Sigma-1受体激动剂PRE084改善实验性肺动脉高压模型的心肺功能和重塑

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：The Sigma-1 receptor agonist PRE084 improves cardiopulmonary function and remodelling in an experimental model of pulmonary arterial hypertension

本研究针对严重肺动脉高压(PAH)病理进程中心血管功能受损的关键难题，探索了靶向Sigma-1受体(S1R)的新型治疗策略。研究人员在缺氧联合SU5416诱导的严重PAH大鼠模型中，评估了S1R特异性激动剂PRE084的治疗效果。结果表明，PRE084治疗显著改善了衰减的KVV1.5通道活性，减轻了肺血管收缩、重塑和内皮功能障碍，并有效缓解了右心室功能障碍、肥厚及纤维化。这项研究揭示了靶向S1R通过多通路机制改善PAH病理表型的潜力，为开发该疾病的新型疗法提供了重要的临床前证据。

　　

肺动脉高压(PAH)是一种严重且危及生命的疾病，其特点是肺小动脉因异常收缩和病理性重塑而逐渐闭塞。这导致肺血管阻力增加，迫使右心室(RV)持续高负荷工作，最终引发右心室肥厚、功能障碍乃至心力衰竭。尽管现有疗法有所进展，但PAH患者的预后仍然不佳，迫切需要新的治疗靶点。其中，电压门控钾离子通道，特别是KV_V1.5通道的功能受损，被认为是PAH病理生理学的核心环节之一，可导致肺动脉平滑肌细胞(PASMC)膜电位去极化，进而促进血管收缩和细胞增殖。然而，目前尚缺乏有效提升KV_V1.5通道功能的可行药理学策略。最近研究发现，Sigma-1受体(S1R)能与KV_V1.5通道发生物理相互作用，其激动剂PRE084可在体外增强KV_V1.5通道活性。那么，在活体PAH模型中，激活S1R能否“拯救”受损的KV_V1.5功能，并带来整体心肺功能的改善呢？这正是本研究旨在解答的核心问题。本项研究成果已发表于《Biomedicine 》期刊。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，他们使用了缺氧(10% O₂)联合VEGFR2抑制剂SU5416皮下注射的经典大鼠模型(Hpx/Su)来诱导严重的PAH。其次，通过全细胞膜片钳技术记录了肺动脉平滑肌细胞的钾离子电流和膜电位，以评估KV_V1.5通道功能。再者，利用离体血管张力测定技术分析了肺血管对收缩剂和舒张剂的反应性。此外，还通过心脏超声和右心导管术进行了在体血流动力学评估，以量化心脏功能和肺动脉压力。最后，结合组织学染色（如苏木精-伊红、天狼星红）、蛋白质免疫印迹(Western blot)和高分辨率魔角旋转核磁共振(HR-MAS NMR)代谢组学分析，系统评估了肺血管与右心室的结构重塑及分子代谢变化。

研究结果

3.1. 体内给予S1R激动剂PRE084增强了Hpx/Su大鼠肺动脉中衰减的KV_V1.5通道活性

膜片钳实验结果显示，与常氧对照组(Nmx)相比，Hpx/Su模型大鼠PASMC的总钾电流和KV_V1.5通道特异性电流（DPO-1敏感电流）均显著降低，细胞膜电容增大（提示细胞肥大），静息膜电位去极化。而PRE084治疗不仅提升了总钾电流和KV_V1.5通道电流，还使膜电位恢复至接近正常水平，并减小了膜电容。Western blot分析发现，Hpx/Su大鼠肺血管中S1R表达上调，但PRE084治疗并未改变其总蛋白表达。进一步的免疫荧光实验提示，PRE084可能通过促进KV_V1.5通道向质膜转运而非增加总蛋白表达来增强其功能。

3.2. PRE084改善了Hpx/Su大鼠的肺血管功能

血管张力实验表明，Hpx/Su大鼠的肺动脉对血清素(5-HT)的收缩反应显著增强（血管高反应性），而PRE084治疗部分逆转了这种高反应性。同时，在常氧组肺动脉中，KV_V1.5通道抑制剂DPO-1能显著增强苯肾上腺素(Phe)诱导的收缩，但在Hpx/Su组中这种增强效应消失，而PRE084治疗则恢复了DPO-1的增强作用，印证了其恢复KV_V1.5通道功能的效果。此外，Hpx/Su大鼠表现出明显的内皮依赖性舒张功能受损（对乙酰胆碱反应减弱）和内皮层氧化DNA损伤标志物8-OHdG增加，PRE084治疗部分改善了内皮舒张功能并减轻了氧化损伤。

3.3. PRE084部分减轻了Hpx/Su大鼠的肺血管重塑

组织学分析显示，Hpx/Su大鼠肺内血管数量增多，完全肌化血管比例升高，非肌化血管比例降低，血管壁中层增厚，管腔闭塞程度加重。PRE084治疗显著降低了血管总数和完全肌化血管比例，提高了非肌化血管比例，但对已形成的血管壁中层增厚和管腔闭塞改善不明显。

3.4. PRE084改善了Hpx/Su大鼠的右心室功能障碍

超声心动图显示，Hpx/Su大鼠的肺动脉加速时间/射血时间比值(PAAT/PAET)降低，三尖瓣环收缩期位移(TAPSE)减小，提示肺血流恶化及右心室收缩功能受损。PRE084治疗组在治疗三周后，TAPSE值较基线有所改善。更重要的是，右心导管术的直接测量发现，PRE084显著降低了Hpx/Su大鼠异常升高的右心室收缩压(RVSP)，并改善了右心室的收缩(dP/dT_Max)和舒张(dP/dT_Min)功能。

3.5. PRE084减轻了Hpx/Su大鼠的心脏重塑

PRE084治疗减轻了Hpx/Su大鼠的右心室肥厚（表现为Fulton指数和心肌细胞横截面积减小）以及心肌间质纤维化（天狼星红染色面积减少）。分子机制研究发现，Hpx/Su大鼠右心室中磷酸化Akt (p-Akt) 表达增加，表明PI3K/Akt信号通路被激活，而PRE084治疗使其恢复正常水平。代谢组学分析发现，Hpx/Su大鼠右心室中肌醇水平降低，而PRE084治疗使其恢复至正常水平。

结论与意义

本研究系统评估了S1R特异性激动剂PRE084在严重PAH实验模型中的治疗潜力。结果表明，长期体内给予PRE084能通过增强肺血管平滑肌细胞中衰减的KV_V1.5通道活性，改善肺血管收缩功能和内皮功能障碍，并部分逆转肺血管重塑。更重要的是，PRE084显著减轻了PAH相关的右心室功能障碍、肥厚和纤维化，这些心脏保护作用与抑制PI3K/Akt通路过度激活以及恢复右心室肌醇水平有关。

该研究的核心意义在于，首次在活体PAH模型中证实了靶向S1R的多效性治疗益处。S1R作为一个多功能的分子伴侣，其激活能同时作用于PAH发病中的多个关键环节：离子通道功能、血管反应性、氧化应激、细胞生长信号通路和心肌代谢。鉴于PAH是一种涉及多机制、多通路的复杂疾病，这种能够同时干预多个病理过程的“一石多鸟”策略，比针对单一靶点的疗法更具吸引力。因此，本研究强有力地支持了S1R作为治疗PAH的一个崭新且有前景的药理学靶点，为未来开发新型联合疗法或广谱治疗药物提供了重要的理论基础和临床前证据。