肺动脉高压基因诊治的研究进展

肺动脉高压基因诊治的研究进展肺动脉高压是一种以肺动脉压力增高、肺血管重构为主要病理改变的进展性疾病，其病因尚未完全阐明，治疗上缺乏有效的根治手段，预后不良。近年来，随着细胞及分子学研究的开展，基因技术被应用于肺动脉高压的诊治。基因技术从分子生物学水平探索肺动脉高压发病的遗传学基础，目前已取得一系列进展，有望开辟肺动脉高压诊治的新领域。现就基因技术在肺动脉高压的诊治方面的研究进展做一综述。标签：肺动脉高压；基因诊断；基因治疗肺血管疾病（Pulmonaryvasculardisease，PVD）是一类严重威胁人类健康的疾病，其发病机制复杂，治疗涉及多个学科，病死率高，预后差。肺动脉高压（Pulmonaryarteryhypertension，PAH）是最常见的一种肺血管疾病，以肺动脉压力进行性增高、肺血管重构为主要病理改变，临床可表现为呼吸困难、乏力、活动耐量减低、晕厥、心绞痛等，严重者可发展为右心功能衰竭而死亡。由于肺动脉高压的病因及发病机制仍未确切，基因诊疗技术尚处于基础研究和临床动物试验阶段。1基因诊断基因诊断技术通过探究疾病的致病基因，不仅能对遗传疾病做出确切的诊断、指导治疗和评估预后，还能为其他家族成员提供有效的患病风险评估，制定科学的随访策略，进行合理的早期干预[1]。目前被证实与PAH的发病有关联的突变基因有骨形成蛋白II型受体基因（BMPR2gene），激活素受体样激酶1基因（ACVRL1/ALK1），内皮糖蛋白基因（Endoglin），微小核糖核酸（miRNAs）。1.1骨形成蛋白II型受体（BMPR2）骨形成蛋白Ⅱ型受体（BMPR2）基因是特发性肺动脉高压（FPAH）和家族性肺动脉高压（IPAH）的重要致病基因。BMPR2属于转化生长因子β（TGF-β）受体超家族成员，当配体TGF-β与之结合时，产生的效应使下游一类重要的转录因子smads蛋白发生磷酸化，继而调控靶基因的转录，参与细胞的生理活动。最近的研究报道了BMPR2基因启动子突变与PAH的发病存在密切关系，尤其是FPAH和IPAH[2]，提示BMPR2基因突变的筛查可能成为PAH易感人群早期诊断和干预的有效手段。1.2内皮糖蛋白（Endoglin）内皮糖蛋白是TGF-β信号的辅助跨膜受体，主要表达与血管内皮细胞相关的辅助因子。Endoglin可调节细胞对TGF-β的反应，参与血管发育和重塑，维持ALK1和ALK5的表达平衡。Gore等[3]提取15例特发性PAH患者和15例健康者的肺平滑肌细胞和内皮细胞进行培养，发现特发性PAH患者的内皮细胞中存在Endoglin的高效表达，这可能与Endoglin对肺动脉高压的反馈性调控有关。Gore推测TGF-β/Endoglin信号通路可能通过调控肺血管内皮细胞的生长因子和炎性介质参与PAH的病理过程，在特发性PAH和低氧型PAH的发病中起着重要作用。Endoglin基因筛查可作为特发性PAH和低氧型PAH的诊断手段之一。1.3微小核糖核酸（miRNAs）miRNAs是一类微小的非编码RNA，通过连接特定序列和靶mRNA调控基因表达，单个miRNA具有调控多个作用靶点的功能，而单个基因或靶点可受到多个miRNA调控。有研究提出，miRNAs能调控PAH患者的基因表达，但具体调控机制尚未明确。Caruso[4]构建了PAH小鼠的慢性缺氧模型，基因筛查发现小鼠肺组织内的dicer酶和miR-22、miR-30表达下调。用同样的方法对PAH小鼠的野百合碱模型进行检测，得到了相同的结论。2基因治疗基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正基因异常和缺陷引起的疾病。相比于传统的药物、化学和放射治疗，其着重于探究疾病的发病机制、病理生理过程，主张病因治疗。2.1一氧化氮合酶（NOS）NO是一种自分泌和旁分泌的信号分子，参与调控平滑肌松弛、血小板抑制、神经传递、肿瘤细胞溶解、刺激荷尔蒙释放等多个生理过程。一氧化氮合酶（NOS）负责NO的合成，目前已经证实的NOS分为三类：NOS1，NOS2，NOS3，不同类型的NOS的表达和调控功能各异。Zhao[5]设立NOS3基因敲除的小鼠为研究对象，通过测定肺动脉压、左室舒张末压、胸主动脉血流参数对比基因敲除前后的肺血流动力学差异。实验发现，NOS3基因缺陷可导致蛋白激酶G酪氨酸化及活性损伤，诱发肺动脉高压。2.2血管内皮生长因子（VEGF）血管内皮生长因子（VEGF）是血管内皮细胞特异性有丝分裂原，具有促进血管内皮细胞分裂与增殖，诱导血管生成的功能，在胚胎发育、创伤愈合、肿瘤生长与转移过程中亦发挥重要作用。Farkas[6]研究了先天性纤维化（IPF）鼠并发PAH的发病机理，测得小鼠体内VEGFmRNA和其受体表达下调，组织学显示微脉管系统缺失和肺血管重塑。表明VEGFmRNA表达异常可能会加重肺血管重塑，损害心肌灌注。故VEGF基因疗法应用于PAH的临床治疗前还需评估安全性问题。2.3前列环素合酶（PGIS）前列环素合酶（PGIS）是环前列素（PGI2）合成代谢途径的终末酶。PGI2是一种高效的内皮源性血管舒张因子，具有抑制血小板粘附和扩张血管的作用，可用于动脉粥样硬化、高血压、肺动脉高压的治疗。重度PAH患者肺毛细血管存在PGIS缺陷，但这种缺陷导致肺血管重塑的机制尚不确切。以间充质干细胞为载体，转染PGIScDNA的MCT-PAH鼠体内存在高效表达的PGIS。构建经气道PGIS基因（cDNA）转染和cDNA基因缺陷的MCT-PAH鼠模型，测得前者平均肺动脉压和肺血管总阻力均明显低于后者（P＜0.01），二者全身性血管压力和心率无明显差异[7]。进一步分析发现气管和肺泡细胞内存在强烈的PGIS免疫反应，重复给予MCT-PAH鼠PGIS基因转染可减弱肺血管重构，提高其存活率（P＜0.01）。2.4肝细胞生长因子（HGF）肝细胞生长因子（HGF）是目前已知的生物活性最广泛的生长因子之一，具有抗纤维化、修复损伤肺组织等潜能。经野百合碱注射构建的MCT-PAH鼠体内存在内源性HGF的显著下降，而肺微动脉内膜上有丰富的c-Met/HGF受体。将HGF基因转染MCT-PAH鼠，3w后测定发现其肺动脉内膜和平滑肌细胞的过度异常增生受到抑制。研究者推测HGF缺乏是PAH的病因之一，补给HGF可降低肺动脉壁厚度，减少肺组织的胶原沉积，延缓PAH进展[8]。此外，PGIS基因联合转染可增强HGF在肺组织的表达，调控内皮细胞分泌的NOS和ET-1的聚集，促进肺血管生成，缓解PAH的临床症状[9]。3特殊类型PAH的基因诊治3.1艾滋病相关性肺动脉高压（HIV-relatedPAH，HRPH）基因诊断HRPH的发病机制尚不确切，目前相关的假说包括：炎性介质作用、遗传因素、钾离子通道过度抑制等。遗传因素方面，Almodovar等[10]提出调控蛋白Nef可能在HRPH的发病中起着关键作用。HIV-1型基因编码的HIV-1Nef是一种具有广泛作用的衔接蛋白，可影响HIV感染性和非感染性肺血管组织。3.2艾滋病相关性肺动脉高压（HRPH）基因治疗基因治疗HRPH的研究近年来相继开展，HIV蛋白酶抑制剂（HIVproteaseinhibitors，HPIs）被认为是有潜力的基因靶点。Gary-Bobo[11]构建了MCT-PAH鼠，每天给予实验组HPIs样品（利托那韦30mg/kg，安普那韦100mg/kg，奈非那韦500mg/kg），3w后测定肺动脉压、右心室肥厚指数、肺血管肌型动脉百分比、肺动脉壁厚度等参数，结果显示实验组各项指标较前均有所下降。表明HPIs可能对肺血管重塑和肺平滑肌细胞增生有一定疗效。4问题和展望4.1基因载体问题基因载体主要有病毒载体和非病毒载体。病毒载体基因转运能力强，非病毒载体具有低毒性，外源基因随机整合率低，携带的基因大小不受限制等优点。基因诊治要求选择具备易于构建、操纵和整合、携带基因容量不受限、高效表达、安全性好等性能的基因载体，以达到靶基因持久、高效、精确表达的目的。4.2安全性问题现使用最广泛的基因载体是腺病毒载体，尽管已去除其病原性，其安全性仍是目前的首要问题。有报道指出，某些腺病毒的亚型可诱发炎症或免疫反应，还可能激活某些原癌基因，产生致畸、致癌的副作用。鉴于这一点，人们开展了非病毒载体的研究，目前尚无定论。4.3实际运用涉及的问题基因诊疗作为医学诊疗的新领域，涉及的伦理和费用问题是广大医疗工作者和患者共同关心的。例如，试图通过基因工程改变正常人遗传特征的想法备受争议。总而言之，基因诊治技术作为一种新型手段在肺动脉高压诊疗中的价值是不可忽视的，如何进一步解决现有的各种问题并开展后续的临床试验，是研究工作的当务之急。相信在不久的将来，基因技术在肺动脉高压中的运用能取得突破性的进展，肺动脉高压有望实现治愈。参考文献：[1]Vattulainen，S.AccurategeneticdiagnosisofFinnishpulmonaryarterialhypertensionpatientsusingoligonucleotide-selectivesequencing[J].MolGenetGenomicMed，2015，3（4）：354-362.[2]Momose，Y.，etal.，DenovomutationsintheBMPR2geneinpatientswithheritablepulmonaryarterialhypertension[J].AnnHumGenet，2015，79（2）：85-91.[3]Gore，B.KeyroleoftheendothelialTGF-beta/ALK1/endoglinsignalingpathwayinhumansandrodentspulmonaryhypertension[J].PLoSOne，2014，9（6）：100310.[4]Caruso，P.DynamicchangesinlungmicroRNAprofilesduringthedevelopmentofpulmonaryhypertensionduetochronichypoxiaandmonocrotaline[J].ArteriosclerThrombVascBiol，2010，30（4）：716-723.[5]Zhao，Y.Y.andA.B.Malik，Anovelinsightintothemechanismofpulmonaryhypertensioninvolvingcaveolin-1deficiencyandendothelialnitricoxidesynthaseactivation[J].TrendsCardiovascMed，2009，19（7）：238-242.[6]Farkas，L.VEGFamelioratespulmonaryhypertensionthroughinhibitionofendothelialapoptosisinexperimentallungfibrosisinrats[J].JClinInvest，2009，119（5）：1298-1311.[7]Gubrij，I.B.Attenuationofmonocrotaline-inducedpulmonaryhypertensionbyluminaladeno-associatedvirusserotype9genetransferofprostacyclinsynthase[J].HumGeneTher，2014，25（6）：498-505.[8]Hiramine，K..Hepatocytegrowthfactorimprovesthesurvivaloftheameliorationofpulmonaryhemodynamics[J].IntJMolMed，2011，27（4）：497-502.[9]Liu，R..Transfectionofhumanhepatocytegrowthfactorgeneinhibitsadvancingpulmonaryarterialhypertensioninducedbyshuntflowinarabbitmodel[J].TransplantProc，2013，45（2）：705-712.[10]Almodovar，S.PathogenesisofHIV-