程曉玲 綜述 熊長明 審校

(北京協(xié)和醫(yī)學院 阜外心血管病醫(yī)院，北京 100037)

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)是由多種原因引起的以肺血管重塑、肺循環(huán)阻力進行性增高為特點，最終導致右心衰竭和死亡的一類病理生理綜合征，其血流動力學診斷標準為:靜息狀態(tài)下，經右心導管測量的肺平均動脈壓≥25 mm Hg(1 mm Hg = 0.133 3 kPa)。PAH 的發(fā)病機制尚未明確，以往的研究結果表明鐵代謝在PAH 的發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用，鐵可能通過啟動氧化應激等多種途徑參與肺血管重構，最新研究發(fā)現在特發(fā)性肺動脈高壓(idiopathic pulmonary arterial hypertension，IPAH)人群中普遍存在鐵缺乏、鐵代謝紊亂等現象，但具體機制尚未明確?，F對鐵代謝與PAH 既往研究的結果做一簡要綜述。

1 機體鐵平衡的調節(jié)

鐵是許多生命活動的基本元素，正常機體內鐵含量為3～4 g，其中大部分用于紅細胞生成，其余以鐵蛋白及含鐵血黃素的形式儲存于細胞中。鐵代謝包括吸收、轉運和利用，人體通過多種調節(jié)機制使體內的鐵處于平衡狀態(tài)。轉鐵蛋白、轉鐵蛋白受體(transferrin receptor，TfR)、銅藍蛋白、二價金屬轉運體1 以及鐵調素等都在維持鐵穩(wěn)態(tài)的過程中發(fā)揮重要的調控作用。

在血液中，轉鐵蛋白將鐵轉運至幼紅細胞，部分鐵用于合成血紅蛋白，衰老的紅細胞被巨噬細胞吞噬降解后可釋放出鐵，其中一部分儲存于細胞內，而另一部分釋放出細胞進入循環(huán)，再次用于血紅蛋白的合成。鐵調素是由肝臟產生的一種含25 個氨基酸殘基的抗菌肽，通過減少小腸對鐵的吸收以及減少網狀內皮對鐵的釋放而起負性調節(jié)作用，是維持全身鐵穩(wěn)態(tài)的主要調節(jié)因子。鐵調素可直接與表達于小腸黏膜表面的膜鐵轉運蛋白1 結合，并誘導其內化和降解，從而減少腸上皮細胞的鐵輸出［1-2］。當鐵儲備降低或紅系造血需求增多時，肝臟生成鐵調素減少，導致鐵吸收率增加。反之，肝鐵儲備增加或紅系造血鐵需求減少時，鐵調素生成增多，鐵吸收率降低。血液中的轉鐵蛋白與TfR1 結合，通過內吞作用進入細胞并釋放出Fe3+，后進入溶酶體被還原為Fe2+，繼而被二價金屬轉運體1 轉運至自由鐵池，一部分以鐵蛋白或含鐵血黃素的形式儲存［3-4］，大部分返回血液，與轉鐵蛋白結合進入再循環(huán)利用。細胞內鐵調節(jié)蛋白是細胞內鐵穩(wěn)態(tài)的主要調節(jié)因子，鐵調節(jié)蛋白可對TfR1、鐵蛋白、二價金屬轉運體1、膜鐵轉運蛋白1 等鐵代謝相關蛋白質的mRNA 進行轉錄后水平的表達調控，如在細胞缺鐵時，鐵調節(jié)蛋白與鐵反應原件結合導致TfR1-mRNA穩(wěn)定翻譯，而抑制鐵蛋白的mRNA 翻譯，從而增加細胞內鐵水平。

2 鐵代謝與肺動脈血管重構

肺血管重構是PAH 的基本病理特征，表現為內皮細胞功能紊亂，中膜平滑肌細胞增殖，細胞外基質沉積，最終使血管壁增厚，肺血管阻力增加，研究表明氧化應激在PAH 血管重構的過程中發(fā)揮了重要作用。氧化應激是指機體活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成過多而導致細胞內抗氧化防御系統(tǒng)受損，ROS 及其代謝產物過量聚集，從而對細胞產生多種毒性作用的病理狀態(tài)。研究表明氧化應激可通過抑制肺血管內皮的內皮型一氧化氮合酶活性，降低血管中一氧化氮含量，并引起平滑肌細胞和內皮細胞的異常增殖，進而促進肺血管重構和PAH 的發(fā)生［5-8］。ROS含量增加與低氧條件下培養(yǎng)的肺動脈平滑肌細胞呈現異常增殖反應有關［9］。

鐵可通過與細胞膜上的鐵轉運蛋白結合進入細胞內，胞漿內聚集的大量自由鐵能轉運到線粒體，通過Fenton 反應和Harber-Weiss 途徑催化生成大量ROS。蛋白質羰基化是細胞氧化損傷過程的重要標志之一，以往的研究發(fā)現這一現象存在于肺血管重構和細胞增殖過程中。蛋白質羰基化過程是鐵依賴性的，因此鐵可能在氧化應激促進PAH 這一機制中發(fā)揮重要作用［10-11］。Nikolai 等［12］發(fā)現當體外培養(yǎng)的肺血管內皮細胞內Fe2+增多時，細胞結構、極性發(fā)生改變，并表達促炎細胞表型，在隨后的實驗中對慢性缺氧大鼠注射鐵螯合劑去鐵敏，發(fā)現去鐵敏降低了右心室壓力和肺小動脈管壁厚度，但肺動脈鐵蛋白含量沒有受影響。在體外實驗，鐵螯合劑抑制了內皮素-1 和血小板源性生長因子誘導的肺動脈平滑肌細胞增殖，此外還發(fā)現IPAH 患者血清中羰基化的蛋白質含量明顯高于正常對照組，去鐵敏能夠抑制缺氧誘導的鳥嘌呤核苷酸解離抑制因子羰基化。

3 鐵代謝與低氧性PAH

低氧性PAH 形成主要與早期的低氧肺血管反應性收縮及后期的肺血管重構有關。低氧誘導因子(hypoxia inducible factor，HIF)作為體內重要的氧依賴轉錄激活因子，通過激活下游相關靶基因，在PAH 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用［13-15］。在低氧或Fe2+缺乏條件下，HIF-1α 降解受抑制并轉運到細胞核內參與缺氧信息傳遞和缺氧誘導基因轉錄，從而引起組織細胞產生一系列病理生理反應［16-18］。除了低氧誘導外，鐵離子螯合物去鐵敏也可在常氧或低氧條件下促進HIF-1表達［19］。Smith 等［20］證實低氧誘導的PAH 與鐵狀態(tài)有關，靜脈補充鐵離子不僅能降低基礎肺動脈收縮壓，還能減低肺動脈對急性缺氧的敏感性，而去鐵敏組增加了肺動脈收縮壓和平均肺動脈壓;在隨后的臨床研究將健康的受試者移居到高原地區(qū)，靜脈鐵劑治療組較安慰劑組肺動脈收縮壓有所降低，而對于11 例長久居住高原地區(qū)的慢性高原病患者，通過間斷靜脈放血2 L 造成的鐵缺乏可使肺動脈收縮壓升高，經補鐵治療兩周并沒有糾正增高的肺動脈壓力［21］。以上數據表明在沒有出現貧血的情況下，鐵穩(wěn)態(tài)失衡會影響肺動脈張力和肺動脈壓力，但具體機制有待進一步探討。

鐵調素是由肝臟合成的抗菌肽，在維持機體鐵穩(wěn)態(tài)調控中發(fā)揮重要作用，大量體內體外實驗表明，缺氧或低壓缺氧會引起鐵調素表達下調［22-24］。以往研究表明鐵調素的表達調控與BMPs/SMAD/BRE 信號通路有關，BMPs 同其受體的結合引起SMAD 蛋白磷酸化，進而與BRE 結合增加基因表達［25-26］，也有研究認為是缺氧誘導的氧化應激降低了STAT3 與C/EBP蛋白/DNA 的相互作用，因此導致鐵調素表達降低［27］。2013年，Ghosh 等［28］報道鐵調節(jié)蛋白1 缺失大鼠出現PAH 和紅細胞增多癥，并可進一步被低鐵飲食加重，鐵調節(jié)蛋白1 缺失使大鼠腎臟HIF-1α 蛋白表達增多，進而使促紅細胞生成素高表達、紅細胞增多、組織鐵缺乏伴隨出現。低氧對鐵代謝的影響有待于進一步研究，從而進一步闡述低氧誘導的PAH 與鐵代謝的關系。

4 鐵代謝與IPAH

鐵缺乏存在于IPAH 患者。Ruiter 等［29］研究發(fā)現470 例IPAH 患者中30 例存在鐵缺乏，并且鐵缺乏患者6 分鐘步行距離顯著低于鐵正常患者，結果與是否存在貧血無關。在亞組研究中，給予18 例鐵缺乏IPAH 患者常規(guī)口服鐵劑治療4 周后，仍有8 例患者血清鐵蛋白不能達到正常水平，提示鐵調素升高引起的鐵吸收障礙可能是鐵缺乏的原因之一。隨后英國劍橋大學的Soon 等［30］研究了1995～2008年所有診斷為IPAH 或遺傳性PAH 的患者，結果發(fā)現50%絕經前、14% 絕經后女性IPAH 和28% 男性IPAH 以及60%遺傳性PAH 患者存在血清鐵降低，而慢性血栓栓塞性PAH 中血清鐵降低患者比例較低。同時還發(fā)現這些患者血清白介素-6 水平增高，與血清鐵、轉鐵蛋白飽和度成正相關，與鐵調素呈負相關，因而該研究者認為IPAH 患者鐵缺乏的原因可能與炎癥反應相關。Rhodes 等［31-32］對2002～2009年就診于倫敦Hammersmith 醫(yī)院的IPAH 患者進行分析發(fā)現，與正常人相比，IPAH 患者血清鐵、鐵蛋白、轉鐵蛋白飽和度降低，而紅細胞分布寬度、鐵調素、促紅細胞生成素、可溶性TfR 及白介素-6 升高，同時還發(fā)現可溶性TfR質量濃度與心功能、運動耐力和預后相關。為進一步探討IPAH 患者鐵調素升高的機制，該研究發(fā)現鐵調素升高與白介素-6 升高無關聯(lián)，而可能與BMPR2 突變影響B(tài)MP/SMAD 信號通路相關。以上臨床研究提示鐵代謝紊亂存在于IPAH 患者，但具體機制尚不明確。2011年另一項臨床研究發(fā)現IPAH 及缺氧相關性PAH 患者鋅卟啉水平及紅細胞分布寬度明顯增高，并與疾病嚴重程度相關。而在亞組研究中，盡管鋅卟啉和紅細胞分布寬度增高，TfR 水平與對照組相比差別不大，故考慮鐵代謝異常與紅細胞鐵利用障礙有關［33］。在動物實驗中［34］，野百合堿誘導的PAH 大鼠進行限鐵飲食后肺動脈重構和右心衰竭減輕，肺動脈組織TfR1 水平增高，右心室心肌中的鐵調素水平也明顯增高，可能推測細胞鐵轉運異常參與了PAH 與右心衰竭的病理生理過程。由于鐵穩(wěn)態(tài)失衡可能是PAH發(fā)生發(fā)展的重要原因，因而鐵穩(wěn)態(tài)失衡可能成為治療PAH 的新靶點。

5 小結

綜上所述，鐵代謝紊亂可能通過氧化應激等多種途徑引起肺血管重構，促進PAH 的發(fā)生發(fā)展;但近期在IPAH 或遺傳性PAH 患者發(fā)現存在鐵缺乏現象，且與不良預后有關。有學者認為，鐵缺乏現象是鐵過載引起PAH 的負反饋機制，雖然靜脈補鐵治療初步取得了積極成果，但過度補鐵是否能夠加重肺血管的重構進而加重病情發(fā)展還未可知，因此補鐵劑量、時限、療程及適用患者還需進一步探索，也需要更多的相關機制性研究為臨床治療提供證據。

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