAS等［36］研究报道，NMDAR的强制性亚单位NMDAR1在PAH患者肺动脉内过度表达和过度激活，并通过增加PASMCs血小板衍生生长因子（PDGF）依赖性增殖促进动脉重塑；此外，在PAH动物模型中，在PASMCs中靶向敲除NMDAR或抑制NMDAR均能改善其临床结局。有研究发现，PAH患者肺动脉NMDAR2B表达降低，并且PDGF受体β在PDGF刺激下激活Src家族激酶、瞬时磷酸化NMDAR2B，最终导致磷酸化NMDAR2B向质膜表面运输和表达，从而发挥抗增殖和抗迁移作用［38］。这些研究表明NMDAR在PAH发病机制中具有重要作用，但仍需更多的研究来进一步佐证。

综上所述，PAH是一组以不受控制的肺血管重塑、持续的血管收缩和原位血栓形成为特征的临床综合征，其发病机制仍不完全清楚，但越来越多研究认为离子通道在其发病机制中具有重要作用，尤其是VGCC、SOCC、ROCC、Piezo1、NMDAR等钙离子通道。这些钙离子通道对细胞内钙稳态至关重要，不仅可通过Ca2+浓度改变引起肺血管收缩，还可通过不同信号通路引起肺血管重塑，从而参与PAH的发生、发展。但钙离子通道在PAH中的具体作用机制仍需进一步验证。