RUNX2对慢性肾衰竭血管钙化调控的相关研究

苏培培，王玉浔，王春艳，陈婧，刘朋伟

(华北理工大学附属医院，河北 唐山 063000)

0 引言

血管钙化(vascular calcification，VC)是慢性肾脏病患者严重并发症之一，尤其是终末期肾脏病患者，是导致其发生心血管疾病而致死的主要原因。其本质是由钙盐和磷酸盐等矿物质相互作用形成羟基磷灰石晶体并沉积在血管壁的病理反应，最终导致血管壁脆性增加，顺应性降低，从而引发血栓形成、斑块破裂，显著增加患者的死亡率。过去认为VC仅是钙盐沉积的被动过程，近年研究证实该过程是多种细胞因子、信号通路参与的主动调控过程，是钙化促进因素和钙化抑制因素相互作用失衡的结果[1,2]。目前研究认为，血管钙化的主要环节之一是血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)在促钙因素作用下，发生凋亡并释放微囊泡，后者被认为是VC的起始环节，为钙磷沉积提供适宜的微环境[3]。VSMCs在各种刺激性因素作用下，可以从收缩表型向成骨/软骨样表型转化，同时合成、分泌多种骨形成相关蛋白，类似骨形成的细胞介导过程，从而导致VC的发生[4]。Runx2作为调控骨髓间充质细胞转化为成骨/软骨细胞过程中所必需的转录因子，在成骨细胞的分化和骨形成过程中扮演重要角色[5]。目前大量研究表明，Runx2作为核心转录因子，与VC的形成密切相关，本文对Runx2参与血管钙化的的调控机制综述如下。

1 RUNX2基因

RUNX2是一种特异性转录因子，称为编码 OB 的基因，与转录因子Runx1 基因、Runx3基因共同组成Runt相关转录因子(Runt-related transcription factors，Runx)家族[6]，是由一个高度保守的128氨基酸DNA 结合/蛋白质相互作用域编码。其参与形成核心绑定因子(CBF)复合物，通过调控DNA的表达参与细胞、组织的分化和生长过程。体外研究表明，Runx2可通过Wnt/β-catenin信号通路、丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信号通路和BMPs /Smads信号通路等多种信号转导途径参与骨代谢。作为调控成骨细胞分化和骨形成的关键转录因子，Runx2在间充质干细胞向成熟的成骨细胞分化的过程中起重要的作用[5]。除参与骨代谢外，在慢性肾脏病和糖尿病发生VC的患者中，钙化的血管壁均存在Runx2 的高表达的情况，这种现象在非钙化的血管壁中不存在或极少发生，提示Runx2的表达与VC的形成有必然联系。同时也有学者发现BMP-2可诱导 VSMCs的Runx2 表达增加，进而促进VC的形成[7]。后来有学者将慢性肾脏病患者血清加入培养的人平滑肌细胞，发现慢性肾脏病血清可通过诱导Runx2表达主动调节体外VC的形成，表明在慢性肾脏病血清中存在某些物质可使Runx2的表达上调，进一步证实了Runx2参与VC的形成[8]。

2 氧化应激与慢性肾脏病血管钙化

氧化应激是机体受到有害刺激时细胞内高活性分子大量增加，使氧化系统和抗氧化系统平衡被破坏，活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)蓄积并产生负面作用导致组织损伤。

临床研究表明，有大约超过一半的慢性肾脏病患者存在不同程度的VC，主要分为冠状动脉钙化、心脏瓣膜钙化、主动脉钙化、外周血管钙化四种临床类型，其中以冠状动脉钙化最为常见[9]。因此，VC是慢性肾脏病患者心血管病变发生率较正常人明显升高的重要因素。氧化和抗氧化动态系统失衡在CKD患者早期即可出现，除内环境中钙磷代谢紊乱可导致氧化应激的发生，在血液透析患者中，由于内毒素在循环系统中蓄积和透析膜的生物排斥作用，导致补体反复被激活，破坏，氧化体内蛋白质的氨基酸残基，均导致活性氧(ROS)产生增加[10,11]。邱翠婷等[12]用β-甘油磷酸钠(β-GP)联合氯化钙(CaCl2)体外培养VSMCs，成功建立VSMCs钙化模型，其中过氧化氢组ROS阳性细胞数和Runx2蛋白表达水平均较对照组、过氧化氢酶组明显增加，证实了氧化应激可通过介导Runx2 表达影响血管钙化的形成，并推测ROS可能作为第二信使参与该过程。Byon 等[13]早期发现H2O2 能够通过上调Runx2 表达引起 VSMCs 发生VC，而敲除Runx2基因则能阻断H2O2 诱导VSMCs由收缩型向成骨样细胞表型转变的发生，表明Runx2上调是H2O2参与VC发生信号通路的关键环节。后来进一步发现在OS可激活大量NADPH 氧化酶，该辅酶可催化生成ROS，大量蓄积的ROS上调Runx2蛋白表达促进VC的发生，考虑该过程可能是氧化应激的主要影响机制[14]。最新研究表明，在早期未发生钙磷代谢紊乱时，OS在CKD患者VC的形成中起主要作用，并观察到在氧化应激蛋白nox1显著上调的同时伴有runx2和胶原I的上调[15]。

3 高磷血症与慢性肾脏病血管钙化

高磷血症是CKD患者代谢失衡的中心环节，是CKD患者常见的并发症，同时也是诱导VSMC向成骨样细胞表型分化和VC发生的重要病理因素。研究表明磷浓度与钙化程度呈正相关，但机体内磷浓度超过1.4mmol/L时平滑肌即存在钙化现象，但浓度达到2.0 mmol/L时，钙化程度较前明显加重[16]。在高磷状态下，VSMCs表达α-平滑肌肌动蛋白和平滑肌收缩蛋白22α的能力丧失，转而表达骨标志物，包括Msx2、Runx2、 SOX9和Osterix等[17]。通过尿毒症大鼠模型研究发现，高磷环境能够诱导主动脉管壁细胞Runx2的表达上调，使VSMCs发生表型转换，证实高磷通过调节Runx2表达诱导VC[18]。在高磷状态下，转化生长因子βⅠ(TGF-β1)的蓄积可激活纤溶酶原激活剂抑制物1的表达，诱导Runx2的表达增加参与VC的形成[19]。Ⅲ型钠磷同向转运体是VSMCs 细胞膜上存在一种跨膜转运蛋白，Chavkin等[20]发现Ⅲ型钠磷同向转运体-1在高磷状态(＞2.0 mm)下，可激活细胞外调节激酶 1 /2(ERK1/2)激酶活性，诱导VSMCs成骨软骨分化和钙化，且是通过PI摄取不依赖的途径进行的，我们可推测高磷可通过ERK1/2/ MAPKs信号上调Runx2的表达促进VC的发生。其次，高磷可以通过诱导BMP-9使可作用于 Runx2 启动子区域上的活化的 β-连环蛋白增加，诱导 Runx2 的表达增加[21]。也有学者通过体外培养小鼠血管平滑肌细胞系，发现在高磷状态下Toll样受体4 (Toll-like receptor 4，TLR4) /核 转 录 因 子-κB (nuclear transcription factorκB，NF-κB) 信号通路可上调Runx2蛋白表达参与VC的形成[22]。廖琳等[23]用高磷诱导残肾大鼠血管钙化，证实高磷与VC形成关系密切，且有可能是通过增加Runx2与Ⅱ型胶原的表达参与VC发生过程。除此之外，高磷与OS关系密切。高磷诱导线粒体功能障碍产生的ROS可通过激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)及其下游信号分子蛋白激酶B(PKB或AKT)上调Runx2的表达，促进囊泡释放参与VC的形成[20]。

4 高尿酸血症(Hyperuricemia，HUA)与慢性肾脏病血管钙化

高尿酸血症是嘌呤代谢障碍所致的慢性代谢疾病，一般男性高于女性，且近年来发病人群逐渐年轻化。有研究表明，尿酸水平过高能够激活0S，使ROS蓄积[24]，所以尿酸水平过高与VC关系密切。张山山等[25]将人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)用不同浓度的尿酸处理后，成功诱导分化为成骨细胞，并发现成骨细胞内Cbfα1/Runx2的表达水平显著增加，且该信号通路的表达强弱与尿酸浓度和时间长短有关，呈现浓度依赖性和时间依赖性，推测尿酸可能通过Cbfα1/Runx2信号通路参与成骨细胞形成。后来有学者通过研究高尿酸血症(Huc)的动物模型和细胞模型，发现发生VC的Huc大鼠VSMC中Wnt3a、Runx2表达水平明显升高，钙含量显著增加，表明Wnt3a/Runx2信号通路可能参与高尿酸促进VC的过程[26]。田亚男等[27]提出尿酸可通过MAPKs途径诱导的 VSMC 增殖，而MAPKs在高磷状态下同样可上调Runx2的表达促进VC的发生[20]，所以我们推测高尿酸血症除与0S关系密切外，也有可能和高磷共同通过MAPKs途径相互作用参与VC的形成，这一机制还需要我们进一步研究证实。

5 展望

血管钙化是一个多病因、涉及多种机制共同参与的复杂过程。VSMCs是参与VC最重要的血管细胞成分，其发生成骨/成软骨表型转化是VC的重要机制之一，涉及多种炎症介质、细胞因子及信号转导通路的调节。Runx2 是成骨细胞分化的特异性转录因子，能够识别多种成骨特异的基因启动子中的异性顺式作用元件，调控成骨细胞表型转化，是 VSMCs表型转化的标志。本文综述了在RUNX2在氧化应激、高磷血症、高尿酸等常见的病理情况下可能参与慢性肾脏病VC发生的信号通路，对VC的防治和寻找新药物的靶点有重要的意义。