肺动脉高压(Pulmonary hypertension, PH)是一组以肺动脉压力及肺血管阻力进行性升高为主要特征的综合征，最终导致患者右心衰竭甚至死亡[1]。PH有5大类，包括动脉性PH、左心疾病所致PH、肺部疾病和/或低氧所致PH、慢性血栓栓塞性PH和/或其他肺动脉阻塞性PH、未明和/或多因素所致PH[2]。我国特发性肺动脉高压(Idiopathic pulmonary hypertension， IPAH)患者的 1 年和 3 年生存率估计分别为 92.1% 和 75.1%，[3]。由于PH分型的的复杂性增加了其在有效诊断、精准治疗和预后评估的难度。目前PH的研究重在阐明病理机制，近年来, 压电式机械敏感离子通道组件1(Piezo Type Mechanosensitive Ion Channel Component, Piezo1)作为一种与血管重塑有关的重要机械敏感通道,它可以通过各种形式的机械刺激(例如流动剪切、膜拉伸)来激活[4]。2013年，Dickinson等研究者[4]即提出PH是以多种原因引起的肺血管重塑为病理基础，而血流动力和剪切应力更是长期被忽视的肺血管重塑的重要因素[5]。此外，高剪切应力部位的内皮细胞和平滑肌细胞都会受到血流产生的循环拉伸，持续的流动应力和机械拉伸可能导致肺血管内皮损伤和功能障碍，并最终导致在肺血管重构方面[6]。然而，在高剪切应力诱导的PH发展过程中，Piezo1作为一种新型机械敏感性非选择性阳离子通道，在不同类型血管细胞中的作用在很大程度上是未知的。

        近期，以国家呼吸疾病临床研究中心呼吸疾病国家重点实验室/广州医科大学附属第一医院陈纪元博士、周丹莎硕士、廖静博士、王紫依博士、及内蒙古人民医院慢性阻塞性肺病诊疗重点实验室苗瑾瑞硕士作为共同第一作者;国家呼吸疾病临床研究中心呼吸疾病国家重点实验室/广州医科大学附属第一医院王健教授、杨凯副教授、及内蒙古人民医院慢性阻塞性肺病诊疗重点实验室孙德俊教授共同合作的一篇题为“Upregulation of Mechanosensitive Channel Piezo1 Involved in High Shear Stress-induced Pulmonary Hypertension”的文章发表在国际期刊Thrombosis Research (IF=10.407)上。研究表明被左肺动脉结扎(LPAL)模型诱导的肺动脉高压肺血流动力学激活的Piezo1在大鼠的肺动脉、肺组织和右心室重塑中发挥了重要作用，导致肺血管功能障碍、血管周围炎性细胞浸润、内皮功能障碍、肺动脉平滑肌细胞 (PASMCs)中胞质 Ca2+ 浓度 ([Ca2+]cyt)升高和PASMCs增殖。该研究将为左向右分流先天性心脏病和CTEPH等由血流增加引起的肺动脉高压和右心疾病提供新的治疗靶点。(论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0049384822003395)

        本研究的主要发现：

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        01

        慢性左肺动脉结扎致大鼠肺动脉高压进行性发展

        本研究使用模拟高流量和血流动力学应力的左肺动脉结扎(LPAL，2-5w)建立的大鼠 PH 模型来研究 Piezo1 对肺血管重塑的贡献，本文是Piezo1 在高剪切应力诱导肺动脉高压下的功能和机制的首次体内研究。

        如图，通过脉搏波多普勒超声心动图、组织学和免疫荧光(IF)染色、及结扎部位的组织病理图来验证LPAL建立成功。继而测量每组大鼠的右心室收缩压(RVSP)和心输出量(CO)，结果表明，与各自的假手术对照组 (SHAM) (26.517 ± 0.635 和 28.640 ± 0.442 mmHg)相比，LPAL-2w(34.937 ± 0.776 mmHg)和 LPAL-5w(38.770 ± 1.650 mmHg)组的 RVSP 显着增加。然而，LPAL 组和 SHAM 组之间的 CO 没有显着差异。

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        02

        Piezo1在LPAL诱导的肺动脉重塑和功能障碍中的表达和活性上调

        为了确定 LPAL 组中 Piezo1 上调是否与 PASMCs 增殖有关，来自组织学和 IF 染色的数据显示LPAL-PH大鼠的肺动脉(PA)可观察到过度的平滑肌增厚、重塑和纤维化，与显著升高的Piezo1 表达(由PA组织中的WB证明)和活性(由新分离的 PASMCs中的钙反应升高证明)相关。与SHAM大鼠相比，LPAL-PH大鼠全肺组织中 Piezo1 的表达上调，且在 LPAL-2w 和 LPAL-5w 大鼠的肺动脉平滑肌细胞 (PASMCs) 中观察到 Piezo1 的上调与胞质 Ca2+ 浓度 ([Ca2+]cyt) 的增加有关。

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        03

        通过 LPAL-PASMCs 中的细胞内钙释放和细胞外钙内流增强 Piezo1 活性介导的 [Ca2+]cyt 升高

        Piezo1 被认为是质膜 (PM) 上的机械传感器通道，也已知定位于内质网 (ER) 并通过药物从 ER 钙储存中释放细胞内钙以增强细胞粘附[7]。通过Yoda1和L-型电压依赖型钙通道(L-VDCC) 阻滞剂硝苯地平(Nif，5μM)评估Piezo1诱导的细胞内钙离子(Ca2+)的动态反应性，发现Piezo1依赖独立于IP3R 和 RyRs 调控胞内 Ca2+释放并独立于 L-VDCC、钙池操纵性钙通道(SOCC) 和小凹蛋(Caveolin-1)介导胞外 Ca2+内流，最终引起肺血管收缩和重塑。

        PART

        04

        Yap 参与了 LPAL-PASMCs 中 Piezo1 表达的调节

        为了进一步研究Piezo1在以血管重塑为特征的高剪应力诱导PH大鼠模型中的作用机制，western蛋白印迹和免疫荧光染色的结果显示 PASMCs中YAP的表达显著上调，表明LPAL-PH大鼠可诱导肺动脉平滑肌细胞中 AKT/mTOR/YAP 信号通路的激活, 且Piezo1 的上调与 Yes 相关蛋白 (YAP)/TEA 结构域转录因子 4 (TEAD4) 直接相关。

        PART

        05

        NF-κB p65 亚基 (RELA) 调节 LPAL-PAECs 中的 Piezo1 转录

        基于western蛋白印迹下LPAL-PH大鼠的NF-κB磷酸化增加及Piezo1启动子区域内的多个转录因子RELA结合位点的双荧光素酶报告分析，进一步证实Piezo1 的肺动脉内皮细胞(PAECs)上调与 RELA (p65) 的转录调节和肺部炎症有关，与此同时，RELA 可作为NF-κB 通路的关键转录因子参与IL33/ST2/NF-κB 信号通路的激活。

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        06

        上调的 Piezo1 可能与右心室功能障碍和纤维化有关

        与 SHAM组相比，通过富尔顿指数、组织学分析及超声心动图的分析，LPAL-PH大鼠的血流动力学指标恶化、右心室(RV)肥大和心室组织横截面扩大，导致肺血管重塑、右心室组织纤维化和右心室收缩功能障碍增加。这些数据表明，上调的 Piezo1 可能在 LPAL 诱导的 PH 中右心室组织的重塑和纤维化中起重要作用。

        综上，本研究揭示了Piezo1 在调控PASMCs 和 ECs 中的联合作用，通过不同的细胞信号通路协调，导致 LPAL-PH大鼠肺血管重塑，为 Piezo1 在剪切应力相关实验性肺动脉高压中的细胞类型特异性致病作用提供了新的见解。该工作得到了国家自然科学基金重点项目、广东省‘珠江人才计划’本土创新科研团队项目等支持。

        Piezo1通过对肺血管平滑肌细胞和内皮细胞差异调节参与调控肺高血流量致肺动脉高压肺血管重塑机制

        参考文献

        [1] HASSOUN P M. Pulmonary Arterial Hypertension [J]. N Engl J Med, 2021, 385(25): 2361-76.

        [2] ROSENZWEIG E B, ABMAN S H, ADATIA I, et al. Paediatric pulmonary arterial hypertension: updates on definition, classification, diagnostics and management [J]. Eur Respir J, 2019, 53(1).

        [3] SIMONNEAU G, MONTANI D, CELERMAJER D S, et al. Haemodynamic definitions and updated clinical classification of pulmonary hypertension [J]. Eur Respir J, 2019, 53(1).

        [4] COSTE B, MATHUR J, SCHMIDT M, et al. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels [J]. Science, 2010, 330(6000): 55-60.

        [5] DICKINSON M G, BARTELDS B, BORGDORFF M A, et al. The role of disturbed blood flow in the development of pulmonary arterial hypertension: lessons from preclinical animal models [J]. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2013, 305(1): L1-14.

        [6] YAN J, WANG W B, FAN Y J, et al. Cyclic Stretch Induces Vascular Smooth Muscle Cells to Secrete Connective Tissue Growth Factor and Promote Endothelial Progenitor Cell Differentiation and Angiogenesis [J]. Frontiers in cell and developmental biology, 2020, 8: 606989.

        [7] MCHUGH B J, BUTTERY R, LAD Y, et al. Integrin activation by Fam38A uses a novel mechanism of R-Ras targeting to the endoplasmic reticulum [J]. J Cell Sci, 2010, 123(Pt 1): 51-61.