主动脉瓣钙化发病机制的研究进展

高佳斌　徐志云



主动脉瓣钙化发病机制的研究进展

高佳斌徐志云

主动脉瓣钙化是复杂的多因素参与的异位钙化的过程，可引起主动脉瓣狭窄，严重时导致血流动力学改变，甚至猝死，换瓣手术治疗是目前唯一有效的方法。主动脉瓣钙化的发病机制包括瓣膜内皮细胞的转变、瓣膜间质细胞的转变、细胞外基质重塑、新生微血管、血流动力学影响以及其他相关因素。

主动脉瓣钙化；发病机制；信号通路

主动脉瓣钙化是涉及内皮损伤、脂质浸润、慢性炎症、基质重构、细胞分化、钙盐沉积及新生血管形成等复杂变化的主动过程。正常的主动脉瓣是没有血管的三叶结构，可分为3层，靠近主动脉的纤维层、中间的松质层和心室面的心室肌层。各层由瓣膜间质细胞及其分泌的细胞外基质(胶原、弹性蛋白、氨基葡聚糖)组成，最外层由瓣膜内皮细胞覆盖。 瓣膜内皮细胞通过调节渗透性、炎症细胞黏附和信号的分泌转导，维持瓣膜内环境的稳定。在疾病发生过程中，局部或者循环中各种因素的刺激都可能引起细胞和细胞外基质的功能和形态改变，最终导致主动脉瓣钙化。

1　瓣膜内皮细胞的转变

在胚胎发育过程中，瓣膜的生长涉及内皮-间充质转变(EndMT)的过程，瓣膜内皮细胞能获得类似于间充质细胞特征的表型。目前研究发现成人的瓣膜内皮细胞在转化生长因子β(TGF-β)、机械应力、炎症介质等刺激下都可发生这种转变，失去原有的血管内皮功能。一氧化氮的产生受阻可引起瓣膜间质细胞的增殖和向成骨细胞分化[1]、活性氧簇(ROS)产物的增加，促炎症反应通路的激活，并表达α-平滑肌肌动蛋白Ⅰ型胶原和波形蛋白，且ROS的蓄积是血管壁矿物沉积的重要病理因素[2]。通过转录因子Msx2和β-链蛋白信号通路，进一步向周围组织扩散[3]。一旦EndMT发生，瓣膜内皮细胞就参与到瓣膜的病理性纤维化，或者同时出现向成骨细胞表型分化。瓣膜内皮细胞的EndMT通过纤维化，促细胞外基质重塑，聚集成骨细胞参与主动脉瓣钙化的发生发展[4]。

2　瓣膜间质细胞的转变

在主动脉瓣膜钙化的病理过程中，另一个可能的机制是正常休眠状态的瓣膜间质细胞活化，并向成骨细胞表型转变，聚集钙磷等无机盐离子细胞发生钙化。瓣膜间质细胞发生转变的过程可能涉及多个跨膜信号转导[5],其中较典型的介质包括骨形成蛋白(BMP)、Wnt蛋白、NOTCH蛋白。

2.1BMP

BMP是TGF-β超家族的一员，能刺激成骨细胞形成骨组织，BMP通过活化Smad1、5、8信号通路，上调成骨基因转录因子Msx2和Runx2，一旦信号通路激活细胞即产生一系列钙化相关蛋白，如骨桥蛋白和骨钙蛋白。研究发现，主动脉瓣钙化狭窄的患者血清中成骨因子Runx2和骨桥蛋白较正常人明显增多，骨桥蛋白还可以作为多功能的促炎症细胞因子引起组织炎症反应和组织重构，包括纤维化和血管生成[6-7]。Yamamoto等[8-9]发现，退行性主动脉疾病保守治疗的患者服用华法林加速了主动脉瓣钙化狭窄，可能与华法林阻碍了维生素K依赖的基质Gla蛋白(MGP)的活化，而被羧基酶活化的基质Gla蛋白(cMGP)较多存在于瓣膜内皮细胞，非活化的MGP则存在于瓣膜间质细胞中，2种形式的MGP都能阻碍BMP的合成，故考虑BMP与主动脉瓣钙化有关。

2.2Wnt蛋白

低密度脂蛋白受体相关蛋白5(LRP5)作为Wnt蛋白的跨膜受体，通过Wnt-LRP5复合物介导使得细胞核中β-链球蛋白和碱性磷酸酶(ALP)水平升高，细胞外基质发生重塑，并诱导瓣膜间质细胞向骨形成细胞转化[10]。

2.3NOTCH蛋白

NOTCH1作为NOTCH跨膜信号通路的一种蛋白，能够正性调控内皮细胞中MGP的表达[11]，同时与hey1/2作用，抑制Runx2的活性。然而，改变NOTCH信号通路并不能改变血管平滑肌细胞中MGP的表达,可见主动脉瓣的组织特性与动脉系统的血管不同。

3　细胞外基质重塑

正常的主动脉瓣膜中环形的Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维被破坏后，原本适应于主动脉侧的瓣膜面对于血流产生的剪切力耐受下降，影响内皮细胞功能。同时促进瓣膜间质细胞分泌透明质烷和胶原，而新生的这些细胞外基质成分通常结构紊乱，无应有的生理功能，使得原本富有弹性的瓣膜不断增厚，逐渐发生纤维化，影响瓣膜的活动[12]。有研究发现，钙化的瓣膜与正常瓣膜相比，其基质金属蛋白酶(MMP-1、2、3、9)和组织蛋白酶(S、K、V、G)表达明显升高[13]。这些酶类的激活可以降解胶原和弹性蛋白，并形成促炎症反应多肽，破坏瓣膜的完整性，并能够促进炎症反应，使钙化结节进一步增大[14]。

4　新生微血管

主动脉瓣钙化的另一个特征是瓣膜的血管新生，正常的主动脉瓣没有血管，而在钙化的主动脉瓣中，在炎症细胞浸润的区域、钙化灶的边缘可见微小动脉，且通过组织学分析发现这些区域的细胞可以表达内皮标志物Tie-2、血管内皮生长因子受体2以及α平滑肌肌动蛋白，进一步证实了钙化的主动脉瓣中有新生的微血管。Heistad等[15]对钙化性主动脉瓣狭窄患者术中取下的钙化瓣膜进行免疫组化染色及冰冻切片观察，不仅发现巨噬细胞、肥大细胞、T淋巴细胞以及平滑肌细胞，还可检测到大量氧化低密度脂蛋白、激活的炎症细胞以及新生血管。肥大细胞能够分泌类胰蛋白酶，下调软骨调节素-1(ChM-1)，促进血管内皮生长，诱导血管生成[16]。新生的血管形成后可以加速局部组织细胞的代谢凋亡，使炎症细胞、脂质及其他促进钙化的信号分子更容易转运，加速主动脉瓣的钙化。

5　血流动力学的影响

正常主动脉瓣能适应血流的机械应力，当机体出现长期的血压升高、升主动脉扩张等改变时，会引发一系列血流动力学改变。湍流和涡流等使主动脉瓣受力情况改变，在血流不断冲击和波动的机械应力的直接作用下，主动脉瓣容易钙化。在先天性二尖主动脉瓣疾病病程中，患者的二尖瓣叶常较正常三尖主动脉瓣者提前20年钙化，即在50岁左右就发生钙化，其特殊的结构影响了血流动力学[17]。Mahler等[18]通过体外实验发现，与高值而稳定的血流剪切力相比，不稳定的剪切力能上调EndMT以及炎症相关基因和蛋白的表达。Wang等[19]在动物实验中发现，高脂血症和血流剪切力都能增加血清TGF-β1水平，同时可以活化TGF-β1，并通过经典(p-Smad2/3)和非经典(p-Erk1/2)途径诱导粒细胞发生改变，参与炎症反应，加重主动脉瓣膜的钙化。

6　主动脉瓣钙化其他相关的因素

6.1脂质

高胆固醇及其相关的脂蛋白，尤其是氧化的低密度脂蛋白和氧化的磷脂是疾病发展的独立危险因素[20]。血浆中升高的脂质在瓣膜内皮不断聚集，逐渐侵入瓣膜间质，同时被氧化的脂质具有高度的细胞毒性，作用于内皮细胞及肌成纤维细胞，激活炎性反应并启动钙化相关信号通路，导致主动脉瓣钙化狭窄[21]。磷脂酶-A2(Lp-PLA2)在狭窄的主动脉瓣和瓣膜间质细胞钙化的过程中表达明显增加，它能够以氧化的磷脂作为底物，产生脂肪酸和溶血磷脂酰胆碱(LPC)[22]。

然而ASTRONOMER研究[23]发现，除了明显的血脂和C反应蛋白的降低，他汀类降脂药物并没有延缓主动脉瓣钙化狭窄的病程，脂质在主动脉瓣钙化中的作用有待进一步研究。

6.2钙磷代谢

主动脉瓣钙化可能与老年人全身钙磷代谢紊乱有关。Yang等[24]的临床试验显示，血中增高的钙、磷、碱性磷酸酶、甲状旁腺激素和降低的25-羟维生素D都与钙化性主动脉瓣疾病的发展和严重程度相关，其可能的原因是甲状旁腺激素使得血中破骨细胞增多，骨微结构破坏，钙转移至血液，导致血钙水平增高，血钙在软组织中沉淀即产生异位钙化。Drolet等[25]在模拟主动脉瓣钙化狭窄的动物实验中发现，单纯的高胆固醇血症(高胆固醇饮食)或者钙化因素(维生素D喂养)并不能导致主动脉瓣的钙化狭窄，而同时暴露在高胆固醇血症和维生素D喂养的实验组瓣膜面积缩小，瓣膜上出现钙化斑块。

然而也有研究发现，主动脉瓣钙化与钙剂摄入之间没有明显的相关性[26]。大样本回顾性研究发现，超过5年的随访中二膦酸盐并没有减慢主动脉瓣钙化狭窄病程，患者生存率和主动脉瓣置换手术率也没有降低[27]，故钙磷代谢与主动脉瓣钙化间的关系尚有待进一步研究。

6.3炎症

抗衰老基因Klotho缺陷的实验鼠和人发生钙化性主动脉瓣疾病时，血清中前列腺素环加氧酶2(COX2)表达增加，COX2不但参与炎症反应的激活，而且在骨形成和骨修复中有重要作用，促进成骨基因的表达和瓣膜间质细胞的钙化。使用塞来昔布(选择性COX2抑制剂)可减少Klotho基因缺陷大鼠的瓣膜钙化和瓣膜间质细胞成骨基因的诱导[28]。

综上所述，主动脉瓣钙化是复杂的多因素参与的异位钙化的过程。

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(收稿：2016-02-23修回：2016-06-07)

(本文编辑：丁媛媛)

200433上海，第二军医大学附属长海医院胸心外科

徐志云，Email:zhiyunx@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-6583.2016.04.006