血管钙化及其平滑肌细胞表型转化的调节机制

血管钙化及其平滑肌细胞表型转化的调节机制作者：常晓丹李丽华张宝红来源：《中国医药导报》2016年第06期[摘要] 血管钙化常见于高血压、糖尿病血管病变、动脉粥样硬化、慢性肾病、衰老等传统的老年病或慢性病，此外还可见于小儿，如新生儿期血管钙化、肺动脉高压、尿毒症性小动脉钙化等，均可危及生命。

最近研究发现，血管钙化是一种多因素介导、可逆的、主动的调节过程，涉及多种细胞因子及信号通路，血管钙化的本质是血管平滑肌细胞向成骨细胞样表型转化，导致血管壁增厚、管腔狭窄、血管硬化重塑，因此血管钙化及其平滑肌细胞表型转化相关的信号转导调节机制成为这一领域的重大研究课题。

[关键词] 血管钙化；血管平滑肌细胞；表型转化；信号通路[中图分类号] R543.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）02（c）-0030-04Regulatory mechanism of vascular calcification and its smooth muscle cell phenotype transformationCHANG Xiaodan1，2 LI Lihua1 ZHANG Baohong31.Department of Neonatology， Bayi Children's Hospital Affiliated to Clinical Medical College in Beijing Military General Hospital of Southern Medical University， Beijing 100700， China；2.Department of Neonatology， the Second Central Hospital of Baoding City， Hebei Province，Baoding 072750， China；3.Department of Pediatrics， the Hospital of Tsinghua University，Beijing 100084， China[Abstract] Vascular calcification is common in hypertension， atherosclerosis， diabetes，chronic kidney disease， aging， etc. Not only found in these elderly or chronic diseases， but also in children， such as neonatal vascular calcification， pulmonary hypertension， uremic small artery calcification， can endanger life. Recent studies have found that vascular calcification is a multi factor， reversible and active regulation process. It involves many kinds of cytokines and signaling pathways. The essence of vascular calcification is vascular smooth muscle cells to differentiate into osteoblast like phenotype， resulting in vascular wall thickening， lumen stenosis and vascular remodeling. Therefore， it is important to study the mechanism of vascular calcification and the modulation of the signal transduction pathway related to the phenotype of smooth muscle cells.[Key words] Vascular calcification； Vascular smooth muscle cells； Cell phenotype transformation； Signaling pathway血管钙化是一种类似于骨和软骨生理性矿化的主动的、可逆的、多种细胞因子介导的调节过程[1]。

血管钙化可以根据位置分为四种主要类型：动脉粥样硬化内膜钙化、动脉中层钙化、心脏瓣膜钙化、钙化性尿毒症性小动脉病[2]。

血管钙化的关键是血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）向成骨细胞样表型转化，涉及细胞凋亡、氧化应激、代谢异常、信号通路等多种复杂的病理生理过程，而目前血管钙化及其平滑肌细胞表型转化相关的信号转导通路调节机制尚未完全明确，现将一些可能的机制综述如下：1 血管钙化的起始环节血管钙化过程中，血管壁矿化防御机制被耗竭，血管平滑肌细胞丢失原有表型而获得成骨表型，先后释放基质小泡和凋亡小体，为钙磷结晶提供合适的核心微环境。

基质小泡（matfix vesicles，MVS）是细胞外的一种100～700 nm大小的膜包裹结构，富含多种磷脂和蛋白，钙磷脂结合蛋白通过激活钙通道活性，导致基质小泡内钙离子积聚，磷脂类以磷脂酰丝氨酸为主，具有富集钙离子和磷酸盐形成高度难溶的羟基磷灰石晶体，该晶体通过基质小泡膜的降解释放进入细胞外基质，与胶原蛋白连接，继而在细胞外环境的调节下不断生长形成矿化结节，因此基质小泡是钙化过程的初始矿化位点[3]。

研究表明基质小泡来源于VSMCs衍生的凋亡小体，在受损的或死亡的VSMCs释放的基质小泡中含有羟基磷灰石单晶体，且在体外钙化培养的人主动脉平滑肌细胞（SMC），其钙化结节中心细胞在钙化早期就表现出核固缩、核碎裂等典型的凋亡特征，提示细胞凋亡和MVS的形成是血管钙化的始动环节[4]。

2 血管钙化与细胞因子血管细胞外基质是一类由胶原、蛋白聚糖及糖蛋白等大分子物质组成的动态网状结构，分为基膜（BMs）和间隙结缔组织（ICT）两大类，是维持血管壁结构完整和功能正常的必要保证，同时也是各种细胞因子的储存库。

BMs主要包括Ⅳ型胶原、层粘连蛋白和蛋白聚糖等，ICT则主要包括Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原、纤粘连蛋白、弹性蛋白、蛋白聚糖和氨基聚糖等，此外还包括多种骨分化相关蛋白，如骨钙素（osteocalcin，OCN）、骨保护素（osteoprotegerin，OPG）、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）等[5-7]。

胶原是构成细胞外基质的骨架，血管平滑肌细胞合成胶原的能力是血管内稳态的重要组成部分，主要分泌Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型胶原蛋白，钙化血管也可以高表达Ⅱ型胶原。

Blackstock等[8]发现，胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1）可增加ApoE基因缺陷小鼠动脉粥样硬化斑块胶原含量，而斑块中的胶原含量是斑块稳定性的一个重要标志，进而研究在钙化SMC，IGF-1显著增加larp6的表达，从而增加Ⅰ型胶原合成和胶原细胞外积累，促进纤维成熟，以维持动脉粥样硬化斑块内纤维帽的结构完整性。

血管壁内存在一些维生素K依赖蛋白也是有效的钙化抑制蛋白，如OCN又称骨γ-羧基谷氨酸蛋白、基质Gla蛋白（matrix Gla protein，MGP）等，这些蛋白均含有特异性谷氨酸残基，其共性是需在维生素K参与下经γ谷氨酸羧化酶催化产生γ-羧基谷氨酸发挥生物学效应[9]。

OCN是由成骨细胞分泌的一种体内最丰富的特异性非胶原蛋白，其特异性谷氨酸残基可结合钙、磷和羟磷灰石，抑制骨中羟基磷灰石结晶的形成，OCN主要在血管细胞矿化形成期出现，因此被认为是血管平滑肌细胞向成骨细胞转化的标志之一。

Pal等[10]学者研究表明在OPG缺乏的小鼠主动脉钙化模型以及具有间歇性跛行症状的主动脉钙化患者，循环单核细胞表达成骨细胞标志物OCN的百分比均显著下降，这表明骨髓来源的OCN阳性单核细胞在病变动脉分化为成骨细胞，促进血管钙化。

MGP 广泛分布于软骨和血管壁，在维生素K的参与下其谷氨酸残基羧化为活性形式，Gla与血清中游离钙离子结合，抑制钙盐沉积，并与钙化VSMCs产生的基质小泡及凋亡小体结合，抑制血管钙化的始动环节。

MGP基因敲除所致的MGP缺乏的小鼠，其VSMCs失去收缩表型标志分子α平滑肌肌动蛋白，而表型转化特异性转录因子Osterix及Runx2的表达上调，碱性磷酸酶活性升高，骨桥蛋白表达增加[11]。

OPG又称护骨素或破骨细胞抑制因子，是由成骨细胞分泌的糖蛋白，属于肿瘤坏死因子受体超家族成员，OPG/RANK/RANKL途径是近年来发现的在破骨细胞分化过程中的一个重要信号转导通路，OPG可作为诱饵受体与核因子κB受体活化因子（RANK）竞争性结合其特异性配体RANKL，阻止RANK与RANKL之间的结合，从而抑制破骨细胞前体的分化和激活，降低成熟破骨细胞的活性，诱导破骨细胞凋亡，增加骨密度。

Callegari等[12]研究显示2/3的OPG基因敲除所致OPG缺乏小鼠在成熟之前即表现出严重的骨质疏松及主动脉和肾动脉中层的钙化，同时在钙化动脉还检测到RANK及RANKL的表达增加。

BMPs是诱导骨发生的主要活性因子，属于转化生长因子-β（TGF-β）超基因家族成员，目前体内外实验均证实BMPs是具有诱导间充质细胞向骨组织方向分化的生长因子，其中BMP-2参与血管钙化的作用最为重要。

Sage等[13]在高磷诱导的小鼠血管平滑肌细胞钙化模型，发现高磷培养基培养24 h显著诱导BMP-2和OPN的表达，7 d后BMP-2的表达更显著，且Osterix表达增加，但MGP的表达明显下调。

OPN是由骨基质细胞产生的骨特异性的、含有唾液酸的分泌型糖基化非胶原蛋白，含有保守的精氨酸-甘氨酸-天门冬氨酸（RGD）序列的，从而发挥其特异性细胞黏附功能，例如OPN的RGD基序与破骨细胞表面的整合素αvβ3受体结合，其酸性结构域与细胞外基质的矿物质表面相互作用，酸化局部微环境，使矿物质溶解，抑制羟基磷灰石结晶的生长，实现抑制血管钙化的作用[14]。

3 血管钙化时细胞表型转化的调节根据细胞结构和功能的不同，VSMC分为收缩型（分化型）和合成型（未分化型或去分化型）两种表型，在不同的生理和病理条件下，如血管损伤、机械牵张、生长因子的刺激，VSMCs可在收缩表型和合成型之间转化，该过程称为表型转化，呈可逆状态。