维生素D、K在血管钙化中的研究进展

韩 雪，杜 婷，徐忠云，黄雨昕，万仕翠，肖 莉 （川北医学院临床医学院，四川南充637000）

0 引言

血管钙化广泛存在于动脉粥样硬化、高血压、Ⅱ型糖尿病、慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）等疾病中。血管钙化使血管壁僵硬度增加，弹性减小，顺应性下降，进而导致血压升高，引发血栓形成、粥样斑块破裂，与心血管疾病的发病率和死亡率有重要关系，是导致心血管事件的重要危险分子［1］。近年研究［2］证实，血管钙化是一个类似于生理性骨发育的、主动的、可逆转的，受到高度调控的过程，而其具体的发生机制还不完全清楚。维生素D、K对血管钙化的形成与发展具有重要作用，而目前针对血管钙化发病机制的靶向治疗药物如司维拉姆、焦磷酸盐、双磷酸盐、维生素K、羟甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂（HMG CoA还原酶抑制剂）等均未取得较好的疗效［3］。因此关注血管钙化的发生机制和转化研究对其相关疾病的临床研究有重要意义。

1 血管钙化的发生机制

1．1 钙磷代谢紊乱 CKD患者的血管钙化与高磷血症有关。高血磷促使CKD患者甲状旁腺素（parathy⁃roid hormone，PTH）分泌增加，升高的PTH促进尿磷的排泄同时促进Ca2＋重吸收增加，持续的PTH升高可促进骨质吸收，引起骨量丢失，从而导致钙磷代谢紊乱。研究［4］发现，高磷可以直接诱导体外培养的血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）向成骨样／成软骨样细胞表型转换。此外，一种来源于VSMCs的凋亡小体基质囊泡（matrix vesi⁃cles，MVs）的膜含有丰富的磷脂，可以聚集钙离子，并和膜上碱性磷酸酶提供的磷离子生成无定形磷酸钙，并进一步转化为羟基磷灰石。并且，高磷饮食建立的大鼠血管钙化模型中Ⅱ型胶原水平增加，胶原与基质囊泡相互作用，释放并促进羟磷灰石结晶的聚合，促使血管钙化的发生［5］。因此，钙磷代谢紊乱与VSMCs的凋亡密切相关，并正向调节血管钙化的发展。

1．2 血管钙化相关因子 研究［6］表明，钙磷代谢紊乱、慢性炎症、氧化应激、衰老等多种因素可以影响VSMCs的表型转换，形成血管钙化。因此血管钙化是多种钙化促进因子和抑制因子共同参与并作用的复杂病理过程，与血管钙化密切相关的促进因子和抑制因子综述如下。

1．2．1 血管钙化促进因子 与血管钙化密切相关的促进因子有碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic proteins，BMPs）、Cbfa1基因等。ALP可通过促进基质囊泡富集Ca2＋形成羟磷灰石结晶和降解无机焦磷酸盐（inor⁃ganic pyrophosphate，PPi）等多种途径参与血管钙化的发生发展［7］。 一项前瞻性研究［8］证实，血清 ALP与大动脉钙化有关，高水平的血清ALP与冠心病风险及死亡率成正相关。BMPs是TGF⁃β超家族中一种特殊的糖蛋白分子，正常组织中含量微少。BMPs可通过上调microRNA和基质Gla蛋白表达，参与氧化应激，促进细胞凋亡等多种方式参与血管钙化的形成过程［9］。Cbfa1是一种含Runt结构域的可以调节间充质细胞向成骨细胞转化和分化的转录因子，对VSMCs表型转换标志物如ALP、Ⅰ型胶原、骨桥蛋白及骨形态发生蛋白等均有调节作用［10］。

1．2．2 血管钙化抑制因子 基质 Gla蛋白（matrix Gla⁃protein， MGP）是含有 5 个 γ⁃羧基谷氨酸残基的低分子蛋白，MGP主要通过维生素K依赖性γ⁃羧化酶修饰其谷氨酸残基后结合胎球蛋白A、钙和磷，从而抑制羟磷灰石结晶的增长以及钙盐的沉积来发挥抑制动脉钙化的作用［11］。此外，胎球蛋白A也是一种重要的血管钙化抑制因子，可作为异位钙化的有效抑制剂。 Jahnen⁃Dechent等［12］发现：胎球蛋白 A 通过与钙结合形成可溶性的钙⁃胎球蛋白颗粒，再由巨噬细胞系统清除，以维持体液中钙浓度，起到抑制组织钙化的作用。且有研究［13］证实，胎球蛋白水平与CKD患者心血管事件发生率成负相关。而骨桥蛋白（osteopontin，OPN）是一种分泌型糖基化磷蛋白，可结合细胞表面上的整合素受体对周围的成骨细胞、血小板和T细胞等产生粘附作用［14］，因此骨桥蛋白可能与羟磷灰石晶体表面结合，构成一层蛋白衣，阻止羟磷灰石晶体的进一步生长，抑制动脉钙化的发生［15］。

2 维生素D、K在血管钙化中的作用

维生素是维持人体正常生命活动所必需的一类有机化合物，在体内含量极微，参与机体的生长、发育、繁殖等过程。慢性肾脏病患者中维生素A水平升高，但血管中膜钙化与维生素A的相关性尚无报道。而联合应用抗氧化维生素C、E或维生素B族的叶酸、维生素B12都具有改善血管内皮功能的作用，其作用机制可能与调节炎性因子，降低炎症反应，抑制氧化应激等有关［16－17］。 维生素 B、C、E 等与血管钙化的相关研究甚少，而维生素D、K与血管钙化关系密切，故本文主要综述维生素D、K在血管钙化中所起的作用。

2．1 维生素 D

2．1．1 维生素D的生理功能 维生素D是一种人体必需的脂溶性维生素，具有调节钙磷代谢与骨质钙化、促进骨骼生长、调节免疫、抗纤维化等多种生理功能，主要有维生素D2和维生素D3两种形式。人体中的维生素D3来源有皮肤中的7⁃脱氢胆固醇经紫外线β照射转化生成的内源性维生素D3和摄入的动物性食物等外源性维生素D3。无活性的维生素D3结合血浆中的维生素D结合蛋白后运输至肝脏，经肝内的 25⁃羟化酶作用形成 25⁃（OH）2D3，再经 1α⁃羟化酶催化生成具有最强生物学活性的 1，25⁃（OH）2D3，又称骨化三醇。骨化三醇结合维生素D受体后可以促进小肠粘膜对钙和磷酸盐的吸收，增加近端肾小管对钙、磷的重吸收，并抑制PTH的合成来调节肾⁃肠钙磷平衡、骨代谢及血钙水平。

2．1．2 维生素D参与血管钙化 维生素D在血管钙化中具有双重作用［18］，过量维生素 D的毒性作用可表现为血管钙化。有学者［19］报道过量 1，25⁃（OH）2D3（＞5．0 nmol／L）有增加血管钙化的风险。 另一方面，维生素D具有保护心血管的作用。有研究［19－20］表明，维生素 D 可负性调节内源性肾素⁃血管紧张素系统，改善血流动力学，而低水平的维生素D可能加速血管病变、增加心血管病发生的风险。基质金属蛋白酶（matrix metallo proteinases，MMP）是可以降解Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ型胶原等多种细胞外基质的蛋白酶，并可清除骨基质表面未钙化的类骨质，参与骨基质降解和骨组织重建。维生素D可能通过调节MMP减少血管钙化的发生。此外，骨化三醇可抑制内皮细胞的增殖与迁移，诱导内皮细胞凋亡［21］，维生素D还可以增加MGP、OPN的表达及抑制ALP的mRNA表达［22］，通过下调骨髓基质细胞和成骨细胞中的 BMP⁃2 基因来抑制 BMP⁃2 的表达［23］。 综上所述，维生素D可通过调节钙磷代谢以及各型胶原、MGP、OPN、ALP、BMP⁃2等多种钙化因子的表达抑制VSMCs向成骨样表型转换，从而改善血管钙化。

2．1．3 骨化三醇与血管钙化 临床研究［24］显示，维持性血液透析患者血管钙化发生率高于健康人群，给予小剂量口服骨化三醇后ALP、超敏反应C蛋白、免疫反应性甲状旁腺素（immunocreactive parathyroidhor⁃mone，iPTH）、钙磷沉积等血管钙化促进因子水平下降，血管钙化风险较未给予干预的患者降低，并且长期小剂量口服骨化三醇对成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor， FGF⁃23） 无明显影响。 此外，临床上用于预防和治疗继发性甲状旁腺功能亢进症的维生素D类似物帕立骨化醇较骨化三醇疗效更优［25］，并且对于肾脏疾病、心血管疾病、肿瘤等有一定疗效。帕立骨化醇结合维生素D受体后可能通过调节甲状旁腺功能改善钙磷代谢；抑制肾素⁃血管紧张素系统；阻断NF⁃κB信号通路，正向调节血管钙化保护因子参与血管钙化。但帕立骨化醇对于血管钙化的疗效还缺乏客观的循证医学证据，因此临床不常规应用帕立骨化醇治疗血管钙化。

2．2 维生素 K

2．2．1 维生素K的生理功能 维生素K是一种脂溶性维生素，在人体中储存很少，更新较快，天然维生素有K1（叶绿醌）和K2（甲基萘醌类）。维生素K1主要运输至肝脏，调节凝血因子的产生，而维生素K2主要在骨骼和动脉血管发挥生物作用，调节MGP的活性。维生素K在人体中主要作为一种辅酶修饰含有γ羧基谷氨酸残基的分子，如凝血因子Ⅱ、Ⅳ、Ⅶ、Ⅹ及MGP、GRP、OC、Gas6蛋白等多种骨代谢蛋白，参与凝血功能、骨代谢及心血管功能。

2．2．2 维生素K参与血管钙化 CKD患者常由于钙磷代谢紊乱以及钙化促进因子表达增加诱导VSMCs表型向成骨样转换导致血管钙化的发生。此外，CKD患者长期低钾低磷饮食和服用维生素K拮抗剂华法林常有维生素K缺乏。研究表明膳食中高剂量维生素K2的摄入会降低冠状动脉钙化及冠心病的发生率［26］，并且低维生素K摄入与严重的主动脉钙化和高死亡率有关［27］。一项对117名非瓣膜性心房颤动的CKD患者的前瞻性临床试验［28］显示，接受维生素K拮抗剂治疗的患者血管钙化的负担加重，动脉及心脏瓣膜钙化进展加快，心血管事件发生率增加。因此，维生素K在血管钙化中有重要参与意义，是影响CKD患者血管钙化的独立危险因素［29］。

MGP对抑制血管钙化发挥重要作用，其谷氨酸残基依赖维生素K2通过羧基化修饰MGP谷氨酸残基后使其可结合Ca2＋和羟磷灰石结晶，抑制钙在血管组织中的沉积。在心脏瓣膜钙化形成 MGP⁃胎球蛋白A复合物中的一部分富含 Gla残基蛋白质（gla⁃rich protein，GRP）同样具有维生素 K依赖性。维生素K通过修饰含有大量Gla残基的GRP，促进GRP与Ca2＋螯合或直接结合羟磷灰石结晶，抑制血管钙化的发生［30］。 此外，骨钙素（osteocalcin， OC）与Gas6蛋白都是维生素K依赖性蛋白，维生素K可能通过调节OC的活性，增加OC与羟磷灰石的亲和力和调控Gas6的表达，影响VSMCs的增殖与迁移［31］来减轻血管钙化。

2．2．3 维生素K靶向治疗血管钙化 国外一项临床实验［32］显示，两组血液透析患者每日分别补充135 μg和360 μg的维生素 K2，其血浆中去磷酸化⁃未羧化MGP水平反应率为77%和93%，说明每日补充维生素K2可显著降低MGP去磷酸化⁃未羧化水平。这提示，临床上可以通过补充维生素K来减少CKD患者血管钙化的发生率。动物实验［33］证实，维生素K通过修饰MGP、GRP、OC与Gas6蛋白等维生素K依赖性蛋白参与血管钙化的发生发展过程，对血管钙化具有重要意义。但临床上应用维生素K靶向治疗血管钙化的研究样本数量不多，其疗效成果仍需要进一步的大数据支持。

3 结语与展望

血管钙化是一种以钙磷失衡导致羟磷灰石结晶异常沉积于血管组织为特征的复杂的病理现象，胎球蛋白A、MGP、BMPs、Cbfa1、OPN 等多种血管钙化调节因子，以及炎症反应、衰老、氧化应激等生理或病理现象都参与了血管钙化的形成。维生素D、K对血管钙化的发生、发展过程有重要作用，而针对其发生机制研发的药物如选择性维生素D受体激动剂帕立骨化醇，维生素K依赖性蛋白四烯甲萘醌和维生素K2等尚未取得令人满意的疗效。血管钙化是糖尿病、慢性肾脏病、冠心病多种疾病及衰老的常见病理改变，具有重要临床意义，对血管钙化的机制和临床转化研究以及维生素D、K对血管钙化的作用还需要进一步探索。