RUNX2對慢性腎衰竭血管鈣化調(diào)控的相關(guān)研究

蘇培培，王玉潯，王春艷，陳婧，劉朋偉

(華北理工大學附屬醫(yī)院，河北 唐山 063000)

0 引言

血管鈣化(vascular calcification，VC)是慢性腎臟病患者嚴重并發(fā)癥之一，尤其是終末期腎臟病患者，是導致其發(fā)生心血管疾病而致死的主要原因。其本質(zhì)是由鈣鹽和磷酸鹽等礦物質(zhì)相互作用形成羥基磷灰石晶體并沉積在血管壁的病理反應，最終導致血管壁脆性增加，順應性降低，從而引發(fā)血栓形成、斑塊破裂，顯著增加患者的死亡率。過去認為VC僅是鈣鹽沉積的被動過程，近年研究證實該過程是多種細胞因子、信號通路參與的主動調(diào)控過程，是鈣化促進因素和鈣化抑制因素相互作用失衡的結(jié)果[1,2]。目前研究認為，血管鈣化的主要環(huán)節(jié)之一是血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)在促鈣因素作用下，發(fā)生凋亡并釋放微囊泡，后者被認為是VC的起始環(huán)節(jié)，為鈣磷沉積提供適宜的微環(huán)境[3]。VSMCs在各種刺激性因素作用下，可以從收縮表型向成骨/軟骨樣表型轉(zhuǎn)化，同時合成、分泌多種骨形成相關(guān)蛋白，類似骨形成的細胞介導過程，從而導致VC的發(fā)生[4]。Runx2作為調(diào)控骨髓間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)化為成骨/軟骨細胞過程中所必需的轉(zhuǎn)錄因子，在成骨細胞的分化和骨形成過程中扮演重要角色[5]。目前大量研究表明，Runx2作為核心轉(zhuǎn)錄因子，與VC的形成密切相關(guān)，本文對Runx2參與血管鈣化的的調(diào)控機制綜述如下。

1 RUNX2基因

RUNX2是一種特異性轉(zhuǎn)錄因子，稱為編碼 OB 的基因，與轉(zhuǎn)錄因子Runx1 基因、Runx3基因共同組成Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(Runt-related transcription factors，Runx)家族[6]，是由一個高度保守的128氨基酸DNA 結(jié)合/蛋白質(zhì)相互作用域編碼。其參與形成核心綁定因子(CBF)復合物，通過調(diào)控DNA的表達參與細胞、組織的分化和生長過程。體外研究表明，Runx2可通過Wnt/β-catenin信號通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信號通路和BMPs /Smads信號通路等多種信號轉(zhuǎn)導途徑參與骨代謝。作為調(diào)控成骨細胞分化和骨形成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，Runx2在間充質(zhì)干細胞向成熟的成骨細胞分化的過程中起重要的作用[5]。除參與骨代謝外，在慢性腎臟病和糖尿病發(fā)生VC的患者中，鈣化的血管壁均存在Runx2 的高表達的情況，這種現(xiàn)象在非鈣化的血管壁中不存在或極少發(fā)生，提示Runx2的表達與VC的形成有必然聯(lián)系。同時也有學者發(fā)現(xiàn)BMP-2可誘導 VSMCs的Runx2 表達增加，進而促進VC的形成[7]。后來有學者將慢性腎臟病患者血清加入培養(yǎng)的人平滑肌細胞，發(fā)現(xiàn)慢性腎臟病血清可通過誘導Runx2表達主動調(diào)節(jié)體外VC的形成，表明在慢性腎臟病血清中存在某些物質(zhì)可使Runx2的表達上調(diào)，進一步證實了Runx2參與VC的形成[8]。

2 氧化應激與慢性腎臟病血管鈣化

氧化應激是機體受到有害刺激時細胞內(nèi)高活性分子大量增加，使氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)平衡被破壞，活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)蓄積并產(chǎn)生負面作用導致組織損傷。

臨床研究表明，有大約超過一半的慢性腎臟病患者存在不同程度的VC，主要分為冠狀動脈鈣化、心臟瓣膜鈣化、主動脈鈣化、外周血管鈣化四種臨床類型，其中以冠狀動脈鈣化最為常見[9]。因此，VC是慢性腎臟病患者心血管病變發(fā)生率較正常人明顯升高的重要因素。氧化和抗氧化動態(tài)系統(tǒng)失衡在CKD患者早期即可出現(xiàn)，除內(nèi)環(huán)境中鈣磷代謝紊亂可導致氧化應激的發(fā)生，在血液透析患者中，由于內(nèi)毒素在循環(huán)系統(tǒng)中蓄積和透析膜的生物排斥作用，導致補體反復被激活，破壞，氧化體內(nèi)蛋白質(zhì)的氨基酸殘基，均導致活性氧(ROS)產(chǎn)生增加[10,11]。邱翠婷等[12]用β-甘油磷酸鈉(β-GP)聯(lián)合氯化鈣(CaCl2)體外培養(yǎng)VSMCs，成功建立VSMCs鈣化模型，其中過氧化氫組ROS陽性細胞數(shù)和Runx2蛋白表達水平均較對照組、過氧化氫酶組明顯增加，證實了氧化應激可通過介導Runx2 表達影響血管鈣化的形成，并推測ROS可能作為第二信使參與該過程。Byon 等[13]早期發(fā)現(xiàn)H2O2 能夠通過上調(diào)Runx2 表達引起 VSMCs 發(fā)生VC，而敲除Runx2基因則能阻斷H2O2 誘導VSMCs由收縮型向成骨樣細胞表型轉(zhuǎn)變的發(fā)生，表明Runx2上調(diào)是H2O2參與VC發(fā)生信號通路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。后來進一步發(fā)現(xiàn)在OS可激活大量NADPH 氧化酶，該輔酶可催化生成ROS，大量蓄積的ROS上調(diào)Runx2蛋白表達促進VC的發(fā)生，考慮該過程可能是氧化應激的主要影響機制[14]。最新研究表明，在早期未發(fā)生鈣磷代謝紊亂時，OS在CKD患者VC的形成中起主要作用，并觀察到在氧化應激蛋白nox1顯著上調(diào)的同時伴有runx2和膠原I的上調(diào)[15]。

3 高磷血癥與慢性腎臟病血管鈣化

高磷血癥是CKD患者代謝失衡的中心環(huán)節(jié)，是CKD患者常見的并發(fā)癥，同時也是誘導VSMC向成骨樣細胞表型分化和VC發(fā)生的重要病理因素。研究表明磷濃度與鈣化程度呈正相關(guān)，但機體內(nèi)磷濃度超過1.4mmol/L時平滑肌即存在鈣化現(xiàn)象，但濃度達到2.0 mmol/L時，鈣化程度較前明顯加重[16]。在高磷狀態(tài)下，VSMCs表達α-平滑肌肌動蛋白和平滑肌收縮蛋白22α的能力喪失，轉(zhuǎn)而表達骨標志物，包括Msx2、Runx2、 SOX9和Osterix等[17]。通過尿毒癥大鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，高磷環(huán)境能夠誘導主動脈管壁細胞Runx2的表達上調(diào)，使VSMCs發(fā)生表型轉(zhuǎn)換，證實高磷通過調(diào)節(jié)Runx2表達誘導VC[18]。在高磷狀態(tài)下，轉(zhuǎn)化生長因子βⅠ(TGF-β1)的蓄積可激活纖溶酶原激活劑抑制物1的表達，誘導Runx2的表達增加參與VC的形成[19]。Ⅲ型鈉磷同向轉(zhuǎn)運體是VSMCs 細胞膜上存在一種跨膜轉(zhuǎn)運蛋白，Chavkin等[20]發(fā)現(xiàn)Ⅲ型鈉磷同向轉(zhuǎn)運體-1在高磷狀態(tài)(＞2.0 mm)下，可激活細胞外調(diào)節(jié)激酶 1 /2(ERK1/2)激酶活性，誘導VSMCs成骨軟骨分化和鈣化，且是通過PI攝取不依賴的途徑進行的，我們可推測高磷可通過ERK1/2/ MAPKs信號上調(diào)Runx2的表達促進VC的發(fā)生。其次，高磷可以通過誘導BMP-9使可作用于 Runx2 啟動子區(qū)域上的活化的 β-連環(huán)蛋白增加，誘導 Runx2 的表達增加[21]。也有學者通過體外培養(yǎng)小鼠血管平滑肌細胞系，發(fā)現(xiàn)在高磷狀態(tài)下Toll樣受體4 (Toll-like receptor 4，TLR4) /核 轉(zhuǎn) 錄 因 子-κB (nuclear transcription factorκB，NF-κB) 信號通路可上調(diào)Runx2蛋白表達參與VC的形成[22]。廖琳等[23]用高磷誘導殘腎大鼠血管鈣化，證實高磷與VC形成關(guān)系密切，且有可能是通過增加Runx2與Ⅱ型膠原的表達參與VC發(fā)生過程。除此之外，高磷與OS關(guān)系密切。高磷誘導線粒體功能障礙產(chǎn)生的ROS可通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)及其下游信號分子蛋白激酶B(PKB或AKT)上調(diào)Runx2的表達，促進囊泡釋放參與VC的形成[20]。

4 高尿酸血癥(Hyperuricemia，HUA)與慢性腎臟病血管鈣化

高尿酸血癥是嘌呤代謝障礙所致的慢性代謝疾病，一般男性高于女性，且近年來發(fā)病人群逐漸年輕化。有研究表明，尿酸水平過高能夠激活0S，使ROS蓄積[24]，所以尿酸水平過高與VC關(guān)系密切。張山山等[25]將人骨髓間充質(zhì)干細胞(hBMSCs)用不同濃度的尿酸處理后，成功誘導分化為成骨細胞，并發(fā)現(xiàn)成骨細胞內(nèi)Cbfα1/Runx2的表達水平顯著增加，且該信號通路的表達強弱與尿酸濃度和時間長短有關(guān)，呈現(xiàn)濃度依賴性和時間依賴性，推測尿酸可能通過Cbfα1/Runx2信號通路參與成骨細胞形成。后來有學者通過研究高尿酸血癥(Huc)的動物模型和細胞模型，發(fā)現(xiàn)發(fā)生VC的Huc大鼠VSMC中Wnt3a、Runx2表達水平明顯升高，鈣含量顯著增加，表明Wnt3a/Runx2信號通路可能參與高尿酸促進VC的過程[26]。田亞男等[27]提出尿酸可通過MAPKs途徑誘導的 VSMC 增殖，而MAPKs在高磷狀態(tài)下同樣可上調(diào)Runx2的表達促進VC的發(fā)生[20]，所以我們推測高尿酸血癥除與0S關(guān)系密切外，也有可能和高磷共同通過MAPKs途徑相互作用參與VC的形成，這一機制還需要我們進一步研究證實。

5 展望

血管鈣化是一個多病因、涉及多種機制共同參與的復雜過程。VSMCs是參與VC最重要的血管細胞成分，其發(fā)生成骨/成軟骨表型轉(zhuǎn)化是VC的重要機制之一，涉及多種炎癥介質(zhì)、細胞因子及信號轉(zhuǎn)導通路的調(diào)節(jié)。Runx2 是成骨細胞分化的特異性轉(zhuǎn)錄因子，能夠識別多種成骨特異的基因啟動子中的異性順式作用元件，調(diào)控成骨細胞表型轉(zhuǎn)化，是 VSMCs表型轉(zhuǎn)化的標志。本文綜述了在RUNX2在氧化應激、高磷血癥、高尿酸等常見的病理情況下可能參與慢性腎臟病VC發(fā)生的信號通路，對VC的防治和尋找新藥物的靶點有重要的意義。