血管平滑肌細胞在血管中膜鈣化中的作用研究進展

1、血管平滑肌細胞在血管中膜鈣化中的作用研究進展 摘要 近年動脈鈣化（vcs）的研究比較廣泛，人們對動脈鈣化的認識也有了進一步的提升，明確其是一種通過多種分子信號通路啟動和調節(jié)的主動過程。在動脈中膜鈣化過程中，血管平滑肌細胞（vsmcs）在鈣化的啟動、進展及調節(jié)中發(fā)揮了重要作用，本文回顧了血管平滑肌細胞在血管中膜鈣化中的相關作用研究，并指出平滑肌細胞轉分化為骨樣細胞的動力研究以及如何通過控制平滑肌細胞的骨轉化來逆轉鈣化將是未來可能的研究方向。 關鍵詞 中膜鈣化；平滑肌細胞；轉錄因子；基質囊泡；鈣化調節(jié) 中圖分類號 r714.252 文獻標識碼 a 文章編號 1673-7210（2016）04（b）

2、-0031-04 abstract in recent years， vascular calcification（vcs） is widely researched. peoples understanding of arterial calcification has also been further improved， recent studies illustrate that vc is an active process initiated and regulated via a variety of molecular signalling pathways. in the p

3、rocess of arterial medial calcification， vascular smooth muscle cells （vsmcs） played an important role in the initiate， development and regulation of vascular calcification. this report will review the effect of vascular smooth muscle cell in medial vascular calcification and propose that the origin

4、al power of vsmcs transformed into an osteo-chondrogenic phenotype and how to reverse calcification through regulating vsmcs trans-differentiate will be the research direction in the future. key words medial calcification； smooth muscle cell； transcription factor； matrix vesicle； calcium regulation

5、血管鈣化是一種伴隨著羥基磷灰石結晶在細胞外基質和動脈壁細胞上蓄積的病理過程，是動脈粥樣硬化、高血壓、糖尿病血管病變的共同病理表現(xiàn)。現(xiàn)已明確血管鈣化是一種通過多種分子信號通路啟動和調節(jié)的主動過程，根據(jù)鈣化在血管發(fā)生部位的不同，將其分為內膜鈣化和中膜鈣化，內膜鈣化的鈣化部位與粥樣硬化斑塊一致，呈點灶狀或斑片狀；中膜鈣化的鈣化灶則沿著血管中膜和內彈性膜呈線狀蓄積，病變常常定位于與彈性層緊密聯(lián)系的圓周1。研究發(fā)現(xiàn)，內膜鈣化常與動脈粥樣硬化相關，其發(fā)生發(fā)展很大程度上與脂蛋白和細胞因子參與的炎性級聯(lián)反應有關；中膜鈣化則與全身或局部的鈣磷酸鹽代謝紊亂、糖代謝紊亂以及彈力蛋白變性有關。 在此過程中，血管平滑肌

6、細胞（vascular smooth muscle cells，vsmcs）通過成骨相關基因的表達決定并調節(jié)vsmcs轉化為骨樣細胞，vsmcs釋放的基質囊泡以及凋亡后產生的凋亡小體啟動鈣化過程，mirna、鈣化相關蛋白、促鈣化物質則在vsmcs骨化過程中發(fā)揮重要的調節(jié)作用。本文將重點回顧已知的血管平滑肌細胞在血管中膜鈣化中所發(fā)揮的作用以及未來可能的研究方向。 1 成骨相關轉錄因子的表達決定并調節(jié)vsmcs轉化為骨樣細胞 在血管壁中，vsmcs表現(xiàn)出了分化成骨樣細胞的潛能，并且在這一過程中發(fā)揮了重要的調節(jié)作用。在鈣化的血管壁，骨相關轉錄因子如msx2、runx2（也稱為cbfa1）、oster

7、ix和sox9等的表達決定了細胞分化為成骨細胞2-3。促骨化因子如骨形態(tài)蛋白（bmp）和炎性介質如腫瘤壞死因子（tnf-）能激活msx2和wnt信號通路，msx2可通過上調wnt3a、wnt7a和堿性磷酸酶來促進鈣化3-4。msx2和wnt信號通路還可以上調轉錄因子runx2 和osterix的表達，相應的使得骨相關蛋白如骨鈣素、骨硬化蛋白以及rankl受體激活劑的表達增加3， 5。runx2的下游信號osterix則可以使骨涎蛋白和堿性磷酸酶等其他骨相關蛋白的表達量增加6。 血管平滑肌細胞分化成骨樣細胞并表達成骨相關轉錄因子和成骨相關蛋白的能力已經在體內和體外實驗中得到證實。模擬慢性腎臟疾病

8、患者，將vsmcs暴露于可促鈣化的磷酸鹽水平，發(fā)現(xiàn)平滑肌細胞可收縮蛋白sm22和sm -actin水平降低，而成骨標志物runx2、骨橋蛋白、骨鈣蛋白和堿性磷酸酶水平升高7。最終證實smcs在體內遵循這一過程的實驗是對基質gla蛋白（mgp）基因敲除小鼠的譜系追蹤研究，這類小鼠因為缺乏鈣化抑制因子mgp所以在早期就表現(xiàn)出了嚴重的血管鈣化。在這個研究中，心肌素（myocardio）的下調及msx2表達的增高被證明是發(fā)生在血管鈣化之前。這就證明了是msx2而不是其下游信號或者成骨相關蛋白導致了vsmcs發(fā)生了成骨樣改變，與此同時，該實驗也證實了是vsmcs而不是骨髓來源的間充質干細胞在血管鈣化中發(fā)

9、生作用8。 2 凋亡小體和基質囊泡的產生啟動vsmcs的鈣化過程 在一般情況下，生物礦化被認定為組織表達i型膠原和堿性磷酸酶，這些蛋白的共表達足以引起異位鈣化。i型膠原和堿性磷酸酶在鈣化動脈粥樣硬化斑塊中與礦物沉積分布部位相同，并且這兩種物質可以通過血管細胞體外培養(yǎng)而產生9。中膜鈣化常與彈性蛋白而非i型膠原蛋白有關。在鈣化早期階段，晶體形成源于外膜囊泡，如基質小泡或凋亡小體，它們?yōu)殁}化的發(fā)生提供了一個高鈣、高磷的微觀環(huán)境以及具有膜結合能力的堿性磷酸酶10。 血管壁內形成的磷酸鈣晶體被vsmcs韌毯螅在溶酶體的作用下降解，使得細胞內鈣離子濃度升高，高鈣環(huán)境可以誘導平滑肌細胞死亡，并產生凋亡小體；

10、vsmcs也通過形成細胞外囊泡參與磷酸鈣晶體成核的過程。這些基質囊泡是由受損的活的或即將死亡的vsmcs中的巨噬細胞和血管平滑肌細胞釋放的。這些基質囊泡含有堿性磷酸酶活性，并含有大量的鈣和磷，形成易于堿性鈣磷沉積的微環(huán)境。除此之外，在smc源性的基質小泡內還包含已確定的79種蛋白質，包括與鈣化相關的蛋白質、細胞外基質蛋白和鈣通道蛋白，基質的生物合成、運輸及細胞骨架蛋白，氧化和內質網應激相關蛋白以及其他血清蛋白11。 由血管平滑肌細胞釋放的基質囊泡以及降解產生的凋亡小體可作為晶體在主動脈壁沉積的成核劑。血管平滑肌細胞凋亡還與鈣化和中膜變性有關。通過電子顯微鏡可觀察到這種結晶基質囊泡在鈣化斑塊內往

11、往很接近凋亡的平滑肌細胞，并且，當其分離后仍保留集中鈣與磷酸鹽以及啟動新晶體形成的能力?；|小泡可能是用于胞內通訊的胞膜囊泡的某種特定形式，而凋亡小體可能是這一病理生理過程中物質的代表11-12。 3 vsmcs鈣化的調控因子 vsmcs鈣化相關的調控因子主要與發(fā)育、炎癥和代謝等因素相關。其中促進血管鈣化的調控因子有高磷、維生素d（vitamin d，vd）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bmp）、腫瘤壞死因子（tnf）、氧化應激等。鈣化的抑制因子主要有微小rna、基質gla蛋白和胎球蛋白a等。 3.1 促進因子 3.1.1 高磷 除了化學因素促進晶體形成外，高磷血癥在體外可以增加平滑肌細胞骨軟骨化基因表達

12、。在生理濃度的磷酸鹽（2 mmol/l pi），磷酸鹽的沉積非常迅速且很容易被觀察到13。血清磷酸鹽水平通過磷酸本身來進行調節(jié)，甲狀旁腺激素，和vd，以及成纖維細胞生長因子23，這些是從骨細胞中釋放并通過激活其在腎臟的共受體klotho，來控制磷酸鹽的消除14。 3.1.2 維生素d 高劑量的膳食vd可以誘導中膜鈣化；這經常被用于制作血管鈣化動物模型14。通過紫外線照射產生的vd與其結合蛋白結合后存在于機體循環(huán)系統(tǒng)，膳食vd經由乳糜微粒及脂蛋白顆粒的流通被運送到循環(huán)系統(tǒng)。當脂蛋白顆粒在動脈粥樣硬化斑塊沉積時，它們攜帶的vd可能被血管平滑肌細胞、單核細胞和巨噬細胞表達的1-羥化酶轉化為活性形式。

13、這預示著潛在的vd可以促進動脈粥樣硬化鈣化以及心血管風險發(fā)生的時間。流行病學顯示，vd無論是過量還是不足均可以增加心血管危險因素的發(fā)生率15。 3.1.3 骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bmp） bmp2和bmp4是從牛骨中分離的有效的成骨分化相關因子，它們可以在體內誘導肌肉組織的異位骨化以及在體外誘導平滑肌細胞的礦化。bmp2是通過runx2來發(fā)揮作用的，它可以誘導i型膠原和堿性磷酸酶的表達16。bmp2可以被noggin、chordin和mgp（基質gla蛋白）拮抗17。bmp4在大鼠平滑肌細胞內被腫瘤壞死因子配體超家族成員11（也被譽為核因子b-b配體或rankl的受體激活劑）誘發(fā)18。 3.1.4

14、腫瘤壞死因子 腫瘤壞死因子誘導msx2的wnt-catenin信號通路，這樣會加劇氧化應激和高磷血癥19。tnf在體外還通過降低抗凋亡的gas6的表達，以及通過蛋白激酶a信號誘導堿性磷酸酶活化促進鈣化20。tnf也可通過nadph介導活性氧的產生和誘導msx2的表達作用于堿性磷酸酶21。在體內，平滑肌細胞靶向腫瘤壞死因子的過度表達增強了msx2-wnt信號誘導ldl-受體敲除小鼠鈣化的程度，臨床上常使用tnf的單克隆抗體-英夫利昔單抗來抑制這些小鼠wnt信號的激活和鈣化21。 3.1.5 氧化應激 氧化應激是促進血管細胞鈣化的獨立因子，并且可以解釋炎性細胞因子、氧化脂質和某些氧固醇的促鈣化效應

15、。過氧化氫通過上調runx2促進血管平滑肌細胞的骨軟骨化過程?；钚匝醯乃皆谌梭w瓣膜鈣化位點是增加的22。脂質氧化的產物，如最低限度修飾的ldl和氧化磷脂，誘導成骨和細胞凋亡介導的血管細胞的鈣化。tnf和過氧化氫誘導的成骨分化是由胰島素樣生長因子1抑制23。 氧化應激還可以激活內質網應激，內質網應激是另外一種促進平滑肌細胞轉分化為成骨細胞的機制，在人體的smc中，骨形態(tài)蛋白-2可以通過增強nadph氧化酶的活性以及產生活性氧來激活內質網應激24。內質網應激可以激活轉化因子xbp-1的表達，xbp-1常與runx2的啟動子結合，啟動vsmcs的骨轉化；在主動脈鈣化實驗模型中，內質網應激蛋白可以活

16、化轉錄因子4（atf4），從而促進平滑肌細胞鈣化25。 3.2 抑制因子 3.2.1 微小rna（mirnas） 微小rna（mirs）通過在促鈣化的條件下調節(jié)基因的表達，已經成為smcs分化為成骨細胞的關鍵調節(jié)因子。例如，在鈣化情況下，mir-143/145可以調節(jié)smc分化標志物的表達并下調kruppel樣因子4的表達。其他的研究表明，平滑肌細胞中mir-204、mir-205、mir-133a或mir-30b的表達減少發(fā)生在鈣化和runx2的表達上調之前26。將平滑肌細胞暴露于促成骨介質21 d后，靶基因為ets1和osterix的mirna-125b發(fā)生了明顯下調27. 3.2.2 基

17、質gla蛋白（mgp） mgp是一個bmp抑制劑。mgp在鈣化患者動脈中的表達遠高于在正常人動脈的表達。這種蛋白在血管鈣化中具有抑制作用的揭示源自于意想不到的關于mgp缺陷小鼠表型的研究，mgp缺陷小鼠的主動脈壁以及大分支血管完全發(fā)生軟骨化28。后來的研究表明mgp抑制鈣化的機制主要有兩種：直接結合新生晶體，以及直接綁定和抑制bmp2；反過來，mgp可以被熱休克蛋白70以及缺乏維生素k所抑制29。 mgp發(fā)揮功能取決于維生素k依賴性羧化谷氨酸殘基，這一過程可被華法林抑制。因此，長期華法林治療與股動脈鈣化風險增加相關，華法林療法與其他類型的血管鈣化的聯(lián)系正在研究中。 3.2.3 胎球蛋白a 胎球

18、蛋白a是一種在肝臟中大量產生的血清蛋白，結合并和磷酸鈣納米晶體形成絡合物，從而形成鈣化蛋白顆粒。它還可以阻止磷酸鈣聚集形成不溶性礦物晶體從而抑制其進一步的增長。除此之外，胎球蛋白a也促進細胞吸收和清除這一絡合物30。研究者發(fā)現(xiàn)胎球蛋白主要在血管鈣化位點積聚。在體外，由血管平滑肌細胞攝取胎球蛋白a從而減少其基質小泡鈣化的能力30。低水平的胎球蛋白a與血管鈣化現(xiàn)象的增加和慢性腎臟疾病患者的死亡相關31。 4 總結與展望 綜上所述，血管平滑肌細胞在中膜鈣化的啟動調節(jié)過程中發(fā)揮了重要作用，尤其是其轉分化為骨樣細胞的能力尤應引起研究人員的注意，現(xiàn)階段雖已闡明部分vsmcs分化為骨樣細胞的機制，但其轉分化

19、的動力尚未闡明，vsmcs鈣化的主要監(jiān)管機制的闡明及如何從二級現(xiàn)象來區(qū)分它們是現(xiàn)在迫切需要得到解決的問題。在同樣的條件下，為什么有些vsmcs會發(fā)生凋亡而有些細胞只發(fā)生了基因表達的改變？究竟什么樣的特定條件決定了血管壁細胞會發(fā)生凋亡、壞死以及其他形式的細胞死亡呢？骨相關基因的表達究竟是vcm的原因還是結果？這些依舊是不清楚的。因此把研究的關注點放在vcm的早期階段是非常重要的，如何通過調節(jié)vsmcs成骨基因的表達從而逆轉血管鈣化將是未來研究的熱點。 參考文獻 1 stary hc. natural history of calcium deposits in atherosclerosis p

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