慢性肾脏病血管钙化研究进展

杨星梦 马晓迎 生玉平 徐海平 张浩然 王 娜 孙福云

河北省沧州市中心医院肾内二科，河北沧州 061000

近年来慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）患病率逐年升高，心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）已成为导致CKD患者死亡的最常见原因，血管钙化也因与CVD患病率升高密切相关而倍受关注。血管钙化在CKD人群中比在正常人群更多见，在CKD 5期的患者中冠脉钙化的患病率可以达到80%[1]。与一般人群的血管钙化不同，CKD患者血管钙化的发生是由于钙化抑制因子和促进因子失衡引起的类似骨化的复杂生理过程[2]。本文就CKD患者血管钙化发生的特点、生理机制及影响因素等方面的研究进展作一综述，以期为临床防治提供参考。

1 CKD患者血管钙化的特点

血管钙化可以发生在血管内膜层和中膜层，使血管壁增厚，失去弹性。内膜钙化通常由脂质和脂蛋白在内膜沉积形成，常见于动脉粥样硬化患者的大中动脉上，例如冠状动脉和颈动脉等。中膜钙化是CKD患者的特征性改变，一般没有炎性细胞的浸润和脂质的沉积，主要表现为致密的钙盐结晶在动脉中膜的线样沉积，导致动脉中层厚度增加，血管壁弹性减低，顺应性下降。内膜和中膜钙化均可以发生于CKD患者的血管上，并且都会增加CKD患者的CVD发病率以及死亡率[3]。

除了高血压、高脂血症等传统因素，CKD患者的血管钙化也和炎症反应、钙磷代谢异常等非传统因素相关。尿毒症毒素的积累和尿毒症相关因素也可以促进血管钙化。在健康人群中也存在钙和磷酸过饱和的现象，然而由于人体中多种钙化抑制剂的控制，并不会引起钙的主动病理性沉淀。CKD患者往往存在钙化抑制因子和促进因子失衡，最终引起血管钙化[4]。

2 CKD患者血管钙化的机制

CKD患者发生血管钙化的机制主要有血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell,VSMC）的表型转化、凋亡和自噬等。VSMC起源于骨髓基质干细胞，具有很强的表型可塑能力，受损后可转分化为成骨型细胞。CKD患者的VSMC在矿物质代谢异常、激素水平改变等影响下发生表型转化，成骨转录因子上调，细胞由生理情况下的收缩表型转变为成骨表型，使VSMC获得合成钙化相关蛋白的能力同时收缩蛋白的表达减少，导致血管钙化的发生[5]。

VSMC的凋亡在血管钙化中也起了重要作用。人体中正在增殖的软骨细胞或骨细胞浆膜会形成基质囊泡，可以起到富集钙离子最终形成羟基磷灰石的作用。研究证实，转分化的VSMC发生凋亡后也会产生类似的基质囊泡，这种基质囊泡可能是血管钙化发生的起始因素[6]。CKD患者体内各种钙化促进因素的刺激会使VSMC受损，加速VSMC的凋亡和囊泡的产生，这些基质囊泡可以作为矿物成核中心，使血管中钙的沉积增加，导致CKD患者血管钙的形成。

自噬对血管钙化的影响是现阶段研究的一大热点。自噬是细胞的适应性行为，指溶酶体对细胞内受损的蛋白质和细胞器进行降解，从而实现代谢的需要和细胞的更新。通常情况下，自噬可以通过抑制基质囊泡的释放抑制VSMC的钙化，对血管起保护作用。CKD条件下自噬受到抑制，导致VSMC中钙的沉积增加[7]。以上是目前大多数研究提出的发生血管钙化的主要机制。

3 CKD患者血管钙化的影响因素

3.1 矿物质代谢紊乱

CKD患者长期暴露于高血磷和高血钙的环境下，使血管钙化的风险升高。高血磷可以影响VSMC功能导致血管钙化，血磷升高介导VSMC中成骨转录因子的表达，直接促进VSMC由收缩表型转变为成骨表型，刺激成骨[8]。血磷水平升高还可以刺激氧化应激和炎症反应，导致细胞凋亡和表型转化增强，VSMC凋亡产生的基质囊泡和游离DNA均可以作为钙化的起始点，启动钙磷的沉积和羟磷灰石晶体的形成从而加重钙化[9]，在CKD患者血管钙化的形成中发挥重要作用。值得注意的是，最近有研究提出，血磷可以影响未分化巨噬细胞的表型转化，使巨噬细胞表现出抗钙化的特性，抑制血管钙化[10]。

高钙血症可以诱导VSMC的凋亡、坏死，促进VSMC释放基质囊泡[11]。Masumoto等[12]的实验证明，仅暴露于高磷环境中的大鼠血管的钙化速度明显低于高钙高磷组的钙化速度。这提示在促进血管钙化方面，血钙和血磷可能起着协同效应。当血钙升高时，透析及非透析CKD患者的死亡风险均会增加[13]。不过，Kazmi等[14]的实验结果提示血钙过低可以导致细胞内钙超载,也会导致血管内斑块的形成。同时血钙水平过低也可以导致继发性甲状旁腺功能亢进，导致钙化[15]。CKD早期由于多种机制的代偿，患者的血清钙磷水平可以仅表现为轻度升高甚至正常，同时钙和磷在人体内含量很低，钙磷水平难以准确反映其在人体中的负荷程度。

研究[16]指出镁对血管钙化起抑制作用，目前认为镁可以抑制钙和磷向羟磷灰石的转化，也通过竞争性抑制减少钙通过钙通道进入细胞，抑制VSMC上的钙离子通道亚基的表达，减少钙离子内流引起的钙化相关转录基因表达，抑制VSMC发生表型转化，从而延缓血管钙化进展。在对透析患者进行的实验中，与单纯应用含钙磷结合剂组相比，服用镁联合磷结合剂组发生钙化的比例明显降低[17]。

3.2 信号通路的异常激活

血管钙化的过程受到一系列信号分子的影响和与调控，在病理情况下，信号通路的异常激活相互影响，共同导致血管钙化。尤其是关于Klotho/成纤维生长因子 23（fibroblast growth factor-23，FGF23）轴的研究十分热门，FGF23是一种由骨和成骨细胞合成的细胞因子，可以抑制肾脏对磷的重吸收，促进肾脏对磷的排泄，也可以通过抑制25（OH）D3合成来减少饮食中磷的吸收[18]。而Klotho蛋白是FGF23受体的共受体，主要存在于肾脏和甲状旁腺，也可以释放到血液中，血液中以及膜结合的Klotho蛋白均可以抑制磷的吸收、减少甲状旁腺激素和活性维生素D的分泌[19]。核因子κB活化因子受体（receptoractivator of NF-κB，RANκ）/核因子 κB活化因子受体配体 （receptor acti vator of NF—κBLigand，RANκL）途径则被证实可以增强成熟破骨细胞的活性，促进VSMC的表型转化[20]。

3.3 激素水平改变

在激素的调节中，肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosteronesystem，RAAS） 的异常激活对血管重塑起了重要作用。CKD患者的血磷水平升高可以导致FGF23的分泌增加，FGF23通过增强血管紧张素转换酶2的活性激活RAAS[21]，同时FGF23也可以抑制活性维生素D的合成，降低活性维生素D对RAAS的抑制作用，使醛固酮的产生增加，患者体内的醛固酮激活钠依赖性磷转运体1，起到促进磷进入VSMC引起血管钙化的作用[22]。过氧化物酶体增殖物激活受体是一种核激素受体的配体激活受体，可以调控很多细胞内的代谢，调节钙化相关基因的转录，研究结果提示这种受体能够被血管紧张素2受体活化，从而减少心血管不良事件发生，对CKD患者的血管钙化起到内源性保护作用[23]。

随着肾功能下降，CKD患者可以出现维生素D减少，研究表明维生素D在血管钙化中的作用是双重的，既可以通过抑制RAAS系统激活和减轻炎症反应控制血管钙化，也可以通过促进钙磷的吸收促进钙化[24]。

由于FGF23表达失调、维生素D分泌减少等，CKD患者的甲状旁腺激素水平异常可以在血磷升高前出现[25]，PTH水平升高可以影响钙磷代谢、促进炎症反应，从而促进血管钙化。当甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）过低时则会导致低转运骨病，使骨摄取钙和磷酸盐的能力下降，加重血管的钙化[26]。

3.4 表观遗传调控

表观遗传调控可以通过不改变基因编码的方式对改变基因表达，并且这种改变是可遗传的。调控方法主要包括：DNA甲基化、组蛋白修饰、微小RNA（microRNA，miRNA）的表达。在病理情况下，表观遗传调控也参与血管钙化的进展。尿毒症毒素中的硫酸吲哚酚可以增加Klotho基因的甲基化，导致Klotho基因的表达受到抑制，促进血管钙化。SM22α启动子区的甲基化可以通过抑制SM22α的表达引起成骨转录因子表达增加，加重CKD患者的血管钙化[27]。

VSMC表型转换涉及到一系列转录因子的调控，转录因子与启动子的结合受染色质结构的影响，乙酰化等组蛋白修饰则可以通过改变染色质结构来影响基因的表达，从而调控血管钙化[28]。

miRNA是非编码RNA，调控基因的表达，研究发现很多miRNA的表达在血管钙化的CKD患者中发生改变，例如CKD患者蓄积的硫酸吲哚酚会降低VSMC中的miR-29b的表达，减弱miR-29b对血管钙化的负调控作用，导致血管钙化的发生发展[29]。实验表明miR-30b可以通过增强自噬抑制血管钙化[30]，病理情况下miR-30b表达下调，血管钙化发病率升高。Lee等[31]的实验在发生血管钙化的血液透析患者中发现了miR-29b和miR-223的表达增加，并且钙化的严重程度与miR-29a水平有关，也提示miRNA的表达与血管钙化关系密切。

3.5 其他因素

终末糖基化终末产物（advancedglycationendproducts，AGE）是蛋白质、氨基酸等经糖化产生的终产物。由于氧化应激产生AGE增加和肾脏的代谢减少，AGE水平在糖尿病和非糖尿病的CKD患者中均会升高[32]，体外研究[33]发现AGE与其受体结合后可以通过激活多种信号通路导致VSMC发生钙化，AGE也可以增加白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎症介质的合成，增强炎症反应，造成内皮细胞的功能紊乱，促进血管钙化的进展[34]。

炎症反应与血管钙化关系密切，CKD患者机体大部分都处于炎症状态，很多炎症因子都对血管钙化起到重要作用。在高磷环境中，TNF-α可以促进磷进入细胞，影响VSMC的表型转化和细胞凋亡，也可以降低Klotho基因的表达，导致血管钙化[35]。在主动脉内膜和中膜钙化的血液透析患者中也发现了血清IL-6等炎症因子水平明显升高，并且与患者的死亡率相关[36]。

4 小结

CKD患者血管钙化涉及的机制和影响因素还有很多，目前还没有治疗方法被明确证实可以有效的逆转钙化，针对不同机制，现有研究认为磷结合剂、拟钙剂、镁和维生素K等的应用可能可以延缓血管钙化的进展[37]，近来也有一些研究提出氧化抑制剂可以延缓血管钙化的进程[38]，但是否有效还有待进一步研究。CKD患者血管钙化的机制仍需进一步探索，从而为钙化的防治提供有效的方法和新的思路。