韩永魁，申晓彧

病理解剖学上，血管钙化分为：静脉钙化与动脉钙化。动脉钙化（AC）分为两类，一类是发生在心脏瓣膜和动脉内膜的动脉粥样硬化，与巨噬细胞、脂质及动脉平滑肌细胞有关，包括内膜钙化、中膜钙化、主动脉瓣钙化和钙化防御等；另一类是在终末期肾脏疾病或糖尿病中，由于弹性纤维矿化作用导致的动脉中膜钙化。心血管钙化是一种退化性过程，其特征在于羟基磷灰石形式的磷酸钙（Ca/P）盐在血管内膜和/或内膜层以及心脏瓣膜中积累[1]。内膜后期钙化常在动脉粥样硬化后发展，可能与冠状动脉（冠脉）缺血事件有关。相比之下，动脉中膜钙化（也称Monckeberg's钙化）则优先沿弹性纤维发展，导致血管僵硬，并利于左心室肥大，舒张功能障碍和心力衰竭（心衰）。心血管钙化是一个复杂现象，调控尚不完全清楚。通常认为血管/瓣膜细胞[特别是血管平滑肌细胞（VSMC），静止型瓣膜间质细胞（VIC）和驻留成纤维细胞]是导致血管和心脏瓣膜钙化的成骨程序背后的罪魁祸首。本文主要就血管钙化的最新研究进展进行综述。

1 钙化形成的机制

最近关于钙化形成的研究总体来说[2]，涉及三个方面。一是成骨细胞，如果周围环境发生变化（促炎性细胞因子，高水平的钙/磷酸盐），则可激活Msh homeobox 2基因和Wnt信号通路，激活runt相关转录因子2（Runx2）和osterix的表达，它们是诱导成骨细胞分化的关键转录因子。二是骨相关蛋白的表达。Runx2调节骨相关蛋白的表达，例如骨钙素、骨桥蛋白及核因子κ-B配体（RANKL）和碱性磷酸酶（ALP）的受体激活剂。Osterix位于Runx2的下游，主要作用是增加骨桥蛋白和ALP的表达，因此，VSMC经历表型转化和收缩蛋白平滑肌（SM）22和α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达的下调[3]。因此，它们从去分化状态的收缩表型转变为合成表型，并分化为成骨细胞，从而引起血管钙化。骨钙素是成骨细胞晚期分化的标志。骨钙素和羟基磷灰石具有较高的亲和力，可引起羟基磷灰石沉积，导致血管钙化。另外，其他相关蛋白和细胞因子相互作用也参与了血管钙化的调节。三是矿化作用。VSMCs合成骨相关蛋白时伴随着基质囊泡和凋亡小体的释放，一些研究表明凋亡和囊泡形成是血管钙化的初始事件。囊泡具有活性的ALP[4]，并含有大量的钙和磷，后两种化学物质的沉积可导致磷灰石晶体的形成及钙和磷释放到细胞外环境中。钙化结节可在细胞外基质蛋白和细胞因子的作用下形成，最终导致血管钙化。

2 动脉粥样硬化和钙化的关系

动脉粥样硬化和钙化密切相关，钙化对于动脉粥样硬化斑块稳定性可谓是一把“双刃剑”，传统上钙化被认为是被动的、退化的、衰老的末期过程。但最近一些研究表明，它们是活跃的，高度动态的且受到严格调节的过程，涉及细胞迁移，凋亡，炎症，成骨和内膜钙化，从早期病变发展为晚期斑块[5-7]，炎症在动脉粥样硬化中起到关键作用，实际上，炎症反应涉及了动脉粥样硬化发生及发展的全过程，从斑块形成到钙化和破裂[8,9]。在大多数情况下，动脉粥样硬化的形成是由内皮功能障碍引起的，内皮功能障碍使脂蛋白保留在层流被动脉分支所干扰的动脉区域中[6,10]。然后募集炎性和免疫细胞，例如巨噬细胞，T细胞和肥大细胞，并产生促炎性介质和酶[11]。巨噬细胞通常在动脉粥样硬化的发生和发展中起重要作用[12]，它们氧化和分解代谢动脉壁内的脂蛋白，根据其数量，氧化的脂蛋白会导致巨噬细胞死亡，最终合并为坏死核心。血管平滑肌细胞迁移到内膜并促进形成以胶原蛋白为主的纤维帽[13]。被纤维组织包裹的这种富含脂质的坏死核心构成了纤维瘤，通常是一个稳定的病变[5]。巨噬细胞通过释放金属蛋白酶而对斑块的纤维成分产生分解代谢作用，导致斑块帽变薄[9]，广泛的炎症过程和巨噬细胞浸润会产生薄帽纤维状动脉瘤（TCFA），其特征是大的坏死核心分离厚度＜50或60 μm（0.05或0.06 mm）的薄膜帽从冠脉腔中吸出，使斑块不稳定。动脉钙化的相对重要性，以及它作为高危动脉粥样硬化斑块的稳定力量是否具有保护作用，直到最近才引起争论。而动脉中钙的含量具有不同的临床意义。广泛的斑块钙化通常是动脉粥样硬化进展期和稳定期的特征，其很少导致破裂。动脉粥样硬化斑块的钙化作用是对强烈的局部巨噬细胞炎症和免疫活性的治愈反应，也导致成骨血管平滑肌细胞的转化[14,15]。在具有广泛炎症的病变中，巨噬细胞衍生的囊泡在斑块的坏死核心内释放，并作为钙化的核位点[16,17]。另一方面，钙化本身会刺激巨噬细胞浸润[18]。只要炎症持续存在，就会发生巨噬细胞浸润和钙化修复的循环。炎症和钙化间的因果关系已通过以下观察得到临床证实：通过正电子发射断层扫描评估的在相同的血管部位血管炎症先于随后的钙沉积在血管内[19]。如果炎症减轻，斑块就会稳定，从而导致钙化[20-22]。广泛的斑块钙化反映了动脉粥样硬化斑块晚期，较少的炎症和稳定的斑块[23]。其中一些表现出进行性钙化，将早期高危病变转变为稳定的末期宏观钙化[24]。宏观钙化使斑块稳定，可作为限制炎症蔓延的屏障，且较少导致破裂。在对无症状的2型糖尿病患者为期8年的随访研究中，斑块更可能成为急性冠脉事件的罪魁祸首，其特点是体积更大，脂质含量更高且仅轻度钙化[25]。这些观察结果支持在单个斑块的水平上，轻度钙化可预示随后的急性事件，而更晚期的钙化具有保护作用，结果表明，斑块易损性与钙化程度成反比。

3 钙化与肾功能不全的相关性

慢性炎症引起的终末期肾病（ESRD）极易引发血管钙化和动脉粥样硬化等并发症，钙磷代谢紊乱是血管硬化的常见危险因素之一，而高磷血症又是血管钙化的重要诱因[26]。慢性肾脏病（CKD）患者因高龄、吸烟、男性、高血压、高血脂、糖尿病等传统心血管钙化危险因素，加上CKD 的特有因素：矿物质代谢紊乱、微炎症状态、氧化应激、含钙磷结合剂及活性维生素D的不合理使用等常引起严重的心血管钙化，进一步发展会加速心血管事件发生，影响患者预后。

在慢性肾衰竭（CRF）中，肾小球滤过率（eGFR）降低，导致钙磷代谢紊乱出现。高磷血症可直接引起血管损伤，从而诱导内皮细胞释放细胞因子。磷主要通过垂体特异转录因子（PiT1）在SMC中介导，导致VSMC失去SM收缩蛋白平滑肌（SM）22和α平滑肌肌动蛋白（SMA）的表达，而是表达骨标记物Runx2，骨钙蛋白和ALP，从而引起血管钙化。高水平的磷还可以诱导VSMC分泌骨形态发生蛋白2（BMP2）[27]，从而进一步刺激相关转录因子的激活。该作用还可诱导VSMC的凋亡，并且凋亡小体导致钙化。在终末期肾脏病（ESRD）中，促炎性细胞因子，钙和尿毒症环境水平的升高可增加VSMC中PiT1的表达，从而增加磷的沉积并促进血管钙化。钙和磷酸盐协同促进血管钙化[28]，但目前认为钙离子的行为主要是通过诱导细胞凋亡来介导的。后者促进凋亡的VSMC病变促进膜结合小泡的释放及钙和磷酸盐的进一步沉积。高水平的磷可以刺激VSMC分化为成骨细胞，但也可能促进矿化作用。在患有CRF和ESRD的患者中[29]，血清磷水平升高常与继发性代谢疾病（如维生素D疾病和甲状旁腺功能亢进）的出现有关。研究表明，即使钙水平低或磷水平正常，甚至肾功能正常，甲状旁腺激素（PTH）也会导致血管钙化。PTH可影响促炎因子的表达，在调节血管重塑中起到负作用。Talmor Barkan等[28]发现PTH可激活蛋白激酶C/K途径并诱导一氧化氮，晚期糖基化终产物和IL-6的表达。PTH的高分泌破坏了破骨细胞和成骨细胞之间的平衡，允许大量磷被释放到血液中。导致1,25二羟基维生素D3[1,25（OH）2D]的产生减少，从而降低了血浆中维生素D水平。多项研究表明，维生素D可调节血清钙和磷的水平活性，抑制巨噬细胞对胆固醇的吞噬作用，并减少泡沫细胞形成，从而导致巨噬细胞活性降低，降低动脉钙化和动脉粥样硬化的风险。维生素D可以调节VSMC中的肾素血管紧张素系统（RAS）活性并控制钙离子流量，同时还抑制BMP的表达和促炎性细胞因子的产生，减少血管中钙的沉积。如果活性维生素D含量低[30]，则上述调节功能会降低。这导致巨噬细胞活性增加，导致强吞噬作用，泡沫细胞形成增加和RAS活性。因此，钙离子沉积在SMC内以促进动脉硬化和钙化。

4 焦磷酸盐是钙化的直接抑制剂

焦磷酸盐是钙结晶和钙沉积的有效抑制剂，且是防止牙菌斑的活性成分。它通过与新生的羟基磷灰石晶体结合而发挥作用，对钙结晶和钙沉积具有完全的抑制作用[31]，同时，细胞外焦磷酸盐的含量足以完全预防羟基磷灰石的形成，尽管血管平滑肌会局部产生，但循环焦磷酸盐却是主要的抑制钙化的原因。其预防血管钙化的能力最初是在维生素D毒性动物模型中证实的[32]，随后在培养的主动脉环和主动脉瓣中证实。最初开发为不可水解的焦磷酸盐类似物，以防止异位钙化。当磷酸盐浓度在正常范围内时，正常的焦磷酸盐浓度足以防止钙化，但面对高磷酸盐血症时可能不足。焦磷酸盐也可能有助于抑制循环中的钙磷酸盐沉淀[31]，因为血清水平与体外钙蛋白颗粒的形成相关[33]。血液透析患者的循环焦磷酸盐水平降低[34]，由于透析去除了焦磷酸盐，透析后水平降低。尿毒症大鼠中血管平滑肌中组织非特异性碱性磷酸酶（TNAP）的表达和活性增加造成这种缺陷。此外，透析后血浆中的TNAP活性增加，部分原因是PH升高和焦磷酸盐水平降低。去除其他尿毒症化合物也可增强TNAP活性。在尿毒症动物中也有ABCC6减少的报道[35]。这些数据表明焦磷酸盐可能是有用的。该疗法可用于血管钙化，但由于焦磷酸盐是钙化的直接抑制剂，因此抑制骨矿化是潜在的副作用。焦磷酸盐的应用可在肾功能衰竭的动物模型中预防钙化而不抑制骨的形成，并且该组织中高水平的TNAP可能解释了对骨缺乏作用。不幸的是，焦磷酸盐会在胃中水解，必须经肠胃外给药，在血浆中的半衰期少于30 min。使用双磷酸盐可避免后者的问题[31]，双磷酸盐抑制动物的尿毒症血管钙化，其剂量远低于焦磷酸盐。

总之，尽管大量研究表明炎症、细胞因子及免疫系统在动脉钙化发病机制中的作用，但其具体机制尚未阐明。目前已明确的是，动脉钙化是一个由炎症和免疫系统参与的、主动的、可调节的复杂过程。高血压、高血糖、高脂血症等代谢性疾病与动脉钙化相互作用; 慢性肾脏疾病、感染性疾病、系统性疾病等在动脉钙化的形成中发挥着重要作用。多种因素交互作用、密切相关，对预测和评估心血管疾病的发生及发展起重要作用。因此通过改善高磷血症及内皮细胞损伤，可减少血管疾病的发生与发展，对临床工作具有重要参考价值。