慢性肾脏病患者血管钙化的研究进展

李 靖, 王保兴

(河北医科大学第三医院 肾内科，河北 石家庄 050000)

目前全球疾病负担分析显示，中国人口的主要疾病已从传染病转变为非传染性疾病，而慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)是非传染性疾病中最主要的一种，已成为公民主要的公共健康问题[1]。随着人口老龄化，糖尿病、高血压等疾病的发病率逐渐增高，相关的肾脏疾病患病率逐年上升，一项我国横断面流行病学研究显示中国成人CKD患病率已超过10%，危害着1亿多国人，同时每年约1‰患者发展至终末期肾病 (end-stage renal disease, ESRD)，需要接受肾脏替代治疗[2]。研究报道指出，ESRD患者的心血管疾病(cardiovascular disease, CVD)相关的病死率高于一般人群，是其第一的死亡原因[3]。ESRD患者血管钙化的发生率高达80%～90%，增加了CKD患者CVD的发生率。Cano-Megías等[4]的研究结果表明，血管钙化是 CKD 患者发生血管僵硬、脉压升高、心室肥大及心力衰竭相关的心血管事件死亡的强预测因子(HR=5.01)，减缓CKD患者血管钙化的进展与降低病死率有关。因此，CKD患者相关心血管钙化问题是近年来临床肾内科医师的重点关注问题，本文将对CKD患者血管钙化的临床特点、发病机制、评估方法及治疗方法的相关进展进行综述。

1 CKD血管钙化临床特点

血管钙化是动脉粥样硬化、高血压、CKD、糖尿病血管病变患者中普遍存在的病理现象[5]，是CVD的发生和死亡的主要危险因素之一，也是其发生的独立预测因素[6]。根据钙磷盐复合物沉积的部位，血管钙化可分为内膜钙化、中膜钙化、瓣膜钙化及钙化防御[7]。(1)内膜钙化，好发于大血管和冠状动脉内膜，病理表现为内皮损伤后动脉内膜处开始出现脂质沉积和结缔组织增生，动脉壁逐渐增厚变硬，最终血管腔狭窄，引起该动脉供血的组织缺血或坏死。内膜钙化为晚期动脉粥样硬化斑块的一个标志，多见于高血压、高血脂患者和吸烟者等。(2)中膜钙化，好发于大、中动脉的平滑肌肌层，病理表现为动脉中层的内弹力层钙盐沉积，导致血管硬度、收缩压、脉压及脉率增加等，最终引起左心室肥大、舒张功能障碍及心力衰竭的严重后果，最常见于CKD患者。(3)瓣膜钙化，是长期的机械应力改变和促炎因子作用的结果，常见于主动脉瓣，可引起瓣膜狭窄。(4)钙化防御，是一种特殊的血管钙化，主要发生在皮肤和皮下的中小动脉，病理表现以小动脉血管壁中层钙化、内膜增生、血管纤维化伴周围组织缺血性坏死为主，主要表现为皮肤溃疡，严重者可出现坏疽。这种疾病很少见，但致死率高，即使在早期被诊断，病死率也很高。对于CKD患者来说，随着疾病的进展，渐渐出现的矿物质和骨代谢的失调，常会促进不同类型的血管钙化，且在血液透析患者上述钙化更加速进展[8]。

2 CKD血管钙化机制

2.1危险因素 毋庸置疑，尽管CKD本身是血管钙化的关键危险因素，但是仍有传统意义的心血管危险因素，如高龄、高血压、糖尿病、吸烟、高血脂以及肥胖等均会影响钙化发展。目前诸多研究发现，传统的危险因素并不能充分解释CKD患者如此高的心血管死亡风险，进一步提示存在其他少见的非传统的危险因素，包括矿物质代谢紊乱、内分泌系统异常(如甲状旁腺激素、维生素D等失调)、微炎症状态、氧化应激、含钙磷结合剂及活性维生素D的不合理使用等，它们通过不同机制促使患者CVD的发生，影响患者生存质量及预后。

2.2发病机制 传统观念认为血管钙化是钙磷代谢紊乱导致钙盐被动沉积于血管壁的过程，而当前越来越多的研究证实血管钙化是一个活跃的、复杂的，类似于骨形成的过程，具有高度可调节性和主动性。其关键事件是血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)表型向成骨/软骨样细胞表型转化，同时伴有成骨基质蛋白的增多，与成骨的矿化过程相似[6]。目前已知的血管钙化的发病机制包括钙磷代谢异常、炎症及氧化应激、细胞自噬、促钙化及抑钙化因子失衡、微小RNA(microRNA, miRNA)等众多因素，它们之间相互交叉、相互作用，进而影响血管钙化的发生与发展。

2.2.1钙磷代谢异常 ESRD患者随着病情进展，会逐渐出现水、电解质及酸碱平衡失调，尿毒症毒素及代谢物潴留，影响患者的生命健康和生存质量。慢性肾脏病矿物质及骨代谢异常(chronic kidney disease-mineral and bone disorder, CKD-MBD)是CKD患者常见的并发症，其血清学表现主要为高磷血症、血钙异常、骨代谢紊乱和软组织钙化，前三者均被认为是血管钙化的诱导因素。即使肾功能正常，血清中磷酸盐增加也与心血管死亡和冠状动脉钙化有关，提示磷酸盐水平的增加可能是血管钙化的驱动力[9]。肾功能的减退，磷排泄的减少，导致血磷升高，高磷酸盐通过Ⅲ型钠依赖性磷酸盐协同转运蛋白-1(type Ⅲ sodium-dependent phosphate transporter-1, Pit-1)进入细胞内，导致VSMCs失去收缩性，间接上调表达骨标记物Runt相关转录因子2(runt-related transcription factor 2, Runx2)、骨钙蛋白和碱性磷酸酶，从而引起血管钙化[9]。此外，ESRD患者尿毒症环境和促炎性细胞因子、钙水平的升高可增加VSMCs中Pit-1的表达，加速钙磷盐的沉积。已证实高磷可通过激活NK-κB等信号通路，诱导VSMCs成骨样分化，从而促进钙化[10]。另外，高磷酸盐还可通过诱导VSMCs凋亡，抑制细胞自噬，促进基质囊泡的分泌来诱导钙化[11]。但是这些过程互相并不排斥，反而相互交错发挥其促钙化作用。

长期的钙磷代谢紊乱及维生素D合成减少，直接或间接刺激甲状旁腺细胞增生，引起甲状旁腺激素水平升高，导致继发性甲状旁腺功能亢进(secondary hyperparathyroidism, SHPT)。SHPT患者由于甲状旁腺受损及钙敏感受体表达减少间接导致钙化进展，高甲状旁腺激素破坏了成骨细胞与破骨细胞的平衡，增加骨骼中钙和磷的释放，导致细胞内钙的水平升高，加剧高磷、高钙的促钙化作用。

2.2.2炎症与氧化应激 CKD患者长期处于一种微炎症和氧化应激状态，其表现为体内自由基和其他氧化物的产生增加和清除减少，导致体内氧化与抗氧化机制失衡并促进炎症反应的发生。高磷酸盐、高级糖基化终产物、低氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α)均参与氧化应激过程。有研究发现，肾脏疾病本身可以增强机体的氧化应激，引起血管内皮损伤，其异常的氧化应激会促进循环脂质和脂蛋白的酶联修饰，甲酰蛋白通过一氧化氮通路损伤内皮功能，诱发炎症反应，促进动脉粥样硬化发展[12]。再者，CKD患者由于贫血、微循环及线粒体功能障碍等因素使机体处于低氧状态，此时，体内HIF-1α可上调肿瘤坏死因子表达，激活NK-κB通路及引发活性氧产生增加，而这些因子反向上调HIF-1α，炎症、HIF-1α与氧化应激三者之间形成复杂的网络，互为因果，相互促进，综合调控血管钙化[13-14]。

2.2.3细胞自噬 自噬是一种真核细胞利用溶酶体降解自身受损、老化的细胞器，清除功能失调的线粒体或蛋白质等分子物质的“自我吞噬”生物学过程。对于减少促凋亡介质和活性氧的释放，保护细胞存活是必不可少的过程。研究表明，自噬在调节尿毒症患者血管钙化过程中有重要作用，这可能与自噬在维持VSMCs表型、减少基质囊泡的释放而抑制成骨型转变的作用有关[15]。Wang等[16]研究发现，高磷处理VSMCs后miR-30b的表达会出现异常。过表达miR-30b后，自噬相关标记基因(如BECLIN1、ATG5和LC3b)的表达受到抑制。Xu等[17]也发现，药物诱导大鼠的主动脉出现钙化结节后，miR-30b可以诱导线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential，MMP)的变化，通过调节LC3Ⅱ/LC3Ⅰ的比例并影响自噬相关基因Beclin1的表达，促进自噬的发生。Peng等[18]的实验表明自噬在动脉钙化过程中起作用，但他们使用的是非CKD钙化模型。总的来说，增加自噬可能是改善CKD人群中血管钙化的一个有前景的策略。

2.2.4血管钙化促进因素 成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor-23, FGF23)是内分泌成纤维细胞生长因子之一，是维持血清磷浓度的主要调节剂，与其辅助因子α-Klotho蛋白和成纤维细胞生长因子受体的结合对其活性至关重要，在CKD-MBD中发挥重要调控作用[19]。FGF23主要通过钠磷协同转运蛋白的内移和降解作用来促进肾小管中尿磷排泄，从而减少对磷酸盐的重吸收，最终降低血磷水平。此外，FGF23的循环水平升高会导致磷酸盐稳态失调，并强烈抑制肾脏1α-羟化酶的表达，从而导致肾脏近端小管中维生素D及血清1, 25(OH)2D3的合成减少[20]。Chen等[21]在大鼠实验中发现FGF23/Klotho的过表达可通过抑制Wnt7b/β-catenin 信号传导减弱磷酸盐诱导的钙化。但也有研究显示FGF23通过细胞外信号调节激酶1/2信号传导通路促进成骨细胞分化并加速血管钙化，明确FGF23引起CVD的具体机制可对其进行早期干预及有效治疗。

血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶1(serum and glucocorticoid induced protein kinase 1，SGK1)是一种调节多种生物学功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。既往研究证实，SGK1可通过促进单核细胞和巨噬细胞增殖、迁移来发挥其在血管炎症以及动脉粥样硬化形成过程中的重要作用[22]。临床研究表明，SGK1基因表达具有高度的动态性，与血管钙化密切有关，其表达水平受多种促钙化因子的调控。磷酸盐和醛固酮等均能上调VSMCs中SGK1表达从而增强VSMCs的成骨转分化[23]。此外，SGK1能够通过激活NF-κB通路来诱导VSMCs的骨/软骨转分化，而抑制SGK1基因则能延缓或消除血管钙化[24]，对未来CKD-MBD的诊疗具有指示作用。

2.2.5血管钙化抑制因素 在生理条件下，存在天然的钙化抑制剂，如胎球蛋白-A、焦磷酸盐、基质Gla蛋白(matrix gla protein, MGP)等，还有近年来新发现的抑制软组织钙化的因子如骨保护素(osteoprotegerin，OPG)、骨硬化蛋白等。随着外界环境的改变，钙化抑制剂的相应减少和功能缺陷会加重血管钙化。

OPG是由成骨细胞产生的一种骨调节蛋白，属于肿瘤坏死因子受体超家族，其配体是核因子kB配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand, RANKL)的受体激活剂。临床及基础研究显示OPG不仅参与骨代谢的过程，而且与血管钙化相关的心脑血管疾病密切相关[25-26]。体外和体内研究表明，OPG可以防止血管钙化，而RANKL可以促进这一过程，但是确切的机制可能更复杂并且尚未完全了解，相反，与动物研究显示的OPG具有抗钙化作用相反，在人体钙化的软组织中OPG表达却升高[27]。故OPG在骨-血管轴发病机制中的作用仍需要更多的临床试验研究及数据为OPG用于血管钙化疾病的诊断和干预提供理论基础。

研究还发现了一种新的参与骨-血管轴的蛋白—骨硬化蛋白，主要由骨细胞和软骨细胞产生分泌。骨硬化蛋白作为Wnt途径的一种特定且受调控的负调节剂，可在多种组织中起作用，尤其是在骨骼和血管[28]。Lips等[29]对血液透析患者(n=396)进行的一项前瞻性队列研究，观察到较高的循环骨硬化蛋白水平与其死亡风险减低有关。相反，Pelletier等[30]发现血液透析患者的腹主动脉钙化程度与血清骨硬化蛋白水平呈正相关，且是其高危因素。由此可见，对于骨硬化蛋白在CKD患者血管钙化中的作用结论尚不统一。目前多数研究更加倾向于认为升高的骨硬化蛋白主要来源于发生钙化部位本身的原位分泌，通过负反馈调节抑制Wnt/β-catenin通路的信号转导，减弱Wnt/β-catenin信号通路的激活状态，从而抑制钙化的进展，减轻钙化程度。但骨硬化蛋白在血管钙化发生发展不同阶段中的具体作用机制仍需要进一步研究。

2.2.6miRNA 近年来越来越多的研究表明， miRNA与血管钙化的发生发展密切相关，有望成为治疗血管钙化的新靶点。miRNA是一种大小为21～23个碱基的单链小分子RNA，可以通过调控转录后基因的表达来影响细胞生物学功能。Zhao等[31]应用大鼠的VSMCs在体外进行钙化处理后，miR-155-5p可以通过调控大鼠VSMCs中转录生长因子(transforming growth factor-β1，TGF-β1)、pSmad-2和pSmad-3蛋白的表达来影响TGF-β1/Smad2/3信号通路的传导，通过增强碱性磷酸酶活性来逆转大鼠的VSMCs钙化过程，表明上调miR-155-5p的表达可以避免血管增厚、纤维化，同时还能减少腹主动脉钙化。此外，长链非编码RNA(long non-coding RNA，LncRNA)可通过与miRNA相互作用参与调节调控血管钙化的过程。人主动脉血管平滑肌的钙化、衰老可受LncRNA-ES3/miR-34c-5p/BMF轴调节，通过抑制LncRNA-ES3表达可进一步抑制人主动脉血管平滑肌的钙化及衰老[32]。

3 CKD血管钙化评估

血管钙化的检测最可靠的方法是对血管标本进行病理活检，但因为创伤性且获取标本较为困难，临床应用很少。由于CKD患者血管钙化的表现形式可有冠状动脉、腹主动脉、心脏瓣膜、外周血管等部位的钙化，因而可通过CT、X线片、超声、脉搏传导速度(pulse wave velocity, PWV)等方法来评估不同部位的血管钙化的状况，目前认为评估血管钙化的“金标准”是电子束CT和多层螺旋CT，可以提供定量的钙化评分，但因设备需求高和高昂费用，限制了CT在血管钙化检测中的广泛使用。相比之下，X线片简单、易行、便宜，可优先用于钙化的评估，但其敏感性随钙化的严重程度增加而改变。目前，无创性检查PWV可通过直接评价血管僵硬度间接反映血管钙化[33]。

4 CKD血管钙化治疗

血管钙化一旦发生则难以逆转，目前临床治疗方案以早期预防为主。主要包括控制钙磷代谢紊乱(如磷结合剂、钙敏感受体激动剂等)和针对血管钙化的干预治疗两种，虽然这些药物的临床效果有个体化差异，但多数研究已经证实了其有益效果。

4.1控制钙磷代谢紊乱

4.1.1磷酸盐结合剂 当饮食限制不足时，患有高磷血症的CKD患者则需要应用磷酸盐结合剂治疗。磷酸盐结合剂主要通过结合饮食中所摄入的磷并增加其在肠道中的排泄来发挥其降磷酸盐的目的。目前磷酸盐结合剂主要有两种：含钙结合剂，如醋酸钙、碳酸钙等；无钙结合剂，如碳酸司维拉姆、碳酸镧、铁基磷酸盐结合剂等。司维拉姆除降磷这一主要作用外，还具有降低总胆固醇、低密度脂蛋白的作用，通过间接降低FGF-23，减少循环中的炎症和氧化因子、尿毒症毒素，以减少钙化相关的心血管并发症[34]。

4.1.2钙敏感受体(calcium-sensing receptor，CaSR)激动剂 CaSR在多种组织中表达，尤其在甲状旁腺中表达，这使其成为治疗CKD患者SHPT和矿物质代谢紊乱的有效生物靶点。钙敏感受体激动剂与CaSR结合后，可异位增加甲状旁腺细胞对细胞外钙离子的敏感性，增加细胞内钙的水平并抑制PTH分泌。盐酸西那卡塞是研究出的第一个变构G蛋白偶联受体调节剂，它通过降低PTH、血钙水平来延缓尿毒症大鼠的主动脉钙化，部分机制可能是通过抑制内皮向间充质转化来实现[35]。最近的研究报道一种在CaSR的不同部位起作用的静脉拟钙剂维考西肽，并且在一项头对头研究中，在生化终点方面比西那卡塞更有效[36]，但是尚未研究其对血管钙化或临床事件的影响。

4.2针对血管钙化的干预 焦磷酸盐是羟基磷灰石晶体成核和钙化发展的内源性抑制剂。但由于其固有的理化性质，口服给药会在胃中降解，极大降低了其临床疗效。故近年来研发出了不易被水解且不良作用小的焦磷酸盐类似物-双膦酸盐[37]。

新型羟基磷灰石结晶的静脉注射抑制剂-肌醇六磷酸，它通过干扰新的钙和磷离子在羟基磷灰石晶体上的沉积而起作用，从而抑制钙化的进展[38]，且应用肌醇六磷酸不会增加血液透析患者钙失衡。在2018年，Perelló等[39]进行了肌醇六磷酸的人体临床试验，结果表明肌醇六磷酸在人群中具有可接受的安全性和耐受性[40]。尽管如此，仍需要更多的研究来证实这一药物的临床疗效。最新报道了一项多中心，随机，双盲，安慰剂对照的Ⅱb期研究[41]，274例接受血液透析的ESRD患者被随机给予2种不同剂量(300 mg或600 mg)的肌醇六磷酸或安慰剂，持续52周。第12个月的结果显示，与安慰剂相比，肌醇六磷酸显著减轻了接受标准血液透析治疗的ESRD患者的冠状动脉钙化和主动脉瓣钙化的进展。但对于减轻心血管病死率的影响还需要进一步的研究证实。

5 展望

血管钙化是一种主动调控的复杂的生物学过程，在许多病理条件下会加速，如CKD、糖尿病等。尤其在CKD中，它的机制更加复杂，包括钙磷代谢紊乱、炎症及氧化应激、细胞自噬、钙化促进因素和抑制因素的失衡等。血管钙化不仅增加了CKD患者CVD的发生率，更是提升CKD患者的心血管死亡风险，因此需要寻找有效的方法来预防和延缓钙化进展，目前随着对钙化机制的深入探索，先后发现磷结合剂、钙敏感受体激动剂、焦磷酸盐、肌醇六磷酸等可一定程度地延缓CKD患者血管钙化的进展，但是不同的方法根据个体差异都有其不良反应，未来仍需要大量的基础及临床研究来开发和探索。