门肺高压症发病机制的研究进展

门肺高压症发病机制的研究进展作者：周鸿，蒋春晖，花荣 综述，罗蒙    作者单位：上海交通大学医学院附属仁济医院 普外科，上海 200127    【摘要】  门肺高压症(portopulmonary hypertension，PPHTN)是在门静脉高压症（portal hyper tension，PHT）基础上发生的以肺动脉压(pulmonary artery pressure，PAP)升高（平静状态下>25 mmHg、活动状态下>30 mmHg）、肺血管阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)增加（>240～250 dyn.sec.cm-5）而肺动脉楔压(pulmonary arteriole wedge pressure，PAWP)正常（<15 mmHg）为特点的疾病[1-2]。Mantz和Craig在1951年首次阐述了PHT和肺动脉高压（pulmonary artery hypertension，PAH）的关系，之后在学者对PPHTN的陆续研究中发现，患者一般在发现PHT 4～7年后被诊断为PPHTN[3]。约有0.73％的肝硬化患者伴发PPHTN[4]，而PPHTN作为终末期肝病的肺部并发症之一，在肝移植患者中其发病率更高达3.5%~8.5％[5]。PPHTN的发病机制目前尚未明了，目前研究主要集中于高血流动力学状态、血管活性介质失衡、基因异常以及逃逸肝脏灭活的介质作用等方面。    【关键词】  高血压，肺性；高血压，门静脉；发病机制；血管活性介质；成骨蛋白受体-2基因；综述文献    尽管肝脏疾病是引起门肺高压症（portopulmonary hypertension，PPHTN）的最常见原因，但仍有部分PPHTN继发于非肝脏因素，如系统性红斑狼疮、肝外门静脉阻塞、门体分流术后等，这表明引起PPHTN的主要原因可能是PHT而非肝硬化[5-6]，且是否与门高压严重程度相关目前尚无定论。但也有极少数患者PAH症状先于PHT出现[7]，除PHT外尚有许多因素影响PPHTN的形成。据此WHO最新分类将PPHTN不再归类于继发性PAH，而称为肝病或PHT相关的PAH[2]。随着原位肝移植技术在终末期肝病治疗中的不断进展，PPHTN被进一步重视，但PPHTN的发病机制目前尚未明了，目前研究主要集中在高血流动力学状态、血管活性介质失衡、基因异常以及逃逸肝脏灭活的介质作用等方面。1  高血流动力学状态    完整的血管内皮对维持正常生理条件下血管平滑肌细胞的表型和血管的正常结构具有重要意义。PHT的高动力循环状态，作为PPHTN的初始阶段，可使肺循环血流量增加，引起通气/血流比例失调，低氧和二氧化碳潴留可引起肺小动脉持续收缩和肺血管重塑，增加血液粘稠度和红细胞比容，导致PVR增加，引起PAH。由于血流量的增加也使得对肺血管壁的剪切应力相应增加，造成肺血管内皮损伤，细胞结构、功能、代谢改变，并激活大量细胞因子触发一系列瀑布式反应，最终导致肺血管的病理改变。2  血管活性介质失衡　　正常情况下，血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等能够产生多种血管活性物质，它们之间动态平衡的状态对肺血管正常生理结构和功能的维持起着重要作用。但在一些如肺血流量增加、低氧等的外来刺激下，它们的产生分泌平衡失调，可最终导致血管收缩、血管重构以及血栓形成，这是PPHTN发生的重要机制。　　2.1  内皮素-1（endothelin-1，ET-1）/一氧化氮（nitric oxide，NO）平衡 　　NO是目前己知的作用最强的内源性扩血管物质；ET-1则是效力最强的肽类缩血管物质，具有强烈的促内皮细胞和血管平滑肌细胞增生、抑制NO合成的作用， 两者相互拮抗，共同参与血管张力的调节。　　正常情况下ET-1的合成与清除处于平衡状态，而在并发PHT的情况下，由肝、脾、小肠合成和释放的ET-1增加[8]，并且在失代偿性肝硬化合并PPHTN时，ET-1水平要显著高于单纯失代偿性肝硬化。肺血管床是ET-1的另一个主要来源，肺血管内皮细胞不仅能合成ET-1，还含有大量ET-1受体，循环中90%以上的ET-1由其摄取，最终在肺脏分解代谢。ET受体包含2个亚型：内皮素受体A（ETA）可导致平滑肌的收缩和增殖；而内皮素受体B（ETB）可导致平滑肌的舒张以及NO和前列环素的释放，并可以清除循环中的ET-1[9]。在PHT患者中，由于氧合障碍ET-1在肺内的表达异常升高，它可通过激活ETA来增强PASMCs的生长，介导ET-1所致的增殖，并且ET-1可促进炎症介质释放诱发炎症反应，进一步加快PHT患者PAH的发生。　　在生理情况下，NO主要在血管内皮细胞由底物L-精氨酸和O2经内皮型一氧化氮合酶(eN-OS)催化合成。低氧时位于远端PASMCs的eNOS基因转录及翻译受到抑制，由于eNOS的表达下降以及底物O2的减少，使得原本由ETB受体激活引起的NO释放受到抑制，NO的产量不增反降，ET-1/NO失衡。由于减弱了对抗ET-1引起的血管收缩效应，导致肺血管张力失调、血管持续收缩、PVR升高，进一步加重了PAH的发展。Cacoub P和McCulloch KM等[10-11]证明ET-1浓度与PVR密切相关。非选择性ETA/ETB受体阻滞剂可降低PPHTN的肺动脉和门静脉压力[8]。国内外众多研究显示，长期吸入NO或者应用NO前体L-精氨酸或NO供体硝酸甘油等可以缓解肺动脉高压和肺血管结构重构的形成，而应用NOS抑制剂却可以明显加重肺血管结构重构的程度。因此我们可以猜测ET-1和NO在PPHTN的发病机制中可能起着重要作用。　　2.2  前列环素(prostacyclin，PAH)和血栓素(thromboxane，TXA) 　　TXA2是调节微血管收缩活动的重要介质。PAH患者肺循环中血小板活性增强，TXA2水平明显升高，是引起肺血管收缩和肺小动脉内微血栓形成的主要原因。而在PHT患者中，由于肺部血流动力学的改变和肺血管内皮细胞的损伤，会促进循环中血小板的活化和凝集而在受损的血管内皮处聚集并形成血栓。由于局部血小板浓度升高、活性增强，同样也会使TXA的合成增加，血栓调节素系统及纤维蛋白溶解系统异常，导致肺血管收缩和肺小动脉内微血栓形成，促进PPHTN的形成。　　PGIS是花生四烯酸的代谢产物，主要由血管内皮产生，不同组织表达的PGIS受体可与不同的G蛋白(Gi、Gs、Gq)偶联，决定PGI发挥不同的作用。当PGIS与血管平滑肌上Gi或Gs蛋白偶联受体结合后，使腺苷酸环化酶激活，细胞内环磷酸腺苷(cAMP)浓度增加，激活ATP敏感的钾离子通道、增加胞内钙离子的外流，引起细胞膜超极化从而发挥其扩血管的作用。同时PGIS作为最强的内源性血小板聚集抑制剂，尚有抑制血小板凝聚和血管平滑肌增殖的作用。将选择性的肺过度表达PGIS的转基因鼠暴露于低氧环境中，5周后发现这些转基因鼠的右心压力明显低于对照鼠，并且其小动脉接近正常，而对照小鼠的血管壁增厚，从而说明PGIS在改变肺血管对慢性低氧的反应性方面起着主要的作用。而Tuder等[12]通过原位杂交、Western分析和免疫组织化学方法，证明原发性PAH患者肺组织中的PGIS明显减少且发现重度PPHTN患者的中、小肺动脉内皮细胞中PGIS合成酶明显减少。同时Christman等[13]也在PPHTN患者尿中发现TXA代谢产物增加，PGI代谢产物减少。这说明PGI/TXA失衡对肺动脉高压的维持和发展起一定的作用，但它并不是PPHTN引发肺动脉高压的始动因素[14]。3  基因异常[成骨蛋白受体-2基因(bone morphogenetic protein receptor-2 gene，BMPR-2)的突变]　　已有报道证实了在原发性肺动脉高压（primary pulmonary hypertension，PPH）患者中存在BMPR-2基因的突变，而肝硬化门静脉高压患者如同时合并有PPH更易演变为PPHTN。在正常情况下，BMPs 通过与BMPRII-BMPRI二聚体结合，活化BMPRI，使下游的信号转导蛋白（主要是Smad1，-5，-8磷酸化）[15]，活化的Smad蛋白将下调c-Myc转录因子活性，使组成电压门控K＋通道（Kv channel）γ亚单位的KCNG2/KCNV2蛋白基因表达减少。在这一过程中电压门控K＋通道的组成还与Smad、c-Myc和不同转录因子（如STAT，AP-1/c-Jun，MAPK，CREB，等）的相互作用密切相关。　　有实验表明，与正常的KCNB1同源四聚体组成的Kv channel相比，KCNB1和KCNG1(或KCNG2)或KCNB1和KCNV2异源四聚体组成的Kv channel相对要小。也就是说，KCNG2/KCNV2是Kv channels的抑制剂，它可以使 K＋内流减少，细胞膜去极化，当膜电位达到Ca2＋通道开放阈值时，电压门控Ca2＋通道（voltage-dependent calcium channels，VDCC）被激活[16]使得Ca2＋内流增加，内流的Ca2＋发挥两种作用：①与肌球蛋白结合引起肺动脉平滑肌细胞（pulmonary artery smooth muscle cells，PASMCs）收缩，肺血管阻力增加[17-18]。②迅速(大约50～300 ms)增加细胞核内Ca2＋浓度，促进处于细胞周期中静止期的细胞转入有丝分裂期，加快平滑肌细胞增殖。另外Giorgio等和Zhang等[19-20]，证实BMPs（主要为BMP2、BMP4、BMP7）还可通过激活caspases-3，-8，-9、释放细胞色素C，下调Bcl-2和cIAP-2来促进人正常PASMCs的凋亡；同时在体外研究中发现BMP2和BMP7兼有抑制PASMCs增殖的能力[21]。　　PHT所引起的高动力循环状态，作为PPHTN的初始阶段，可使肺循环血流量增加，增加的血流量使得其对肺血管壁的剪切应力也相应增加，造成肺血管内皮损伤，从而激活大量细胞因子触发一系列瀑布式反应，最终导致肺血管的病理改变。同时有研究发现PPHTN患者中存在BMPR-2基因突变。因此，可以推测BMPR-2基因突变可能与瀑布式反应中所涉及的细胞因子有关从而导致PPHTN的形成，这有待于更深一步的研究。4  逃逸肝脏灭活的介质作用　　由于肝脏灭活及解毒能力的下降和门-体分流的出现，一些血管活性物质可藉此避开肝脏的代谢和灭活，引起肺循环阻力的升高。Tokiwa等[22]发现，PPHTN患者下腔静脉和右心室中前列腺素F2a、血栓素β2和血管紧张肽-1浓度升高，这3种物质都具缩血管活性作用，可能与PPHTN发生有关。正常情况下，5-HT到达肺脏前已被肝脏代谢灭活，但在肝功能异常和(或)存在门体分流的情况下，肺内5-HT的浓度会升高。这提示5-HT可能与PPHTN的发生有关。　　5-HT作为自身分泌的强有力的肺血管收缩剂被我们长期所认识，已有很多研究显示5-HT是PAH发病的关键介质[23-25]。但它在PPHTN发病机制中作用仍不明确。在PPHTN中最常见的临床表现是低氧血症，而低氧正是引起PAH的常见原因，它可以增加肺内PASMCs对5-HT增殖反应的敏感性[26]。同时由于门高压患者存在肝功能异常和（或）门体分流，使得5-HT在肝脏的灭活减少，包括肺在内的体循环5-HT浓度升高，从而进一步增强5-HT的增殖效应，促进PHT患者PAH的发生。有研究发现Kv channel阻滞剂可刺激5-HT的释放，因此各种原因所致的Kv channel的表达和功能异常可能是引起5-HT浓度升高的另一原因[27]。有研究还发现在PPH患者中，5-HT基因启动子的长等位基因变异体(L-allelic variant)比例很高，此变异体可增加肺动脉平滑肌细胞对血清和5-HT促生长作用的易感性，目前也正在PPHTN患者体内寻找类似的变异体[28-29]。　　机体分泌的5-HT部分由肝脏代谢灭活，而外周游离的5-HT浓度之所以可以维持在较低水平是因为它可通过能量依赖的SERT介导的转运机制进入血小板。SERT作为5-HT转运蛋白，正常表达在肺血管内皮和平滑肌细胞，通过激活细胞外信号调节激酶（ERK1/ERK2）和丝裂原活化蛋白激酶引起PASMCs增殖和肥大。它的异常表达或功能激活在PAH的发病机制中起着一定作用。MacLean MR等[30]对过度表达SERT的转基因鼠进行研究，发现在慢性低氧的条件下，过度表达SERT的转基因鼠可自发形成PAH并且肺血管结构的重塑更为严重。大量试验表明SERT的表达增加是不同疾病最终进展形成PAH的机制或指示剂[31-34]。　　肝硬化门高压患者由于高血流动力循环所导致的肺血管内皮损伤，可能导致肺高压。而高血流动力循环等原因引起的低氧血症不仅可以增加PASMCs对5-HT的增殖反应，而且低氧所引起的Smad的活化可被肝硬化门静脉高压患者体内增加的5-HT以及可能存在的BMPR基因的突变所抑制从而加快肺血管的重塑，它们之间必然存在密切复杂的联系。但目前仍没有明确的证据可以证明肺循环高压的严重程度与门静脉压力以及肝功能异常情况存在关联。因此，我们在PPHTN上要走的路还很长。【参考文献】　　[1] Tam M， He XS. 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