慢性肾脏病血管钙化机制的研究进展

孙安子，赵建荣

(内蒙古医科大学附属医院，呼和浩特010000)

羟基磷灰石的晶体从成骨细胞分泌的囊泡中生长，并作为骨组织形成的主要部分。血管平滑肌细胞可分泌类似囊泡，血管钙化类似骨的形成。当存在糖尿病、血脂异常、高血压、慢性肾脏病(CKD)时，抑制血管沉积羟基磷灰石晶体的机制易受到影响。CKD是一种威胁人类健康的重大疾病，血管钙化作为其常见并发症可导致患者病死率增加。目前，关于CKD患者血管钙化的机制尚未十分明确。现将CKD患者血管钙化的机制综述如下。

1 高磷血症与血管钙化

高磷血症可刺激内皮细胞释放微粒，从而减少膜联蛋白Ⅱ的分泌、抑制血管生成、增加活性氧(ROS)的产生、增强炎症，导致内皮细胞凋亡，参与血管钙化。研究表明，钠依赖性磷酸转运体(Pit)可将磷酸盐转运过细胞膜。研究发现，高磷酸盐通过甲基化CpG结合蛋白2(MECP2)介导的表观遗传抑制使过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)表达降低，通过下调Klotho引起Pit-1表达增加,使细胞磷摄入增多,诱导血管平滑肌细胞(VSMCs)向成骨细胞分化和血管钙化[1]。Pit-2是一种Ⅲ型钠依赖性磷酸转运体，可以防止磷酸盐诱导的VSMCs钙化，其确切机制仍在研究中。两者可作为潜在的治疗靶点，抑制Pit-1、刺激Pit-2可防止血管钙化。

2 维生素D与血管钙化

现有研究显示，维生素D水平过高或不足均可导致钙化。钙三醇通过维生素D受体介导的矿化，与碱性磷酸酶(ALP)活性、核转录因子κB(NF-κB)受体活化因子配体(RANKL)/骨保护素(OPG)比例以及甲状旁腺激素(PTH)相关肽表达水平降低相关[2]，但其具体作用机制尚未完全阐明。维生素D缺乏可促进炎症反应，致使内皮细胞介导内皮应激和功能障碍，在成为钙化的刺激物后驱动钙化[3]。

3 促钙化因子与血管钙化

研究发现，多种因子具有促钙化作用，如炎性介质、Notch、Wnt、骨形态发生蛋白(BMP)、PTH、血清和糖皮质激素诱导激酶1(SGK1)、组织蛋白酶S(Cat S)、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)等。

研究表明，炎症介质如肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1(IL-1)和促成骨因子如Notch、Wnt、BMP等，可通过增加Runx2和Osterix表达，进而上调骨钙蛋白、硬化蛋白、ALP在介导钙化的脉管系统中表达[4]，参与血管钙化。PTH可增加BMP2和BMP4表达，从而促进内皮细胞的成骨细胞分化[5]，参与血管钙化。有研究发现，SGK1是血管钙化的关键调节因子，钙化条件下可在VSMCs中表达上调。在原代人主动脉VSMCs中，组成型活性SGK1过度表达，可诱导核转位并增加NF-κB转录活性，使骨或软骨形成转分化，参与血管钙化。SGK1的遗传缺陷、沉默、药理学抑制，可消除磷酸盐诱导的VSMCs钙化和骨或软骨转分化[6]。Steubl等[7]发现，随着肾小球滤过率下降，Cat S和炎症相关内皮功能障碍的标志物增加，表明Cat S活性随CKD进展而增强。研究发现，Cat S通过弹性蛋白的分裂和生成生物活性弹性蛋白肽，促进心血管炎症和钙化，提示其可能是CKD患者预防心血管并发症的治疗靶点。在CKD小鼠中研究发现，HMGB1是一种参与炎症、主动脉钙化的DNA结合蛋白，可通过Wnt/β连环蛋白(β-catenin)通路促进主动脉钙化[8]。

4 内源性钙化抑因子与血管钙化

在CKD患者中，某些内源性钙化抑制因子减少也是导致血管钙化的重要原因，如胎球蛋白A、焦磷酸盐、脱嘌呤脱嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1(APE1/Ref-1)、FTI-277、维生素K依赖性基质Gla蛋白(MGP)、Fibulin-3等。

研究发现，胎球蛋白A可通过抑制磷酸钙的形成和沉积来抑制血管钙化[9]。Hofmann Bowman等[10]认为，血管钙化是焦磷酸盐调节改变的结果。在生理条件下，血管壁中的磷酸钙沉积物可引发钙化，焦磷酸盐可阻断这些晶体的产生，从而抑制血管钙化。APE1/Ref-1是一种多功能蛋白，其可通过氧化还原来抑制成骨细胞分化和减少氧化应激，对磷酸盐诱导的血管钙化起抑制作用[11]。研究表明，FTI-277在体外可显著抑制VSMCs磷酸盐诱导的矿物质沉积，阻止VSMCs成骨分化并增加MGP mRNA表达；维持高水平的PI3K可激活下游Akt信号传导并抑制β糖蛋白诱导的VSMCs矿化，而FTI-277通过激活PI3K/Akt信号传导来阻止VSMCs的成骨分化和矿化[12]。Fibulin-3是一种在血管系统广泛表达的细胞外基质蛋白，可抑制血管氧化和血管高压力的重塑。在原代人主动脉平滑肌细胞中添加Fibulin-3，成纤维细胞和软骨形成标志物MSX2、CBFA1、SOX9和组织非特异性碱性磷酸酶(ALPL)均降低，表明Fibulin-3可以减轻制原代人主动脉平滑肌细胞中钙沉积[13]，提示Fibulin-3可抑制血管钙化。

5 氧化应激与血管钙化

氧化应激是一种诱导VSMCs成骨、软骨细胞转分化的重要介质，在CKD患者中磷酸盐、高级糖基化终产物(AGE)、缺氧诱导因子1α(HIF-1α)、miR-210均参与氧化应激过程。

磷酸盐处理原代人主动脉平滑肌细胞后，细胞中氧化应激的下游效应子PAI-1、MMP2、MMP9以及Bax/Bcl-2表达增加[13]，从而促进血管钙化。Kay等[14]研究发现，AGE-晚期糖基化终末产物受体(RAGE)轴通过烟酰胺腺嘌呤核苷酸磷酸氧化酶1(Nox1)加速ROS产生，以增强VSMCs中的氧化应激促进血管钙化。HIF-1α是缺氧期间的主要因子之一，而丙酮酸脱氢酶激酶4(PDK4)是细胞代谢转变中重要的线粒体基质酶。研究发现，AGE暴露后，两种重要的HIF-1α调节基因血管内皮生长因子A和葡萄糖转运蛋白1显著增加。HIF-1α的稳定化或核转位增加了PDK4的表达，而PDK4抑制可减弱AGE诱导的VSMCs钙化，故AGE可部分通过HIF-1α/PDK4途径加速血管钙化[15]。miR-210被证实在血管钙化组织中表达降低，外泌体miR-210可减少内皮细胞中ROS的产生[16]，提示miR-210可通过调节ROS产生参与血管钙化。

6 成纤维生长因子23(FGF23)/Klotho与血管钙化

FGF23由骨细胞、成骨细胞合成,其生理作用是抑制肾脏对磷重吸收、减少活性维生素D分泌、刺激炎症因子产物升高。Klotho蛋白可抑制骨或软骨细胞分化、减少磷酸盐摄取，以防止VSMCs发生血管钙化。早在CKD 1期Klotho即出现表达减少，并随CKD的进展持续降低。FGF23可被降解为N末端和C末端，N末端与FGF23受体(FGFR)结合，C末端为FGF23与Klotho蛋白结合并产生下游信号的部位。体内外研究均表明，FGF23可以通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路作用于甲状旁腺而抑制PTH分泌[17]。另外，Klotho可通过细胞外调节蛋白激酶通路磷酸化以增强FGF23的功能[18]。

7 外泌体与血管钙化

外泌体广泛存在于体液中，含有细胞因子、脂质、mRNA、miRNAs等，它们可参与细胞间运输并介导细胞间通讯。胞外囊泡富含miR-143/145，这种miRNAs通过外泌体转运可以调节VSMCs的分化，从而导致血管钙化期间初始表型转变[19]。细胞间通讯是血管钙化发生的关键机制，最近研究发现外泌体在细胞间传递信息方面起重要作用[20]。外泌体可介导细胞之间的信息传递，据报道这依赖于细胞肝素硫酸盐蛋白聚糖(HSPG)[21]。细胞外基质中HSPG表达减少使细胞表面暴露HSPG，进一步介导BMP2内化，以增强成肌细胞的成骨表型转换[22]。外泌体中的miRNAs可通过上调转录因子2(Runx2)表达和激活信号通路如Wnt/β-catenin来增加成骨表型转变[23]，使血管钙化。

8 自噬与血管钙化

自噬是一种内源性保护性反应。有研究表明，雷帕霉素可减少主动脉和小鼠VSMCs中Runx2的转录水平，增加小鼠VSMCs中α平滑肌肌动蛋白和平滑肌22α转录水平，从而增强自噬抑制小鼠VSMCs的成骨转分化，使钙化减少[24]，可为血管钙化的治疗提供新思路。

9 炎症与血管钙化

巨噬细胞分泌的炎性细胞因子可调节血管钙化,巨噬细胞在钙化区域被募集和激活可以初始化矿物质沉积。TNF-α是Msx2-Wnt信号激活VSMCs成骨过程的关键细胞因子，主要由单核细胞/巨噬细胞释放。研究发现，RANKL受体激活剂可增加巨噬细胞释放特异性细胞因子IL-6，促进VSMCs的表型转变[25]，有助于矿物质沉积，参与血管钙化。

综上所述，高磷血症、维生素D水平、继发性甲状旁腺功能亢进、慢性炎症、氧化应激、促钙化因子和钙化抑制因子失衡、细胞间通讯、自噬等均通过不同的通路参与血管钙化。CKD血管钙化产生的机制及影响因素众多，有关钙化机制仍需进一步研究，从而早期诊断CKD患者心血管钙化、及时干预并延缓病程进展、减少其合并心血管钙化的患病率，为提高CKD患者生活质量、生存率提供科学依据，为CKD患者心血管疾病的防治提供新思路。