慢性腎臟病血管鈣化機(jī)制的研究進(jìn)展

熊 浩，袁 芳

(中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院 腎內(nèi)科， 湖南 長(zhǎng)沙 410011)

心血管事件是慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)最常見(jiàn)的死亡原因，較高的心血管風(fēng)險(xiǎn)很大程度歸因于血管鈣化。普通的血管鈣化主要包括動(dòng)脈粥樣硬化、心臟瓣膜鈣化、血脂調(diào)節(jié)紊亂、血管炎性損傷等；在CKD患者中，可以觀察到不同于其他基礎(chǔ)疾病患者的一些鈣化危險(xiǎn)因素，包括高磷血癥、高鈣血癥、機(jī)體礦化反應(yīng)增加、維生素D及含鈣制劑的不恰當(dāng)使用，以及接受腎臟替代治療所發(fā)生的一些并發(fā)癥。本文著重闡述了CKD患者血管鈣化的發(fā)生機(jī)制以及當(dāng)前的研究進(jìn)展。

血管鈣化(vascular calcification)是指礦物質(zhì)以多種鈣和磷酸鹽的形式不適當(dāng)?shù)某练e在器官組織內(nèi)，其病理生理可分為兩種形式：內(nèi)膜鈣化和中膜鈣化。內(nèi)膜鈣化主要發(fā)生在血管內(nèi)膜，內(nèi)皮細(xì)胞功能受損(內(nèi)皮細(xì)胞的基本功能包括調(diào)節(jié)血管張力、抗凝、抗血小板和參與纖溶系統(tǒng))，這種鈣化主要和血脂異常相關(guān)，在炎性介質(zhì)的參與下，這一過(guò)程極易發(fā)生斑塊的破裂，導(dǎo)致嚴(yán)重的心血管事件；中膜鈣化主要發(fā)生在血管中層，這一改變主要存在于CKD患者和糖尿病患者中，中膜鈣化是血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell， VSMC)向成骨細(xì)胞樣細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換和局部炎性反應(yīng)的結(jié)果，在礦質(zhì)紊亂下，轉(zhuǎn)化為活躍的綜合表型，這種與彈性蛋白斷裂結(jié)合的VSMC表型變化是中膜鈣化的起點(diǎn)，多種尿毒癥毒素都參與了這個(gè)過(guò)程。雖然CKD患者兩種類型的鈣化都易發(fā)生，但后者在CKD中更為特異。慢性腎臟病礦物質(zhì)-骨代謝異常(chronic kidney disease-mineral and bone disorder,CKD-MBD)的診斷就包括了心血管鈣化的檢測(cè)，且一直被認(rèn)為是CKD的一種危及生命的并發(fā)癥[1]。

1 慢性腎臟病(CKD)患者血管鈣化的發(fā)生機(jī)制

1.1 鈣磷代謝紊亂

CKD的血管鈣化與長(zhǎng)期的高血磷低血鈣這種典型的礦物質(zhì)代謝改變密切相關(guān)。在CKD以及接受透析的患者中，鈣和磷的失調(diào)導(dǎo)致血管壁中礦物質(zhì)沉淀，細(xì)胞在血管壁中主動(dòng)沉積鈣，類似于骨的形成。磷灰石是鈣化血管中主要的晶體成分，暴露在高水平磷酸鹽下的VSMC，誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生骨基質(zhì)蛋白而促進(jìn)鈣化形成。在終末期腎病(end stage renal disease,ESRD)中，極易發(fā)生脫鈣性骨病，誘導(dǎo)VSMC以及內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致微泡(含鈣化物質(zhì))的釋放、加重了血管鈣化的風(fēng)險(xiǎn)。此外，在腎損害的早期，就能發(fā)現(xiàn)血清磷水平的改變，磷的滯留也是CKD-MBD的主要驅(qū)動(dòng)力[2]。

高鈣血癥可以增加血管鈣化的風(fēng)險(xiǎn)，體外證據(jù)強(qiáng)烈支持高鈣會(huì)促進(jìn)VSMC鈣化。兩項(xiàng)關(guān)鍵研究證明，當(dāng)把鈣單獨(dú)加入人VSMC培養(yǎng)基時(shí)，會(huì)促進(jìn)礦化發(fā)生；當(dāng)鈣和磷同時(shí)加入培養(yǎng)基后，會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，加重血管礦化。利用離體血管的進(jìn)一步研究表明，對(duì)于給定的鈣磷產(chǎn)物，血清中鈣的變化比磷的變化更能誘導(dǎo)VSMC鈣化。VSMC細(xì)胞暴露在一定水平的鈣離子濃度下會(huì)導(dǎo)致血管鈣化的抑制因子如：基質(zhì)Gla蛋白(matrix Gla protein,MGP)和胎球蛋白 A(fetuin A)的缺乏(這種缺乏在骨質(zhì)疏松中起關(guān)鍵性作用)，加劇血管鈣化的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 人成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23-Klotho(FGF23-Klotho)軸與礦物質(zhì)代謝

近年來(lái)，在CKD-MBD領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了兩種新的細(xì)胞因子：成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23(fibroblast growth factor 23，F(xiàn)GF23)和Klotho。FGF23是一種成骨細(xì)胞分泌的磷脂類激素，它在骨中產(chǎn)生，并通過(guò)調(diào)節(jié)血清磷酸鹽、甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)和1,25-二羥基維生素D3來(lái)調(diào)控礦物質(zhì)穩(wěn)態(tài)。在CKD患者中，F(xiàn)GF23顯著升高、可溶性Klotho顯著降低，這兩種因子目前是CKD和ESRD患者不良結(jié)局的敏感生物標(biāo)志物。

Klotho是一種膜蛋白，是FGF23的特異性共受體，主要在腎臟和甲狀旁腺中表達(dá)。Klotho 可將經(jīng)典FGF受體轉(zhuǎn)化為FGF23的特異性受體，選擇性地增加FGF受體與FGF23的親和力[3]。在腎臟中，Klotho主要在遠(yuǎn)曲小管中表達(dá)，Klotho基因啟動(dòng)子的甲基化和乙酰化等表觀遺傳過(guò)程可以調(diào)控內(nèi)源性Klotho的表達(dá)。在CKD特殊的病理生理中，當(dāng)血液中累積的毒素(吲哚氧基硫酸鹽或?qū)追恿蛩猁})誘導(dǎo)Klotho的高甲基化時(shí)，會(huì)降低CKD患者Klotho的表達(dá)。此時(shí)，機(jī)體缺乏Klotho，會(huì)表現(xiàn)出高骨化三醇和血管鈣化狀態(tài)。

FGF23水平升高是CKD初期機(jī)體代謝改變的早期生物標(biāo)志物，也是ESRD患者死亡的一個(gè)強(qiáng)有力的預(yù)測(cè)因子。在CKD患者中，F(xiàn)GF23水平的升高也顯示與內(nèi)皮功能障礙和動(dòng)脈硬化相關(guān)。在非CKD人群中，較高的FGF23水平也與心血管事件風(fēng)險(xiǎn)增加獨(dú)立相關(guān)。因此，在腎病患者和普通人群中，F(xiàn)GF23增加是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，并且，這種相關(guān)性在CKD患者中似乎更強(qiáng)[4]。

1.3 血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎性損傷

血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能損害發(fā)生于機(jī)體暴露在糖尿病(diabetes mellitus,DM)、腎功能不全、高血壓、血脂異常、吸煙以及全身炎性反應(yīng)等危險(xiǎn)因素下。在這些危險(xiǎn)因素下，內(nèi)皮細(xì)胞的損傷增加了對(duì)低密度脂蛋白的通透性，導(dǎo)致富含膽固醇的顆粒滯留在內(nèi)皮下層[5-6]。炎性細(xì)胞刺激血管生成，產(chǎn)生以不穩(wěn)定斑塊為特征的脆弱毛細(xì)血管。在促成骨條件的情況下，遷移的VMSC可分化為軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞樣細(xì)胞，此時(shí)鈣化的發(fā)生，是做為一種屏障來(lái)阻止炎性擴(kuò)散，從而穩(wěn)定血管內(nèi)的斑塊。此外，腎功能減退時(shí)，尿毒癥毒素與炎性損傷相互作用可以直接增加晚期CKD血管鈣化的風(fēng)險(xiǎn)[7]。

在CKD中，經(jīng)常會(huì)觀察到內(nèi)皮功能異常介導(dǎo)的血管舒張功能減退。由于NO合酶活性受損而導(dǎo)致NO生成減少，此時(shí)尿毒癥毒素的積累、磷酸鹽和FGF23水平增加，klotho表達(dá)下調(diào)，導(dǎo)致內(nèi)皮依賴性血管舒張功能受損。在這種情況下NO的生成和信號(hào)傳導(dǎo)減弱，內(nèi)皮細(xì)胞損傷增加[8]，F(xiàn)GF23和高磷酸鹽環(huán)境通過(guò)增加活性氧、降低NO合酶和NO生物利用度直接損害內(nèi)皮依賴性血管[9]。綜上所述，CKD特殊的病理生理增加了炎性反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞成骨通路受損，促進(jìn)VSMC的表型改變，使磷酸鹽進(jìn)入細(xì)胞，加重血管鈣化。

1.4 繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)(secondary hyperpaperthyroidism,SHPT)

CKD患者在晚期常被診斷為SHPT，其特點(diǎn)是甲狀旁腺素合成及分泌過(guò)快，CKD的3個(gè)主要因素(低鈣血癥、高磷血癥、1,25-二羥基維生素D3水平)，被證明與SHPT相關(guān)[10]。在CKD早期，血清磷水平增加，此時(shí)機(jī)體內(nèi)PTH及FGF23的增加來(lái)抵抗血清磷增加，但FGF23水平增加降低了1,25-二羥基維生素D3水平，甲狀旁腺是這一作用的直接靶器官。隨著CKD的進(jìn)展，甲狀旁腺增生，PTH水平增加，過(guò)高和過(guò)低水平的PTH對(duì)骨骼和心血管系統(tǒng)都有不利影響。一些研究試圖從死亡率/發(fā)病率的角度來(lái)確定ESRD患者的最佳PTH水平。在美國(guó)有代表性的超過(guò)40 000例血液透析患者的數(shù)據(jù)庫(kù)中，甲狀旁腺激素水平≥600 pg/mL與相對(duì)死亡風(fēng)險(xiǎn)增加和心血管住院風(fēng)險(xiǎn)增加顯著相關(guān)。骨骼是鈣和磷的主要儲(chǔ)存庫(kù)，繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)導(dǎo)致高轉(zhuǎn)運(yùn)性骨病(hypertransport bone disease,HTBD)，加重鈣磷紊亂，促進(jìn)血管鈣化的發(fā)生[11]。

1.5 其他相關(guān)因子的作用

基質(zhì)Gla蛋白(MGP)，主要由軟骨中的軟骨細(xì)胞和VSMC合成。MGP因維生素D缺乏(在CKD患者中常見(jiàn))而下調(diào)，且MGP活化需要γ-羧基化。維生素K是這種γ-羧基化的輔因子，但CKD患者會(huì)反復(fù)出現(xiàn)低維生素K水平。越來(lái)越多的證據(jù)表明，補(bǔ)充維生素K，激活MGP途徑，可以一定程度上抑制鈣化的發(fā)生[12]。目前維生素K在CKD患者中預(yù)防血管鈣化的臨床試驗(yàn)也正在進(jìn)行中[13]。

鈣蛋白顆粒(calciprotein particles,CPPs)，是一種磷灰石晶體結(jié)合形成的可溶性膠體。隨著礦物質(zhì)利用率的增加，幾個(gè)主要的CPPs進(jìn)行拓?fù)渲亟M，形成次級(jí)CPPs，這些次級(jí)CPPs可導(dǎo)致炎性反應(yīng)并促進(jìn)VSMC的成骨分化。證據(jù)表明，CPPs可誘導(dǎo)VSMC鈣化和內(nèi)膜增生，CPPs水平升高與主動(dòng)脈僵硬度增加有關(guān)[14]。原發(fā)性到繼發(fā)性CPPs的轉(zhuǎn)換被用作礦物質(zhì)壓力增加和血清鈣化抑制力降低的指標(biāo)。T50的增加(原發(fā)性CPPs向次級(jí)CPPs轉(zhuǎn)化50%所需的時(shí)間)與血清磷酸鹽呈負(fù)相關(guān)，并與鈣化抑制劑水平呈正相關(guān)。已證明T50試驗(yàn)可預(yù)測(cè)CKD以及接受透析患者的心血管和全因病死率[15]。

胎球蛋白A(fetuin A)，是一種由肝臟產(chǎn)生帶負(fù)電荷的高分子蛋白質(zhì)，是羥基磷灰石形成的鈣化抑制劑。與循環(huán)中其他帶負(fù)電荷的高分子質(zhì)量蛋白相比，胎球蛋白A抑制鈣化的效力最高。在高磷酸鹽飲食的CKD動(dòng)物模型中，胎球蛋白A通過(guò)與阻止晶體生長(zhǎng)的礦物質(zhì)相互作用，保護(hù)機(jī)體免受廣泛器官和動(dòng)脈鈣化的影響[16]。在CKD的微炎性反應(yīng)狀態(tài)下，胎球蛋白A的合成和分泌受到抑制，對(duì)鈣化的抑制減弱。胎球蛋白A與血管鈣化機(jī)制的研究也為防治血管鈣化提供了新的思路。

除上述因子作用外，維生素D、激活素-α、骨保護(hù)素(osterprotegerin,OPG)、焦磷酸鹽(pyrophosphate)等都在CKD人群中參與了血管鈣化的發(fā)生，近年來(lái)，關(guān)于在干細(xì)胞領(lǐng)域也有關(guān)于CKD血管鈣化的研究，外源性輸注干細(xì)胞對(duì)腎功能有保護(hù)作用，并且可以延緩鈣化，這有望成為新的研究熱點(diǎn)[17]。

2 慢性腎臟病(CKD)患者血管鈣化的評(píng)估

CKD心血管鈣化的評(píng)估方法有多種,多排螺旋CT或多層螺旋CT(MDCT/MSCT)是判斷冠狀動(dòng)脈鈣化或主動(dòng)脈鈣化負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)方法。具體是采用Agaston評(píng)分，通過(guò)將掃描的每個(gè)鈣化點(diǎn)的面積乘以密度因子得到每個(gè)鈣化點(diǎn)的鈣化評(píng)分，密度因子是根據(jù)Hounsfield單位測(cè)量的斑點(diǎn)內(nèi)的最高衰減值而分配的。將所有鈣化點(diǎn)的分?jǐn)?shù)相加得到總鈣分。冠狀動(dòng)脈鈣化的嚴(yán)重程度可根據(jù)總鈣分進(jìn)行分級(jí)，得分>400表示“嚴(yán)重鈣化”，101～400分表示“中度鈣化”，11～100分“輕度鈣化”，1～10分“輕微鈣化”，0分表示“無(wú)鈣化”。此外還有包括血管超聲和光學(xué)相干斷層掃描在內(nèi)的其他技術(shù)也已用于評(píng)估血管鈣化[18]。

3 慢性腎臟病(CKD)患者血管鈣化的防治

CKD或ESRD患者，作為心血管事件發(fā)生的高危人群，預(yù)防和治療可能會(huì)發(fā)生鈣化的血管是改善患者心血管事件發(fā)生率以及病死率的重要措施。目前治療包括：應(yīng)用活性維生素D和維生素D衍生物治療對(duì)于控制血清鈣磷水平和甲狀旁腺素都有明顯效果；擬鈣劑可以通過(guò)提高鈣敏感受體的敏感性，改善機(jī)體炎性反應(yīng)、減輕內(nèi)皮細(xì)胞損傷，從而降低PTH水平，并改善血清中鈣和磷酸鹽的水平來(lái)達(dá)到改善鈣化的作用[19-20]。并且，鈣劑與活性維生素D聯(lián)用，可以更好地治療CKD患者繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)，減少因甲狀旁腺功能亢進(jìn)而需要手術(shù)的可能，降低骨折的風(fēng)險(xiǎn)[21]。未來(lái)，隨著對(duì) CKD患者血管鈣化機(jī)制的進(jìn)一步研究，可能會(huì)出現(xiàn)新的血管鈣化的治療方法。

4 問(wèn)題與展望

關(guān)于CKD血管鈣化，現(xiàn)有研究成果不能完全解釋其機(jī)制，仍缺乏突破性進(jìn)展。在臨床上發(fā)現(xiàn)血管鈣化時(shí)患者大多已經(jīng)處于CKD晚期，尚未有關(guān)于在CKD早期對(duì)鈣化進(jìn)行干預(yù)對(duì)措施。目前已被證實(shí)的治療策略也都傾向于晚期對(duì)鈣化的控制及緩解，除上述預(yù)防和干預(yù)血管鈣化的措施以外，顯然還需控制鈣化的其他危險(xiǎn)因素。目前，鎂療法、結(jié)晶抑制劑、激活素A配體、雙磷酸鹽和維生素K等方法也正在研究中[22]。因此進(jìn)一步研究CKD血管鈣化的機(jī)制，為CKD及ESRD患者降低血管鈣化的發(fā)生率，減少心血管事件的發(fā)生，提供更多的潛在的治療靶點(diǎn)。