炎症、氧化应激与终末期肾病血管钙化

杜亚琴，李 怡，王 莉,△

(1.川北医学院肾脏病研究所，四川 南充 637000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院肾脏内科，四川 成都 610072)

炎症、氧化应激与终末期肾病血管钙化

杜亚琴1，2，李 怡2，王 莉2,△

(1.川北医学院肾脏病研究所，四川 南充 637000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院肾脏内科，四川 成都 610072)

心血管疾病是慢性肾病常见的并发症，是导致患者死亡的首要因素，而血管钙化是心血管事件发生率和死亡率增加的重要危险因素。前期研究已证明炎症、氧化应激可导致综末期肾病血管钙化，本文主要阐述炎症、氧化应激与血管钙化的关系以及一些治疗策略。

炎症；氧化应激；终末期肾病；抗氧化因子相关因子2

心血管疾病是慢性肾病常见的并发症，也是导致患者死亡的首要因素，血管钙化是心血管事件发生率和死亡率增加的重要危险因素。既往研究表明高血压、糖尿病、脂质代谢紊乱、甲状旁腺功能亢进是引起血管钙化的危险因素，目前已有研究发现高磷通过线粒体产生过多的活性氧(ROS)激活核因子-κB(NFκB)介导血管钙化，因此本文将阐述炎症、氧化应激与终末期肾病血管钙化的关系。

1 钙化分类

典型异位钙化以羟基磷灰石形式存在，以钙化的部位不同，可分为以下几种：①血管内膜：羟基磷灰石钙结晶以斑片状沉积，脂质代谢异常、炎症参与，涉及内膜增生和炎性细胞浸润，血管管腔狭窄，最终阻塞。②血管中膜：羟基磷灰石晶体钙线性沉积，弥散整个中膜，脂质沉积及炎症细胞浸润不参与其病变。③心脏瓣膜：心脏瓣膜纤维退行性变及瓣膜钙盐沉积。④钙化防御(钙性尿毒症性小动脉病)：是比较特殊的血管钙化，属于中膜钙化的一种，主要见于尿毒症继发性甲状旁腺功能亢进症。然而在慢性肾脏病(CKD)动脉硬化中内膜钙化和中膜钙化常可并存[1]。

2 血管钙化机制

既往认为血管钙化的发生是由血钙磷过饱和所致的一个被动过程，现认为其是一种类似骨与软骨形成的主动过程，它涉及一些骨相关蛋白的表达[2]。血管钙化可能存在以下机制：①血管平滑肌细胞的表型改变：高磷刺激血管平滑肌细胞在核心结合因子α1(Runx2)的影响下转化成软骨样或骨样细胞，成骨细胞特异性的I型胶原蛋白、骨形成蛋白(BMP2)、碱性磷酸酶(ALP)及成骨细胞特异性转录因子Cbfa1表达上调。②血管平滑肌细胞的凋亡：最主要特征是细胞表型发生转变，基质小泡的出现是细胞表型发生转变的重要特征[3]，研究提示[4]凋亡的血管平滑肌细胞(VSMCs)释放凋亡小体，其富含钙与膜结合的小泡，它类似软骨细胞释放的基质小泡。Dai等[5]研究表明，高磷本身可以通过促进线粒体超氧阴离子产生，进而引起VSMCs 发生自噬，而抑制自噬后，显著增加高磷诱导的基质小泡的释放，而加速血管钙化的发生和发展。③血管钙化抑制物减少：胎球蛋白A(Fetuin)、基质Gla蛋白(matrix-Gla-protein，MGP)、骨形成蛋白7(BMP-7)、焦磷酸盐、OPG/RANK/RANKL系统等能抑制血管钙化的分子减少。

3 炎症、氧化应激与血管钙化的关系

目前发现多种机制参与血管壁钙盐沉积[6]，近年来炎症、氧化应激在血管钙化中的作用越来越受到重视。

3.1 炎症与血管钙化 慢性炎症在终末期肾病中普遍存在，在动脉粥样硬化中，浸润的巨噬细胞或者是T淋巴细胞产生促炎症因子，诱发平滑肌细胞(SMC)凋亡，转分化为成软骨细胞。Jing等[7]已发现炎症阻碍低密度脂蛋白途径，增加BMP2、I型胶原蛋白的表达，而加速透析患者血管钙化及动脉粥样硬化。因此炎症因子如肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素6(IL-6)、转录生长因子β(TGF-β)在血管钙化中起着重要作用。

3.1.1 TNF-α与血管钙化 TNF-α作为一个多效应分子，在细菌感染、细胞外基质损伤时巨噬细胞可分泌。目前Yin等[8]研究表明TNF-α通过cAMP途径促进钙化，此外TNF-α也可通过NFκB促进钙化，而TNF-α可以介导IκBα磷酸化及降解，激活NFκBp65核转位。此外TNF-α激活NFκB还可使不稳定因子tristetraprolin (TTP)表达增加，最终使ANKH、焦磷酸分泌减少，促进由磷介导的血管钙化。Hye-Lim等[9]发现TNF-α可通过激活NFκB使Msx2表达增加，而TNF-α并不直接引起ALP表达升高，只在当Msx2过表达的时可使ALP表达增加，使血管平滑肌钙化。此外Al-Aly等[10]研究显示在2型糖尿病的动物模型中，TNF-α诱导Msx2，Msx2通过Wnt信号形成成骨环境促进心瓣膜和血管中膜钙化。

3.1.2 IL6与血管钙化 IL6通过与细胞表面的I型分子组成的IL6配体结合，使STAT3磷酸化、激活ALP，使CVCs经历成骨细胞分化[11]。Deuell等[12]发现骨髓来源的巨噬细胞与SMC在磷诱导的培养基条件下共同孵育并给予巨噬细胞集落因子(M-CSF)、RANKL后平滑肌钙化程度加重，给予M-CSF、RANKL处理后IL6及TNF-α水平升高，抑制IL6、TNF-α后检测到血管平滑肌钙化减轻。Callegari等[13]发现在骨保护素(OPG)缺乏的ApoE小鼠，RANKL可使MGP表达降低、骨桥蛋白(OPN)表达升高，IL6水平升高。同时也发现IL6自身可引起诱导OPG缺乏的血管平滑肌钙化。此外IL6能促进C反应蛋白(CRP)的表达，因CRP可减少内皮型一氧化氮和酶(eNOS)的表达而促进钙化。

3.1.3 TGF-β与血管钙化 TGF-β家族包括TGFβ1、2、3，活化素、TGF蛋白如BMP等，一系列TGFβ分子在自身免疫、血管疾病中起着重要作用。TGFβ与其跨膜受体结合后发挥作用，两个I、II型丝氨酸/苏氨酸激酶受体与其结合。I型受体包括ALK1-ALK7，II型受体包括活化素受体(ActRIIA、ActRIIB)、骨形态发生蛋白II型受体(BMPRII)、TGFβII 型受体(TGFβRII)、(AMHRII)，当配体与受体结合后I受体被II型受体磷酸化，被磷酸化的I型受体管理Smad2、3，结合共同介质受体Smad4形成RSmad(受体激活型)/CoSmad转运至细胞核，通过与DNA上的smad结合元件结合，激活特定的靶基因。已有研究显示II型受体中TGFβII型受体突变与动脉粥样硬化及血管细胞的狭窄相关。

3.2 氧化应激与血管钙化

3.2.1 氧化应激 氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，高活性分子如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，而导致的细胞、组织的损伤。正常情况下机体中的超氧化物歧化酶(SOD)、醌氧化还原酶(NQO-1)等能将ROS清除。但终末期肾病患者的尿素、晚期糖基化终末产物等毒素引起活性氧自由基的生成增加，超过其抗氧化系统的防御能力时[14]引起ROS的蓄积引起细胞及组织的损伤。

3.2.2 氧化应激的产生 EL ASSar等[15]认为在机体内NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶、非偶联的一氧化氮合酶、线粒体呼吸链是体内ROS产生的主要途径。NADPH酶(NOX)作为一种跨膜蛋白把电子从胞质的NADPH转移致分子氧形成过氧化物。NOX有7种不同亚型，产生过氧化物是位于血管平滑肌上的有NOX1、2、4。在正常情况下一氧化氮合酶(NOS)可促进L-精氨酸变成L-瓜氨酸，并产生一氧化氮(NO)。当内生型一氧化氮合酶(eNOS)二聚体、L-精氨酸、四氢生物蝶呤缺乏时，eNOS产生过氧化物。而线粒体呼吸链产生过氧化物是在线粒体电子传输过程中的电子逃逸，它主要位于呼吸链复合酶I和III。

3.2.3 氧化应激的危害 近年研究证实氧化应激在激活血管相关成骨基因调控程序中的重要作用，Byon等[16]发现ROS可以促进VSMC由收缩型向成骨细胞的表型转换，并且上调调控成骨细胞分化的转录因子Runx2的表达而导致血管钙化。此外ROS能激活p38MApK，引起IKKβ磷酸化，进而降解IκBα，NFκB的P50核定位信号、P56DNA结合位点暴露后使NFκB发生核移位，与靶基因结合促进基因转录、表达。同时也发现外源性过氧化氢(0.1～0.4 mmol/L)可通过IP3/AKT途径促进Msx2和cbfa1的表达，从而促进平滑肌细胞表达ALP向成骨细胞转化，抑制AKT信号后可阻断RUNX2、cbfa1的表达和血管钙化，而抑制EPK信号途径后血管钙化未能改善。

4 血管钙化的治疗

4.1 针对炎症的治疗 NFκB作为一种炎症介质，激活后的NFκB可诱导一系列分子参与血管钙化，Wang等[17]用AGEs介导的NFκB引起的血管钙化，使用NFκB抑制剂-吡咯烷二硫代甲酸胺(PDTC)后钙化被抑制。

4.2 针对氧化应激的治疗 流行病学及临床资料表明传统因素如糖尿病、高血压、高同型半胱氨酸血症[18]、高脂血症[19]等是终末期肾病及心血管事件的危险因素。既往应用维生素C、维生素E等物质治疗终末期肾病及心血管疾病未取得预想结果。近年来发现的一种核转录因子抗氧化因子相关因子2(Nrf2)，被认为是机体在对抗细胞氧化应激反应后的重要因子。

4.2.1 Nrf2 Nrf2是CNC碱性亮氨酸拉链结构家族的转录分子[20]，Nrf2在小鼠和人类的组织中广泛存在，生理条件下Nrf2以非活性状态通过其Neh2区域中的DLG基序和ETGE基序与二聚体存在的Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)的 Kelch结构域结合，被瞄定在细胞质中。而Keap1通过其BTB/POZ结构域结合Cul3(cullin 3)-依赖的E3泛素连接酶，通过26S蛋白酶使Nrf2通过泛素化而被降解，Nrf2从而以非游离状态处于非活性状态。目前认为Nrf2通过与ARE相结合，Nrf2-ARE信号通路介导下游的II相解毒酶以及抗氧化酶而发挥抗氧化作用，被认为是清除ROS以抗氧化应激最敏感的信号[21]。当机体遭受ROS或亲电物质刺激时，Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(Keap1)的半胱氨酸残基被修饰，Nrf2与Keap1解离。解离后的Nrf2通过Maf蛋白与ARE结合，启动下游II相解毒酶和细胞保护蛋白基因表达[22]。此外Nrf2做为一种转录因子，也可通过结合自身5端的ARE序列，调节自身蛋白的转录活性[23]。如前文所诉泛素可介导Nrf2的降解，但是其也可被Nrf2-ARE通路抑制，形成正反馈维持胞质中Nrf2浓度以便发挥抗氧化的作用。而机体恢复氧化还原平衡后，Nrf2转回胞质中经泛素-蛋白酶体途径降解或通过负反馈调节使其消耗后恢复到正常水平[24]。

4.2.2 Nrf2及Nrf2-ARE下游信号的作用 还原性谷胱甘肽(GSH)可使凋亡调控基因bcl-2蛋白表达上调，bax蛋白表达下调，也可通过清除体内自由基，使bax/bcl-2的比值降低减少细胞凋亡而减轻血管钙化，Nrf2可增加GSH的水平。此外Ha等[25]发现钙磷介导的血管平滑肌细胞Runx2、BMP2升高，而使用Nrf2的激动剂富马酸二甲酯(DMF)可使其表达下降。Nrf2-ARE通路下游的抗氧化蛋白锰超氧化物歧化酶(MnSOD)过表达可通过抑制PKC、NFκB、氨基己糖通路的激活和晚期糖基化终末产物的生成，有效减轻ROS对高糖培养的牛主动脉内皮细胞的氧化应激损害[26]，另外发现AGE修饰的牛血清白蛋白诱导牛主动脉内皮细胞ROS产生，并激活Nrf2依赖的HO-1和NQO1两个抗氧化基因的产生而对抗ROS损害[27]。

综上所述，血管钙化在综末期肾病中普遍存在，炎症及氧化应激诱导血管平滑肌细胞向成骨细胞表型转换，上调成骨细胞分化的转录因子。已有研究发现对抗炎症、氧化应激可减轻血管钙化，但是针对炎症及氧化应激与终末期肾病血管钙化的机制及治疗仍需要更多的研究。

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Inflammation，oxidative stress and vascular calcification in end stage renal diseas

DU Ya-qin1，2，LI Yi2，WANG Li2

国家自然科学基金资助项目(编号：81270828)

R692.5

B

1672-6170(2016)05-0218-04

2016-02-24；

2016-05-24)

△通讯作者