 肺动脉高压（PH）是多种原因引起的一种临床综合征[1]，而低氧性肺动脉高压（HAPH）为PH的一种，由缺氧引发，临床病理特征为右心超负荷、右心室肥大等，严重的患者可出现右心衰竭，甚至死亡[2]。HAPH的发病机制复杂，目前已知的HAPH发病机制包括氧化应激、炎症、线粒体功能障碍、细胞凋亡和焦亡等[3]。治疗高原相关HAPH非常具有挑战性，策略通常与PH相似。 细胞死亡是指细胞在一系列有序的生物化学和形态学的变化下，最终失去其结构和功能，无法继续正常运作的过程。经典的细胞死亡途径包括熟知的细胞凋亡、坏死、焦亡、铁死亡、铜死亡等[4]。目前普遍被认可的HAPH的发病机制包括低氧刺激肺血管持续性收缩、肺血管结构重构[5]，当低氧发生时，肺血管收缩成为HAPH发生的病理生理基础，占据HAPH前期主要地位；而持续的收缩会导致肺血管发生不可逆的重构，导致肺动脉细胞发生凋亡等各种细胞死亡途径，成为HAPH发展且难以治愈的主要原因[6]。细胞死亡能起到清除受损或老化的细胞、胚胎的发育与组织塑造、调节机体的免疫应答、维持内环境的稳态以及适应环境变化等作用。它对维持生物体的健康与平衡起着至关重要的作用，具有重要的生物学意义[7]。本文分析不同细胞死亡方式与HAPH的关系，以揭示肺动脉细胞通过哪些关键的分子机制应对低氧环境，为HAPH的生理与病理机制研究提供思路，同时为HAPH治疗药物的开发提供新思路。 1 细胞凋亡与HAPH发生发展的关系及相关药物 细胞凋亡是对内部创伤的一种适应性反应，如代谢紊乱、细胞缺氧、难以修复的基因损伤等情况时发生的细胞凋亡[8]。发生凋亡的细胞存在诸如细胞体积缩小、核染色质浓缩等形态学上的改变[9]。低氧可增加肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）增殖，抑制其凋亡，增加肺小动脉壁厚度并导致肺动脉管腔缩小，肺血管阻力升高，肺动脉压增加。抑制低氧诱导的PASMCs增殖，促进其凋亡可改善HAPH大鼠肺血管重构，降低肺动脉压力。在许多与HAPH相关的动物实验中，HAPH大鼠PASMCs增殖与凋亡并存。 通过抑制低氧诱导的细胞凋亡，可以有效改善HAPH的发生发展。王洁[10]研究发现沙库巴曲缬沙坦钠（LCZ696）通过抑制磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信号通路改善细胞凋亡来干预低氧诱导的HAPH。丹参酮ⅡA磺酸钠可以促进细胞凋亡，抑制炎症反应，从而抑制血管平滑肌的增殖，其机制主要是通过抑制PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶标（mTOR）信号通路[11]。宋强等[12]研究发现安立生坦可通过抑制Bcl-2表达，促进胱天蛋白酶-3（Caspase-3）表达，从而有效降低HAPH模型大鼠肺动脉压力，干预肺血管重塑。李清月[13]研究发现红景天可抑制PASMCs增殖，改善HAPH，机制为通过下调Beclin-1蛋白水平和上调Bcl-2蛋白水平限制单磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）-mTOR信号通路被激活。同时有研究发现激活κ-阿片受体能够抑制AMPK-mTOR信号通路而抑制自噬，从而抑制低氧下PASMCs的增殖并且促进PASMCs的凋亡来改善HAPH肺血管重构[14]。刘逸[15]研究发现，通过敲低NDRG1可减弱低氧下PASMCs的迁移与增殖，增加凋亡，改善HAPH大鼠血管重塑和右室肥厚。研究发现在低氧条件下低氧诱导因子-1α（HIF-1α）特异性抑制剂LXY6099通过抑制HIF-1α蛋白表达，进而抑制PASMCs增殖、迁移及肺动脉内皮细胞的间质转化，减轻大鼠肺动脉高压及血管重塑[16]。敲低低氧诱导因子-2α（HIF-2α）可抑制低氧下组蛋白甲基化酶1（SETDB1）/组蛋白H3的第9赖氨酸残基三甲基化修饰（H3K9me3）信号通路的激活，从而减少内皮细胞凋亡，延缓内皮细胞衰老[17]。何梦等[18]研究发现淫羊藿苷通过miR-210调控自噬-凋亡平衡来减少PASMCs增殖，增加PASMCs凋亡，从而改善HAPH血管重塑。王丽娜[19]研究发现低氧可抑制miR-203激活血清成纤维细胞生长因子2（FGF-2）从而发生HAPH，通过抑制FGF-2可有效减轻HAPH，改善肺血管重构。 研究表明，改善氧化应激水平可有效改善HAPH，依达拉奉通过改善氧化应激水平减少HAPH小鼠肺组织转化生长因子β1（TGF-β1）、白细胞介素-6（IL-6）表达，从而改善肺部炎症，减少肺组织凋亡和损伤[20]。刘礼姣等[21]研究发现丹参酮ⅡA可降低HAPH中氧化应激水平及抑制低氧下PASMCs中PI3K/Akt信号通路的激活、促使低氧状态下PASMCs凋亡，改善HAPH中肺血管重构。沈慧[22]研究发现丹皮酚可激活骨形态发生蛋白（BMP）-Smad1/5-过氧化物酶增殖物激活受体γ（PPARγ）信号通路，抑制TGF-β1-Smad3的表达，改善慢性缺氧诱导的PH及肺血管重构。蔡戈祥等[23]研究发现腺苷2A受体可通过阻断低氧诱导的线粒体ATP敏感性钾通道的开放，诱导线粒体途径依赖性凋亡，抑制低氧性PASMCs增殖，从而减轻肺血管结构重构，改善HAPH。陈马云等[24]研究发现大黄酸可能通过抑制CDK9的表达及磷酸化，抑制STAT3的磷酸化，缓解低氧诱导的大鼠肺动脉高压，改善肺血管重塑和右心肥厚。商萍等[25]研究发现伞形酮通过抑制PASMCs的Ras同源家族成员A（Rho A）和Rho相关卷曲螺旋蛋白激酶（ROCK）信号通路和自噬改善HAPH。而丹参乙酸镁（MLB）也可通过抑制RhoA/ROCK信号通路的激活，调控PASMCs增殖、迁移、凋亡来抑制HAPH大鼠肺血管重塑[26]。杨占婷[27]研究发现三味檀香散可通过抗氧化和抗凋亡作用抑制ROCK信号通路及其下游信号分子改善右心功能。徐庆梅[28]研究发现槲皮素可增加KCa蛋白的表达，有效抑制PASMCs异常增殖，对抗PASMCs凋亡。郭静一[29]研究发现人参皂苷Rb1可以抑制HAPH模型大鼠中钙库操纵的钙内流（SOCE）的增强，抑制HAPH的发生发展。 赵美平等[30]研究发现益气温阳活血化痰方可通过抑制c-Jun氨基末端激酶（JNK）、半胱氨酸蛋白酶12（Caspase-12），降低大鼠低氧高二氧化碳性肺动脉高压，改善肺血管重塑。金鸿锦等[31]研究发现低氧诱导因子（HIF）在HAPH形成中的作用机制比较复杂，目前主要是HIF-1α、HIF-2α在低氧条件下通过增加诱导性一氧化氮合酶、肾上腺髓质素、血管内皮生长因子、血红素氧合酶1、转化生长因子β1等目标基因的转录及其表达，导致PASMCs增殖，肺动脉成纤维细胞肌纤维化。袁好鑫等[32]研究发现低氧的持续存在使肺动脉血管内皮发生改变，内皮细胞分泌失衡，内皮素-1（ET-1）在低氧的刺激下分泌增多，导致血管收缩、平滑肌细胞增殖、发生炎症反应等作用，加快HAPH的发展。Hammond等[33]研究发现激活MDM2（Mouse double minute 2 homolog）抑制p53的稳定，在缺氧条件下，p53可在细胞核积累，影响Caspase-9的活性干预细胞凋亡。Zhang等[34]研究发现HIF-1α能够稳定p53，有助于缺氧诱导的p53依赖性的细胞凋亡的发生。低氧诱导细胞凋亡的方式也不仅是通过HIF来实现的。Valladares等[35]研究发现缺氧条件下柞蚕核型多角体病毒IAP-2的转录活性特异性增加，并且该过程不依赖于HIF。Liu等[36]研究发现缺氧可诱导肺动脉内皮细胞IL-33/ST2表达升高，启动血管重塑，导致HAPH。Guo等[37]研究发现缺氧诱导PASMCs中Delta-4和Notch4高度表达，促进了PASMCs增殖和迁移，并通过ERK、JNK、P38信号通路抑制细胞凋亡。目前研究发现细胞凋亡与HAPH的发生发展密切相关（图1），低氧可引起各种途径诱导细胞发生凋亡，抑制细胞凋亡的药物可有效改善HAPH大鼠肺血管重构（表1）。  2 细胞铁死亡与HAPH发生发展的关系及相关药物 铁死亡是一种铁依赖性磷脂过氧化介导的调节性细胞死亡方式，是在Fe2+和活性氧（ROS）的参与下，组成膜结构的不饱和脂肪酸磷脂不断发生脂质过氧化级联反应，最终导致细胞死亡[38]，区别于细胞凋亡和细胞坏死，由脂质过氧化诱导，依赖于铁离子，在细胞核完整的情况下使得线粒体膜破裂，内质网、高尔基体及溶酶体等被过氧化[39]。平原人群急进高海拔地区时出现了肺动脉收缩压升高同时伴随铁代谢改变，包括血清铁、总铁结合力、铁蛋白、转铁蛋白饱和度、铁调素均降低。并且随着海拔高度升高，铁代谢指数呈进行性下降趋势[40]。急进高原时平原人群肝肾组织的HIF-2α被激活，导致促红细胞生成素表达增加，红细胞的生成增加[41]，而红细胞生成需消耗大量的铁原料，故出现血清铁、铁蛋白降低等铁代谢改变。Guo 等[42]研究发现为期3 d的缺氧会导致大鼠超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性显著下降，丙二醛（MDA）含量显著增加。低氧环境会导致过量的ROS和活性氮的产生，从而改变氧化还原的平衡，即抗氧化能力与氧化能力之间的平衡被打破，引起细胞死亡、炎症反应、基因突变、信号通路紊乱等一系列的病理生理变化[43-45]。   3 细胞铜死亡与HAPH发生发展的关系及相关药物 正常生理条件下人体内的铜与各种特定的铜伴侣蛋白、铜转运蛋白之间复杂的相互作用下，铜含量是维持动态平衡的。若这种稳态失衡则会引发一系列的问题，包括诱导细胞死亡、血管生成受到抑制等[58]。铜死亡主要是通过铜靶向脂基化的三羧酸循环蛋白诱导的细胞死亡，铜死亡发生的机制为铜离子通过与三羧酸循环中的脂酰化成分结合从而导致脂酰化蛋白质聚集，继而导致铁-硫簇蛋白表达下调，从而诱导蛋白质毒性应激并最终导致细胞死亡[59]。王岩岩等[60]研究发现铜死亡相关的肺动脉高压共有7个关键基因：NEB、NRBP2、ATG3、DNAL4、NT5M、MED23、TRAPPC9，均与免疫浸润密切相关。目前关于铜死亡与HAPH有关的研究还比较少，更多是在肺癌细胞上，肖艳霞等[61]研究发现雷公藤甲素通过下调ATP7A和ATP7B表达，使细胞内铜浓度增加，进而下调铁硫簇蛋白表达水平、增加DLAT寡聚体表达水平，诱导肺癌细胞铜死亡，抑制肺癌细胞增殖与迁移。吴陈陈等[62]研究提示一定程度的铜死亡水平可能参与抑制矽肺过程中的纤维化进展。而HAPH同样涉及细胞的增值、迁移和纤维化。综上所述，铜死亡是一种新的细胞死亡方式，而研究发现铜含量稳态的失衡会影响心血管疾病的发生发展，通过对铜含量稳态的调控可能成为心血管疾病新的预防及治疗策略。通过进一步研究铜死亡介导的细胞死亡通路可能会成为心血管疾病的潜在治疗靶点，通过药物等其他方式干预调节这些潜在作用靶点从而应用于HAPH的治疗是非常前景的。 4 细胞氧死亡与HAPH的发生发展关系及相关药物 有研究表明，长期暴露于高氧环境中对细胞是有害的，小鼠吸入纯氧只能存活1 d。2018年，Holze等[63]提出了一种依赖于ROS诱导的细胞死亡——氧死亡（oxeiptosis）。氧死亡并没有细胞或组织形态学上特征性变化，无法通过常规染色等方式观察到，但是介导氧死亡的信号通路与其他细胞死亡方式完全不同，它没有其他死亡方式的线粒体、死亡受体、内质网应激介导的凋亡通路，氧死亡的特点是通过ROS诱导的非依赖性Caspase的凋亡样细胞死亡。不同于坏死、细胞凋亡、焦亡、铁死亡等其他的细胞死亡方式，ROS为氧死亡损伤诱因，它有独特的关键基因与通路（Keap1-PGAM5-AIFM1）。目前，氧死亡的动物模型仅限于PGAM5感染病毒的肺炎模型[64]，当细胞内Nrf2表达下降或ROS浓度超过Keap1/Nrf2/ARE通路调节能力时，ROS激活Keap1，开启Keap1/PGAM5/AIFM1通路导致器官实质细胞（内皮细胞、肺泡上皮细胞、心肌细胞）氧死亡，从而造成器官功能下降[65]。Tang等[66]研究发现ROS可进一步导致的蛋白质、脂质氧化，核酸断裂等细胞损伤，甚至死亡，包括坏死、凋亡、焦亡等细胞死亡。综上，ROS在上述细胞死亡中发挥着非常重要的作用，但不同程度的ROS导致不同方式的细胞死亡，其机制尚不清楚。刘致远等[67]研究发现H9c2细胞内低水平的ROS即可诱导细胞凋亡的发生，中等水平的ROS开始诱导细胞焦亡、自噬、铁死亡和坏死性凋亡，而诱导氧死亡需要高水平的ROS。而基于氧化应激可引发HAPH的发生发展，干预氧死亡可能会有效治疗HAPH。 5 细胞自噬与HAPH发生发展的关系及相关药物 自噬是一种通过将细胞内部的受损或不需要的组分包裹成囊泡并将其降解以获取能量和维持细胞内部环境的稳定[68]。自噬对机体具有双向调节作用，其在特定环境下对宿主有保护功能，受损也可能成为促细胞死亡因素，通过研究发现自噬对HAPH的调控机制有望成为HAPH治疗靶点[69]。研究表明自噬对HAPH的发生发展具有双重调控机制。Lee等[70]验证研究发现自噬蛋白LC3B在PH的发病机制中通过调节缺氧细胞增殖发挥保护作用，同时证实了自噬对HAPH具有双重调控机制。Poble PB等[71]研究发现可通过FoxO1通路抑制下游mTOR而激活自噬，减弱PASMCs增殖从而延缓HAPH。吡非尼酮通过剂量依赖性的激活缺氧大鼠模型中FoxO1的表达，从而抑制PASMCs的增殖和迁移能力。Liu[72]证明通过抑制miRNA-204可激活人肺动脉内皮细胞自噬，从而减弱缺氧诱导的内皮-间质转化，而激活BMPR2表达也可改善HAPH。Yan等[73]研究发现黄芩苷可通过抑制p38 MAPK通路来改善慢性缺氧引起的肺动脉高压，而另一方面p38 MAPK通路可抑制自噬发生，如骨桥蛋白通过此信号通路抑制PASMCS自噬，促进HAPH形成[74]。因此p38 MAPK通路在肺血管细胞自噬过程中具有双重调控机制，皆可在PASMCS细胞增殖调控中起促进作用。激活ERK1/2通路可直接促进LC3表达上调，导致自噬通量增加，而ERK5过度表达会导致细胞自噬受到抑制[75]。上述研究证实自噬在HAPH中的两面性（图3），这些复杂因素也可能影响自噬在HAPH中的具体作用，针对自噬与HAPH之间的作用仍有待于进一步深入研究。  6 展望 近年来，急进高原或长期生活于高原的旅游、工作者逐渐增加，临床工作中也发现HAPH者逐年上升，如何快速有效地诊断和干预HAPH这一相关疾病，给临床工作提出了新的要求和挑战。总的来说，细胞适应低氧的机制是复杂的，并且往往会引起细胞死亡情况的改变：诱导细胞死亡或抵抗细胞死亡。细胞死亡的方式有多种，包括但不限于文中提到的凋亡、自噬、铁死亡等。除此之外，坏死、焦亡、泛凋亡等死亡途径与细胞低氧之间也存在关联（图4），随着研究的深入发现，自噬、焦亡和铁死亡作为新型的细胞死亡方式在肺动脉高压发展过程中发挥重要作用，通过调控细胞自噬、焦亡和铁死亡能够阻止肺动脉高压的进展甚至逆转肺动脉血管重构。而有趣的是，低氧条件下，各种细胞死亡途径之间经常会发生串扰，通过分子之间的相互作用，化学修饰或调控转录等多种方式共同对细胞死亡产生影响。细胞死亡在不同的环境下，对机体发挥的作用也是不一样的。生理条件下的细胞死亡可能可以起到清除异常细胞，促进正常细胞生存的积极作用。但病理条件下的异常细胞死亡反而可能会加速疾病的发生发展，尤其是在促进肿瘤细胞生存这一方面。因此根据本文总结发现，氧化应激在各种细胞死亡方式中发挥着非常重要的角色，这可能也与低氧的调控有关，在低氧条件下，机体中ROS以及调控氧化/抗氧化水平的各类细胞因子发生变化而导致细胞发生各种途径的死亡方式，从而促进HAPH的发生发展，这之间是怎样的关系目前还未深入研究，因此研究氧化应激与HAPH的发展中是否存在氧死亡、铜死亡、铁死亡以及泛凋亡等的细胞死亡方式，并且确定其发生机制从而利用药物延缓HAPH中细胞死亡发生具有非常重要的意义。 尽管目前对HAPH和细胞死亡的关系之间已有一定的认识，但对其具体的分子机制仍未完全清晰。对低氧与细胞死亡的关系之间仍有许多疑问：为什么是启动这种死亡途径而不是另一种？细胞在低氧环境下发生死亡或是抵抗死亡的选择机制是什么？在什么情况下的细胞死亡是对机体有益的，什么情况下是不利的，这些情况能够被什么样的方式来逆转？对低氧与细胞死亡之间关系的了解还十分有限，这一领域发展还需要进行更多的研究工作。 |
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