胎球蛋白A与慢性肾脏病血管钙化的研究进展

束金莲，李贺，孙本贵

(合肥市第二人民医院肾内科，合肥230011)

矿物质和骨代谢紊乱是慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)最常见的并发症之一，其发病率高、危害性大，可引起软组织钙化(如心脏瓣膜以及血管钙化、肺组织钙化等)。改善全球肾脏病预后组织临床实践指南指出，CKD 3～5期患者(包括透析患者)钙、磷、甲状旁腺激素代谢紊乱，常伴有血管钙化或心脏瓣膜钙化，进而导致心血管疾病发病率显著升高[1]。CKD患者血管钙化是一个多因素参与的主动调节过程，即钙化促进因素与抑制因素共同作用的结果，其中胎球蛋白A是一个重要的钙化抑制因素。胎球蛋白A是一种公认的具有抗钙化活性的酸性糖蛋白，在维持矿物质代谢平衡中起重要作用[2]。在CKD透析患者中，胎球蛋白A抑制血管钙化的作用尤为明显，但其抑制血管钙化的作用机制尚不明确，且胎球蛋白A能否抑制非透析CKD患者血管钙化仍需进一步研究探讨。在非透析CKD患者中，胎球蛋白A与血管钙化之间的相关性尚无一致结论。研究认为，胎球蛋白A可能通过形成高分子量复合物竞争性抑制钙磷沉积、阻断骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)信号通路、抑制磷灰石前体的形成、减少血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)凋亡以及对内皮细胞和炎症因子的影响等参与抑制血管钙化的发生、发展[3-8]。现就胎球蛋白A与CKD血管钙化的研究进展予以综述。

1 胎球蛋白A的结构和功能

胎球蛋白A是由肝细胞和骨细胞合成并分泌至血液中的一种半胱氨酸蛋白酶抑制剂，属于半胱氨酸蛋白酶抑制因子超家族成员，是分子量为60 000的酸性糖蛋白，也是血清电泳中α2-球蛋白的主要部分[9]。胎球蛋白A是由一条A重链(282个氨基酸)和一条B轻链(12个氨基酸)共同组成的多功能糖蛋白[10]。胎球蛋白A的活性中心由结构中的1个C端和2个N端组成，其近N端有一个磷酸钙结合位点，可结合矿物质等；还可与转化生长因子-β结合，进而抑制转化生长因子信号通路，也可抑制胰岛素受体酪氨酸激酶和其他一些蛋白酶活性，并作用于相应的靶器官，从而在骨代谢调节、代谢综合征、胰岛素抵抗、血管钙化、炎症等多个环节发挥作用[11-12]。

2 胎球蛋白A与CKD患者血管钙化的关系

血管钙化是一种在细胞外基质和动脉壁细胞上有羟基磷灰石结晶沉积的病理过程，可引起血管管腔狭窄，血流量减少，甚至导致血管堵塞。而CKD患者普遍存在的血管钙化，最常见于动脉硬化，又称为Moncheberg′s钙化，它涉及动脉的中膜层，钙化呈连续线样，导致管壁僵硬和血管顺应性下降，引起血流动力学异常[13]。CKD患者血管钙化的病理机制复杂，以往认为，血管钙化是由于血管壁中的钙和磷过度增多而引起的被动沉积[14]。但随着研究的不断深入，人们逐渐认识到CKD患者血管钙化是由微炎症状态、高磷血症等促进钙化的因素与胎球蛋白A、骨保护素等抑制血管的因素失衡所致，血管钙化的发生是一个基因与蛋白介导的多因素参与的主动调节过程，其中胎球蛋白A在整个过程中发挥抑制血管钙化的主要作用[15-16]。

目前，对于CKD非透析患者，国内外学者关于胎球蛋白A与血管钙化之间的相关性尚存在争议。Mutluay等[17]对238例处在不同阶段的CKD患者进行随访观察，结果显示，这些CKD非透析患者的胎球蛋白A与其血管钙化评分呈负相关，胎球蛋白A可参与抑制血管钙化的发生、发展。另有报道认为，胎球蛋白A与CKD患者的主动脉弓钙化相关，且主动脉弓钙化组的胎球蛋白A水平较无钙化组显著降低[18]。这些研究提示，在CKD非透析患者中，胎球蛋白A作为钙化抑制因子参与抑制血管钙化的进展。但Mikami等[19]通过多排CT检测85例糖尿病肾病患者的冠状动脉钙化情况，并进行相应评分，结果并未观察到患者胎球蛋白A水平与冠状动脉钙化之间的显著相关性。因此，胎球蛋白A是否参与冠状动脉钙化的发生、发展过程，还有待进一步研究。刘凌等[20]通过颈部血管彩色超声及脊柱侧位X线等手段检测颈动脉及腹主动脉血管钙化，并检测所有研究对象体内的血清胎球蛋白A水平，结果发现，与正常人群相比，CKD 5期非透析患者体内的血清胎球蛋白A水平显著降低，但胎球蛋白A与血管钙化之间的确切关系尚不明确。因此，在非透析CKD患者中，血管钙化与胎球蛋白A之间的相关性可能与原发病(如糖尿病、高血压)以及其他血管钙化抑制物等因素的影响有关，有待进一步探索。

胎球蛋白A可抑制CKD透析患者体内血管钙化的发生、进展。Hermans等[21]进行了一项多中心队列研究，对大约1 000例CKD透析患者(血液透析患者占67.27%，腹膜透析患者占32.73%)随访8年后发现，终末期肾脏病患者心血管死亡风险的增加与血清胎球蛋白A的表达水平降低密切相关，表明终末期肾脏病透析患者心血管死亡风险的预测因子为血清胎球蛋白A水平。其机制可能是低水平的胎球蛋白A促进了血管钙化的进展，导致心血管事件增加。此后，进一步的相关研究显示，维持性血液透析患者体内合并大血管、主动脉瓣、二尖瓣钙化等，无钙化组血清胎球蛋白A水平较钙化积分高组显著升高，且低胎球蛋白A水平与心血管钙化的进展风险增加密切相关，提示维持性血液透析患者体内多部位血管钙化与胎球蛋白A水平降低呈独立负相关[22-25]。梁馨苓等[26]研究亦证实，维持性血液透析合并冠状动脉钙化组的胎球蛋白A水平较无冠状动脉钙化组显著降低。在肾移植之后，合并血管钙化移植肾受者体内血清胎球蛋白A水平显著降低，且胎球蛋白A可预测心血管事件、死亡风险等[27]。以上研究结果表明，CKD透析患者(不论是腹膜透析还是血液透析)合并血管钙化时，其胎球蛋白A水平较无钙化者显著降低，提示胎球蛋白A参与了抑制血管钙化的发生、发展过程，且低胎球蛋白A水平与血管钙化、心血管病死率密切相关。

然而，近年来也有文献报道，血液透析患者的血管钙化与胎球蛋白A水平无显著相关性，如Ulutas等[28]对93例血液透析患者进行研究，用乳腺摄影检查方法拍摄手的平片评估血管钙化情况，结果显示，血液透析合并血管钙化组的胎球蛋白A水平与无钙化组相比差异无统计学意义(P>0.05)；Mann等[29]对40例透析超过3个月的印度患者进行研究，结果显示，胎球蛋白A水平与钙化积分无明显相关性，考虑与研究人群没有随机化、某些变量的值不在范围内以及没有任何对照等因素影响有关。

3 胎球蛋白A抑制CKD血管钙化的可能机制

3.1竞争抑制 胎球蛋白A与钙磷离子结合形成高分子量矿化胎球蛋白复合物，竞争性抑制磷酸盐的沉积，减少体内钙离子异位钙化，以达到抑制血管钙化的目的。Pertosa等[30]对174例长期血液透析患者进行研究发现，当体内血清胎球蛋白A水平升高时，其钙磷含量显著降低，提示胎球蛋白A水平与钙磷含量呈负相关。其机制可能为胎球蛋白A存在较多的钙离子结合位点，可通过与钙离子、磷酸根离子结合形成一种高分子量矿化胎球蛋白复合物，该复合物具有可溶性，可竞争性抑制磷酸盐沉积，降低体内游离钙离子浓度，进而抑制血管钙化的进展[31]。在体外实验中，Reynolds等[32]研究提示，缺乏胎球蛋白A的小鼠表现出广泛的软组织钙化，胎球蛋白A以浓度依赖性方式抑制由升高的细胞外矿物离子浓度诱导的体外人VSMC钙化。Moe等[33]在钙化培养基中加入终末期肾脏病患者血清，以培养牛VSMC，再加入浓度逐渐递增的胎球蛋白A，结果表明，随着胎球蛋白A浓度的增加，血管钙化的抑制作用亦逐渐增强。这些研究结论提示，胎球蛋白A可能通过竞争性抑制磷酸盐的沉积，减少血清中过多的钙磷异位沉积。

3.2阻断BMPs信号通路 BMPs在参与血管钙化发生、发展中起到一个信号转导作用。体内外实验均证实，BMPs可以诱导VSMC钙化，在细胞外基质中形成钙结节，引起肌肉组织异位骨化，导致血管钙化的发生、发展[5]。而胎球蛋白A是一个可溶性转化生长因子-β拮抗剂，可通过阻断转化生长因子-β调节的BMPs信号转导，影响VSMC增殖，局部抑制转化生长因子-β与BMPs的促钙化作用，进而减少细胞增殖和成骨细胞生成，抑制血管钙化的进展[8]。Lyu等[34]通过对动静脉内瘘的血液透析患者进行随访观察，发现动静脉内瘘的钙化并发症与较低的胎球蛋白A水平和较高的BMP-7有关，提示胎球蛋白A可能通过阻断BMPs信号转导途径抑制血管钙化。

3.3抑制羟基磷灰石的形成 胎球蛋白A对羟基磷灰石晶体具有高亲和力，且通过富含酸性残基的结构域结合基质Gla蛋白、小钙磷颗粒起作用，抑制磷灰石前体的形成，进而抑制血管钙化的发生、发展[6]。Ketteler[6]研究显示，血液透析患者的胎球蛋白A水平显著低于健康对照者，表明胎球蛋白A能抑制磷灰石前体羟基磷灰石的形成；在体外实验中亦发现，胎球蛋白A可减少含有钙磷溶液的晶体析出，进而有效阻碍羟基磷灰石的形成。此外，有研究显示，在高钙培养基中加入胶原蛋白，此胶原蛋白只允许磷灰石晶体进入，胎球蛋白A不能进入，结果显示，胎球蛋白A包绕在胶原蛋白的周围，而两者的外周并无磷灰石晶体包绕，这也进一步表明，胎球蛋白A抑制磷灰石前体的形成，抑制血管钙化[35]。

3.4减少VSMC凋亡 CKD患者血管钙化发生过程中的一个重要启动过程为VSMC凋亡，来源于VSMC细胞凋亡形成的凋亡小体，可自发形成小结节，再发生血管钙化，因此减少VSMC凋亡，即可减少钙化小结节的形成，从而减轻血管钙化[7]。胎球蛋白A可与人VSMC分泌的基质囊泡共定位，并特异性地加载到基质囊泡中，可减少囊泡内碱性磷酸钙晶体的形成，抑制钙化结节的形成，进而抑制VSMC细胞凋亡[32]。研究显示，钙磷颗粒可导致人VSMC凋亡，但加入的胎球蛋白A可抑制钙磷颗粒诱导的VSMC凋亡，并减少钙磷颗粒的溶解，有助于钙磷颗粒暴露于VSMC后的细胞保护作用[36-37]。

3.5对内皮细胞和炎症因子的影响 血管内皮的损伤是启动血管钙化的重要起始步骤。Caglar等[38]对未合并糖尿病的各阶段CKD患者进行研究，通过超声测定颈动脉厚度及血液流变学等评估血管内皮损伤的程度，结果显示，较低的血清胎球蛋白A水平是加快CKD患者血管内皮损伤的一个重要影响因素。CKD患者普遍存在一种微炎症状态，具体表现为C反应蛋白、肿瘤坏死因子及血管壁中炎症因子的释放或水平升高，可引起一系列氧化应激反应，进而引起并加重血管钙化，且C反应蛋白的升高可抑制胎球蛋白A的合成和分泌，加重血管钙化；此外，作为炎症反应负性标志物的胎球蛋白A，具有对抗炎症反应的作用，可抑制肿瘤坏死因子-α、C反应蛋白的产生以及一些氧化应激反应的发生，进而抑制血管钙化[8]。低血清胎球蛋白A水平与骨转换和炎症标志物增加有关[39]。胎球蛋白A能抑制炎症反应激活以及炎症相关因子的释放，减轻炎症反应对血管内皮的损伤，进而减少血管钙化，同时炎症因子又影响胎球蛋白A的合成和分泌；此外，胎球蛋白A还可抑制钙磷颗粒在中性粒细胞刺激中的作用、巨噬细胞的活化以及相关炎症因子(如肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1、白细胞介素-6等)的释放，诱导细胞凋亡[40]。

4 小 结

胎球蛋白A是体内一个重要的钙化抑制蛋白，在CKD患者中胎球蛋白A水平普遍偏低，血管钙化程度较严重，因而这类患者发生心血管疾病并发症的概率较高。胎球蛋白A能抑制CKD患者血管钙化的发生，通过探讨其中的抑制机制，可以为防治血管钙化提供一个十分有价值的治疗策略。然而，在CKD的每一个分期中(包括透析和非透析)，胎球蛋白A抑制血管钙化的机制是否一致以及在CKD的早期或晚期阶段，外源性补充胎球蛋白A能否及早抑制血管钙化的发生，仍有待更多前瞻性研究证实。