肺血管收缩在各种类型肺动脉高压发生的早期起主要作用，目前认为导致肺动脉压力升高的初始原因（例如缺氧、炎症等）可刺激、损伤肺血管内皮细胞，引起肺血管内皮功能异常，释放大量的缩血管物质，如血栓素A ₂（thromboxane A ₂，TXA ₂）和内皮素-1（endothelin-1，ET-1），而舒血管物质如一氧化氮（NO）和前列环素（PGI ₂）等产生减少，导致收缩血管及舒张血管因素平衡失调，促使肺血管紧张性增高，肺血管收缩。

细胞内游离钙离子浓度（［Ca ²⁺］ _i）升高是导致肺血管平滑肌细胞收缩的关键机制。当血管内皮细胞受到缺氧、炎症等因素刺激时可产生、释放多种生物学活性物质（如ET-1、5-HT等），这些介质以旁分泌的方式作用于平滑肌细胞，激活或上调平滑肌细胞膜上电压门控Ca ²⁺通道（VDCC）、非选择性离子通道（NSCC）和受体门控Ca ²⁺离子通道（ROC），促进细胞外Ca ²⁺内流。上述介质亦可促进平滑肌细胞内质网储存钙的释放进而激活细胞膜上钙池操纵性通道（SOC），进一步升高平滑肌细胞［Ca ²⁺］ _i。平滑肌细胞内的［Ca ²⁺］ _i首先与钙调蛋白（CaM）结合形成复合物，激活肌球蛋白轻链激酶（MLCK），MLCK进一步引起肌球蛋白（MLC）磷酸化，磷酸化的MLC使粗肌丝上横桥处的ATP酶活性增强，引发肌丝滑行和平滑肌收缩。肺血管平滑肌细胞内［Ca ²⁺］ _i升高亦可介导下游相关的信号通路或靶蛋白（如Calcineurin/NFAT信号通路、MAPK信号通路、NF-κB等）诱导平滑肌细胞增殖/肺血管重塑。最近的研究发现，丹参酮ⅡA磺酸钠可通过抑制非选择性阳离子通道瞬时受体电势C （TRPC）通道蛋白的表达降低细胞内［Ca ²⁺］ _i，抑制钙信号所介导的血管收缩及血管重塑。

肺血管收缩引起的肺动脉压力升高在PH的早期是可逆性的，随着初始诱因（如缺氧、炎症等）的纠正，肺血管可重新舒张，肺动脉压力逐渐恢复正常（图5-2）。

随着PH病情的进展，肺血管逐渐发生重塑。肺血管重塑是指肺血管结构细胞（例如内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等）出现增殖，分泌功能活跃，伴随细胞外间质（如胶原、弹力蛋白、纤维结合素和黏胶素）的异常聚集，滋养血管的增生等，引起肺血管内膜和（或）中膜增厚，导致血管壁增厚，管腔狭窄，引发PH。

内皮细胞（EC）是肺血管内膜主要的结构细胞，在肺血管重塑中起着十分重要的作用。各种诱因（缺氧、炎症、药物等）刺激损伤血管内皮，引起内皮细胞功能紊乱，不仅引起肺血管收缩，亦可引起内皮细胞增殖及分泌多种生物活性物质，促进肺血管重塑。EC自身增殖导致血管内膜增厚在肺血管重塑中作用有限，由内皮细胞及其他血管结构细胞增殖和细胞外间质聚集所引起肺血管丛样改变多见于特发性肺动脉高压（IPAH）患者。

血管内皮受损后，EC合成及分泌多种生物活性物质（例如TXA ₂、ET-1、5-HT、白介素和血管紧张素Ⅱ等），上述介质以旁分泌的形式作用于邻近的平滑肌细胞及成纤维细胞，激活多种相关的细胞内信号传导通路，促进平滑肌细胞增殖、迁移，诱导成纤维细胞增殖、合成及分泌多种细胞外基质，导致肺血管重塑的发生。例如肺血管内皮受损后，EC合成分泌的ET-1可与平滑肌细胞膜受体结合，激活RhoA/ROCK信号通路、Calcineurin/NFAT信号通路、ERK1/2MAPK信号通路等，协同促进肺血管平滑肌细胞增殖/肺血管重塑，参与PH的发生（图5-3）。

肺血管平滑肌细胞（PVSMCs）增殖是构成肺血管重塑的主要病理基础，在肺血管重塑中起着重要作用。PVSMCs的异常增殖、内膜下迁移及分泌功能增加，导致血管壁增厚、僵硬，血管腔狭窄，引起肺血管阻力升高，诱发肺动脉高压。多种信号传导通路的异常激活介导了平滑肌细胞的增殖，系统的阐明肺血管平滑肌细胞增殖的分子信号机制及其相关的干预研究是目前肺动脉高压基础研究的热点领域。研究发现与PVSMCs的增殖相关的主要信号通路包括以下几种类型:

RhoA是Rho家族中重要的一员，隶属于Ras超家族小分子GTP蛋白。RhoA有GTP耦联（激活）和GDP耦联（失活）两种存在状态，多种细胞外活性介质可通过与其特异性受体结合激活与之耦联的RhoA蛋白分子。ROCK作为RhoA下游的主要靶分子，可传递或执行RhoA的多种细胞生物学功能。RhoA/ROCK信号通路在多种生理及病理生理状态下起重要的作用，广泛参与细胞收缩、迁移、增殖、凋亡、炎症反应等的调控。

早期研究发现，RhoA/ROCK信号通路介导了多种缩血管物质诱导的血管收缩，进一步研究证实该信号通路的活化与PVSMCs增殖也密切相关。研究发现，与多种PAH发病密切相关的5羟色胺（5-HT）可于体外激活RhoA活性并诱导原代培养的大鼠PVSMCs增殖，以药理学方法抑制RhoA/ROCK信号通路可阻断5-HT的上述效应。在缺氧引起的PH模型中，RhoA/ROCK信号通路的活性增强，抑制该信号通路可明显抑制缺氧诱发的PVSMCs增殖及肺血管重塑。提示RhoA/ROCK信号通路介导了肺动脉平滑肌细胞增殖/肺血管重塑及其随后的PH发生。目前Rho激酶抑制剂法舒地尔已在临床上用于肺动脉高压的治疗。

目前认为RhoA/ROCK信号通路介导PVSMCs增殖的下游分子机制包括两个方面:①上调基质金属蛋白酶2（MMP2）的生成及分泌，破坏MMP/TIMP之间的平衡，促使细胞外间质的破坏及降解，释放出细胞外间质中的多种生长因子进而诱导PVSMCs增殖；②活化的RhoA可促使磷酸化的ERK1/2MAPK核转移，使其下游的转录因子磷酸化以启动相关基因的转录，通过调控增殖相关基因的表达介导了肺动脉平滑肌细胞的增殖（图5-4）。

在介导细胞内钙信号传递过程中起重要作用。Calcineurin是一种钙离子/钙调蛋白依赖性丝氨酸、苏氨酸去磷酸化酶，可使胞浆内活化T细胞核因子（NFAT）家族转录因子去磷酸化并转移至细胞核内，与其他信号通路调控的转录因子（AP1、GATA等）协同调控相关基因的转录，调节细胞收缩、增殖、分化、炎症反应等多种功能。多种细胞外刺激及介质可通过诱导细胞外钙内流及细胞内钙释放激活该信号通路。

早期研究发现，Calcineurin/NFAT信号通路参与调控淋巴细胞炎症反应，随后的研究证实该信号通路的激活介导了心肌细胞肥厚及多种肿瘤细胞增殖。新近的研究发现，Calcineurin/NFAT信号通路与PAH的发生密切相关，Calcineurin/NFAT信号通路可特异性上调cyclin A的表达并激活cyclin依赖性激酶（CDK），引起DNA合成增加及细胞周期进展，促进PVSMCs的增殖进而参与PH的发病。体内研究证实，在缺氧诱发的PH动物模型中可检测到Calcineurin/NFAT信号通路的激活，通过药理学方法抑制该信号通路可明显减轻PVSMCs增殖/肺血管重塑并抑制PH的发生。

环孢素A（CsA）通过抑制该信号通路已成功用于临床上预防器官移植后的排异反应，但该药能否用于肺动脉高压的治疗尚有待进一步的临床验证（图5-5）。

骨形成蛋白（BMP）属于转化生长因子β（TGF-β）受体超家族成员之一，与血管形成、细胞增殖、分化及凋亡关系密切。细胞膜上存在两种BMP的受体蛋白，分别为骨形成蛋白受体Ⅰ（BMPRⅠ）和骨形成蛋白受体Ⅱ（BMPRⅡ）。

BMPRⅠ与BMP结合后被激活，引起细胞内Smad1/5/8磷酸化，Smad1/5/8可与Smad4结合形成转录复合物进入细胞核，调控Smad反应性基因的转录（例如DNA结合抑制蛋白1），抑制细胞增殖。BMPRⅡ具有丝氨酸-苏氨酸激酶活性，能够通过与BMPRⅠ结合，进一步激活Smads信号通路。研究发现约70%可遗传性肺动脉高压患者（HPAH）和21%～26%的IPAH患者存在BMPRⅡ基因突变，使得BMP/Smad信号通路活性受到抑制，解除了对PVSMCs增殖的抑制作用，导致了PVSMCs的增殖。

研究发现TGF-β/Smad信号通路在缺氧、野百合碱诱导的PH动物模型中活性增强。目前认为BMPRⅡ基因突变后，促使TGF-β相关激酶1（TAK1）磷酸化与TGF-β受体结合进而激活TGF-β/Smad2/3信号通路，介导PVSMCs的增殖。另外，TGF-β激活亦可通过非Smad依赖途径激活促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路，进一步通过调控转录激活因子2 （ATF2）、血清反应因子（SRF）、TCFs（一种转录因子复合物）、AP1等的活性或表达，参与对细胞增殖、生存及迁移的调控。BMP/Smad信号通路的激活能够显著抑制PAH大鼠模型及PAH患者PVSMCs增殖，通过基因干扰技术抑制BMPRⅡ基因表达可促使实验动物更易发生PH，抑制TGF-β/Smad信号通路可抑制PH动物模型中PVSMCs的增殖（图5-6）。

细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族中的成员之一，其活性改变与多种恶性肿瘤、心血管疾病、糖尿病等发病密切相关，多种细胞外刺激可激活该信号通路。ERK1/2MAPK信号通路的激活遵循MAPK家族的三级酶促连锁反应。Ras作为其上游激活蛋白激活Raf（MAPKKK），进而依次激活MEK（MAPKK）和ERK（MAPK），完成了Ras-Raf-MEK-ERK信号途径的活化。该信号通路广泛参与细胞增殖、分化、存活、凋亡等多种生理、病理过程。

研究发现，ERK1/2MAPK作为主要促细胞增殖的信号通路参与包括PVSMCs在内的多种细胞的增殖。研究表明，5-HT可激活牛PVSMCs中ERK1/2MAPK信号通路，抑制该信号通路可明显抑制5-HT诱导的平滑肌细胞增殖。进一步的研究证实，在多种PH动物模型中ERK1/2MAPK信号通路的活性明显增强，伴有明显的肺血管重塑；预先敲除ERK1/2基因，则可预防/阻断模型动物中肺血管重塑的发生及PH的产生。有研究提示，ERK1/2MAPK介导PVSMCs增殖的机制可能与其磷酸化相关的转录因子（例如Sep-1a、EIK-1、Jun、Fos）促进细胞增殖相关基因的表达（如cyclin D）相关（图5-7）。

Notch系统是一个高度保守的细胞信号通路，与细胞的增殖、分化、收缩、迁移等细胞生物学功能密切相关。当Notch受体与其配基结合后，诱发两次连续的Notch受体裂解反应，释放出Notch受体的细胞内域（NICD）并进入细胞核，与细胞核内的转录因子C启动子结合因子-1（CBF1）结合，取代CBF1与共抑制子（CIR、SKIP、SHARP、SMRT等）结合并召集共激活子，从而激活转录因子CBF1的活性，以调控相关基因的表达。

研究发现，Notch3信号通路特异性的参与了PH的发生，在正常PVSMCs中仅表达低水平的Notch3受体，但在PH患者或动物模型中PVSMCs的Notch3受体表达明显增加，且Notch3受体表达量与PH的严重性呈正相关。体外实验也证实，Notch3信号通路的活化可刺激PVSMCs增殖，而基因技术阻抑Notch3受体表达可抑制PVSMCs的增殖。但Notch3信号通路通过活化调控哪些靶基因的表达，进而导致PVSMCs增殖，目前尚不清楚（图5-8）。

PI3K/AKT信号通路参与细胞的增殖、分化、凋亡、葡萄糖转运等多种细胞功能的调节。PI3K可经两种方式激活，一是活化的小分子G蛋白Ras与PI3K的p110亚单位（催化亚基）结合激活PI3K，另一种方式是酪氨酸激酶受体与多种生长因子结合后可导致受体二聚体化，从而激活受体的酪氨酸激酶，进而激活PI3K。激活后的PI3K可使细胞膜上的PIP2磷酸化为PIP3，进而激活蛋白激酶B（AKT）。AKT可激活或抑制下游多种靶分子，调控细胞的增殖、分化、浸润、转移、存活、凋亡等。

研究发现缺氧及生长因子可激活PVSMCs中PI3K/AKT信号通路的活性，抑制PI3K 或AKT的功能可抑制缺氧及生长因子刺激的平滑肌细胞增殖，提示PI3K/AKT信号通路特异性介导PVSMCs的增殖。进一步发现，PI3K/AKT通路可通过差异性的调节细胞周期蛋白的表达（上调cyclinD和下调p27表达），促进细胞周期进展，导致平滑肌细胞增殖。在低氧、野百合碱（MCT）诱发的PH动物模型及IPAH患者的研究中提示PI3K/AKT信号通路活性明显增强，特异性抑制PI3K/AKT信号通路，能够预防或逆转PH动物模型中PVSMCs的增殖，减轻肺血管的重塑，降低肺动脉压力（图5-9）。

成纤维细胞是血管外膜的主要结构细胞，当各种刺激（如缺氧、炎症等）损伤肺血管内皮后，EC分泌多种生物活性物质，以旁分泌形式作用于成纤维细胞，诱导成纤维细胞去分化、增殖，并分泌多种生长因子进一步促进成纤维细胞自身的增殖及分泌多种细胞外间质（如胶原纤维、弹性纤维、网状纤维及细胞外基质等），参与肺血管重塑。

目前认为成纤维细胞在肺血管重塑中的作用可概括为以下几点:①可分化为平滑肌细胞并向血管中膜迁移；②通过分泌生长因子、细胞因子等刺激平滑肌细胞的增殖；③合成及分泌细胞外间质；④促进骨髓内皮祖细胞和炎性细胞的募集反应；⑤促进血管壁中血管滋养管的形成。

尸检证实各种类型的PH均存在不同程度的微小血栓形成。原位血栓是PH发病的机制之一，其发生涉及多种促凝相关因子（例如血栓素、P-选择素、vWF等）及抗纤维蛋白溶解因子（如纤溶酶原激活物抑制物1）的增加，以及内皮细胞产生的血栓调节蛋白（TM）、抗血小板聚集物质（如NO、前列环素等）等抗凝物质的减少或失活。

当肺血管内皮受到外界刺激（如缺氧、炎症等）受损后，引起血小板黏附于受损内皮处，黏附的血小板激活后释放多种生物活性物质，进一步促进血小板的黏附、聚集。血小板又通过复杂的机制激活凝血酶，使血浆中的纤维蛋白原变为纤维蛋白，互相交织的纤维蛋白使血小板凝块与血细胞缠结成血凝块，形成血栓。另外，血管内皮受损后可暴露内皮下胶原纤维，释放组织凝血因子，分别激活内源性及外源性的凝血途径，在多种凝血因子的参与下形成凝血瀑布，激活凝血酶原，促进纤维蛋白原转变为纤维蛋白单体，形成不溶于水的纤维蛋白单体多聚体凝块。此外，受损的EC产生TM、NO和前列环素等抗凝物质减少，以及机体对血栓的清除能力下降，最终在受损肺血管局部形成原位血栓，增加肺血管的阻力，加重肺动脉压力升高。

综上所述，肺血管收缩、肺血管重塑和原位血栓形成共同参与PH的发病，肺血管收缩在PH发病的早期起主要作用。随着病情的进展肺血管重塑逐渐出现，PVSMCs增殖在肺血管重塑中起着极为重要的作用，血管重塑表现为不可逆的血管结构性变化，引起肺血管壁增厚、管腔狭窄。血管内皮受损后出现促凝与抗凝平衡的失调，致使原位血栓的形成，进一步加重了血管管腔狭窄，这些机制的协同作用使得肺血管阻力升高，引发PH发生。