骨桥蛋白与低氧性肺动脉高压血管重塑

刘川川，王生兰

（青海大学医学院，青海 西宁 810001）

骨桥蛋白与低氧性肺动脉高压血管重塑

刘川川，王生兰*

（青海大学医学院，青海 西宁 810001）

低氧性肺动脉高压（Hypoxia-induced Pulmonary Hypertension，HPH）是多种慢病高原病发病的中心环节，严重影响疾病的病程和预后，其主要特点是在低氧刺激下引起肺血管收缩和肺血管结构重建，这种改变在很大程度上是不可逆的。而在肺血管结构重建过程中，肺血管平滑肌细胞的增殖和凋亡失衡有着至关重要的作用。骨桥蛋白（Osteopontin，OPN）作为一种多功能的糖基化蛋白，可在多种细胞中表达。作为一种新的细胞因子，骨桥蛋白参与组织代谢、细胞生长转移、免疫调节、伤口愈合、肿瘤进展等多种生命过程。虽然OPN在血管重塑中作用研究甚多，但OPN和血管平滑肌细胞增殖之间的联系在低氧引起血管重塑中的作用研究甚少。本文就OPN和肺动脉平滑肌细胞（Pulmonary artery smooth muscle cells，PASMCs）增殖在HPH形成中的作用作一综述。

低氧性肺动脉高压；骨桥蛋白；PASMCs；血管重塑

1 骨桥蛋白的结构特点

OPN是一种带负电的非胶原性骨基质糖蛋白，其相对分子质量约为44 kDa，由天冬氨酸、丝氨酸和谷氨酸等氨基酸残基组成。氨基

酸序列分析显示，其结构中含有一特殊的RGD序列（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）、1个钙离子结合位点和1个凝血酶酶切位点和1个基质金属蛋白酶（MMP）结合区[1]。其中发挥粘附功能的关键区域是RGD序列，且编码该序列的50个氨基酸具有高度序列保守性，通过该序列结合整合素受体如 αvβ1、αvβ3、αvβ5、αvβ6、α8β1、α5β1等。由于剪切和翻译后修饰的作用，其分子量范围从44到75 kDa变化。骨桥蛋白除了与整合素相互作用外，OPN也能与CD44的剪接变体结合，特别是V6和V7作用，但OPN特异性结合区的作用仍不十分清楚。研究发现，骨桥蛋白结构两端分别存在不同的功能：氨基端介导外分泌，羧基端参与黏附功能，同时与完整骨桥蛋白分子相比，含有RGD序列片段较缺乏RGD序列的氨基片段黏附功能增强。通过免疫共沉淀研究发现骨桥蛋白还可与波形蛋白和髓样分化因子（MyD88）相互作用[2]，参与维持细胞骨架的完整性并可激活NF-κB等多条信号途径。

2 骨桥蛋白基因调节及生理功能

人OPN基因定位于染色体4q13，为单一编码基因，由7个外显子和6个内含子组成。不同动物的多种组织都能表达OPN，多种体液中也发现OPN的存在[3]。骨桥蛋白在不同的组织细胞中通过复杂的信号途径调控细胞的增殖及凋亡过程。已研究发现调节OPN表达的因素有：①低氧：低氧可以刺激心血管系统中的血管平滑肌细胞、血管内皮细胞、心肌细胞、血管成纤维细胞等高表达OPN[4]；②高浓度葡萄糖：高浓度葡萄糖可通过p38途径促进缺氧刺激下的大鼠血管平滑肌细胞高表达OPN蛋白[5]；③致炎因子：巨噬细胞激活分泌OPN增加，同时OPN的表达增加驱动单核细胞和巨噬细胞的趋化活性和分化及增殖的能力[6]。④细胞因子：肿瘤坏死因子（TNF-α）、PDGF、碱性成纤维生长因子（βFGF）、转化生长因子β（TGFβ）和血管内皮生长因子（VEGF）等因子均能刺激OPN基因的激活表达。

OPN 的主要生理作用包括:①促进细胞黏附、迁移：OPN特有的RGD序列能与整合素受体结合，促使局部黏着斑激酶（FAK）磷酸化，级联激活下游信号转导分子，调控细胞的增殖、迁移、凋亡过程。②促血管生长作用：缺氧刺激引起OPN蛋白表达增加，同时在OPN刺激下可加快内皮细胞的迁移进程，并与血管内皮生长因子（VEGF）共同促进新生血管着床。③细胞免疫反应：OPN的表达增加驱使单核细胞和巨噬细胞向炎症部位移动，发挥其免疫作用。④抑制细胞凋亡作用：OPN与整合素β3特异性结合，通过复杂的信号传递，促使AKT磷酸化激活NF-κB途径，从而调控细胞的凋亡过程。

3 骨桥蛋白与HPH

涉及血管壁重塑的各种因素包括炎症细胞、内皮细胞和VSMC，而血管平滑肌细胞增殖的增加被认为是低氧下血管重塑发生的主要原因。当血管发生损伤或遇到低氧等刺激因素时，中膜血管平滑肌细胞由正常收缩表型向合成表型转化，而外膜成纤维细胞受到刺激向肌成纤维细胞转化，引起各层细胞结构重新排布，血管腔大改变，血液流动阻力增加，发生在肺血管最终将导致肺动脉压力升高。

3.1 OPN在HPH平滑肌细胞增生和内膜形成中作用

早期研究证实慢性低O2高CO2刺激能够诱导大鼠肺动脉OPN 基因及其蛋白表达增强，且OPN的表达与HPH形成关系密切。研究发现[7]，血管平滑肌细胞中OPN基因启动子区域的甲基化影响可能诱导OPN基因的表达增强，而高表达OPN反过来促进血管内膜的新生；血管内膜剥除大鼠在给予抗OPN抗体后，血管内皮细胞的增生明显受到抑制。Jang MA等人[8]研究发现，低氧刺激高表达OPN能促进VSMC的增殖，并且发现减弱OPN表达后能明显抑制VSMC的增殖，这些研究都表明低氧刺激促进OPN的表达，而高表达的OPN调节血管重塑。

3.2 OPN促进HPH肌成纤维细胞的形成

肺动脉中膜平滑肌层的增厚除了PASMCs的增殖和肥大外，还 表现为外膜成纤维细胞（Adventitial fibroblast，AF）增殖活跃并转变为肌成纤维细胞（Myofibroblast，MF），并向中膜和内膜迁移导致血管壁重塑。Adil Anwar等人[9]发现严重缺氧形成肺动脉高压的小牛AF中OPN的表达明显增高，并且表现出向MF转化的高增殖、迁移和侵袭的特征，而通过特异性siRNA沉默OPN的表达后，这种特征明显减弱，且该过程主要通过ERK1/2和Akt信号转导途径实现。OPN依赖的AF的激活可以通过OPN对AF的直接和间接[10]实现：直接作用表现为OPN反义基因明显减弱低氧诱导外膜成纤维细胞向MF转化和迁移能力，间接作用表现为OPN通过活化MAPK通路激活血管成纤维细胞转化和向内膜迁移。

4 OPN参与HPH血管重构的信号转导通路

OPN通过其特异性的RGD序列与细胞表面整合素受体结合，通过使FAK磷酸化而激活，FAK激活后在细胞的增殖、迁移过程中发挥重要的调节作用。而在HPH肺血管重塑中FAK激活后主要有以下几条信号转导途径。

4.1 RAS-MAPK途径

MAPK是一类拥有双重磷酸化（Ser和Tyr）能力的蛋白激酶。在心血管系统中FAK蛋白的Tyr925磷酸化通过与Grb2结合，再与相关接头分子结合成复合物，促使GTP取代Ras上的GDP，使Ras由失活状态转变为激活状态，从而活化Ras-MAPK途径，磷酸化相关下游因子调节血管结构重塑过程。低氧刺激可引起PASMCs表达血管紧张素Ⅱ增加，引起肺血管的明显收缩；同时血管紧张素Ⅱ可以调节miR-143/145基因簇，通过RAS-MAPK信号通路促进血管平滑肌细胞OPN的表达[11]。Sandra等人[12]通过使用FAK抑制剂后，发现OPN的表达被明显抑制，且该过程通过RAS-MAPK信号通路途径实现。

4.2 FAK的信号

FAK蛋白的Tyr397磷酸化而激活，接受整合素激活所触发的信号，并与Src等下游信号分子的SH2结构域相偶联，通过催化其磷酸化而将来自整合素的信号向下游传导，并通过复杂的信号级联传递激活RAS-MAPK信号转导通路。

4.3 FAK-STAT1信号通路

信号转导及转录激活因子（Signal trans- duction and activator of transcription，STAT）通路对许多生物过程的调节至关重要，能将细胞表面的信号直接传递至细胞核实现转录调控过程。研究发现[13]，在STAT的多个亚型分子中，STAT1可与FAK直接结合发生磷酸化而被活化，而其它亚型分子不具备这种结合特性，其主要依赖于FAK的羧基端结构域。FAK-STAT1激活的下游基因调控过程仍不清楚，研究发现[14]，STAT1活化后可能激活细胞因子诱导的SH2包含蛋白（CISH），导致细胞粘附能力下降和迁移能力增强，调控细胞的生长、增殖。

4.4 PI3K信号通路

PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，且PI3K本身具有丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）双重激酶活性的胞内信号蛋白，也具有磷脂酰肌醇激酶的活性。FAK与PI3K结合是通过FAK的Tyr397与PI3K p85亚基的SH2结构域直接结合，在Rho家族的参与下，PI3K被激活，进而通过AKT磷酸化一系列下游分子及通路如Bcl-2、Caspase-9、p53及NF-κB通路，介导平滑肌细胞的生存和凋亡。而PTEN作为该信号通路中的一个关键酶，具有与PI3K相反的功能：使PIP3去磷酸化转变为PIP2，从而减弱AKT活化调控的下游事件，实现PI3K通路的负性调节，抑制细胞增殖和促进细胞凋亡。Tsai CH等人[15]研究证实，使用整合素β3和PI3K抑制剂均能显著抑制VSMCs中OPN的表达，而在过表达PTEN能明显抑制PI3K/ AKT通路的激活，通过诱导细胞凋亡和抑制细胞增殖抑制新生内膜的增生。

5 结 论

综上所述，相关研究已证实骨桥蛋白在HPH血管重塑过程中起着重要作用。本课题组近期的研究也显示，特异性小干扰RNA抑制OPN的表达后大鼠肺动脉压力明显下降，说明OPN有可能作为治疗低氧性肺动脉高压相关疾病的重要靶点。然而，OPN调控低氧刺激下肺血管重塑的机制仍不清楚，OPN与VEGF、低氧诱导因子（HIF-1）等调控血管生成因子间是否存在相关联系，这些问题都需要更多的研究阐明。

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本文编辑：王雨辰

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