高佳斌　徐志云

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主動(dòng)脈瓣鈣化發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

高佳斌徐志云

主動(dòng)脈瓣鈣化是復(fù)雜的多因素參與的異位鈣化的過程，可引起主動(dòng)脈瓣狹窄，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)改變，甚至猝死，換瓣手術(shù)治療是目前唯一有效的方法。主動(dòng)脈瓣鈣化的發(fā)病機(jī)制包括瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)變、瓣膜間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變、細(xì)胞外基質(zhì)重塑、新生微血管、血流動(dòng)力學(xué)影響以及其他相關(guān)因素。

主動(dòng)脈瓣鈣化；發(fā)病機(jī)制；信號(hào)通路

主動(dòng)脈瓣鈣化是涉及內(nèi)皮損傷、脂質(zhì)浸潤(rùn)、慢性炎癥、基質(zhì)重構(gòu)、細(xì)胞分化、鈣鹽沉積及新生血管形成等復(fù)雜變化的主動(dòng)過程。正常的主動(dòng)脈瓣是沒有血管的三葉結(jié)構(gòu)，可分為3層，靠近主動(dòng)脈的纖維層、中間的松質(zhì)層和心室面的心室肌層。各層由瓣膜間質(zhì)細(xì)胞及其分泌的細(xì)胞外基質(zhì)(膠原、彈性蛋白、氨基葡聚糖)組成，最外層由瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋。 瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞通過調(diào)節(jié)滲透性、炎癥細(xì)胞黏附和信號(hào)的分泌轉(zhuǎn)導(dǎo)，維持瓣膜內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。在疾病發(fā)生過程中，局部或者循環(huán)中各種因素的刺激都可能引起細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的功能和形態(tài)改變，最終導(dǎo)致主動(dòng)脈瓣鈣化。

1　瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)變

在胚胎發(fā)育過程中，瓣膜的生長(zhǎng)涉及內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變(EndMT)的過程，瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞能獲得類似于間充質(zhì)細(xì)胞特征的表型。目前研究發(fā)現(xiàn)成人的瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)、機(jī)械應(yīng)力、炎癥介質(zhì)等刺激下都可發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，失去原有的血管內(nèi)皮功能。一氧化氮的產(chǎn)生受阻可引起瓣膜間質(zhì)細(xì)胞的增殖和向成骨細(xì)胞分化[1]、活性氧簇(ROS)產(chǎn)物的增加，促炎癥反應(yīng)通路的激活，并表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白Ⅰ型膠原和波形蛋白，且ROS的蓄積是血管壁礦物沉積的重要病理因素[2]。通過轉(zhuǎn)錄因子Msx2和β-鏈蛋白信號(hào)通路，進(jìn)一步向周圍組織擴(kuò)散[3]。一旦EndMT發(fā)生，瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞就參與到瓣膜的病理性纖維化，或者同時(shí)出現(xiàn)向成骨細(xì)胞表型分化。瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞的EndMT通過纖維化，促細(xì)胞外基質(zhì)重塑，聚集成骨細(xì)胞參與主動(dòng)脈瓣鈣化的發(fā)生發(fā)展[4]。

2　瓣膜間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變

在主動(dòng)脈瓣膜鈣化的病理過程中，另一個(gè)可能的機(jī)制是正常休眠狀態(tài)的瓣膜間質(zhì)細(xì)胞活化，并向成骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變，聚集鈣磷等無(wú)機(jī)鹽離子細(xì)胞發(fā)生鈣化。瓣膜間質(zhì)細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程可能涉及多個(gè)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[5],其中較典型的介質(zhì)包括骨形成蛋白(BMP)、Wnt蛋白、NOTCH蛋白。

2.1BMP

BMP是TGF-β超家族的一員，能刺激成骨細(xì)胞形成骨組織，BMP通過活化Smad1、5、8信號(hào)通路，上調(diào)成骨基因轉(zhuǎn)錄因子Msx2和Runx2，一旦信號(hào)通路激活細(xì)胞即產(chǎn)生一系列鈣化相關(guān)蛋白，如骨橋蛋白和骨鈣蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈瓣鈣化狹窄的患者血清中成骨因子Runx2和骨橋蛋白較正常人明顯增多，骨橋蛋白還可以作為多功能的促炎癥細(xì)胞因子引起組織炎癥反應(yīng)和組織重構(gòu)，包括纖維化和血管生成[6-7]。Yamamoto等[8-9]發(fā)現(xiàn)，退行性主動(dòng)脈疾病保守治療的患者服用華法林加速了主動(dòng)脈瓣鈣化狹窄，可能與華法林阻礙了維生素K依賴的基質(zhì)Gla蛋白(MGP)的活化，而被羧基酶活化的基質(zhì)Gla蛋白(cMGP)較多存在于瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞，非活化的MGP則存在于瓣膜間質(zhì)細(xì)胞中，2種形式的MGP都能阻礙BMP的合成，故考慮BMP與主動(dòng)脈瓣鈣化有關(guān)。

2.2Wnt蛋白

低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5(LRP5)作為Wnt蛋白的跨膜受體，通過Wnt-LRP5復(fù)合物介導(dǎo)使得細(xì)胞核中β-鏈球蛋白和堿性磷酸酶(ALP)水平升高，細(xì)胞外基質(zhì)發(fā)生重塑，并誘導(dǎo)瓣膜間質(zhì)細(xì)胞向骨形成細(xì)胞轉(zhuǎn)化[10]。

2.3NOTCH蛋白

NOTCH1作為NOTCH跨膜信號(hào)通路的一種蛋白，能夠正性調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞中MGP的表達(dá)[11]，同時(shí)與hey1/2作用，抑制Runx2的活性。然而，改變NOTCH信號(hào)通路并不能改變血管平滑肌細(xì)胞中MGP的表達(dá),可見主動(dòng)脈瓣的組織特性與動(dòng)脈系統(tǒng)的血管不同。

3　細(xì)胞外基質(zhì)重塑

正常的主動(dòng)脈瓣膜中環(huán)形的Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維被破壞后，原本適應(yīng)于主動(dòng)脈側(cè)的瓣膜面對(duì)于血流產(chǎn)生的剪切力耐受下降，影響內(nèi)皮細(xì)胞功能。同時(shí)促進(jìn)瓣膜間質(zhì)細(xì)胞分泌透明質(zhì)烷和膠原，而新生的這些細(xì)胞外基質(zhì)成分通常結(jié)構(gòu)紊亂，無(wú)應(yīng)有的生理功能，使得原本富有彈性的瓣膜不斷增厚，逐漸發(fā)生纖維化，影響瓣膜的活動(dòng)[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，鈣化的瓣膜與正常瓣膜相比，其基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-1、2、3、9)和組織蛋白酶(S、K、V、G)表達(dá)明顯升高[13]。這些酶類的激活可以降解膠原和彈性蛋白，并形成促炎癥反應(yīng)多肽，破壞瓣膜的完整性，并能夠促進(jìn)炎癥反應(yīng)，使鈣化結(jié)節(jié)進(jìn)一步增大[14]。

4　新生微血管

主動(dòng)脈瓣鈣化的另一個(gè)特征是瓣膜的血管新生，正常的主動(dòng)脈瓣沒有血管，而在鈣化的主動(dòng)脈瓣中，在炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)的區(qū)域、鈣化灶的邊緣可見微小動(dòng)脈，且通過組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域的細(xì)胞可以表達(dá)內(nèi)皮標(biāo)志物Tie-2、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2以及α平滑肌肌動(dòng)蛋白，進(jìn)一步證實(shí)了鈣化的主動(dòng)脈瓣中有新生的微血管。Heistad等[15]對(duì)鈣化性主動(dòng)脈瓣狹窄患者術(shù)中取下的鈣化瓣膜進(jìn)行免疫組化染色及冰凍切片觀察，不僅發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞以及平滑肌細(xì)胞，還可檢測(cè)到大量氧化低密度脂蛋白、激活的炎癥細(xì)胞以及新生血管。肥大細(xì)胞能夠分泌類胰蛋白酶，下調(diào)軟骨調(diào)節(jié)素-1(ChM-1)，促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)，誘導(dǎo)血管生成[16]。新生的血管形成后可以加速局部組織細(xì)胞的代謝凋亡，使炎癥細(xì)胞、脂質(zhì)及其他促進(jìn)鈣化的信號(hào)分子更容易轉(zhuǎn)運(yùn)，加速主動(dòng)脈瓣的鈣化。

5　血流動(dòng)力學(xué)的影響

正常主動(dòng)脈瓣能適應(yīng)血流的機(jī)械應(yīng)力，當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)長(zhǎng)期的血壓升高、升主動(dòng)脈擴(kuò)張等改變時(shí)，會(huì)引發(fā)一系列血流動(dòng)力學(xué)改變。湍流和渦流等使主動(dòng)脈瓣受力情況改變，在血流不斷沖擊和波動(dòng)的機(jī)械應(yīng)力的直接作用下，主動(dòng)脈瓣容易鈣化。在先天性二尖主動(dòng)脈瓣疾病病程中，患者的二尖瓣葉常較正常三尖主動(dòng)脈瓣者提前20年鈣化，即在50歲左右就發(fā)生鈣化，其特殊的結(jié)構(gòu)影響了血流動(dòng)力學(xué)[17]。Mahler等[18]通過體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與高值而穩(wěn)定的血流剪切力相比，不穩(wěn)定的剪切力能上調(diào)EndMT以及炎癥相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)。Wang等[19]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，高脂血癥和血流剪切力都能增加血清TGF-β1水平，同時(shí)可以活化TGF-β1，并通過經(jīng)典(p-Smad2/3)和非經(jīng)典(p-Erk1/2)途徑誘導(dǎo)粒細(xì)胞發(fā)生改變，參與炎癥反應(yīng)，加重主動(dòng)脈瓣膜的鈣化。

6　主動(dòng)脈瓣鈣化其他相關(guān)的因素

6.1脂質(zhì)

高膽固醇及其相關(guān)的脂蛋白，尤其是氧化的低密度脂蛋白和氧化的磷脂是疾病發(fā)展的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[20]。血漿中升高的脂質(zhì)在瓣膜內(nèi)皮不斷聚集，逐漸侵入瓣膜間質(zhì)，同時(shí)被氧化的脂質(zhì)具有高度的細(xì)胞毒性，作用于內(nèi)皮細(xì)胞及肌成纖維細(xì)胞，激活炎性反應(yīng)并啟動(dòng)鈣化相關(guān)信號(hào)通路，導(dǎo)致主動(dòng)脈瓣鈣化狹窄[21]。磷脂酶-A2(Lp-PLA2)在狹窄的主動(dòng)脈瓣和瓣膜間質(zhì)細(xì)胞鈣化的過程中表達(dá)明顯增加，它能夠以氧化的磷脂作為底物，產(chǎn)生脂肪酸和溶血磷脂酰膽堿(LPC)[22]。

然而ASTRONOMER研究[23]發(fā)現(xiàn)，除了明顯的血脂和C反應(yīng)蛋白的降低，他汀類降脂藥物并沒有延緩主動(dòng)脈瓣鈣化狹窄的病程，脂質(zhì)在主動(dòng)脈瓣鈣化中的作用有待進(jìn)一步研究。

6.2鈣磷代謝

主動(dòng)脈瓣鈣化可能與老年人全身鈣磷代謝紊亂有關(guān)。Yang等[24]的臨床試驗(yàn)顯示，血中增高的鈣、磷、堿性磷酸酶、甲狀旁腺激素和降低的25-羥維生素D都與鈣化性主動(dòng)脈瓣疾病的發(fā)展和嚴(yán)重程度相關(guān)，其可能的原因是甲狀旁腺激素使得血中破骨細(xì)胞增多，骨微結(jié)構(gòu)破壞，鈣轉(zhuǎn)移至血液，導(dǎo)致血鈣水平增高，血鈣在軟組織中沉淀即產(chǎn)生異位鈣化。Drolet等[25]在模擬主動(dòng)脈瓣鈣化狹窄的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單純的高膽固醇血癥(高膽固醇飲食)或者鈣化因素(維生素D喂養(yǎng))并不能導(dǎo)致主動(dòng)脈瓣的鈣化狹窄，而同時(shí)暴露在高膽固醇血癥和維生素D喂養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)組瓣膜面積縮小，瓣膜上出現(xiàn)鈣化斑塊。

然而也有研究發(fā)現(xiàn)，主動(dòng)脈瓣鈣化與鈣劑攝入之間沒有明顯的相關(guān)性[26]。大樣本回顧性研究發(fā)現(xiàn)，超過5年的隨訪中二膦酸鹽并沒有減慢主動(dòng)脈瓣鈣化狹窄病程，患者生存率和主動(dòng)脈瓣置換手術(shù)率也沒有降低[27]，故鈣磷代謝與主動(dòng)脈瓣鈣化間的關(guān)系尚有待進(jìn)一步研究。

6.3炎癥

抗衰老基因Klotho缺陷的實(shí)驗(yàn)鼠和人發(fā)生鈣化性主動(dòng)脈瓣疾病時(shí)，血清中前列腺素環(huán)加氧酶2(COX2)表達(dá)增加，COX2不但參與炎癥反應(yīng)的激活，而且在骨形成和骨修復(fù)中有重要作用，促進(jìn)成骨基因的表達(dá)和瓣膜間質(zhì)細(xì)胞的鈣化。使用塞來昔布(選擇性COX2抑制劑)可減少Klotho基因缺陷大鼠的瓣膜鈣化和瓣膜間質(zhì)細(xì)胞成骨基因的誘導(dǎo)[28]。

綜上所述，主動(dòng)脈瓣鈣化是復(fù)雜的多因素參與的異位鈣化的過程。

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(收稿：2016-02-23修回：2016-06-07)

(本文編輯：丁媛媛)

200433上海，第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)海醫(yī)院胸心外科

徐志云，Email:zhiyunx@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-6583.2016.04.006