Fetuin A与主动脉瓣膜钙化

刘 亚 刘 艳

上海交通大学临床医学院附属第九人民医院，上海市 200011

Fetuin A，也称Alpha2-Heremans-Schmid glycoprotein(AHSG)，是一种由肝脏细胞合成和分泌的血浆糖蛋白，属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Cystatin)超家族成员。Fetuin A前体由一条含282个氨基酸残基的重链、一条含27个氨基酸残基的轻链和一条含40个氨基酸残基的连接链组成。在翻译过程中，连接链被糜蛋白酶水解，重链与轻链在Cys-14和Cyst-340之间由二硫键连接，形成Fetuin A[1]，其分子量为55～59kD。Fetuin A蛋白共有3个结构域: 2个半胱氨酸蛋白酶抑制剂样结构域，其含有1个磷酸钙结合位点和1个TGF-β细胞因子结合单元，通过与钙磷及TGF-β的结合，阻断了钙磷沉积及TGF-β介导的信号传导，在调节机体钙化、胰岛素抵抗、抑制肿瘤生长和血管生成，以及抗炎症反应中发挥了重要的作用；1个独特的羧基末端结构域，该结构域结构易变，是抗原决定簇所在的位置，目前关于其结构和功能尚不明确。

1 Fetuin A与主动脉瓣膜钙化

主动脉瓣膜钙化疾病(Calcific aortic valve disease，CAVD)是一组以主动脉瓣及其周围组织纤维化、硬化、钙盐沉积为主要改变，主动脉瓣狭窄(Aortic stenosis，AS)为主要功能损害的疾病。流行病学调查数据显示，CAVD发病成日益上升趋势，其与年龄明显呈正相关。在一项关于AS发病率与预后的国外人群研究[2]中提示,在50～59 岁人群中，AS发病率为0.2%(95%CI：0%～0.4%)，60～69 岁的发病率为1.3%(95%CI：0.9%～1.7%)，70～79岁为3.9%(95%CI：3.2%～4.6%)，80～89岁则为 9.8%(95%CI：7.8%～11.8%)。由于主动脉瓣膜狭窄，左心室收缩期血液排出受阻，可继发左心室向心性肥大、二尖瓣相对关闭不全，晚期可诱发心律失常、心肌梗死、心力衰竭等症状，是老年人心血管事件的主要病因。目前认为，CAVD是一个活跃进展的病理过程，涉及脂质浸润、慢性炎症反应、纤维化形成、成骨细胞激活和主动脉瓣内矿化等多种病理情况，且与动脉粥样硬化的形成和演变有着诸多相同的危险因素，如男性、吸烟、高血压、高胆固醇血症、肥胖、代谢综合征、糖尿病以及脂蛋白a水平升高等。

Ketteler[3]首先发现，尿毒症患者死亡的主要原因与血管及瓣膜病变密切相关，尤其是主动脉瓣钙化的发生率高。并发现，患者的血清Fetuin A浓度明显低于健康对照组[(0.66±0.28)g/L VS(0.72±0.19)g/L,P<0.05],推测Fetuin A可能与主动脉瓣钙化发生相关。Kocyigit等[4]也发现,肾移植患者伴主动脉瓣钙化的，其血清Fetuin A浓度明显高于无瓣膜钙化者[(236±36)mg/ml VS (272±56)mg/ml，P<0.05]，也认为血清Fetuin A浓度可能与主动脉瓣膜钙化有关。Koos等[5]对77例主动脉瓣钙化患者进行为期平均12个月随访时发现，在校正年龄、BMI、吸烟、肾小球滤过率、血脂、血糖、血压和 C 反应蛋白等危险因素后, 血清Fetuin A浓度与主动脉瓣钙化显著相关(r=-0.61，P=0.000 2)。血清Fetuin A浓度低于中位值(0.72g/L)患者的主动脉瓣钙化评分显著高于血清Fetuin A浓度高于中位值患者(P= 0.001)，进一步证实血清Fetuin A浓度与主动脉瓣钙化相关，且与瓣膜钙化程度有关。在腹透患者[6]中也发现，血清Fetuin A浓度每下降0.01mg/ml，瓣膜钙化的发病风险上升 6%，校正CRP、Ca2+、P3+水平后，血清Fetuin A浓度仍与瓣膜钙化程度呈负相关。另一项研究[7]发现，主动脉瓣钙化组的血清Fetuin A浓度[(1.41±0.337)mg/dl]低于无钙化组[(1.57±0.27)mg/dl，P=0.046]，肾小球滤过率(GFR)≥60ml/min时，差异性更显著[(1.36±0.24)mg/dl VS(1.63±0.27)mg/dl，P=0.007]，提示血清Fetuin A浓度与主动脉瓣钙化的相关性可能独立于肾功能。一项纳入7项研究的荟萃分析[8]，对2 283例主动脉瓣狭窄患者和1 549例健康人分析发现，与健康对照组相比，钙化组血清Fetuin A浓度明显降低(95%CI:-1.62～0.30,P=0.004)。

但是，目前学界对Fetui A与主动脉瓣钙化的相关性仍存争议。一项前瞻性队列研究[9]对296名主动脉瓣钙化患者进行平均(3.0±1.7)年随访，评估患者主动脉瓣钙化进展情况，发现血浆Fetui A浓度与主动脉瓣钙化进展无明显相关性(r=0.01,P=0.82)。进一步行双变量分析，调整年龄、性别、主动脉瓣钙化程度后，差异仍无统计学意义(所有P>0.2)。那么，Fetuin A是否可视为一个潜在的AS预测因子？如果是，又是如何参与调控主动脉瓣钙化病变的形成及演变？

2 Fetuin A参与调控主动脉瓣钙化的作用机制

2.1 与脂质代谢 研究表明，随着血清Fetuin A浓度的升高，血清总胆固醇(Total cholesterol，TC)、甘油三酯(Triglyceride，TG)、低密度脂蛋白胆固醇(Low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)水平也升高，而血清高密度脂蛋白胆固醇(High density lipoprotein cholesterol，HDL-C)水平是降低的(P均<0.01)。有研究[10]表明，Fetuin A可降低脂肪细胞中的cAMP含量，抑制脂肪细胞中激素敏感脂肪酶(Hormone-sensitive lipase，HSL)磷酸化，从而抑制脂肪细胞分解，使TG和脂肪酸(Fatty acids，FA)含量增加，FA的增加进一步提高血清脂蛋白B和LDL-C浓度。而ox-LDL可激活主动脉瓣膜基质间，诱发瓣膜区的炎症级联反应，触发主动脉瓣钙化[11]。但是，Fetuin A参与脂代谢调控的确切作用机制仍未明确。

2.2 与胰岛素抵抗 已知Fetuin A是一种内源性胰岛素受体阻滞剂，但是，Fetuin A不与胰岛素竞争性结合胰岛素受体，而是通过抑制胰岛素受体络氨酸激酶及胰岛素受体底物-I(Insulin receptor substrate-I，IRS-I)的酪氨酸磷酸化，降低胰岛素受体络氨酸激酶活性，诱发胰岛素抵抗(Insulinresi stance，IR) 。Mathews等[11]给大鼠注射人重组Fetuin A蛋白后发现，大鼠肝脏和下肢骨骼肌中的胰岛素受体及IRS-I的磷酸化被阻断。敲除小鼠Fetuin A基因后，小鼠肝脏和骨骼肌中的胰岛素受体磷酸化水平升高，胰岛素敏感性增强，证实Fetuin A在调节胰岛素信号传导、胰岛素敏感性方面可能起着重要的调节作用。Stefan 等[12]也发现，较糖耐量正常者，糖耐量减低者的血清Fetuin A浓度明显降低，差异有统计学意义[(250±13)μg/ml VS (307±19)μg/ml，P=0.006]，并且血清Fetuin A浓度与胰岛素敏感性呈负相关(r=-0.22，P=0.003) 。而中国人群研究[13]发现，较糖代谢正常、空腹血糖调节受损、糖耐量受损人群，确诊2型糖尿病患者的血清Fetuin A浓度明显升高[分别为 285.3(231.9～359.1)mg/L、290.7(234.5～359.2)mg/L、291.0(230.0～359.9)mg/L、307.7(243.5～376.2)mg/L，P=0.000 8]，提示Fetuin A可能是2型糖尿病的危险因素。Pal等[14]在脂肪细胞中发现，Fetuin A可能是内源性TLR4配体，Fetuin A和Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)结合后可激活游离脂肪酸(Free fatty acid，FFA)，诱导促炎细胞因子表达。剔除Fetuin A或TLR4，均可抑制FFA诱导的胰岛素抵抗。进一步体外实验发现，Fetuin A可直接与TLR4的Leu100-Gly123和Thr493-Thr516 位点结合，激活TLR4介导的脂肪组织炎症反应，引发胰岛素抵抗。

研究表明，2型糖尿病患者的主动脉瓣膜更易发生钙化，其机制可能是通过糖基化终产物(Advanced glycation end-products，AGE)介导的AGE受体通路，刺激成骨信号通路、内皮细胞内质网应激和巨噬细胞浸润，引起血管平滑肌细胞的成骨细胞样分化，促进钙化。

2.3 与钙磷代谢 Fetuin A是一种重要的异位钙化抑制剂。敲除Fetuin A小鼠可出现心肌、心脏瓣膜、肾脏、皮肤、肺、脉管等组织的渐进性钙化，提示Fetuin A可通过抑制异位钙化防止主动脉瓣膜钙化的发生。Moe SM等分别用正常人血清和尿毒症患者血清培养牛血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cells，SMCs)，发现尿毒症患者血清培养的SMCs钙化更明显[3]。将不同剂量的Fetuin A 分别加入尿毒症血清组的细胞培养液中，结果显示，随着Fetuin A 浓度的升高，SMCs钙化受抑制，且抑制程度与Fetuin A 浓度呈正相关(P<0.01)。Reynolds等也证实，Fetuin A可抑制SMCs胞外钙磷浓度升高所诱导的SMCs钙化，呈剂量依赖性[15]。SMCs囊泡是钙化成核的核心部位，SMCs摄取Fetuin A，一方面，使囊泡内Fetuin A水平升高，抑制囊泡钙化成核活性；另一方面，Fetuin A可反馈性增强SMCs囊泡的吞噬活性，抑制SMCs凋亡，并使囊泡局限化，进一步抑制囊泡钙化。

Fetuin A抑制异位钙化的作用机制可能是：(1)Fetuin A通过其N端氨基酸残基和 Ca2+、PO43+形成可溶性胶体微球(大小为 30～150nm)，降低钙磷沉积，抑制细胞组织矿化；(2)FetuinA与TGF-βⅡ型受体有18～19 个相同的氨基酸序列，FetuinA通过竞争性结合TGF-β，阻断TGF-βⅡ型受体介导的骨形成蛋白(BMPs)信号传导，下调Smad蛋白的mRNA合成，抑制碱性磷酸酶(ALP)活化，减少骨钙蛋白合成，抑制软骨细胞增殖及其细胞外基质的分泌，从而抑制骨细胞分化。

2.4 与炎症反应 研究发现，钙化的主动脉瓣膜内聚集了大量激活的肥大细胞，通过释放炎性介质、细胞趋化因子、生长因子和水解酶等，参与瓣膜的矿化反应和纤维化反应。Siegel等[16]发现，炎症急性期时的血清Fetuin A水平和肝脏细胞Fetuin A mRNA表达下降20%～30%，当炎症缓解时，血清Fetuin A水平及表达则恢复。早期炎症因子，如(Interferon-γ，IFN-γ)可降低血清Fetuin A水平，当血清IFN-γ浓度低至10～50ng/ml时,Fetuin A表达可降低50%～70%；而迟发炎症介质，如高迁移率族蛋白B1(High mobility group protein1，HMGB1)在炎症晚期可调节并恢复Fetuin A表达，HMGB1每升高1μg/ml，Fetuin A表达可增加2～3倍。但是，Fetuin A如何通过炎症通路调控主动脉瓣膜钙化，具体机制尚不明确。

尽管，Fetuin A在脂质代谢、胰岛素抵抗、钙磷代谢及炎症反应中均发挥了重要的调控作用，目前，就Fetuin A参与CAVD发生发展的调控机制尚有一定争议，临床证据也并不一致。有的认为，Fetuin A具有抗炎和抑制钙化作用，可能是CAVD的保护因子；也有的认为，Fetuin A可抑制胰岛素受体磷酸化，引发胰岛素抵抗，促进脂肪细胞分化，抑制脂肪细胞降解，进而导致脂代谢紊乱，可能是CAVD的致病因子。综上所述，Fetuin A对CAVD的作用机制还有待进一步全面而深入的研究。