慢性腎臟病血管鈣化機制的研究進展

孫安子，趙建榮

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院，呼和浩特010000)

羥基磷灰石的晶體從成骨細胞分泌的囊泡中生長，并作為骨組織形成的主要部分。血管平滑肌細胞可分泌類似囊泡，血管鈣化類似骨的形成。當存在糖尿病、血脂異常、高血壓、慢性腎臟病(CKD)時，抑制血管沉積羥基磷灰石晶體的機制易受到影響。CKD是一種威脅人類健康的重大疾病，血管鈣化作為其常見并發(fā)癥可導致患者病死率增加。目前，關于CKD患者血管鈣化的機制尚未十分明確?，F(xiàn)將CKD患者血管鈣化的機制綜述如下。

1 高磷血癥與血管鈣化

高磷血癥可刺激內(nèi)皮細胞釋放微粒，從而減少膜聯(lián)蛋白Ⅱ的分泌、抑制血管生成、增加活性氧(ROS)的產(chǎn)生、增強炎癥，導致內(nèi)皮細胞凋亡，參與血管鈣化。研究表明，鈉依賴性磷酸轉運體(Pit)可將磷酸鹽轉運過細胞膜。研究發(fā)現(xiàn)，高磷酸鹽通過甲基化CpG結合蛋白2(MECP2)介導的表觀遺傳抑制使過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)表達降低，通過下調(diào)Klotho引起Pit-1表達增加,使細胞磷攝入增多,誘導血管平滑肌細胞(VSMCs)向成骨細胞分化和血管鈣化[1]。Pit-2是一種Ⅲ型鈉依賴性磷酸轉運體，可以防止磷酸鹽誘導的VSMCs鈣化，其確切機制仍在研究中。兩者可作為潛在的治療靶點，抑制Pit-1、刺激Pit-2可防止血管鈣化。

2 維生素D與血管鈣化

現(xiàn)有研究顯示，維生素D水平過高或不足均可導致鈣化。鈣三醇通過維生素D受體介導的礦化，與堿性磷酸酶(ALP)活性、核轉錄因子κB(NF-κB)受體活化因子配體(RANKL)/骨保護素(OPG)比例以及甲狀旁腺激素(PTH)相關肽表達水平降低相關[2]，但其具體作用機制尚未完全闡明。維生素D缺乏可促進炎癥反應，致使內(nèi)皮細胞介導內(nèi)皮應激和功能障礙，在成為鈣化的刺激物后驅(qū)動鈣化[3]。

3 促鈣化因子與血管鈣化

研究發(fā)現(xiàn)，多種因子具有促鈣化作用，如炎性介質(zhì)、Notch、Wnt、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、PTH、血清和糖皮質(zhì)激素誘導激酶1(SGK1)、組織蛋白酶S(Cat S)、高遷移率族蛋白B1(HMGB1)等。

研究表明，炎癥介質(zhì)如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素1(IL-1)和促成骨因子如Notch、Wnt、BMP等，可通過增加Runx2和Osterix表達，進而上調(diào)骨鈣蛋白、硬化蛋白、ALP在介導鈣化的脈管系統(tǒng)中表達[4]，參與血管鈣化。PTH可增加BMP2和BMP4表達，從而促進內(nèi)皮細胞的成骨細胞分化[5]，參與血管鈣化。有研究發(fā)現(xiàn)，SGK1是血管鈣化的關鍵調(diào)節(jié)因子，鈣化條件下可在VSMCs中表達上調(diào)。在原代人主動脈VSMCs中，組成型活性SGK1過度表達，可誘導核轉位并增加NF-κB轉錄活性，使骨或軟骨形成轉分化，參與血管鈣化。SGK1的遺傳缺陷、沉默、藥理學抑制，可消除磷酸鹽誘導的VSMCs鈣化和骨或軟骨轉分化[6]。Steubl等[7]發(fā)現(xiàn)，隨著腎小球濾過率下降，Cat S和炎癥相關內(nèi)皮功能障礙的標志物增加，表明Cat S活性隨CKD進展而增強。研究發(fā)現(xiàn)，Cat S通過彈性蛋白的分裂和生成生物活性彈性蛋白肽，促進心血管炎癥和鈣化，提示其可能是CKD患者預防心血管并發(fā)癥的治療靶點。在CKD小鼠中研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1是一種參與炎癥、主動脈鈣化的DNA結合蛋白，可通過Wnt/β連環(huán)蛋白(β-catenin)通路促進主動脈鈣化[8]。

4 內(nèi)源性鈣化抑因子與血管鈣化

在CKD患者中，某些內(nèi)源性鈣化抑制因子減少也是導致血管鈣化的重要原因，如胎球蛋白A、焦磷酸鹽、脫嘌呤脫嘧啶核酸內(nèi)切酶1/氧化還原因子1(APE1/Ref-1)、FTI-277、維生素K依賴性基質(zhì)Gla蛋白(MGP)、Fibulin-3等。

研究發(fā)現(xiàn)，胎球蛋白A可通過抑制磷酸鈣的形成和沉積來抑制血管鈣化[9]。Hofmann Bowman等[10]認為，血管鈣化是焦磷酸鹽調(diào)節(jié)改變的結果。在生理條件下，血管壁中的磷酸鈣沉積物可引發(fā)鈣化，焦磷酸鹽可阻斷這些晶體的產(chǎn)生，從而抑制血管鈣化。APE1/Ref-1是一種多功能蛋白，其可通過氧化還原來抑制成骨細胞分化和減少氧化應激，對磷酸鹽誘導的血管鈣化起抑制作用[11]。研究表明，F(xiàn)TI-277在體外可顯著抑制VSMCs磷酸鹽誘導的礦物質(zhì)沉積，阻止VSMCs成骨分化并增加MGP mRNA表達；維持高水平的PI3K可激活下游Akt信號傳導并抑制β糖蛋白誘導的VSMCs礦化，而FTI-277通過激活PI3K/Akt信號傳導來阻止VSMCs的成骨分化和礦化[12]。Fibulin-3是一種在血管系統(tǒng)廣泛表達的細胞外基質(zhì)蛋白，可抑制血管氧化和血管高壓力的重塑。在原代人主動脈平滑肌細胞中添加Fibulin-3，成纖維細胞和軟骨形成標志物MSX2、CBFA1、SOX9和組織非特異性堿性磷酸酶(ALPL)均降低，表明Fibulin-3可以減輕制原代人主動脈平滑肌細胞中鈣沉積[13]，提示Fibulin-3可抑制血管鈣化。

5 氧化應激與血管鈣化

氧化應激是一種誘導VSMCs成骨、軟骨細胞轉分化的重要介質(zhì)，在CKD患者中磷酸鹽、高級糖基化終產(chǎn)物(AGE)、缺氧誘導因子1α(HIF-1α)、miR-210均參與氧化應激過程。

磷酸鹽處理原代人主動脈平滑肌細胞后，細胞中氧化應激的下游效應子PAI-1、MMP2、MMP9以及Bax/Bcl-2表達增加[13]，從而促進血管鈣化。Kay等[14]研究發(fā)現(xiàn)，AGE-晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)軸通過煙酰胺腺嘌呤核苷酸磷酸氧化酶1(Nox1)加速ROS產(chǎn)生，以增強VSMCs中的氧化應激促進血管鈣化。HIF-1α是缺氧期間的主要因子之一，而丙酮酸脫氫酶激酶4(PDK4)是細胞代謝轉變中重要的線粒體基質(zhì)酶。研究發(fā)現(xiàn)，AGE暴露后，兩種重要的HIF-1α調(diào)節(jié)基因血管內(nèi)皮生長因子A和葡萄糖轉運蛋白1顯著增加。HIF-1α的穩(wěn)定化或核轉位增加了PDK4的表達，而PDK4抑制可減弱AGE誘導的VSMCs鈣化，故AGE可部分通過HIF-1α/PDK4途徑加速血管鈣化[15]。miR-210被證實在血管鈣化組織中表達降低，外泌體miR-210可減少內(nèi)皮細胞中ROS的產(chǎn)生[16]，提示miR-210可通過調(diào)節(jié)ROS產(chǎn)生參與血管鈣化。

6 成纖維生長因子23(FGF23)/Klotho與血管鈣化

FGF23由骨細胞、成骨細胞合成,其生理作用是抑制腎臟對磷重吸收、減少活性維生素D分泌、刺激炎癥因子產(chǎn)物升高。Klotho蛋白可抑制骨或軟骨細胞分化、減少磷酸鹽攝取，以防止VSMCs發(fā)生血管鈣化。早在CKD 1期Klotho即出現(xiàn)表達減少，并隨CKD的進展持續(xù)降低。FGF23可被降解為N末端和C末端，N末端與FGF23受體(FGFR)結合，C末端為FGF23與Klotho蛋白結合并產(chǎn)生下游信號的部位。體內(nèi)外研究均表明，F(xiàn)GF23可以通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路作用于甲狀旁腺而抑制PTH分泌[17]。另外，Klotho可通過細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶通路磷酸化以增強FGF23的功能[18]。

7 外泌體與血管鈣化

外泌體廣泛存在于體液中，含有細胞因子、脂質(zhì)、mRNA、miRNAs等，它們可參與細胞間運輸并介導細胞間通訊。胞外囊泡富含miR-143/145，這種miRNAs通過外泌體轉運可以調(diào)節(jié)VSMCs的分化，從而導致血管鈣化期間初始表型轉變[19]。細胞間通訊是血管鈣化發(fā)生的關鍵機制，最近研究發(fā)現(xiàn)外泌體在細胞間傳遞信息方面起重要作用[20]。外泌體可介導細胞之間的信息傳遞，據(jù)報道這依賴于細胞肝素硫酸鹽蛋白聚糖(HSPG)[21]。細胞外基質(zhì)中HSPG表達減少使細胞表面暴露HSPG，進一步介導BMP2內(nèi)化，以增強成肌細胞的成骨表型轉換[22]。外泌體中的miRNAs可通過上調(diào)轉錄因子2(Runx2)表達和激活信號通路如Wnt/β-catenin來增加成骨表型轉變[23]，使血管鈣化。

8 自噬與血管鈣化

自噬是一種內(nèi)源性保護性反應。有研究表明，雷帕霉素可減少主動脈和小鼠VSMCs中Runx2的轉錄水平，增加小鼠VSMCs中α平滑肌肌動蛋白和平滑肌22α轉錄水平，從而增強自噬抑制小鼠VSMCs的成骨轉分化，使鈣化減少[24]，可為血管鈣化的治療提供新思路。

9 炎癥與血管鈣化

巨噬細胞分泌的炎性細胞因子可調(diào)節(jié)血管鈣化,巨噬細胞在鈣化區(qū)域被募集和激活可以初始化礦物質(zhì)沉積。TNF-α是Msx2-Wnt信號激活VSMCs成骨過程的關鍵細胞因子，主要由單核細胞/巨噬細胞釋放。研究發(fā)現(xiàn)，RANKL受體激活劑可增加巨噬細胞釋放特異性細胞因子IL-6，促進VSMCs的表型轉變[25]，有助于礦物質(zhì)沉積，參與血管鈣化。

綜上所述，高磷血癥、維生素D水平、繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進、慢性炎癥、氧化應激、促鈣化因子和鈣化抑制因子失衡、細胞間通訊、自噬等均通過不同的通路參與血管鈣化。CKD血管鈣化產(chǎn)生的機制及影響因素眾多，有關鈣化機制仍需進一步研究，從而早期診斷CKD患者心血管鈣化、及時干預并延緩病程進展、減少其合并心血管鈣化的患病率，為提高CKD患者生活質(zhì)量、生存率提供科學依據(jù)，為CKD患者心血管疾病的防治提供新思路。