慢性肾脏病血管钙化机制的研究进展

熊 浩，袁 芳

(中南大学湘雅二医院 肾内科， 湖南 长沙 410011)

心血管事件是慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)最常见的死亡原因，较高的心血管风险很大程度归因于血管钙化。普通的血管钙化主要包括动脉粥样硬化、心脏瓣膜钙化、血脂调节紊乱、血管炎性损伤等；在CKD患者中，可以观察到不同于其他基础疾病患者的一些钙化危险因素，包括高磷血症、高钙血症、机体矿化反应增加、维生素D及含钙制剂的不恰当使用，以及接受肾脏替代治疗所发生的一些并发症。本文着重阐述了CKD患者血管钙化的发生机制以及当前的研究进展。

血管钙化(vascular calcification)是指矿物质以多种钙和磷酸盐的形式不适当的沉积在器官组织内，其病理生理可分为两种形式：内膜钙化和中膜钙化。内膜钙化主要发生在血管内膜，内皮细胞功能受损(内皮细胞的基本功能包括调节血管张力、抗凝、抗血小板和参与纤溶系统)，这种钙化主要和血脂异常相关，在炎性介质的参与下，这一过程极易发生斑块的破裂，导致严重的心血管事件；中膜钙化主要发生在血管中层，这一改变主要存在于CKD患者和糖尿病患者中，中膜钙化是血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell， VSMC)向成骨细胞样细胞表型转换和局部炎性反应的结果，在矿质紊乱下，转化为活跃的综合表型，这种与弹性蛋白断裂结合的VSMC表型变化是中膜钙化的起点，多种尿毒症毒素都参与了这个过程。虽然CKD患者两种类型的钙化都易发生，但后者在CKD中更为特异。慢性肾脏病矿物质-骨代谢异常(chronic kidney disease-mineral and bone disorder,CKD-MBD)的诊断就包括了心血管钙化的检测，且一直被认为是CKD的一种危及生命的并发症[1]。

1 慢性肾脏病(CKD)患者血管钙化的发生机制

1.1 钙磷代谢紊乱

CKD的血管钙化与长期的高血磷低血钙这种典型的矿物质代谢改变密切相关。在CKD以及接受透析的患者中，钙和磷的失调导致血管壁中矿物质沉淀，细胞在血管壁中主动沉积钙，类似于骨的形成。磷灰石是钙化血管中主要的晶体成分，暴露在高水平磷酸盐下的VSMC，诱导细胞外基质产生骨基质蛋白而促进钙化形成。在终末期肾病(end stage renal disease,ESRD)中，极易发生脱钙性骨病，诱导VSMC以及内皮细胞凋亡，导致微泡(含钙化物质)的释放、加重了血管钙化的风险。此外，在肾损害的早期，就能发现血清磷水平的改变，磷的滞留也是CKD-MBD的主要驱动力[2]。

高钙血症可以增加血管钙化的风险，体外证据强烈支持高钙会促进VSMC钙化。两项关键研究证明，当把钙单独加入人VSMC培养基时，会促进矿化发生；当钙和磷同时加入培养基后，会产生协同作用，加重血管矿化。利用离体血管的进一步研究表明，对于给定的钙磷产物，血清中钙的变化比磷的变化更能诱导VSMC钙化。VSMC细胞暴露在一定水平的钙离子浓度下会导致血管钙化的抑制因子如：基质Gla蛋白(matrix Gla protein,MGP)和胎球蛋白 A(fetuin A)的缺乏(这种缺乏在骨质疏松中起关键性作用)，加剧血管钙化的风险。

1.2 人成纤维细胞生长因子23-Klotho(FGF23-Klotho)轴与矿物质代谢

近年来，在CKD-MBD领域发现了两种新的细胞因子：成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor 23，FGF23)和Klotho。FGF23是一种成骨细胞分泌的磷脂类激素，它在骨中产生，并通过调节血清磷酸盐、甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)和1,25-二羟基维生素D3来调控矿物质稳态。在CKD患者中，FGF23显著升高、可溶性Klotho显著降低，这两种因子目前是CKD和ESRD患者不良结局的敏感生物标志物。

Klotho是一种膜蛋白，是FGF23的特异性共受体，主要在肾脏和甲状旁腺中表达。Klotho 可将经典FGF受体转化为FGF23的特异性受体，选择性地增加FGF受体与FGF23的亲和力[3]。在肾脏中，Klotho主要在远曲小管中表达，Klotho基因启动子的甲基化和乙酰化等表观遗传过程可以调控内源性Klotho的表达。在CKD特殊的病理生理中，当血液中累积的毒素(吲哚氧基硫酸盐或对甲酚硫酸盐)诱导Klotho的高甲基化时，会降低CKD患者Klotho的表达。此时，机体缺乏Klotho，会表现出高骨化三醇和血管钙化状态。

FGF23水平升高是CKD初期机体代谢改变的早期生物标志物，也是ESRD患者死亡的一个强有力的预测因子。在CKD患者中，FGF23水平的升高也显示与内皮功能障碍和动脉硬化相关。在非CKD人群中，较高的FGF23水平也与心血管事件风险增加独立相关。因此，在肾病患者和普通人群中，FGF23增加是心血管疾病的独立危险因素，并且，这种相关性在CKD患者中似乎更强[4]。

1.3 血管内皮细胞的炎性损伤

血管内皮细胞的功能损害发生于机体暴露在糖尿病(diabetes mellitus,DM)、肾功能不全、高血压、血脂异常、吸烟以及全身炎性反应等危险因素下。在这些危险因素下，内皮细胞的损伤增加了对低密度脂蛋白的通透性，导致富含胆固醇的颗粒滞留在内皮下层[5-6]。炎性细胞刺激血管生成，产生以不稳定斑块为特征的脆弱毛细血管。在促成骨条件的情况下，迁移的VMSC可分化为软骨细胞和成骨细胞样细胞，此时钙化的发生，是做为一种屏障来阻止炎性扩散，从而稳定血管内的斑块。此外，肾功能减退时，尿毒症毒素与炎性损伤相互作用可以直接增加晚期CKD血管钙化的风险[7]。

在CKD中，经常会观察到内皮功能异常介导的血管舒张功能减退。由于NO合酶活性受损而导致NO生成减少，此时尿毒症毒素的积累、磷酸盐和FGF23水平增加，klotho表达下调，导致内皮依赖性血管舒张功能受损。在这种情况下NO的生成和信号传导减弱，内皮细胞损伤增加[8]，FGF23和高磷酸盐环境通过增加活性氧、降低NO合酶和NO生物利用度直接损害内皮依赖性血管[9]。综上所述，CKD特殊的病理生理增加了炎性反应，导致细胞成骨通路受损，促进VSMC的表型改变，使磷酸盐进入细胞，加重血管钙化。

1.4 继发性甲状旁腺功能亢进(secondary hyperpaperthyroidism,SHPT)

CKD患者在晚期常被诊断为SHPT，其特点是甲状旁腺素合成及分泌过快，CKD的3个主要因素(低钙血症、高磷血症、1,25-二羟基维生素D3水平)，被证明与SHPT相关[10]。在CKD早期，血清磷水平增加，此时机体内PTH及FGF23的增加来抵抗血清磷增加，但FGF23水平增加降低了1,25-二羟基维生素D3水平，甲状旁腺是这一作用的直接靶器官。随着CKD的进展，甲状旁腺增生，PTH水平增加，过高和过低水平的PTH对骨骼和心血管系统都有不利影响。一些研究试图从死亡率/发病率的角度来确定ESRD患者的最佳PTH水平。在美国有代表性的超过40 000例血液透析患者的数据库中，甲状旁腺激素水平≥600 pg/mL与相对死亡风险增加和心血管住院风险增加显著相关。骨骼是钙和磷的主要储存库，继发性甲状旁腺功能亢进导致高转运性骨病(hypertransport bone disease,HTBD)，加重钙磷紊乱，促进血管钙化的发生[11]。

1.5 其他相关因子的作用

基质Gla蛋白(MGP)，主要由软骨中的软骨细胞和VSMC合成。MGP因维生素D缺乏(在CKD患者中常见)而下调，且MGP活化需要γ-羧基化。维生素K是这种γ-羧基化的辅因子，但CKD患者会反复出现低维生素K水平。越来越多的证据表明，补充维生素K，激活MGP途径，可以一定程度上抑制钙化的发生[12]。目前维生素K在CKD患者中预防血管钙化的临床试验也正在进行中[13]。

钙蛋白颗粒(calciprotein particles,CPPs)，是一种磷灰石晶体结合形成的可溶性胶体。随着矿物质利用率的增加，几个主要的CPPs进行拓扑重组，形成次级CPPs，这些次级CPPs可导致炎性反应并促进VSMC的成骨分化。证据表明，CPPs可诱导VSMC钙化和内膜增生，CPPs水平升高与主动脉僵硬度增加有关[14]。原发性到继发性CPPs的转换被用作矿物质压力增加和血清钙化抑制力降低的指标。T50的增加(原发性CPPs向次级CPPs转化50%所需的时间)与血清磷酸盐呈负相关，并与钙化抑制剂水平呈正相关。已证明T50试验可预测CKD以及接受透析患者的心血管和全因病死率[15]。

胎球蛋白A(fetuin A)，是一种由肝脏产生带负电荷的高分子蛋白质，是羟基磷灰石形成的钙化抑制剂。与循环中其他带负电荷的高分子质量蛋白相比，胎球蛋白A抑制钙化的效力最高。在高磷酸盐饮食的CKD动物模型中，胎球蛋白A通过与阻止晶体生长的矿物质相互作用，保护机体免受广泛器官和动脉钙化的影响[16]。在CKD的微炎性反应状态下，胎球蛋白A的合成和分泌受到抑制，对钙化的抑制减弱。胎球蛋白A与血管钙化机制的研究也为防治血管钙化提供了新的思路。

除上述因子作用外，维生素D、激活素-α、骨保护素(osterprotegerin,OPG)、焦磷酸盐(pyrophosphate)等都在CKD人群中参与了血管钙化的发生，近年来，关于在干细胞领域也有关于CKD血管钙化的研究，外源性输注干细胞对肾功能有保护作用，并且可以延缓钙化，这有望成为新的研究热点[17]。

2 慢性肾脏病(CKD)患者血管钙化的评估

CKD心血管钙化的评估方法有多种,多排螺旋CT或多层螺旋CT(MDCT/MSCT)是判断冠状动脉钙化或主动脉钙化负荷的标准方法。具体是采用Agaston评分，通过将扫描的每个钙化点的面积乘以密度因子得到每个钙化点的钙化评分，密度因子是根据Hounsfield单位测量的斑点内的最高衰减值而分配的。将所有钙化点的分数相加得到总钙分。冠状动脉钙化的严重程度可根据总钙分进行分级，得分>400表示“严重钙化”，101～400分表示“中度钙化”，11～100分“轻度钙化”，1～10分“轻微钙化”，0分表示“无钙化”。此外还有包括血管超声和光学相干断层扫描在内的其他技术也已用于评估血管钙化[18]。

3 慢性肾脏病(CKD)患者血管钙化的防治

CKD或ESRD患者，作为心血管事件发生的高危人群，预防和治疗可能会发生钙化的血管是改善患者心血管事件发生率以及病死率的重要措施。目前治疗包括：应用活性维生素D和维生素D衍生物治疗对于控制血清钙磷水平和甲状旁腺素都有明显效果；拟钙剂可以通过提高钙敏感受体的敏感性，改善机体炎性反应、减轻内皮细胞损伤，从而降低PTH水平，并改善血清中钙和磷酸盐的水平来达到改善钙化的作用[19-20]。并且，钙剂与活性维生素D联用，可以更好地治疗CKD患者继发性甲状旁腺功能亢进，减少因甲状旁腺功能亢进而需要手术的可能，降低骨折的风险[21]。未来，随着对 CKD患者血管钙化机制的进一步研究，可能会出现新的血管钙化的治疗方法。

4 问题与展望

关于CKD血管钙化，现有研究成果不能完全解释其机制，仍缺乏突破性进展。在临床上发现血管钙化时患者大多已经处于CKD晚期，尚未有关于在CKD早期对钙化进行干预对措施。目前已被证实的治疗策略也都倾向于晚期对钙化的控制及缓解，除上述预防和干预血管钙化的措施以外，显然还需控制钙化的其他危险因素。目前，镁疗法、结晶抑制剂、激活素A配体、双磷酸盐和维生素K等方法也正在研究中[22]。因此进一步研究CKD血管钙化的机制，为CKD及ESRD患者降低血管钙化的发生率，减少心血管事件的发生，提供更多的潜在的治疗靶点。