骨桥蛋白在夹层动脉瘤发生发展过程中的作用

谢楚龙，李 博，朴虎林，王 勇，许日昊*，王维铁

(1.吉林大学第二医院 心血管外科，吉林 长春130041；2.天津市第一中心医院 心血管外科，天津300100)

骨桥蛋白在夹层动脉瘤发生发展过程中的作用

谢楚龙1，李 博1，朴虎林1，王 勇1，许日昊1*，王维铁2

(1.吉林大学第二医院 心血管外科，吉林 长春130041；2.天津市第一中心医院 心血管外科，天津300100)

夹层动脉瘤是指主动脉由于先天或后天因素造成动脉壁正常结构改变，血管内的血液在压力作用下通过内膜破口而进入动脉内膜和中层的假腔内，使动脉壁扩张并延伸。目前研究认为夹层动脉瘤动脉壁的结构改变多与动脉外膜成纤维细胞、中层平滑肌细胞、内膜内皮细胞的改变以及主动脉细胞外基质的变化有关[1]，而这些变化都涉及到骨桥蛋白含量的变化。

1 骨桥蛋白概述

骨桥蛋白(OPN)是一种细胞外基质蛋白，为磷酸化的酸性糖蛋白，是一种非胶原化的有机骨基质，存在于细胞质和细胞核内[2]，因其介导骨组织与骨基质的连接并参与骨基质的矿化与重吸收过程而得名。OPN广泛存在于成人的肌肉、内皮细胞、胎盘、大脑和肾脏组织中[3]。其有3种亚型，分别为OPNa，OPNb，OPNc，其中OPNa是OPN最完整的亚型。一些OPN分子一直存在于细胞中且不会被分泌出去，即为细胞内OPN(iOPN)，其生物学功能不同于分泌性OPN(secreted OPN，sOPN)[4]。OPN作为一种细胞因子，调节细胞迁移、粘附，发挥免疫应答作用[5]，同时在慢性炎症及自身免疫功能方面发挥作用。例如某些慢性疾病像肿瘤、肥胖、自身免疫性疾病、败血症及血管性病变，都会检测出OPN的增高[6]。近年来，部分报道发现OPN在夹层动脉瘤的患者血液中也出现增高的现象[7]。

2 骨桥蛋白与夹层动脉瘤的诊断

目前临床上对夹层动脉瘤患者的检查多倾向于非侵入性检查，包括超声、CT和核磁检查。但实验室检查对夹层动脉瘤患者的诊断价值较低。部分研究涉及到OPN在血管生成中的作用[8]，其中Golledge发现OPN的含量和主动脉的直径有密切的关系，如腹主动脉瘤患者血清中OPN的含量高达正常组的2倍[9]，Golledge试图以OPN作为夹层动脉瘤诊断的特异性标志物。但OPN的增长和动脉平滑肌细胞的损伤呈现时间依从性，血清中OPN的含量常受到潜在疾病和相关治疗的影响[10]，这就导致血清OPN含量对夹层动脉瘤的诊断的敏感性和特异性均降低。也就是说当患者血清中OPN含量增高的时候，其病变组织中的OPN含量可能并未增高。这也是制约着这种细胞因子在夹层动脉瘤实验室检查方面的临床应用的最大问题。

3 骨桥蛋白与血管重建的关系

正常的血管组织多呈现低表达的OPN[11]，当压力或容量负荷过大导致血管机械损伤后会刺激血管表达OPN[12,13]。损伤介导OPN过度表达，其通过调节平滑肌细胞和内皮细胞增殖、迁移、聚集而导致血管内膜的新生和中层的增厚。目前OPN已经被证实能够反映血管损伤程度[14]，其过度表达能够促进血管改建[15,16]从而防止血管的进一步变化。

有研究发现夹层动脉瘤组织中的OPN含量高于血浆中的含量。夹层动脉瘤患者的OPN如何升高，有报道称与血管的机械性扩张导致基质金属蛋白酶(MMPs)的表达增加有关，其中MMPs-2和血管重建的关系最为密切[17,18,19,26]，活化的MMPs-2影响血管平滑肌里的钙调节蛋白，改变细胞表型从而降低血管收缩性，增加细胞外调节激酶1/2( ERK1/2)的磷酸化[20,21]，使平滑肌细胞增殖。而OPN与MMPs表达密切相关，当基因敲除OPN siRNA，OPN缺陷的细胞中MMPs-2介导的这种细胞增殖会变得迟钝[22]，说明OPN在夹层动脉瘤的形成特别是发展的过程中起着调节血管重建的作用。此外OPN的增多还受CD44s的变化的影响[23]。

4 骨桥蛋白与夹层动脉瘤病因之间的关系

在夹层动脉瘤发病的过程中，无论是后天因素(高血压、动脉硬化)或是先天因素(马凡综合征，Ehler-Danlos 综合征及主动脉二瓣化畸形)，都涉及到动脉结构的改变。主动脉壁细胞外基质(ECM)的降解受到越来越多人的关注，而其核心过程主要涉及的两种物质为基质金属蛋白酶(MMP)[24,25,26]和尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)，目前已有研究证实此两种物质在术中取下来的夹层动脉瘤的组织标本中明显增高，被认为是夹层动脉瘤发生发展中的重要组成部分。uPA通过激活体内的纤溶酶能对ECM起到一定的降解作用，而其自身也能通过某些方式促进MMP的激活。而此两种物质的变化都和OPN呈现一定的相关性，在使用了OPN抑制剂后，肿瘤组织中的MMP和uPA的含量会相应的下降，生物活性和生物功能也受到抑制，其原因可能是OPN通过相应的信号转导途径(NF-κB或NADPH通路)上调肿瘤细胞的MMP和uPA的表达从而使ECM的降解加速。而同样以ECM降解为核心的夹层动脉瘤，OPN可能也是通过类似或不同的途径控制MMP和uPA的表达而影响疾病的发生和发展。

4.1 骨桥蛋白促进动脉外膜细胞表型转化并向内膜迁移

血管外膜的主要成分是成纤维细胞，其是维系血管正常物理性能的关键物质。当血管受到一系列刺激后，如夹层动脉瘤发生后，血液通过内膜破口进入动脉内膜与中层内，使局部压力增高，血管膨胀，在类似刺激下血管外膜成纤维细胞可以向肌成纤维细胞转化，这种细胞与血管平滑肌细胞(VSMC)存在很多相似性。而骨桥蛋白就是在上述转化过程中出现表达上升。当这种肌成纤维细胞穿过动脉中膜迁移至新生内膜后，又会分泌出OPN，而OPN又具有趋化功能，能够使大量的肌成纤维细胞和VSMC迁移至相应位置参与内膜的形成。

4.2 骨桥蛋白促进动脉中层平滑肌细胞的异常增生

动脉中层作为血管的主要支持成分，其退行性病变和夹层动脉瘤发病有一定的关系。SMC作为动脉壁中层的主要构成组织，维系着血管壁的张力及弹性，还能调节胶原蛋白、弹性蛋白等的合成与降解。目前证实SMC与许多心血管疾病的发生都有一定的相关性[17,27,28]。动脉壁中膜含有高分化型SMC，具有较强的收缩性，其生物活性较为稳定，但是缺乏游走性和增殖性。当受到外来刺激时，未分化的SMC开始向动脉内膜移行，这些细胞缺乏已分化的平滑肌细胞的收缩性，却具有活跃的增殖和游走能力。研究证实在夹层动脉瘤患者的手术标本中，切下来的动脉瘤壁内SMC明显减少，其减少直接导致主动脉血管结构的改变从而使动脉功能减弱最终导致动脉瘤的发生，由此可见SMC在夹层动脉瘤发生过程中的作用。

利用差异显示技术证明，SMC的转型(收缩型-合成型)受到OPN的调控，而且OPN可以促进SMC的增殖和迁移[29]。体外切片培养发现，在被骨桥蛋白包被的SMC在培养基中生长好于未被包被的SMC。而在多种细胞因子和生长因子的共同刺激下，SMC在增殖的同时可以大量表达OPN。后续相关研究表明，用基因敲除的方法剔除骨桥蛋白基因的小鼠，在创伤后其血管重建的过程受到影响。使用RNAi 基因阻断技术通过特异性短发夹 RNA来抑制VSMC上骨桥蛋白基因表达后发现，该细胞的增殖受到明显的抑制。这就使人们开始关注OPN在夹层动脉瘤中的作用。该蛋白通过某些信号机制使收缩型SMC向合成型SMC转变，这就使具有收缩功能的SMC明显减少，合成型SMC相应的增加，随后出现肌纤维骤减，细胞骨架蛋白表达减少，粗面内质网、高尔基复合体等相应细胞器的大量增生促使细胞外基质大量分泌等。虽然合成型SMC的增多可以相应的分泌出较多的ECM从而使血管壁增厚、血管重塑。这可以理解为早期动脉瘤患者的代偿性反应，此反应短期内可以使血管壁对动脉瘤的发展起到相应的对抗作用。但是由于收缩型SMC的减少使得血管壁收缩蛋白的减少，从而导致血管的收缩性、弹性、抗压性都会下降，使得血管在血压的作用下逐渐扩张而发生动脉瘤，管壁逐渐变薄而更容易产生内膜破口，从而继发夹层动脉瘤。

4.3 骨桥蛋白促进夹层破口处内膜形成

骨桥蛋白作为多种细胞的粘附性基质，能够促进血管内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞等多种细胞与细胞外基质发生粘附，为新生内膜的形成奠定基础。夹层动脉瘤多伴有内膜破口，血管损伤部位新生内膜的形成的发生发展与骨桥蛋白密切相关。血管内膜没受损伤时骨桥蛋白的表达量很少，在新生内膜形成的过程中，血小板衍生因子(PDGF)、血管紧张素Ⅱ(AngII) 、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、转化生长因子β(TGFβ)、表皮细胞生长因子(EGF)、白细胞介素-1(IL-1)等细胞因子均能够刺激血管内皮细胞和SMC表达骨桥蛋白，骨桥蛋白能够介导VSMC由血管的中层向内膜迁移。在骨桥蛋白存在的情况下，SMC的迁移能力明显加强，反之会导致细胞的黏附与迁移能力明显减弱。免疫组织化学检测结果显示，病变部位血管内皮细胞和SMC细胞内OPN mRNA呈现出高表达状态，而且细胞外基质中的OPN含量也明显增加。在动物动脉损伤模型中，新生内膜SMC中表达的OPN mRNA高于对照组，OPN mRNA的增长多发生在SMC的合成阶段，此时也标志着平滑肌细胞正在转型。OPN mRNA含量增加的周期和内膜修复周期相一致，8 h后达到高峰，14天后开始下降，6周后恢复到原来水平。通过抗骨桥蛋白相关抗体抑制骨桥蛋白的增生，同时抑制VSMC表型转化、迁移和增殖，进而抑制新生内膜的形成，从侧面反映出骨桥蛋白与夹层动脉瘤起始的关系。

4.4 骨桥蛋白与夹层动脉瘤诱因之间的关系

在夹层动脉瘤发生的后天因素中，动脉粥样硬化被认为是促进其发生的一条重要因素，而OPN被证实参与动脉粥样硬化的形成及发展过程，并且和钙化相关。人们逐渐认识到动脉粥样硬化的相关区域内，血管内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞均高度表达骨桥蛋白分子，这是机体的一种代偿性反应。高血压作为夹层动脉瘤形成的一种重要后天因素，其与骨桥蛋白的关系更为密切。Seo的研究发现OPN在高血压的小鼠中会升高1.2-3倍，意味着OPN可能是高血压引起的血管重建后的生物标志物[22]。

另一个后天因素是炎症反应，其贯穿主动脉瘤的形成全过程，也是夹层动脉瘤形成的重要特征之一。而骨桥蛋白对炎症细胞具有趋化作用。OPN已经证实能促进炎症反应，包括促进巨噬细胞和T细胞的趋化性和粘附性，延长淋巴细胞的存活，OPN也涉及到MMP9前体蛋白的激活而导致相关蛋白的解体[6]。

5 结语

综上所述，在夹层动脉瘤的发生发展过程中，OPN的增加伴随着夹层动脉瘤的全过程，涉及到血管外膜中层和内膜病变组织，目前倾向于认为血清OPN含量的改变继发于夹层动脉瘤血管重建后。OPN尚无法作为夹层动脉瘤的化验诊断标准，虽已证实夹层动脉瘤患者OPN升高的事实，但研究多局限于小样本单中心的统计结果，故大量样本的研究仍需继续进行。

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*通讯作者