慢性肾衰竭血管钙化机制研究进展

[摘要] 慢性肾衰竭是严重危害人类健康的重大疾病，心血管疾病是慢性肾衰竭最常见的死亡原因，而血管钙化在慢性肾衰竭患者并发心血管疾病中发挥极其重要的作用，明确尿毒症血管钙化的发生机制，将有助于更好地防治。本文就慢性肾衰竭血管钙化机制的进展作一综述。

[关键词] 慢性肾衰竭；血管钙化；机制

[中图分类号] R692.5 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2014）04-0154-03

慢性肾衰竭是一种多发[发病率约1/（10000人·年）]且严重危害人类健康的疾病，尽管近年来透析技术有了显著的进步，但根据美国USRDS 2005年的数据[1]，透析患者的总死亡率自1985年仅下降11%左右，因心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）的入院率增加了8.6%，因CVD死亡的患者近40%～50%。血管钙化是慢性肾衰竭患者心血管事件发生的高危因素[2]。本文谨就慢性肾衰竭患者血管钙化机制的进展作一综述。

1 血管钙化的概述

血管钙化是慢性肾脏病相关性心血管疾病重要的病理表现[2]，包括两种类型：①内膜钙化：大血管和冠状动脉内膜是其发生的主要部位，表现为内膜增生伴富含脂质的巨噬细胞浸润，可使血管的管腔阻塞、血流减少，最终导致组织的缺血和坏死，是动脉粥样硬化的后果和标志。②中膜钙化：大、中动脉的平滑肌肌层是其发生的主要部位，以钙化为特点，表现为血管僵硬，顺应性降低[3]。基质小囊泡为核心的磷酸钙磷灰石在动脉中层的沉积，不伴血管内膜增生及富含脂质的巨噬细胞的浸润是其主要病理表现。慢性肾衰竭的血管钙化被认为是独立于动脉粥样硬化的血管中膜钙化。

2 血管钙化的发生机制

目前慢性肾衰竭患者血管钙化的病因和发病机制仍不明确。研究显示[4]，慢性肾衰竭时过饱和的血钙、磷被动沉积在受损的血管壁上进而形成血管钙化。Duer等[5]却认为血管钙化的病理类似于骨钙化的生理过程，钙磷等矿物质的沉积并不能完全解释血管钙化的形成，而平滑肌细胞介导的主动调节过程可能也是血管钙化的发生机制之一。目前国内外对慢性肾衰竭血管钙化的机制研究主要集中于以下两个方面：

2.1 血管平滑肌细胞病变参与血管钙化

2.1.1 血管平滑肌细胞的凋亡参与血管钙化 Bobryshev等[6]认为在血管钙化部位的血管平滑肌细胞（VSMC）释放基质囊泡是VSMC死亡的结果。研究显示[7，8]，凋亡的VSMC释放凋亡小体，此凋亡小体富含钙与膜结合的小泡，类似于软骨细胞释放的基质小囊泡。参与钙化的始动物质包括了基质小囊泡的几种内在成分钙结合蛋白、磷脂和Annexins（Ⅱ，Ⅴ，Ⅳ）。基质囊泡内的钙离子积聚、加速钙化进程的可能原因是基质囊泡钙通道的活性被与基质小囊泡相关联的Ⅱ型和X型胶原通过结合Annexins V而激活。Shroff等[9]研究显示血液透析可通过诱导血管平滑肌细胞凋亡而加速慢性肾衰竭患者血管中层的钙化。由此可提示VSMC凋亡，释放基质囊泡，启动血管钙化，可能是慢性肾衰竭血管钙化的始发机制。

2.1.2 血管平滑肌细胞的表型改变参与血管钙化 研究己证实[10]，成骨细胞和VSMC均起源于相同的骨髓间充质干细胞，VSMC通常保留其多能性，具有转分化为类似成骨样细胞的潜在能力；而尿毒症患者血管壁有大量钙盐沉积，钙化血管的VSMCs成骨相关蛋白骨形成蛋白2（bone morphogenetic protein 2，BMP2）及成骨关键的转录因子（osteoblast transcription factor core binding factor alpha subunit 1/Runt-related transcription factor 2，Cbf？1/Runx2）表达上调，骨细胞基质钙化相关蛋白碱性磷酸酶（AKP）、骨钙素（Osteocalcin）、骨桥蛋白（OPN）表达上调，VSMC特异标志物——平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达下调。近年来对大鼠血管钙化模型研究发现，血管中膜收缩型的VSMC细胞表型在各种致钙化因素刺激下转变为合成分泌型，从而进展为成骨样细胞表型[11]。这表明VSMC向成骨样细胞转分化可能是慢性肾衰竭血管钙化的关键环节。Kanno等[12]研究显示，一氧化氮可通过阻断TGF-β信号通路而抑制VSMC向成骨样细胞的转分化，这表明TGF-β可能参与了VSMC向成骨样细胞转分化的病理生理过程。文献报道[13]，蛋白激酶C（PKC）通路的活化能够上调间充质细胞系（C3H10TX/2）IA BMP2受体相关蛋白表达，增强BMP2的作用，介导该细胞向成骨细胞分化。Chen等[20]研究显示，高糖培养VSMC的Cbfα1及其下游蛋白骨钙素的表达上调以及AKP活性增加，而PKC抑制剂能减轻上述表现。这提示PKC可能参与VSMC向成骨样细胞转分化的病理生理过程。

2.2 促发与抑制因素失衡参与血管钙化

在慢性肾衰竭特定环境中有不少促进和抑制血管钙化的因素，促进因素超过抑制因素即发生血管钙化。了解慢性肾衰竭血管钙化促发与抑制因素将有助于更好地防治。

2.2.1 血管钙化的促发因素 文献报道[15]，慢性肾衰竭患者血清能诱导体外培养的VSMC向成骨细胞样转分化及钙化。但慢性肾衰竭患者血清中诱导VSMC转分化及钙化的因素尚未完全明了。主要可能存在以下因素：①高磷 临床研究[16]显示高磷是尿毒症血管钙化的独立危险因素。体外实验[16]也表明了高磷能诱导VSMC向成骨样细胞转分化和促进血管钙化。目前高磷诱导血管钙化的机制仍不明确。Lau等[17]报道，细胞外高磷通过激活钠依赖性磷转运体-1（sodium-dependent phosphate co-transporter，Pit-1）而导致磷的内流，细胞内高磷可上调VSMC的成骨细胞特异基因表达，启动血管钙化。另外，基质小泡中活化的Pit-1可促进磷在基质小泡沉积，有利于细胞外基质呈现矿化活性。但最近研究显示[18]，高磷在血管钙化中的作用并不依赖于Pit-1的活化，可能通过钙磷结晶的形成而启动VSMC的成骨样转分化及钙化。关于VSMC的体外钙化模型实验发现[19]，高磷诱导血管钙化发生可能与VSMC特异蛋白SM22α基因启动子区甲基转移酶活性和甲基化作用相关。因此，高磷可能参与了慢性肾衰竭血管钙化形成的病理生理过程。②炎症 既往研究显示[20]，反映慢性系统性微炎症的C反应蛋白（CRP）和IL-6是慢性肾衰竭相关血管钙化的危险因子，可能是氧化应激、高血糖、高血脂等多种致病因素的共同作用通道。国外研究表明[21]，炎症可通过干扰低密度脂蛋白受体通路而加速终末期肾脏病患者的血管钙化，类似于炎症在动脉粥样硬化中的作用机制。Krasniak等[22]检测了73例维持血透患者的平均颈动脉内膜-中膜厚度（IMT）、冠状动脉钙化积分（CACS）与多种潜在的粥样硬化和血管钙化的相关因子，结果发现CRP、IL-6与两者均呈正相关。提示炎症可能参与血管钙化的病理生理过程。Zhao等[23]研究显示NF-κB是炎症反应的核心因子，其下游细胞因子TNF-α、IL-6和CRP是血管钙化的正性调节因子，可促进血管中膜和软组织的钙化。③氧化应激 在正常情况下，人体内存在一定程度的氧化应激（oxidative stress，OS），是人体防御机制的重要组成部分，可抵御感染及清除新生细胞等。但过度氧化应激，其产物活性氧（ROS）却对细胞膜表面和血中脂质过氧化，直接损害蛋白质和核酸。有研究表明[24]，尿毒症毒素可增强氧化应激反应，而透析却更加速了氧化应激反应。尿毒症氧化应激产物主要包括糖基化终末产物（AGES）、晚期脂蛋白氧化终末产物（ALES）和晚期氧化蛋白产物（AOPP）。目前有学者认为给予尿毒症患者静脉铁剂治疗也是促发氧化应激反应的一个因素，铁剂释放自由的铁离子可与过氧化氢反应，产生强烈的氢氧自由基。ROS通过RANK激活NF-κB，从而激活下游炎症因子，如TNF-α、IL-6等可促进血管钙化的发生发展。研究显示[25]高血糖、高同型半胱氨酸及高β2微球蛋白可增加ROS产生，从而促发血管钙化。Byon等[26]的研究表明外源性抗氧化剂能抑制血管平滑肌细胞向成骨细胞转分化，而过氧化氢能通过调控转录因子Runx2诱导血管平滑肌细胞内的氧自由基增多而发生转分化。因此，过度的氧化应激可能参与了慢性肾衰竭血管钙化的病理生理过程。

2.2.2 血管钙化抑制因素 人体内存在天然的钙化抑制因子，如胎球蛋白A（Fetuin A）、骨形成蛋白-7（BMP-7）、基质Gla蛋白（matrix Gla protein，MGP）、OPG/RANK/RANKL系统、焦磷酸盐等。这些钙化抑制因子维持人体在正常情况下不出现异位钙化。上述因子水平下降及功能缺陷可能参与尿毒症血管钙化的发生。①Fetuin A Fetuin A是由肝脏合成的循环的血浆糖蛋白，小鼠敲除fetuin A基因后软组织严重钙化[27]。Morik等[28]测定92例行冠状动脉造影术患者血清Fetuin A水平，结果显示冠状动脉钙化患者血清Fetuin A水平低于冠状动脉无钙化患者，多元回归分析显示Fetuin A水平下降是冠状动脉钙化的独立预测因素。因此，Fetuin A在血管钙化的发生机制中可能是关键因子。②MGP MGP是γ-羧基矿化结合的细胞外基质蛋白，表达于VSMC和软骨细胞。研究显示[29]，大多数透析患者的维生素K减少，导致MGP γ-羧基活化的抑制，说明MGP的活化依赖于维生素K的作用。敲除MGP基因小鼠的血管中层严重钙化[29]。而肾小球滤过率的下降会导致MGP水平的降低，进而促发血管钙化[30]。表明MGP在一定程度上可以抑制血管钙化。③BMP-7 BMP-7是转化生长因子β超家族中的一员，在肾脏和骨骼的发育中起关键作用。Davies等[31]用BMP-7处理动脉粥样硬化和慢性肾衰竭大鼠，结果显示该大鼠模型血管钙化的发生受到抑制。Kang等[32]最近研究用重组人BMP-7干预高剂量活性维生素D处理的血管钙化的大鼠模型，结果同样发现BMP-7能阻止血管钙化的发生发展。④OPG/RANK/RANKL系统 在骨代谢中，破骨前体细胞向破骨细胞的分化依赖于表达于破骨前体细胞的NF-κB受体激动剂（RANK）与表达于成骨细胞表面的NF-κB受体激动剂配体（receptor activitor of NF-κB-ligand，RANKL）的相互作用。类似RANK结构的骨保护素（osteoprotegerin）能竞争与RANKL相互作用，导致破骨前体细胞向破骨细胞分化受抑制。OPG是分泌蛋白，在OPG/RANK系统中是引诱受体，是调节骨外骨转化和钙化的另一个因素。RANKL通过RANK活化后可诱导破骨细胞分化成熟。而其明显钙化的主动脉和肾动脉可出现于OPG基因敲除小鼠[33]。⑤焦磷酸盐 焦磷酸盐由动脉平滑肌细胞释放，可被组织非特异性碱性磷酸酶水解而产生磷酸盐[34]。有研究显示，缺乏合成焦磷酸盐的胞外酶将导致大鼠主动脉大片钙化[35]。给予外源性焦磷酸盐处理，血管钙化的进程将得到抑制而骨骼未出现不良反应[36]。由此说明VSMC和软组织的矿化过程中，焦磷酸盐可能是主要的抑制物。

3 总结

血管钙化是慢性肾衰竭相关性心血管疾病的危险因素，是细胞介导的类似于骨形成的主动调节过程。VSMC凋亡和释放囊泡以及向成骨样转化从而启动血管钙化，当矿化失衡、炎症及氧化应激等促发因素超过抑制因素时可加速血管钙化。明确慢性肾衰竭血管钙化的发生机制，将有助于更好地防治。

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（收稿日期：2013-11-27）