维生素K与慢性肾脏病患者的血管钙化

王泰娜 综述 龚德华 审校

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维生素K与慢性肾脏病患者的血管钙化

王泰娜 综述 龚德华 审校

心血管疾病（CVD）是慢性肾脏病尤其是透析人群中的第一位死亡原因，血管钙化在CVD发生发展的过程中起了重要作用。维生素K依赖蛋白有抑制血管钙化的作用，维生素K作为辅因子在其中担任了重要角色，缺乏维生素K会导致严重的血管钙化，补充后能减轻甚至逆转钙化。本文简要介绍维生素K参与血管钙化的过程和临床应用维生素K的意义。

慢性肾脏病 维生素K 谷氨酸基质蛋白 血管钙化

尽管近年医疗技术水平大幅提高，但慢性肾脏病（CKD）患者的死亡率仍居高不下，其死亡首要原因是心血管疾病（CVD）［1，2］。除传统的危险因素外，血管钙化作为一个非常重要的独立危险因素近年来为人们所关注，尤其是透析患者，其血管钙化的出现和进展明显加剧［3］；心血管事件死亡率比健康人群高20倍，且60%～80%透析患者都有严重血管钙化［4］。对于钙化发生的确切机制目前尚不清楚，除与CKD患者体内矿物质代谢紊乱（如高血磷和高血钙等）因素相关外，其他一些因素亦发挥重要作用［5，6］，其中维生素K是近年来被逐渐认知的一个重要因素。本文拟就维生素K与CKD患者的血管钙化关系做一综述。

血管钙化发生的基本过程

钙化主要发生于动脉的中膜及内膜层［4］，目前认为其基本过程如下：血管平滑肌细胞（VSMCs）去分化后进一步转分化为骨样或软骨样细胞，形成细胞外胶原及非胶原蛋白基质层，同时分泌基质囊泡及形成凋亡小体附着于基质层［7］，进一步启动矿化沉积过程。启动转分化的重要步骤是VSMCs表达骨蛋白及成骨细胞分化因子RunX-2／Cbfα1上调，而促平滑肌细胞分化因子myocardin表达下调［8］。与之相关的促进因素除传统心血管危险因素外，CKD患者相关因素包括甲状旁腺激素（PTH）、PTH相关多肽、骨化三醇、糖基化终末产物、脂质紊乱、同型半胱氨酸、瘦素-N3-脂肪酸及过量的钙磷。但临床发现，相当部分透析患者即使存在与其他患者相当的危险因素，在随访过程中并未发生血管钙化。Alam等［9］进一步研究发现，机体存在多种保护性机制，即钙化抑制因子，以防止正常情况下钙化的发生。目前甚至认为，CKD患者钙化的发生，并不是促进因素导致，而是由抑制因子调节。已发现的钙化抑制因子包括胎球蛋白A（Fetuin-A）、焦磷酸盐、骨保护素及基质-γ-羧基谷氨酸蛋白（MGP）［10］。其中MGP在钙化抑制过程中发挥重要了作用，而维生素K则通过影响MGP起作用。

维生素K依赖蛋白

MGP是一种主要的维生素K依赖蛋白，由破骨细胞、软骨细胞和动脉中膜VSMCs产生并分泌，分子量约10 kD［11］，存在于动脉壁并调节组织矿化过程［12］。MGP包括无活化形式即未羧化的 MGP（ucMGP）和有生物活性的羧化MGP（cMGP）。最早报道MGP在钙化中作用的是1997年的一项研究，Luo等［13］通过敲除小鼠的MGP基因（MGP-／-）可导致致命性严重血管钙化，MGP-／-的小鼠完全不表达MGP，致使骨矿化紊乱，所有的小鼠在出生8周后因动脉钙化严重导致血管破裂而全部死亡，MGP-／-的小鼠在动脉VSMCs上重新表达MGP后，动脉钙化程度明显好转。MGP转录后合成的前体存在5个谷氨酸残基，需在维生素K作用下进行γ-谷氨酰羧基化后才具有生物学活性（ucMGP→cMGP），因此维生素K是影响其活性的重要因素。

MGP预防动脉钙化的具体机制不是很清楚。人类编码MGP的基因突变引起Keutel综合征，主要表现为异常软骨钙化和外周肺动脉狭窄［14］；Shanahan等［15］研究显示糖尿病患者的动脉血管中MGP水平低于健康人群，提示低水平的MGP易导致血管钙化。在健康的血管和钙化血管中，MGP的存在形式是不同的：在动物和人类的实验中，ucMGP存在于钙化的血管中；而cMGP存在于完整的血管壁中［16］。在动脉粥样硬化和钙化血管中ucMGP积聚，然而在这些血管中几乎检测不到cMGP；在无钙化、脂质沉积或巨噬细胞浸润的正常动脉中，全部MGP主要沿弹性纤维沉积，在这个阶段几乎没有ucMGP的存在，相反，在粥样硬化的血管中，则主要是ucMGP。血管发生钙化时，VSMC不断产生MGP抑制钙化进展，但是只有cMGP起抑制作用。当维生素K缺乏时，随着MGP的不断增多，ucMGP不断积累，所以在血管钙化初始阶段ucMGP越高，与血管钙化发生越密切。

生长停滞特异性基因产物6（GAS6）是另一种维生素K依赖的钙化抑制因子。GAS6也依赖谷氨酸残基的羧化作用获得生物活性，活化后的GAS6抑制VSMCs的凋亡［17］，因为凋亡的VSMCs可作为钙磷沉积的病灶。当使用维生素K抑制剂华法林后，GAS6不再磷酸化其受体Ax1，从而阻滞了GAS6的信号传导［18］，因此凋亡的 VSMCs增加，VSMCs的钙化也增加。此外，GAS6不但影响凋亡，而且影响炎症反应和血栓形成［19］。然而，降低GAS6的生物活性促使钙化发生的具体机制在体内还不是很清楚。

维生素K与MGP及血管钙化

天然维生素K为脂溶性，包括维生素K1（叶绿醌，来源于植物，菠菜、花椰菜中含量丰富），维生素K2（甲萘醌，由动物肠道细菌合成，肝内含量丰富）；人工合成的水溶性维生素K包括维生素K3（亚硫酸氢钠甲萘醌）及K4（乙酰甲萘醌）。维生素K1在肝脏凝血因子的活化中起最重要的作用，而维生素K2则在肝外组织如血管壁的蛋白合成中起作用，由于维生素K2半衰期比K1长，因此，从饮食范围考虑，维生素K2似乎比K1有更明确的好处。实际上补充维生素K1和K2都是有益的，因为维生素K1可转化成K2。正常情况下，维生素K存在再循环，使其不需要从饮食中过多摄取，但其循环途径可被双香豆素类（如华法林）抑制［20］。

CKD患者尤其是透析患者体内维生素K的量不足［21］。可能的原因有：（1）维生素K依赖蛋白不断抑制血管钙化过程，维生素K作为辅因子其需求也大大提高，致使体内维生素K相对不足；（2）维生素K为脂溶性，易与蛋白结合，所以很难被透析清除，因此CKD尤其是透析患者的维生素K不足主要是由于饮食的控制［22］，因他们主要是低磷低钾饮食，而这些食物往往富含维生素 K；（3）磷结合剂——司维拉姆的使用会加速血管钙化的过程［23］，可能的解释是其不但结合磷也结合体内的脂溶性维生素，但是因其样本量不足，结果可靠性有待验证。

哺乳动物体内，在γ谷氨酸羧化反应的细胞代谢途径中，维生素K作为氧化反应的一部分，不管是维生素K1还是维生素K2都催化维生素K依赖蛋白［凝血因子、骨钙素（OC）及MGP］的羧基化使其变成有生物活性的形式，MGP其末端丙氨酸残基可经依赖于维生素K的γ谷氨酸羧化酶羧化为谷氨酸获得生物活性，从而限制血管钙化［12］。CKD患者体内的毒素环境导致VSMCs功能异常和凋亡，其中的内容物反过来又作用于自身，形成恶性循环，凋亡的VSMCs不但为磷灰石的沉积提供了病灶而且降低了MGP抑制血管钙化的作用［24］，加之CKD患者维生素K的缺乏，不管VSMC正常与否，羧化过程都不能进行，钙化的血管失去其原有的功能，从而发展成严重的CVD。

维生素K与血管钙化的研究进展

维生素K在血管钙化中的作用在研究中不断得到证实，它的补充可以明显影响钙化程度。一个关于老年人横断面研究中，较低的血浆维生素K1与高水平的冠状动脉钙化有关［25］；在一个有7 200例女性参加的试验中，大剂量补充维生素K后，髋骨骨折的风险明显降低［26］；在鹿特丹的一个大型试验中发现，低维生素K摄入与严重的主动脉钙化和高死亡率有关［27］；100例绝经期妇女参与的临床试验中，维生素K1补充3年后，血管顺应性、扩张性、内膜厚度的结果均优于对照组［7］；透析患者每天补充45 mg维生素K2 12月后，血浆中羧化的OC在1月内明显上升［28］；在动物实验中，治疗性维生素K2的补充减轻了血管钙化，但是还未在人类中得到验证［29］；然而在一个有50例透析患者的初步试验中，结果显示每天补充维生素K2 360μg可以使cMGP和OC含量明显上升［30］。在最近的一个实验中Schurgers等［25］研究是否日常摄入维生素K2会提高CKD 5期患者中维生素K依赖蛋白的生物活性，检测循环的未磷酸化-未羧化的MGP（dp-ucMGP），未羧化的骨钙素（ucOC），未羧化的凝血素（ucFⅡ）来代表UcMGP，仅仅6周的维生素K2的补充使dp-ucMGP、ucOC、ucFⅡ含量明显下降。然而维生素K的补充并不总能对血管钙化起改善作用，弹性假黄瘤病（PXE）是一种遗传性疾病，ABCC6基因突变，不能编码ATP驱动的有机阴离子转运家族蛋白，主要特点是皮肤、眼和血管的钙化，大剂量的维生素K的补充并不能阻止钙化发展亦不能延缓疾病的进展［31］。

双香豆素类药物（如华法林）是维生素K抑制剂，且经常作为抗凝剂在透析患者中使用，华法林的应用从反面证实了维生素K在血管钙化中的作用，很多研究证实华法林的使用与瓣膜钙化和尿毒症患者CVD有关。华法林处理后的小鼠动脉很快形成钙化损伤，ucMGP在其中大量积累；Price等［32］用维生素D和华法林诱导小鼠动脉钙化，通过蛋白测序测得钙化位点积累的 MGP是未充分活化的，仅cMGP有抑制钙化的作用；而且用华法林的患者主动脉瓣和冠脉钙化的发生显著提高，流行病学研究认为华法林的应用是发生钙化防御的一个独立危险因素；在无CKD的动物实验中，超治疗剂量［300 mg／（kg·d）］的华法林和应用适量维生素K1（1.5 mg／100g维持正常的凝血功能）后发展成的动脉钙化，通过富含维生素K1或K2的饮食后钙化可以被逆转［33，34］。McCabe等［12］研究发现使用华法林后明显提高了CKD动物模型的血管钙化程度，但是当予实验动物大剂量维生素K后，尽管实验动物有高磷血症，其血管钙化的进展得到减缓并且与没有CKD的实验动物相比组织中的钙也得到恢复。这是目前第一个证明治疗剂量［0.08～0.3mg／（kg·d）］的华法林在CKD存在时加速血管钙化的研究。

透析患者中华法林的应用各国不同，德国、西班牙、日本的使用＜5%，美国和加拿大分别是26%和37%［35］，我国现阶段华法林的使用比较少，缺乏具体的数据统计。

尚未解决的问题

目前尚未发现能代表维生素K状况的生物标记物，现存问题的关键是如何简单快速的了解体内维生素K的情况。MGP是维生素K依赖蛋白中研究的最多的，虽然检测总体MGP在有些时候是有意义的，但是否循环中总体MGP也能反映体内钙化程度尚有争议，因为只有cMGP对抑制钙化是有意义，所以区分循环中羧化和未羧化MGP是必须的。血浆MGP水平在对照人群中波动范围广，变化的原因可能包括启动子的多态性影响MGP表达和对照人群中亚临床水平动脉粥样硬化和血管钙化，对照人群MGP中位数值比患者人群高，这与日本的一个研究得出的结论一致：冠脉钙化越严重，循环MGP数量越少。

以往对维生素K的检测是基于总体凝血实验，方法虽然简单易行但缺少特异性。维生素K1易受饮食影响并且容易变化，而维生素K2尽管饮食中也存在但因其血浆中含量太少不易检测。未被维生素K羧化的MGP分别的有效成分是ucFⅡ、ucOC及dp-ucMGP，因CKD患者中的继发性甲状旁腺功能亢进有骨的再吸收和未排出的残余OC片段［36］，ucOC不是理想的标记物。dp-ucMGP反映了血管壁中维生素K的情况，最近的一些研究认为其可能是一个相对更佳的生物标记物［21］；当在CKD患者中补充维生素K，即使是非常少的维生素K补充［37］，ucFⅡ量首先发生变化，因此ucFⅡ可能是反映维生素K状况的最敏感指标。现阶段仍需要更多的观察和一些大型的人类试验去建立更精确和可靠的检测指标。

小结：CKD患者绝大部分都有冠状动脉钙化，尤其是进入透析的人群，其血管钙化程度更为严重。明确维生素K在抑制血管钙化中的地位，它的补充将会作为一种新的抑制血管钙化的方法，至少可以改变钙化中的危险因子。这将对提高骨密度，减少骨折发生率和降低心血管死亡率产生巨大意义，然而具体的治疗策略和补充维生素K后可能出现的不良反应仍需要不断地观察和研究。

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Vitam in K and vascular calcification in chronic kidney disease

WANG Taina，GONG Dehua
Research Insitute ofNephrology，Jinling Hospitcal，Nanjing University School ofMedicine，Nanjing 210016，China

Cardiovascular disease is the first important cause of death in chronic kidney disease，especially in hemodialysis，in which vascular calcification（VC）plays a key role in the progression.Vitamin K-dependent protein can inhibit calcification in the arterial，and vitamin K has a vital function as a cofactor.Insufficiency of vitamin K leads to severe VC，while high vitamin K intake resulted in reduced VC significantly.This review is to summarize vitamin K，vascular calcification and its clinical implications.

chronic kidney disease vitamin K Matrix Gla protein vascular calcification

2013-07-26

（本文编辑 心 平）

南京军区南京总医院全军肾脏病研究所（南京，210016）