【关键词】 血管钙化;高磷血症;终末期肾病
血管钙化是终末期肾病(end-stage renal disease， ESRD)的早期严重事件，也是终末期肾病患者心血管疾病高发病率和高死亡率的主要原因[1]。研究表明很多因素如炎症、不当的Vitamin D治疗、高磷血症等都会引起血管钙化，其中Raggi等发现高磷血症是血管钙化的一项独立危险因素。Hrucka 等研究发现控制血清磷水平可以减少血管钙化。因此，揭示终末期肾病患者高磷血症与心血管钙化的关系尤为重要。
1 血管钙化
1.1 血管钙化的特点 钙在人体内以离子钙和结合钙存在，渗透于所有组织细胞中;但在某些因素作用下钙盐析出并沉积于组织，则称为病理性钙盐沉着如血管钙化。血管钙化是指发生于心血管系统软组织的不适当的生物钙化。典型的异位钙化常为磷酸钙矿物质(大多为羟磷灰石)在心血管组织(包括动脉、心脏瓣膜和心肌)中沉积。
目前的研究证实，54%～100%(平均83%)的慢性肾衰患者有不同程度的血管钙化，血管钙化程度越严重，病死率越高[2]。血管钙化按累及血管壁的不同区域分为2种：内膜钙化和中膜钙化。前者多见于大血管和冠状动脉，与内膜增生和粥样硬化斑块形成有关，钙盐结晶呈散在点状分布，主要为小而弥散分布的羟磷灰石晶体钙沉积，后期可导致阻塞性冠状动脉疾病，心绞痛和心肌梗死等;后者又称为Monckeberg’s钙化，表现为沿中膜弹力层线性沉积的羟磷灰石结晶，多见于衰老、糖尿病患者的远端血管和慢性肾衰患者。内膜钙化和中膜钙化可以单独出现，也可以混合出现。
1.2 血管钙化与骨的形成过程相似 很长时间以来，血管和软组织钙化一直被认为是被动、不可调控的过程，代表了退化的、不可逆转的衰老过程。近年的研究却发现血管钙化是一个主动的可调控的过程[3]。血管平滑肌在许多因素的刺激下有能力转化为成骨/软骨细胞样表型，这一假设得到了越来越多的研究支持，第一，临床和组织学研究发现钙化血管的结构类似于骨和骨髓;第二，在血管壁上发现与骨相同的钙磷结晶-羟基磷灰石;第三，在钙化的血管壁上发现了基质小泡(matrix vesicles)，其为正常骨钙化形成的最初位点;第四，通过免疫组化及原位杂交的方法可在动脉粥样斑块上发现骨相关蛋白，包括胶原蛋白Ⅰ(骨细胞外基质中的主要胶原成分)和一些非胶原性骨基质蛋白如骨形成蛋白-2(bone morphogenic protein-2，BMP-2)、骨钙素(osteocalcin)、基质GLA蛋白(matrix GLA protein，MGP)、碱性磷酸酶等。
2 高磷血症与终末期肾病时的血管钙化
大量临床研究显示终末期肾病患者的心血管钙化与高磷血症有关。Block等分析了6407例血液透析的患者，39%的患者血磷水平高于2.1mmol/L，血磷每上升0.32mmol/L，相对危险度增加了6%。在纠正了伴发病、营养参数等指标后，血磷高于2.1mmol/L者与血磷在0.78～2.1mmol/L者相比，死亡危险度增加27%。钙磷乘积大于72mg2/ml 者与钙磷乘积为42～52mg2/ml相比，死亡危险性增加34%。
终末期肾病患者冠状动脉钙化广泛存在[4]，且钙化程度严重，进展更快，发生年龄更小。Raggi等对205例冠状动脉和主动脉钙化患者的多元回归分析显示血磷水平是预测冠状动脉钙化的独立因素，其中血磷浓度每增加0.3mmol/L对冠状动脉钙化造成的危险性相当于增加2.5年的血透时间。临床和动物研究显示控制高磷血症可以减轻主动脉等大动脉的血管钙化。
3 高磷血症在终末期肾病中致血管钙化的作用机制
目前认为血管钙化的发病机制复杂，涉及多个方面，但仍不十分清楚，可能是若干不同、相互联系的作用机制引起的主动调节过程[5]。较为明确的血管钙化形成机制有4个方面：第一，细胞死亡提供丰富的膜碎片磷脂和凋亡小体作为磷灰石形成核，特别是像动脉粥样硬化病这样细胞坏死和凋亡普遍的现象。第二，人类和大鼠的遗传结果已决定血管正常表达抑制血管矿化的物质如焦磷酸盐及MGP，缺乏这些分子导致自发性血管钙化和增加死亡率。第三，一些骨蛋白如骨桥蛋白、骨钙素、BMP-2，基质小泡及成骨/软骨样细胞等在血管钙化损害处发现，提示骨形成机制在血管钙化的形成中起重要作用。最后，钙、磷及钙磷乘积水平升高促进磷灰石核化和结晶生长，可能通过上述某一机制加剧血管钙化的启动。
3.1 血管钙化与基质小泡、细胞凋亡 在软骨和骨中，钙化的核心是基质小泡[6]，直径为30nm～1μm等，是一种小的亚细胞残余，被认为是骨、软骨中钙盐结晶的发生部位，也是钙化形成初期的重要结果和功能单元。骨形成时，软骨细胞、骨细胞及周质细胞在将要发生钙化的区域，以出芽方式生成基质小泡。其过程大概包两个阶段：第一阶段为钙离子、磷酸根基团在基质小泡内形成羟基磷灰石结晶。由于小泡内脂质能与钙结合蛋白结合，使得小泡钙离子浓度明显增高，在碱性磷酸酶和其他酶的作用下，钙离子与磷脂的磷酸根基团结合，形成结晶;第二阶段是小泡内的磷酸盐结晶逐渐增多，最终导致小泡破裂，泡内的钙盐结晶暴露在细胞外间质中，使结晶进一步增多。因此基质小泡在钙化形成的起始阶段发挥着非常重要的作用。Porudfoot等证实起源于人平滑肌细胞的凋亡小体类似骨的基质小泡，能够蓄积钙，并可能启动钙化。因此，凋亡可能是启动血管钙化的关键事件。且抑制凋亡可以减少钙化;反之，诱导凋亡可以提高血管平滑肌细胞钙化的发生率。
3.2 成骨反应与血管钙化 成骨细胞与平滑肌细胞均起源于间充质细胞。成骨细胞可产生基质、I型胶原、骨桥素(osteopontin，OPN)等骨特异性蛋白。羟磷灰石在成骨细胞内形成，在细胞膜上融缩，从细胞膜上脱落形成基质小泡，结合到I型胶原和其它一些非胶原基质蛋白上形成钙化。成骨细胞已完全分化，不能再进入细胞周期;而平滑肌细胞还保留其多能性，具有转化为成骨细胞的能力。研究表明高磷能以时间和剂量依赖性方式诱导血管平滑肌细胞表达成骨细胞表型，从而促进血管钙化。研究表明[7]培养基中的高磷依赖血管平滑肌细胞膜上钠磷共同转运体(sodium-dependent phosphate cotransporter，NPC)进入细胞，使细胞内磷水平升高。磷水平升高激活特异信号通路，产生如下生物学效应：① 增加成骨基因的表达;② 减少平滑肌特异基因的表达;③ 刺激潜在的矿化成核分子的分泌，如碱性磷酸酶、钙结合蛋白和细胞外基质，从而促进血管平滑肌钙化的发生。④诱导血管平滑肌细胞表达核心结合因子α1(core-binding factor alpha1，cbfα-1)，Cbfα-1是成骨细胞分化、骨基质基因表达和骨矿化所必需的成骨细胞特异性转录因子，是多能的间充质干细胞转变为成骨细胞的关键，为启动血管钙化的标志[8]。
3.3 参与血管钙化的调节分子
终末期肾病时，细胞外液的磷浓度升高，机体通过一系列的调节和抑制机制阻止钙化的发生，当钙化促进因素超过抑制因素时，就导致了钙化的发生。
3.3.1 焦磷酸(pyrophosphate) 焦磷酸[9]是终末期肾病时血管钙化的内源性抑制因子。它是通过核外焦磷酸酶或磷酸二酯酶(NPP1)的途径产生，能被碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)灭活。NPP1突变会引起婴儿自发性的动脉硬化，表现为动脉内弹力板的钙化和肌肉层的增生。NPP1基因敲除小鼠出现了ALP表达的上调、骨桥蛋白(OPN)表达的下调、主动脉平滑肌细胞钙化的增加和间充质中软骨的产生。进一步研究发现软骨基质囊泡含有焦磷酸，这表明抑制因子可能存在于平滑肌细胞起源的囊泡并调节钙化。
3.3.2 基质Gla蛋白(matrix GLA protein，MGP) MGP[10]主要由骨细胞和成骨细胞合成分泌，是骨细胞成熟的晚期标志之一。MGP是一种维生素K依赖的蛋白，为内源性平滑肌细胞钙化抑制因子，调节细胞分化和矿物沉积。PRICE等发现血清中存在MGP-Ca-P-Fetuin-A复合物，提示MGP可能与体内钙磷的清除有关;Bostrom等发现MGP能抑制骨形成蛋白-2(BMP-2)诱导的成骨/软骨细胞的分化，提示MGP有抑制血管钙化的功能。MGP突变将会引起Keutel综合征，以耳、鼻、喉、气管和肋骨的软骨的不正常钙化为特征，会出现广泛的中膜和血管钙化。但同时也有研究表明，抑制MGP羟基化会出现血管内膜和中膜的钙化。
3.3.3 胎球蛋白-A(fetuin-A) 胎球蛋白A[11]是肝合成和分泌的生物活性物质，广泛地存在于细胞外液，是一重要的循环钙化抑制剂。它在血液中能与基质G1a蛋白(MGP)和钙、磷形成复合体，抑制磷灰石前体矿物质的形成和沉积;在质膜中维持钙的可溶性，占抑制血清钙磷沉积作用的50%;是可溶性转化生长因子(TGF-β)拮抗剂，可在局部抑制TGF-β和骨形成蛋白(BMP)的促钙化作用。胎球蛋白A还是一个负性的急性反应蛋白，与炎症密切相关。胎球蛋白A参与了导致平滑肌细胞钙化的几个关键事件—凋亡、囊泡钙化和吞噬作用。胎球蛋白A敲除小鼠的血管和软组织会发生广泛、致命性的钙化[12]。
3.3.4 骨桥蛋白(osteopontin，OPN) OPN[13]是一种分泌型的磷酸化糖蛋白，含有RGD(Arg-Gly-Asp)三肽序列，可与组织中的钙离子、羟基磷灰石结合，介导细胞粘连和迁移，使钙和中层细胞粘附并迁移，参与骨基质矿化和重吸收过程。另外，骨桥蛋白通过与血管内皮细胞和平滑肌表面的受体integrin αvβ3结合从而介导细胞粘连。研究显示OPN是动脉粥样硬化斑块一种新成分，其表达量与粥样硬化和钙化的严重程度密切相关，在钙化处表达量最高。OPN是血管钙化的诱导性抑制剂，磷酸化后的OPN抑制平滑肌细胞矿化和羟磷灰石结晶的形成。
3.3.5 骨保护素(osteoprotegerin，OPG) OPG[14]是肿瘤坏死因子受体超家族的一员，又称破骨细胞生成抑制因子(osteoclastogenesis inhibitory factor，OCIF)，存在于正常的VSMCs中，具有调控破骨细胞产生和活化的生物学活性，能特异性抑制破骨细胞的形成、分化，使溶骨作用不至于过度强烈。OPG的抑制作用可能与RANK/RANKL系统有关，OPG/RANKL/RANK[15] 系统使骨吸收和骨形成达到一种动态平衡。OPG基因敲除小鼠破骨细胞数量增多并出现严重的骨质疏松，同时2/3的小鼠肾动脉及主动脉中膜亦发生钙化; OPG基因敲除小鼠在孕中期给予OPG转基因治疗可以抑制动脉钙化，但在出生后静脉注射重组OPG却不能逆转已发生的动脉该钙化。这表明OPG是血管钙化的保护因子，能防止血管钙化，对血管组织起保护作用。
3.3.6 骨形成蛋白(bone morphogenic protein，BMP) BMPs[16]是一组与生长因子相关的蛋白，包括BMP1-7，它们参与软骨细胞和成骨细胞的分化和增殖;还可以使间充质细胞转分化为成骨细胞，进一步介导异位骨的形成。BMPs的信号转导需通过Ⅰ型和Ⅱ型跨膜丝氨酸/苏氨酸激酶受体的异聚体。BMP-2和 BMP-7是骨形成蛋白的代表。目前认为，BMP-2为血管钙化的促动剂，它通过环磷酸腺苷/蛋白激酶A信号通路上调Runx2基因的表达和碱性磷酸酶的活性促进细胞分化;通过BMP-2-cbfα1信号通路和BMP-2-MSX2信号通路促进血管钙化;还可与基质Gla蛋白等抑制因子结合促进钙化。而BMP-7则可以阻止肾功能衰竭患者的血管钙化和骨质疏松过程，它通过防治炎症和纤维化对终末期肾病患者的血管起保护作用。
3.3.7 成纤维细胞生长因子-23(fibroblast growth factor-23，FGF23) FGF23[17]产生于骨，被分泌到循环系统中，与其受体FGFRs结合发挥作用，Klotho是FGF23的功能性受体。FGF23可通过降低肾脏对磷的重吸收从而维持磷的动态平衡。FGF23的改变会引起磷调节缺陷，进而引起高磷酸盐血症或低磷酸盐血症，这与异位钙化、有害矿物质的沉积和寿命缩短等有关。
4 血管钙化的防治
近年来对血管钙化影响因素的研究日益增多，高磷血症就为其重要影响因素之一。因此，控制高磷血症成为预防血管钙化并降低心血管疾病死亡率的措施之一。高磷血症的治疗主要包括饮食限磷、透析治疗、磷结合剂的应用和甲状旁腺的切除等。
饮食限磷需限制蛋白质的摄入量，因为高蛋白食物磷含量高，这又易导致低蛋白血症和营养不良，故限磷饮食不易实现，临床顺应性差。慢性肾衰患者后期通常采用透析治疗。传统高钙透析液(1.75mmol/L)常引起高钙血症，因而改用低钙透析液(1.25mmol/L)联合磷结合剂碳酸钙治疗高磷血症。低钙透析可提高含钙磷结合剂的耐受性，控制高钙血症;同时，低钙透析使血磷和钙磷乘积均明显下降，从而减少钙化，提高生存率。饮食和透析的局限性使磷结合剂的应用成为控制血清磷水平的重要手段。磷结合剂包括含铝磷结合剂、含钙磷结合剂和非铝非钙磷结合剂。含铝磷结合剂主要有氢氧化铝和碳酸铝等。但是长期应用会引起铝在体内的潴留，使铝对骨骼和中枢神经系统产生毒性作用。含钙磷结合剂主要有碳酸钙和醋酸钙等，使用含钙磷结合剂会引起高钙血症，从而增加血管钙化和心血管疾病的危险性。非铝非钙结合剂包括司维拉姆和碳酸镧等，这两种药物可安全有效地降低高磷血症，很少引起高钙血症，司维拉姆还可以改善血脂异常，更适合于尿毒症，特别是长期维持血液透析患者高磷血症的治疗。但由于药物的价格较高，碳酸钙仍为控制高磷血症的一线药物。高磷血症会引起了继发性甲状旁腺功能亢进。戎殳等研究发现PTH水平与钙化程度呈正相关，提示高PTH血症可能与心血管钙化有关。因此，甲状旁腺的切除可能是防治血管钙化的措施之一。
5 结 语
血管钙化是终末期肾病的常见并发症，与心血管疾病的病死率密切相关。血管钙化一旦发生，很难逆转，因此重在防治。终末期肾病血管钙化过程非常复杂，迄今仍有许多未知之处，如骨的钙化和血管钙化之间的联系，因为终末期肾病患者血管钙化与骨质疏松常常同时存在;至今仍然未能找到简单、高效的控制终末期肾病血管钙化发生、发展和逆转的措施等。因此，进一步深入地研究血管钙化的发病机制和防治手段对于减少终末期肾病患者危重心血管的发病率和病死率有重要意义。
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