生长因子在肺动脉高压中的作用
肺高压（PH）是一种进行性疾病，其特征是平均肺动脉压（mPAP≥25 mmHg）升高。根据血流动力学定义，PH可以根据肺动脉楔压（PAWP）的正常和升高分为毛细血管前和毛细血管后肺高压。毛细血管前PH的主要病理生理异常是动脉壁重构，尤其是肺动脉高压（PAH，WHO Group 1）。肺血管内皮细胞、肺动脉平滑肌细胞（PASMC）和成纤维细胞的异常增殖、凋亡抑制，导致肺动脉肌型重塑，表现为内膜增生、中层增厚、丛状病变和原位血栓形成。此外，缺氧性血管收缩（WHO Group 3）和血栓机械性阻塞（WHO Group 4）也会导致肺血管阻力（PVR）增加。在毛细血管后PH，潜在的原因是左心疾病，由左心疾病引起的肺充血导致PAWP升高（WHO Group 2）。除了左心室（LV）压力和PAWP的增加外，毛细血管前和毛细血管后PH值还表现有肺动脉重构，并导致PVR增加。无论PH的病因如何，右心室（RV）压力超负荷都会导致晚期右心室心肌肥厚、扩张和右心室衰竭。RV的适应机制涉及复杂的过程，受多种因素的影响，包括PAH的病因、遗传易感性、神经体液调节、免疫和炎症激活等。
生长因子（Growth factors，GFs）是一类广泛分布的信号蛋白，可刺激细胞生长、细胞分化和存活、组织炎症和组织修复。已有一些研究探究了GFs参与PAH疾病发生发展中的作用。此外，越来越多的证据表明它们可能有助于保护右心功能，但也影响右心室重构和疾病进展。值得注意的是，在缺血性心脏病、心肌肥大或左心衰竭等心脏疾病的心肌保护过程中，其中一些生长因子也发挥了重要的作用。此外，GFs可能支持对RV压力过载的更好的心肌适应，并且可能与PAH的更好预后有关。
GFs调节细胞的生存、增殖、迁移和分化等多种功能，在生理环境下的器官修复机制中发挥着重要作用。
在PAH中GFs影响血管重构的发展，内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞的增殖，以及丛状病变的形成。一些GFs在肺实质和丛状病变局部表达。严重肺动脉高压患者移植肺中血小板源性生长因子（PDGF）和PDGF受体表达升高，肺组织活检时，血管内皮生长因子（VEGF）和VEGF受体出现在近端动脉的丛状病变和内侧平滑肌细胞中。神经生长因子（NGF）在毛细血管前PH合并慢性阻塞性肺疾病（WHO Group 3）患者肺动脉中以及野百合碱或慢性缺氧诱导的肺动脉高压动物模型中的表达和分泌增加。其他研究也证实了这些生长因子在患者体内表达水平的升高，并发现这些分子的高经肺梯度表明它们在肺部产生。
PAH中GFs异常表达的机制目前尚不完全清楚，可能涉及多种途径。骨形态发生蛋白受体2（BMPR2）是转化生长因子-β（TGF-β）超家族的成员，在约70%的遗传PAH（HPAH）和大约20%的特发性PAH（IPAH）患者中携带这种突变。BMPs可激活多种受体，如BMPⅠ型和Ⅱ型，以及激活素Ⅱ型受体，但只有BMPRII对BMPs有特异性。在血管系统中，这种信号主要由BMP2、4、6、9和10介导，它们可以激活这三种受体，并在血管发生和血管形成中发挥重要作用。BMP信号转导通路的阻断参与了PAH异常血管重构的发展。
还有5%的HPAH患者在TGF-β超家族的其他基因中有罕见的突变，包括激活素样受体激酶1或内皮糖蛋白。这些遗传性疾病导致肺动脉平滑肌细胞异常生长反应和内皮细胞凋亡减少导致的异常组织修复和血管重塑。有趣的是，在血吸虫感染的动物模型中，PAH是由于骨髓来源的thombospondin-1激活肺的TGF-β而诱导的。
缺氧是肺血管收缩和肺血管重塑的强烈刺激因素。缺氧诱导的信号分子增加了内皮细胞中VEGF和FGF-2的表达。此外，GDF-11（BMP/TGF-β超家族成员）在缺氧条件下在肺动脉内皮细胞中诱导表达，这在动物模型中缺氧诱导的PAH的形成中起着关键作用。
外源性刺激如药物和毒素已被证明参与PAH的发展。酪氨酸激酶抑制剂（TKI）达沙替尼已成功用于慢性粒细胞白血病的治疗，但病例报告发现，接受治疗的患者中PAH的患病率增加，在大多数情况下，PAH在停止治疗后（至少部分）可逆。据推测，TKIs对PDGF信号的调节是PAH形成的原因。
RV的解剖和功能与左心室部分不同，这也反映在其对病理生理过程的不同适应机制上。RV将血液泵入低血管阻力的肺循环，与左心室相比，这一过程需要更少的搏出能量，但搏出容积相似。左心的搏出运动导致PVR降低，以防止肺动脉压显著升高。因此，在生理条件下，右心室壁含有较少的肌肉组织，其顺应性也高于左心室。与左心室相比，右心室在病理条件下可发生明显更大的体积变化。
在PAH中，持续的肺血管收缩和过度的肺血管重构导致PVR升高。由于PVR逐渐增加，RV产生更高的收缩压来维持血流。RV和肺压持续升高导致右心室重构。在疾病早期，可观察到右心室壁向心性心肌肥大（适应性重构），这是细胞内蛋白质合成上调和心肌细胞尺寸增大的结果；右心的代偿使心室收缩力和收缩功能得到改善。因此，心脏指数和右心房压等血流动力学参数保持正常。
随着病情的发展，逐渐增加的压力超负荷导致离心性心肌肥大，主要发生在右室游离壁，这与胶原生成增加有关，但也与心肌中正常细胞外基质过度降解（非适应性重构）有关。由于功能性三尖瓣反流增加导致的非适应性肥大和额外的容量过载导致右心室进行性扩张，收缩性和收缩功能恶化。这一机制导致进展性RV功能障碍和晚期疾病阶段的右心衰竭。
PAH的预后与RV的结构异常程度密切相关。更具体地说，右心室直径增大是预后不良的生物标志物；然而，右心室壁厚增加与右心室扩张患者死亡率降低相关。与此相一致，越来越多的证据表明，RV结构和功能的详细评估包含相关的预后信息，并且可以支持治疗决策以改善临床结果。
RV心肌适应性的分子机制尚不完全清楚。在PAH中，压力超负荷可引起室壁牵张，是启动心肌适应的主要触发因素，可改善早期右室收缩功能。随后，在PAH缺血和心肌氧化应激的进一步阶段，激活神经体液、炎症和免疫过程，导致细胞外基质降解和心肌细胞功能障碍或凋亡。这些过程导致心室扩张和收缩功能障碍。右心室肌的特点是当PVR正常化（例如在肺动脉内膜切除术或肺移植后），大小、壁厚和分子差异通过可逆性重构迅速恢复正常。
如上所述，GFs在PAH血管重构的发生发展中起着重要作用，但也有一些可能在控制心肌对PAH的适应中发挥功能。心肌缺血，心肌供氧和需求之间的不平衡，可以归咎到PAH的几种病理生理机制。肺泡气体交换紊乱导致慢性全身性低氧血症；一方面，与全身性低血压相关的右心室壁张力增加损害冠状动脉灌注；另一方面，心肌肥大和壁张力增加需要增加供氧。心肌缺血时心肌释放多种GFs，包括血管生成性的GFs，如VEGF、FGF和其他具有直接心肌保护作用的GFs，如IGF和TGF-β。
VEGF家族成员包括VEGF-A、-B、-C、-D、-E，它们在血管生成中起着重要作用。VEGF-A是最有效的血管生成因子，在成人肺中大量表达。具有酪氨酸激酶活性的VEGF受体包括VEGFR-1（Flt-1）、VEGFR-2（KDR/Flk-1）和VEGFR-3（Flt-4）。VEGFR-1和VEGFR-2在血管内皮细胞中表达，激活后可诱导增殖、迁移和重塑信号。
VEGF可能参与丛状病变的形成，因为这种由丛状病变的平滑肌细胞和内侧平滑肌细胞产生的细胞因子可以激活表达VEGF受体的肺内皮细胞。然而，在慢性缺氧动物模型中，肺中VEGF-A或VEGF-B的过度表达可部分恢复内皮依赖性功能并改善PAH。在实验模型中，VEGFR-2阻断结合慢性缺氧可导致严重PAH的发生，这是由增殖的内皮细胞诱导的毛细血管前动脉闭塞所致。
血管内皮生长因子可在心肌缺血时产生。在PH的大鼠模型中，VEGFR-1和VEGFR-2在肺血管内皮细胞和心肌细胞上都有表达，这表明VEGF刺激可通过直接作用于心肌细胞或通过施加血管效应来诱导急性或慢性心脏效应。这些受体激活心肌细胞中已知的细胞保护途径，如MEK1/2-Erk1/2-p90rsk，通过增加心肌细胞和细胞外基质成分之间的粘附作用促进细胞存活。在缺氧诱导PH的动物模型中，心肌中的VEGF mRNA水平增加，这表明VEGF可能是缺氧诱导血管生成发展的因素之一。其它的支持性数据包括，与对照组相比，RV适应性肥大大鼠中VEGF mRNA表达增加，但在RV衰竭时没有变化。此外，在离体大鼠心脏恢复液中加入VEGF可以改善缺血再灌注损伤后心肌的功能恢复。
与对照组相比，IPAH患者的循环血液中VEGF浓度增加。在患者中，血浆VEGF浓度与三尖瓣环平面收缩偏移呈显著正相关，后者是右心室收缩功能的超声心动图标记物。换言之，右心功能好的患者循环VEGF值较高，提示这种GF可能在防止右心衰竭发展中发挥作用。与此相一致，在一个实验性的左心室肥大模型中，使用病毒载体过表达VEGF可保护心脏功能。有趣的是，患者接受PAH靶向治疗3个月后，血浆VEGF水平没有变化，尽管治疗与PVR降低和心脏指数改善有关。
TGF-β是一种多效性、多功能的多肽，与activin、BMP等其它蛋白质类同属TGF超家族成员。TGF-β与II型TGF-β1受体结合，后者激活I型TGF-β1受体，信号通过这些跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶受体传递，以激活Smads和非Smad信号通路，即磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/Akt和MEK1/2-Erk1/2激酶级联反应。TGF-β调节胚胎发育、细胞生长和分化、免疫过程和血管生成等许多生理过程，还可刺激细胞外基质成分的产生、弹性蛋白的合成，并可控制平滑肌细胞的增殖。
一项研究表明，在正常人肺动脉中，TGF-β受体在内皮细胞中的表达比在血管平滑肌细胞中更明显。IPAH中的丛状病变与TGF-β信号通路的丢失有关，提示该通路在患者内皮细胞异常生长中发挥作用。相比之下，一种罕见的与血吸虫病相关的PAH在患者和感染小鼠的肺动脉中显示了TGF-β信号的增强。重要的是，在动物模型中，阻断TGF-β信号转导可对PAH产生保护作用。此外，在野百合碱诱导肺动脉高压的实验模型中观察到肺TGF-β信号的上调，TGF-βI型受体的阻断导致肺血管重构的形态学表现减弱，包括早期血管细胞凋亡减少，外膜细胞增殖与基质金属蛋白酶表达。生长分化因子-15（GDF-15）是TGF-β细胞因子超家族的成员，在全身性硬化症患者肺部的巨噬细胞中观察到表达增加。GDF-15对肺血管系统细胞具有抗凋亡作用，参与血管重塑。
TGF-β在心脏损伤后心肌修复和重构中的作用已有研究。TGF-β预处理通过降低冠状动脉循环中氧化应激标记物的水平和维持内皮依赖性的冠状动脉舒张作用来减少动物模型中心肌梗死的大小。其他研究将TGF-β的这些直接心脏保护作用归因于细胞内的信号转导途径，包括MEK1/2-Erk1/2。对左心衰竭的大量动物研究表明，TGF-β过表达促进心肌肥大、重构和纤维化，提示TGF-β在心肌适应中起重要作用，即心室肥大和舒张功能障碍的发生。事实上，血清TGF-β水平与长期高血压患者的左心室结构异常相关。过度的TGF-β产生可能通过增加心肌纤维化而损害心肌功能。高浓度的血浆TGF-β被发现是IPAH和FPAH患者全因死亡率的独立预测因子。尽管如此，适度诱导TGF-β信号对于压力超负荷时的心脏适应可能是必要的，因为这种GF抑制了可能导致心脏扩张的不受控制的基质降解。
成纤维细胞生长因子是影响细胞生长和分化的多功能多肽。FGF家族有23个成员，某些介导发挥胞内分泌刺激作用，而其他则介导旁分泌或内分泌效应。旁分泌和内分泌成员与酪氨酸激酶受体（FGFR 1-4）结合，酪氨酸激酶受体主要激活细胞内信号转导蛋白丝裂原活化蛋白激酶（RAS-MAPK）或PI3K/Akt细胞内通路，诱导有丝分裂细胞反应，促进细胞存活。此外，FGF-2刺激通过BCL-2和BCL-xL途径诱导信号传导抑制内皮细胞凋亡。FGF家族的几个成员，包括FGF-2、-16、-21和-23，在心脏疾病的病理生理过程中发挥作用。其中，FGF-2在心血管疾病中的作用研究最为广泛。
在野百合碱诱导的PAH动物的肺动脉中，FGF-2和FGF受体1（FGFR-1）的表达上调，FGFR-1阻断导致血管重塑减弱。此外，从IPAH患者的远端肺动脉分离出的内皮细胞显示出FGF-2表达增加。用FGF-2刺激可增加这些细胞的增殖反应和存活率，而抑制的FGF-2信号使这些细胞功能正常化，这表明FGF-2在肺动脉内皮细胞异常表型形成中的作用。Benisty等人发现PAH患者尿和血浆FGF-2均显著高于对照组。有趣的是，根据PH的病因，FGF-2浓度存在差异，与先天性心脏病或结缔组织疾病患者相比，原发性PAH患者的FGF-2浓度最高。然而，他们没有发现血液或尿液中FGF-2水平与心脏指数之间的关系，这表明FGF-2浓度的增加不是低心输出量状态或全身低灌注的结果。
FGF-2由受损心肌细胞释放出来，主要储存在细胞外基质中。它调节血管内皮和平滑肌细胞的生长和迁移，以及细胞外基质蛋白的合成。因此，FGF-2可以通过激活MAPK信号通路来刺激心室肥厚和纤维化的发展。在体外模型中证明，分离的成年心肌细胞在与FGF-2共培养时，蛋白质合成上调并且细胞尺寸变大。与此一致，FGF-2缺陷小鼠在左心室压力超负荷时，并未表现出心肌肥大。此外，FGF-2的过度表达导致对异丙肾上腺素的过度肥厚反应，这与缺血预处理和心肌对缺血再灌注损伤的抵抗力增强有关。因此，心肌细胞在对缺血等心肌损伤作出反应时分泌的FGF-2可在心肌保护和再生过程中发挥作用。另外，FGF-2的预处理减少了离体大鼠心脏梗死区域的大小，其他试验也证明，在再灌注期间给予FGF-2对离体心脏缺血再灌注损伤有保护作用。
IGF-I是生长激素刺激肝脏产生的多肽，但也可以在包括心脏在内的靶组织中合成有限量的IGF-I。它与循环中的IGF结合因子结合，只有一小部分IGF-I（约1%）可以作为自由分子被发现。该因子通过与胰岛素样生长因子-I受体（IGF-IR）结合发挥其生物学作用，IGF-IR是一种在多个组织中表达的酪氨酸激酶受体，激活后它支持细胞存活，刺激细胞迁移和增殖，并通过多种细胞内级联抑制自噬，包括PI3K/Akt，ERK，Ras/Raf/mitogen激活的蛋白激酶途径。IGF-I通过PI3K/Akt级联反应促进心肌细胞中蛋白质的合成并抑制其分解，从而导致生理性心肌肥大。
IGF-I参与了肺血管重构的发生。在IGF-I缺乏或IGF-IR被抑制后，PASMC的增殖减弱。此外，IGF-I的平滑肌细胞特异性缺失抑制了新生小鼠（而非成年小鼠）缺氧诱导的PH的发展。
早期研究表明，IGF-I治疗可减轻缺氧-复氧损伤，也可抑制阿霉素诱导的体外心肌细胞凋亡。此外，IGF-I的心脏基因转导导致体内缺血再灌注损伤后梗死面积减小。值得注意的是，IGF-I转基因小鼠在衰老动物中表现出了保留的左心室收缩能力，这与心脏干细胞再生能力的提高有关。在慢性左心衰患者中，单次静脉注射IGF-I可降低后负荷（即降低全身血管阻力），可产生正性肌力作用，从而改善心脏指数。但是，它不影响PAP和PVR。
在野百合碱诱导的PAH动物模型和IPAH患者中，肥大的右心室和移植肺中的IGF-I水平升高。这些发现的病理生理学意义目前尚不清楚。在年轻小鼠中，而非成年小鼠，由于缺氧或压力超负荷而引起的PH，IGF-IR的基因失活或药物阻断与右心功能的改善有关。此外，适应性右心室肥大（由于缺氧或压力超负荷）与IGF-I表达增加有关。
在PDGF家族中，有四条具有共同结构的多肽链，即PDGF-a、PDGF-B、PDGF-C和PDGF-D，它们通过二硫键形成二聚体，形成PDGF-AA、PDGF-AB、PDGF-BB、PDGF-CC和PDGF-DD。PDGF受体PDGFR-α和PDGFR-β是与这些配体具有不同亲和力的跨膜酪氨酸激酶。PDGF-B、PDGF-C和PDGF-D可与这两种受体亚型结合，而PDGF-A仅限于PDGFR-α。这些受体在胚胎发生、癌变和血管发育过程中诱导细胞生长，促进血管壁细胞的增殖和存活。
PDGF在PAH形成过程中参与血管重塑的研究已被广泛研究。PAH患者重塑肺小动脉中PDGFR表达上调，磷酸化水平升高。这些变化导致小鼠血管平滑肌细胞异常增殖和迁移，而血管平滑肌细胞依赖于PI3K和磷脂酶C-γ信号。在小鼠模型中发现，阻断或损害PDGF信号可以保护PH的发展和慢性缺氧引起的右心室肥大。其他人则描述了鞘氨醇激酶1（SphK1）/鞘氨醇1-磷酸（S1P）在PDGF介导的大鼠PASMC增殖中的关键作用，并且预先沉默SphK1可以逆转细胞增殖。在野百合碱诱导或缺氧PH的动物模型中，imatinib（一种包括PDGFR在内的多酪氨酸激酶抑制剂）可以逆转PAH。此外，在野百合碱大鼠模型中，imatinib治疗逆转了血流动力学变化和血管重构。因此，阻断PDGF信号可能是一个潜在的药物靶点。尽管imatinib作为24周的附加疗法可能会带来一些临床益处（增加6分钟步行距离），但是一项为期3年的开放性试验表明，伴随着大量意外的硬膜下血肿病例阻碍了imatinib治疗PAH的应用，其并发症负担很高。
也有证据表明，PDGF通路对于心脏也有诱导心脏保护的作用。在小鼠心脏缺血模型中，药物阻断PDGFR-α和PDGFR-β导致梗死区血管新生缺陷和新血管通透性增加。缺氧大鼠心肌细胞上调PDGF-BB，促进细胞存活。在工程心脏组织中，PDGF-BB刺激通过PI3K-Akt信号传递抗凋亡作用和促进收缩性。PDGF-AB预处理降低了动物模型冠状动脉闭塞后的梗死面积，这与心脏内皮细胞产生VEGF有关。在大鼠心肌梗死模型中，连续输注VEGF和PDGF可改善心功能、心室壁厚度和血管生成，并提高梗死区心肌的存活率。通过纳米纤维在大鼠心肌局部应用PDGF可导致PDGFR-β磷酸化，并在实验性心肌梗死后持续改善心功能。有趣的是，过度表达VEGF和PDGF的干细胞迁移到心肌梗死部位，可以缩小梗死面积，改善血管生成，改善心功能和运动能力。
作为循环生物标志物，GFs可能反映了RV中肺血管系统和心肌细胞的细胞变化。因此，它们可以帮助高危人群（如遗传性PAH患者的家庭成员、硬皮病患者或HIV患者）疾病早期阶段的PH诊断。由于某些GFs，特别是VEGF或FGF-2与右心室功能呈正相关，因此在心脏成像检测到明显下降之前，它们可能是右心功能恶化的早期信号。此外，作为复合模型中心脏功能的生物标志物，它们可以补充患者分级以监测和预测疾病进展，这是疾病管理过程中的一个重要临床目标。这样可以指导临床医生及时升级治疗，为患者带来长远利益。
尽管证据有限，GFs也可能是药物靶点，因为它们有可能减轻肺血管重构，对心肌细胞功能和RV适应过程也有有益的影响。然而，GFs（如FGF-2和PDGF）对血管重构和心功能的影响是相互矛盾的。因此，进一步澄清GFs在PH的发生和发展中的作用是有必要的，因为这些途径可能对某些PH亚型是特异的。
肺血管扩张剂包括内皮素受体拮抗剂，磷酸二酯酶-5-抑制剂和前列环素是治疗PAH的主要手段。可以假设这些药物与GFs的相互作用，因为它们可能调节相同的细胞内信号通路或以其他方式干扰，例如TGF-β，后者参与调节肺血管系统中内皮素的表达。前列环素类似物曲前列环素可干扰PDGF信号传导，曲前列素治疗通过增加环磷酸腺苷水平来减少这些细胞的转化生长因子β和结缔组织GF的分泌。目前可用的药物并不直接针对心肌细胞功能；然而，由于GFs可能发挥这种作用，因此联合治疗可能具有双重影响，并且比单独使用肺血管扩张剂提供更好的生存率。
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