NEDD9在肺动脉高压的机制述评
2021-04-12 19:01:12   来源：   作者：  评论：0 点击：

关键字： NEDD9 | 肺动脉高压
2021年3月26日，呼吸领域权威期刊Am J Respir Crit Care Med(美国呼吸与危重症杂志,IF 17.452)在线发表了题为“NEDD9, a Hypoxia-upregulated Mediator for Pathogenic Platelet-endothelial Cell Interaction in Pulmonary Hypertension”的社论(Editorial)。总结了近期的研究进展，系统讨论了低氧上调肺血管内皮细胞NEDD9与介导血小板活化的可能分子机制，内皮细胞NEDD9的高表达通过介导血小板/内皮细胞粘附程度的增加促进肺血管血栓栓塞的形成和肺血管重塑。特异性阻断二者的粘附(如特异性抗体或药理学抑制剂)可能是抑制原位血栓形成和血管重塑、并抑制肺动脉高压发生发展的有效手段，有待进一步研究和探讨。
肺动脉高压(PH)是一种进行性心肺综合征，死亡率高、预后差。肺血管内皮损伤和血小板-内皮相互作用引起的肺血管重塑和纤维化是PH中肺血管阻力和肺动脉压升高的主要原因之一(1-3)。
肺血管中低氧和血流动力学改变引起的流体剪切力被认为可以激活血栓形成通路，从而导致动脉性肺动脉高压(PAH)和慢性血栓栓塞性肺动脉高压(CTEPH)中的原位血栓形成(4、5)。
最近的研究报道了血小板活化在肺血管血栓形成和肺血管重塑中的作用。活化的血小板可聚集到受损的肺血管，并释放一系列血管活性介质、生长因子、趋化因子和细胞因子，与PH和PAH的病理性肺血管重塑和微血管血栓形成密切相关(6)。
然而，在低氧和PH条件下，血小板和肺动脉内皮细胞(PAEC)粘附的详细分子机制仍然未知。
在2021年2月1日上线的American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine期刊上，Alba及其同事报道了低氧可通过上调PAEC中HIF-1α的水平诱导NEDD9的表达。在低氧条件下，大量表达NEDD9的PAEC可与活化血小板胞膜上的P-Selectin结合，触发血小板-PAEC粘附并促进血栓栓塞性血管重塑(7)。
使用靶向细胞外NEDD9肽的特异性抗体(msAb-N9-P2)阻断NEDD9/P-Selectin的相互作用，不仅可抑制血小板-PAEC粘附，还可显著抑制二磷酸腺苷诱导的小鼠肺栓塞模型及血栓微球注射诱导的CTEPH大鼠模型的疾病指征。通过使用体外、体内模型及PH患者分离的细胞模型，该研究系统阐明了NEDD9是血小板-EC相互作用及肺血管粘附的关键分子，并提出HIF-1α依赖的NEDD9上调是血小板粘附到肺血管EC的关键步骤这一新理论。
NEDD9在血小板-EC粘附及信号传导级联中的重要作用及其在CTEPH形成中的潜在致病作用，为将来开发针对肺血管内膜闭塞和内膜病变的新型靶向治疗药物提供了重要的理论依据。该研究系统论证了抗NEDD9的特异性抗体(例如msAb-N9-P2)可显著阻断NEDD9/P-Selectin结合，可能是CTEPH和PH/PAH等与微血管血栓形成和内膜病变相关患者的新型治疗策略(7)。该研究证明了低氧上调的EC-NEDD9通过与P-Selectin相互作用并介导活化的血小板-PAEC粘附过程的分子基础(图1)。
与此同时，PH和PAH/CTEPH患者中伴随的低氧条件如何介导血小板的活化同样值得关注。
血小板可以被许多与PH发生有关的关键因素激活，例如低氧、炎症和循环流体剪切力。在最近的研究中，Delaney等在低氧诱导的PH小鼠模型和特发性PAH患者的肺中均发现血小板数量和活化程度的增加，并伴随显著的炎症反应。使用抗GP1bα(大鼠)IgG抗体可诱导显著的血小板减少症小鼠模型，并可预防其肺部的炎症反应，表明血小板是低氧引起的肺部炎症的重要介质(8)。
如图1所示，活化的血小板可以通过与细胞外基质和血管细胞直接相互作用来诱导血管炎症(9)，或者通过释放趋化因子和细胞因子来间接募集循环血流中的单核细胞和白细胞(10)。胞浆中游离Ca2 +浓度([Ca2+]cyt)的增加是驱动血小板活化的另一个关键因素。静息的血小板维持稳定的[Ca2+]cyt，而低氧和剪切力可介导受体操纵性钙通道TRPC6(11)以及机械敏感性离子通道Piezo1的激活，从而导致[Ca2+]cyt升高并导致血小板的激活。前期研究表明，通过ATP门控的P2X1通道(12)、钙池操纵性钙通道(13、14)介导的胞外钙内流以及通过IP3受体(IP3R)介导的胞内钙释放(15)，均可导致[Ca2+]cyt的增加和血小板的活化(16)。
最近，Ilkan等发现机械敏感离子通道Piezo1同样参与并介导了剪切力诱导的血小板中[Ca2+]cyt的升高，促进血小板的活化和血栓的形成(17)。在高凝状态和高血流动力学条件下(在低氧条件下伴有炎症)，流体剪切力可能同样会诱导Piezo1和TRPC6的激活(也是机械敏感通道)并促进血小板的活化和聚集，并最终导致肺血管血栓的形成。在肺血管细胞中，低氧可显著上调多种钙离子通道的表达(18-20)。
因此，未来的研究进一步探讨NEDD9与血小板P-Selectin是否存在直接相互作用，NEDD9是否还与其他低氧和机械力敏感的钙通道一起作用激活血小板，增强血小板-EC粘附并介导CTEPH和PH/PAH中存在的血栓形成和肺血管重塑等重要的科学问题。
除此之外，NEDD9还可通过诱导NKX2-5转录调控COL3A1，促进Collagen III的生成，参与肺内皮纤维化的调节，并可能通过增加肺血管壁的硬度而促进PH的发生发展(21)。NEDD9特异性敲除或敲低可抑制肺血管纤维化并改善实验性PH动物模型的疾病指征(21)，而NEDD9抗体msAb-N9-P2在ADP诱导的肺栓塞和CTEPH动物模型中均显示良好的治疗效果(21)。
这些数据表明，阻断血小板-PAEC粘附是一种新型、有效的治疗方法，用于治疗CTEPH、PAH及伴有原位微血管血栓形成的PH。此外，作者观察到PAH患者血浆中NEDD9水平明显增加，并很好地预测了PH的疾病诊断，提示NEDD9是PAH病人诊断和预后中一种理想的生物标志物(22)。
总而言之，这项研究系统论证了低氧诱导的内皮细胞NEDD9上调可介导血小板-PAEC粘附，促进肺血管血栓栓塞的形成及肺血管重塑的发展。鉴于NEDD9是一种非催化支架蛋白的事实，NEDD9可能直接或间接与P-Selectin外的其他膜蛋白和信号蛋白相互作用，导致CTEPH和PAH患者的血小板活化和血栓栓塞相关的肺血管重塑。用特异性抗体(例如msAb-N9-P2)阻断NEDD9会破坏血小板-PAEC粘附并抑制血栓形成和血管重塑。进一步的研究可系统阐明NEDD9拮抗(特异性抗体或基因修饰)是否足以抑制原位血栓形成，并缓解PAH和CTEPH患者的中伴随的微血管病变、微血管血栓形成和与栓塞相关的内膜病变。
1. Maron BA, Galie N. Diagnosis, treatment, and clinical management of pulmonary arterial hypertension in the contemporary era: A review. JAMA Cardiol 2016; 1: 1056-1065.
2. Hassoun PM, Mouthon L, Barbera JA, Eddahibi S, Flores SC, Grimminger F, Jones PL, Maitland ML, Michelakis ED, Morrell NW, Newman JH, Rabinovitch M, Schermuly R, Stenmark KR, Voelkel NF, Yuan JX, Humbert M. Inflammation, growth factors, and pulmonary vascular remodeling. J Am Coll Cardiol 2009; 54: S10-19.
3. Morrell NW, Adnot S, Archer SL, Dupuis J, Jones PL, MacLean MR, McMurtry IF, Stenmark KR, Thistlethwaite PA, Weissmann N, Yuan JX, Weir EK. Cellular and molecular basis of pulmonary arterial hypertension. J Am Coll Cardiol 2009; 54: S20-31.
4. Rawal H, Suman A, Bhoite RR, Kanwal A, Young RK, Aronow WS, Lavie C, Ghosh RK. Anticoagulation in pulmonary arterial hypertension: Do we know the answer? Curr Probl Cardiol 2020: 100738.
5. Lang I. Chronic thromboembolic pulmonary hypertension: a distinct disease entity. Eur Respir Rev 2015; 24: 246-252.
6. Polytarchou K, Varvarousis D, Manolis AS. Cardiovascular disease in antiphospholipid syndrome. Curr Vasc Pharmacol 2020; 18: 538-548.
7. Alba GA, Samokhin AO, Wang R-S, Zhang Y-Y, Wertheim BM, Arons E, Greenfield EA, Slingsby MHL, Ceglowski JR, Haley KJ, Bowman FP, Yu Y-R, Haney JC, Eng G. NEDD9 is a novel and modifiable mediator of platelet-endothelial adhesion in the pulmonary circulation. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2020.
8. Delaney C, Davizon-Castillo P, Allawzi A, Posey J, Gandjeva A, Neeves K, Tuder RM, Di Paola J, Stenmark KR, Nozik ES. Platelet activation contributes to hypoxia-induced inflammation. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2020.
9. Middleton EA, Weyrich AS, Zimmerman GA. Platelets in pulmonary immune responses and inflammatory lung diseases. Physiol Rev 2016; 96: 1211-1259.
10. Lam FW, Vijayan KV, Rumbaut RE. Platelets and their Interactions with other immune cells. Compr Physiol 2015; 5: 1265-1280.
11. Vemana HP, Karim ZA, Conlon C, Khasawneh FT. A critical role for the transient receptor potential channel type 6 in human platelet activation. PLoS One 2015; 10: e0125764.
12. Mahaut-Smith MP, Taylor KA, Evans RJ. Calcium signalling through ligand-gated ion channels such as P2X1 receptors in the platelet and other non-excitable cells. Adv Exp Med Biol 2016; 898: 305-329.
13. Silva-Rojas R, Laporte J, Bohm J. STIM1/ORAI1 loss-of-function and gain-of-function mutations inversely impact on SOCE and calcium homeostasis and cause multi-systemic mirror diseases. Front Physiol 2020; 11: 604941.
14. Borst O, Schmidt EM, Munzer P, Schonberger T, Towhid ST, Elvers M, Leibrock C, Schmid E, Eylenstein A, Kuhl D, May AE, Gawaz M, Lang F. The serum- and glucocorticoid-inducible kinase 1 (SGK1) influences platelet calcium signaling and function by regulation of Orai1 expression in megakaryocytes. Blood 2012; 119: 251-261.
15. Varga-Szabo D, Braun A, Nieswandt B. Calcium signaling in platelets. J Thromb Haemost 2009; 7: 1057-1066.
16. Offermanns S. Activation of platelet function through G protein-coupled receptors. Circ Res 2006; 99: 1293-1304.
17. Ilkan Z, Wright JR, Goodall AH, Gibbins JM, Jones CI, Mahaut-Smith MP. Evidence for shear-mediated Ca2+ entry through mechanosensitive cation channels in human platelets and a megakaryocytic cell line. J Biol Chem 2017; 292: 9204-9217.
18. Wang J, Xu C, Zheng Q, Yang K, Lai N, Wang T, Tang H, Lu W. Orai1, 2, 3 and STIM1 promote store-operated calcium entry in pulmonary arterial smooth muscle cells. Cell Death Discov 2017; 3: 17074.
19. Wang J, Weigand L, Lu W, Sylvester JT, Semenza GL, Shimoda LA. Hypoxia inducible factor 1 mediates hypoxia-induced TRPC expression and elevated intracellular Ca2+ in pulmonary arterial smooth muscle cells. Circ Res 2006; 98: 1528-1537.
20. He X, Song S, Ayon RJ, Balisterieri A, Black SM, Makino A, Wier WG, Zang WJ, Yuan JX. Hypoxia selectively upregulates cation channels and increases cytosolic [Ca2+] in pulmonary, but not coronary, arterial smooth muscle cells. Am J Physiol Cell Physiol 2018; 314: C504-C517.
21. Samokhin AO, Stephens T, Wertheim BM, Wang RS, Vargas SO, Yung LM, Cao M, Brown M, Arons E, Dieffenbach PB, Fewell JG, Matar M, Bowman FP, Haley KJ, Alba GA, Marino SM, Kumar R, Rosas IO, Waxman AB, Oldham WM, Khanna D, Graham BB, Seo S, Gladyshev VN, Yu PB, Fredenburgh LE, Loscalzo J, Leopold JA, Maron BA. NEDD9 targets COL3A1 to promote endothelial fibrosis and pulmonary arterial hypertension. Sci Transl Med 2018; 10.
22. Samokhin AO, Hsu S, Yu PB, Waxman AB, Alba GA, Wertheim BM, Hopkins CD, Bowman F, Channick RN, Nikolic I, Faria-Urbina M, Hassoun PM, Leopold JA, Tedford RJ, Ventetuolo CE, Leary PJ, Maron BA. Circulating NEDD9 is increased in pulmonary arterial hypertension: A multicenter, retrospective analysis. J Heart Lung Transplant 2020; 39: 289-299.