炎癥、氧化應(yīng)激與終末期腎病血管鈣化

杜亞琴，李 怡，王 莉,△

(1.川北醫(yī)學(xué)院腎臟病研究所，四川 南充 637000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院腎臟內(nèi)科，四川 成都 610072)

炎癥、氧化應(yīng)激與終末期腎病血管鈣化

杜亞琴1，2，李 怡2，王 莉2,△

(1.川北醫(yī)學(xué)院腎臟病研究所，四川 南充 637000；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院腎臟內(nèi)科，四川 成都 610072)

心血管疾病是慢性腎病常見的并發(fā)癥，是導(dǎo)致患者死亡的首要因素，而血管鈣化是心血管事件發(fā)生率和死亡率增加的重要危險(xiǎn)因素。前期研究已證明炎癥、氧化應(yīng)激可導(dǎo)致綜末期腎病血管鈣化，本文主要闡述炎癥、氧化應(yīng)激與血管鈣化的關(guān)系以及一些治療策略。

炎癥；氧化應(yīng)激；終末期腎??；抗氧化因子相關(guān)因子2

心血管疾病是慢性腎病常見的并發(fā)癥，也是導(dǎo)致患者死亡的首要因素，血管鈣化是心血管事件發(fā)生率和死亡率增加的重要危險(xiǎn)因素。既往研究表明高血壓、糖尿病、脂質(zhì)代謝紊亂、甲狀旁腺功能亢進(jìn)是引起血管鈣化的危險(xiǎn)因素，目前已有研究發(fā)現(xiàn)高磷通過(guò)線粒體產(chǎn)生過(guò)多的活性氧(ROS)激活核因子-κB(NFκB)介導(dǎo)血管鈣化，因此本文將闡述炎癥、氧化應(yīng)激與終末期腎病血管鈣化的關(guān)系。

1 鈣化分類

典型異位鈣化以羥基磷灰石形式存在，以鈣化的部位不同，可分為以下幾種：①血管內(nèi)膜：羥基磷灰石鈣結(jié)晶以斑片狀沉積，脂質(zhì)代謝異常、炎癥參與，涉及內(nèi)膜增生和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，血管管腔狹窄，最終阻塞。②血管中膜：羥基磷灰石晶體鈣線性沉積，彌散整個(gè)中膜，脂質(zhì)沉積及炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)不參與其病變。③心臟瓣膜：心臟瓣膜纖維退行性變及瓣膜鈣鹽沉積。④鈣化防御(鈣性尿毒癥性小動(dòng)脈病)：是比較特殊的血管鈣化，屬于中膜鈣化的一種，主要見于尿毒癥繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)癥。然而在慢性腎臟病(CKD)動(dòng)脈硬化中內(nèi)膜鈣化和中膜鈣化?？刹⒋鎇1]。

2 血管鈣化機(jī)制

既往認(rèn)為血管鈣化的發(fā)生是由血鈣磷過(guò)飽和所致的一個(gè)被動(dòng)過(guò)程，現(xiàn)認(rèn)為其是一種類似骨與軟骨形成的主動(dòng)過(guò)程，它涉及一些骨相關(guān)蛋白的表達(dá)[2]。血管鈣化可能存在以下機(jī)制：①血管平滑肌細(xì)胞的表型改變：高磷刺激血管平滑肌細(xì)胞在核心結(jié)合因子α1(Runx2)的影響下轉(zhuǎn)化成軟骨樣或骨樣細(xì)胞，成骨細(xì)胞特異性的I型膠原蛋白、骨形成蛋白(BMP2)、堿性磷酸酶(ALP)及成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子Cbfa1表達(dá)上調(diào)。②血管平滑肌細(xì)胞的凋亡：最主要特征是細(xì)胞表型發(fā)生轉(zhuǎn)變，基質(zhì)小泡的出現(xiàn)是細(xì)胞表型發(fā)生轉(zhuǎn)變的重要特征[3]，研究提示[4]凋亡的血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)釋放凋亡小體，其富含鈣與膜結(jié)合的小泡，它類似軟骨細(xì)胞釋放的基質(zhì)小泡。Dai等[5]研究表明，高磷本身可以通過(guò)促進(jìn)線粒體超氧陰離子產(chǎn)生，進(jìn)而引起VSMCs 發(fā)生自噬，而抑制自噬后，顯著增加高磷誘導(dǎo)的基質(zhì)小泡的釋放，而加速血管鈣化的發(fā)生和發(fā)展。③血管鈣化抑制物減少：胎球蛋白A(Fetuin)、基質(zhì)Gla蛋白(matrix-Gla-protein，MGP)、骨形成蛋白7(BMP-7)、焦磷酸鹽、OPG/RANK/RANKL系統(tǒng)等能抑制血管鈣化的分子減少。

3 炎癥、氧化應(yīng)激與血管鈣化的關(guān)系

目前發(fā)現(xiàn)多種機(jī)制參與血管壁鈣鹽沉積[6]，近年來(lái)炎癥、氧化應(yīng)激在血管鈣化中的作用越來(lái)越受到重視。

3.1 炎癥與血管鈣化 慢性炎癥在終末期腎病中普遍存在，在動(dòng)脈粥樣硬化中，浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞或者是T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生促炎癥因子，誘發(fā)平滑肌細(xì)胞(SMC)凋亡，轉(zhuǎn)分化為成軟骨細(xì)胞。Jing等[7]已發(fā)現(xiàn)炎癥阻礙低密度脂蛋白途徑，增加BMP2、I型膠原蛋白的表達(dá)，而加速透析患者血管鈣化及動(dòng)脈粥樣硬化。因此炎癥因子如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素6(IL-6)、轉(zhuǎn)錄生長(zhǎng)因子β(TGF-β)在血管鈣化中起著重要作用。

3.1.1 TNF-α與血管鈣化 TNF-α作為一個(gè)多效應(yīng)分子，在細(xì)菌感染、細(xì)胞外基質(zhì)損傷時(shí)巨噬細(xì)胞可分泌。目前Yin等[8]研究表明TNF-α通過(guò)cAMP途徑促進(jìn)鈣化，此外TNF-α也可通過(guò)NFκB促進(jìn)鈣化，而TNF-α可以介導(dǎo)IκBα磷酸化及降解，激活NFκBp65核轉(zhuǎn)位。此外TNF-α激活NFκB還可使不穩(wěn)定因子tristetraprolin (TTP)表達(dá)增加，最終使ANKH、焦磷酸分泌減少，促進(jìn)由磷介導(dǎo)的血管鈣化。Hye-Lim等[9]發(fā)現(xiàn)TNF-α可通過(guò)激活NFκB使Msx2表達(dá)增加，而TNF-α并不直接引起ALP表達(dá)升高，只在當(dāng)Msx2過(guò)表達(dá)的時(shí)可使ALP表達(dá)增加，使血管平滑肌鈣化。此外Al-Aly等[10]研究顯示在2型糖尿病的動(dòng)物模型中，TNF-α誘導(dǎo)Msx2，Msx2通過(guò)Wnt信號(hào)形成成骨環(huán)境促進(jìn)心瓣膜和血管中膜鈣化。

3.1.2 IL6與血管鈣化 IL6通過(guò)與細(xì)胞表面的I型分子組成的IL6配體結(jié)合，使STAT3磷酸化、激活A(yù)LP，使CVCs經(jīng)歷成骨細(xì)胞分化[11]。Deuell等[12]發(fā)現(xiàn)骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞與SMC在磷誘導(dǎo)的培養(yǎng)基條件下共同孵育并給予巨噬細(xì)胞集落因子(M-CSF)、RANKL后平滑肌鈣化程度加重，給予M-CSF、RANKL處理后IL6及TNF-α水平升高，抑制IL6、TNF-α后檢測(cè)到血管平滑肌鈣化減輕。Callegari等[13]發(fā)現(xiàn)在骨保護(hù)素(OPG)缺乏的ApoE小鼠，RANKL可使MGP表達(dá)降低、骨橋蛋白(OPN)表達(dá)升高，IL6水平升高。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)IL6自身可引起誘導(dǎo)OPG缺乏的血管平滑肌鈣化。此外IL6能促進(jìn)C反應(yīng)蛋白(CRP)的表達(dá)，因CRP可減少內(nèi)皮型一氧化氮和酶(eNOS)的表達(dá)而促進(jìn)鈣化。

3.1.3 TGF-β與血管鈣化 TGF-β家族包括TGFβ1、2、3，活化素、TGF蛋白如BMP等，一系列TGFβ分子在自身免疫、血管疾病中起著重要作用。TGFβ與其跨膜受體結(jié)合后發(fā)揮作用，兩個(gè)I、II型絲氨酸/蘇氨酸激酶受體與其結(jié)合。I型受體包括ALK1-ALK7，II型受體包括活化素受體(ActRIIA、ActRIIB)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白II型受體(BMPRII)、TGFβII 型受體(TGFβRII)、(AMHRII)，當(dāng)配體與受體結(jié)合后I受體被II型受體磷酸化，被磷酸化的I型受體管理Smad2、3，結(jié)合共同介質(zhì)受體Smad4形成RSmad(受體激活型)/CoSmad轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核，通過(guò)與DNA上的smad結(jié)合元件結(jié)合，激活特定的靶基因。已有研究顯示II型受體中TGFβII型受體突變與動(dòng)脈粥樣硬化及血管細(xì)胞的狹窄相關(guān)。

3.2 氧化應(yīng)激與血管鈣化

3.2.1 氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受各種有害刺激時(shí)，高活性分子如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)產(chǎn)生過(guò)多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，而導(dǎo)致的細(xì)胞、組織的損傷。正常情況下機(jī)體中的超氧化物歧化酶(SOD)、醌氧化還原酶(NQO-1)等能將ROS清除。但終末期腎病患者的尿素、晚期糖基化終末產(chǎn)物等毒素引起活性氧自由基的生成增加，超過(guò)其抗氧化系統(tǒng)的防御能力時(shí)[14]引起ROS的蓄積引起細(xì)胞及組織的損傷。

3.2.2 氧化應(yīng)激的產(chǎn)生 EL ASSar等[15]認(rèn)為在機(jī)體內(nèi)NADPH氧化酶、黃嘌呤氧化酶、非偶聯(lián)的一氧化氮合酶、線粒體呼吸鏈?zhǔn)求w內(nèi)ROS產(chǎn)生的主要途徑。NADPH酶(NOX)作為一種跨膜蛋白把電子從胞質(zhì)的NADPH轉(zhuǎn)移致分子氧形成過(guò)氧化物。NOX有7種不同亞型，產(chǎn)生過(guò)氧化物是位于血管平滑肌上的有NOX1、2、4。在正常情況下一氧化氮合酶(NOS)可促進(jìn)L-精氨酸變成L-瓜氨酸，并產(chǎn)生一氧化氮(NO)。當(dāng)內(nèi)生型一氧化氮合酶(eNOS)二聚體、L-精氨酸、四氫生物蝶呤缺乏時(shí)，eNOS產(chǎn)生過(guò)氧化物。而線粒體呼吸鏈產(chǎn)生過(guò)氧化物是在線粒體電子傳輸過(guò)程中的電子逃逸，它主要位于呼吸鏈復(fù)合酶I和III。

3.2.3 氧化應(yīng)激的危害 近年研究證實(shí)氧化應(yīng)激在激活血管相關(guān)成骨基因調(diào)控程序中的重要作用，Byon等[16]發(fā)現(xiàn)ROS可以促進(jìn)VSMC由收縮型向成骨細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換，并且上調(diào)調(diào)控成骨細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄因子Runx2的表達(dá)而導(dǎo)致血管鈣化。此外ROS能激活p38MApK，引起IKKβ磷酸化，進(jìn)而降解IκBα，NFκB的P50核定位信號(hào)、P56DNA結(jié)合位點(diǎn)暴露后使NFκB發(fā)生核移位，與靶基因結(jié)合促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄、表達(dá)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)外源性過(guò)氧化氫(0.1～0.4 mmol/L)可通過(guò)IP3/AKT途徑促進(jìn)Msx2和cbfa1的表達(dá)，從而促進(jìn)平滑肌細(xì)胞表達(dá)ALP向成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化，抑制AKT信號(hào)后可阻斷RUNX2、cbfa1的表達(dá)和血管鈣化，而抑制EPK信號(hào)途徑后血管鈣化未能改善。

4 血管鈣化的治療

4.1 針對(duì)炎癥的治療 NFκB作為一種炎癥介質(zhì)，激活后的NFκB可誘導(dǎo)一系列分子參與血管鈣化，Wang等[17]用AGEs介導(dǎo)的NFκB引起的血管鈣化，使用NFκB抑制劑-吡咯烷二硫代甲酸胺(PDTC)后鈣化被抑制。

4.2 針對(duì)氧化應(yīng)激的治療 流行病學(xué)及臨床資料表明傳統(tǒng)因素如糖尿病、高血壓、高同型半胱氨酸血癥[18]、高脂血癥[19]等是終末期腎病及心血管事件的危險(xiǎn)因素。既往應(yīng)用維生素C、維生素E等物質(zhì)治療終末期腎病及心血管疾病未取得預(yù)想結(jié)果。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種核轉(zhuǎn)錄因子抗氧化因子相關(guān)因子2(Nrf2)，被認(rèn)為是機(jī)體在對(duì)抗細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)后的重要因子。

4.2.1 Nrf2 Nrf2是CNC堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)家族的轉(zhuǎn)錄分子[20]，Nrf2在小鼠和人類的組織中廣泛存在，生理?xiàng)l件下Nrf2以非活性狀態(tài)通過(guò)其Neh2區(qū)域中的DLG基序和ETGE基序與二聚體存在的Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1(Keap1)的 Kelch結(jié)構(gòu)域結(jié)合，被瞄定在細(xì)胞質(zhì)中。而Keap1通過(guò)其BTB/POZ結(jié)構(gòu)域結(jié)合Cul3(cullin 3)-依賴的E3泛素連接酶，通過(guò)26S蛋白酶使Nrf2通過(guò)泛素化而被降解，Nrf2從而以非游離狀態(tài)處于非活性狀態(tài)。目前認(rèn)為Nrf2通過(guò)與ARE相結(jié)合，Nrf2-ARE信號(hào)通路介導(dǎo)下游的II相解毒酶以及抗氧化酶而發(fā)揮抗氧化作用，被認(rèn)為是清除ROS以抗氧化應(yīng)激最敏感的信號(hào)[21]。當(dāng)機(jī)體遭受ROS或親電物質(zhì)刺激時(shí)，Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1(Keap1)的半胱氨酸殘基被修飾，Nrf2與Keap1解離。解離后的Nrf2通過(guò)Maf蛋白與ARE結(jié)合，啟動(dòng)下游II相解毒酶和細(xì)胞保護(hù)蛋白基因表達(dá)[22]。此外Nrf2做為一種轉(zhuǎn)錄因子，也可通過(guò)結(jié)合自身5端的ARE序列，調(diào)節(jié)自身蛋白的轉(zhuǎn)錄活性[23]。如前文所訴泛素可介導(dǎo)Nrf2的降解，但是其也可被Nrf2-ARE通路抑制，形成正反饋維持胞質(zhì)中Nrf2濃度以便發(fā)揮抗氧化的作用。而機(jī)體恢復(fù)氧化還原平衡后，Nrf2轉(zhuǎn)回胞質(zhì)中經(jīng)泛素-蛋白酶體途徑降解或通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)使其消耗后恢復(fù)到正常水平[24]。

4.2.2 Nrf2及Nrf2-ARE下游信號(hào)的作用 還原性谷胱甘肽(GSH)可使凋亡調(diào)控基因bcl-2蛋白表達(dá)上調(diào)，bax蛋白表達(dá)下調(diào)，也可通過(guò)清除體內(nèi)自由基，使bax/bcl-2的比值降低減少細(xì)胞凋亡而減輕血管鈣化，Nrf2可增加GSH的水平。此外Ha等[25]發(fā)現(xiàn)鈣磷介導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞Runx2、BMP2升高，而使用Nrf2的激動(dòng)劑富馬酸二甲酯(DMF)可使其表達(dá)下降。Nrf2-ARE通路下游的抗氧化蛋白錳超氧化物歧化酶(MnSOD)過(guò)表達(dá)可通過(guò)抑制PKC、NFκB、氨基己糖通路的激活和晚期糖基化終末產(chǎn)物的生成，有效減輕ROS對(duì)高糖培養(yǎng)的牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激損害[26]，另外發(fā)現(xiàn)AGE修飾的牛血清白蛋白誘導(dǎo)牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞ROS產(chǎn)生，并激活Nrf2依賴的HO-1和NQO1兩個(gè)抗氧化基因的產(chǎn)生而對(duì)抗ROS損害[27]。

綜上所述，血管鈣化在綜末期腎病中普遍存在，炎癥及氧化應(yīng)激誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞向成骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換，上調(diào)成骨細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄因子。已有研究發(fā)現(xiàn)對(duì)抗炎癥、氧化應(yīng)激可減輕血管鈣化，但是針對(duì)炎癥及氧化應(yīng)激與終末期腎病血管鈣化的機(jī)制及治療仍需要更多的研究。

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Inflammation，oxidative stress and vascular calcification in end stage renal diseas

DU Ya-qin1，2，LI Yi2，WANG Li2

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：81270828)

R692.5

B

1672-6170(2016)05-0218-04

2016-02-24；

2016-05-24)

△通訊作者