骨代謝相關(guān)因子參與動脈粥樣硬化的研究進展

孫婷婷 王 凱

心腦血管疾病(尤其冠心病)和骨質(zhì)疏松癥是老年人群普遍存在的健康問題，隨著人口老齡化的加劇，該類疾病嚴重影響患者日常生活能力、生活質(zhì)量，甚至影響患者預期壽命。隨著臨床數(shù)據(jù)積累，越來越多證據(jù)表明，心血管疾病患者中骨量低下、骨質(zhì)疏松癥及脆性骨折發(fā)病率升高。同時，在骨質(zhì)疏松患病人群中，心血管疾病風險亦有增高趨勢。Persy等[1]將這種相關(guān)性解釋為“骨-血管鈣化悖論”， 定義為骨丟失和血管鈣化的一致性，描述血管內(nèi)異位鈣化常伴隨著骨密度降低或骨轉(zhuǎn)換紊亂的現(xiàn)象。其病理生理學機制包括：血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)增殖和遷移、氧化應激、內(nèi)皮損傷、血管鈣化、炎癥反應等多個途徑。絕經(jīng)后狀態(tài)、運動缺乏、吸煙、高齡等是兩者發(fā)病的共同危險因素，并在兩者間相互影響。本文主要總結(jié)骨代謝相關(guān)因子對動脈粥樣硬化的影響(相關(guān)機制及其結(jié)局見表1)，為臨床治療骨質(zhì)疏松和心腦血管疾病提供新治療思路。

表1 骨代謝相關(guān)因子對動脈粥樣硬化的影響機制及其結(jié)局

1 OPG

OPG是由成纖維細胞分泌的TNF受體超家族誘導的可溶性細胞因子，通過抑制破骨細胞的生成參與骨代謝。核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-kappa B，RANK)和核因子κB受體活化因子配體(receptor activator for nuclear factor-κ B ligand，RANKL)是TNF受體超家族的一對受體和配體，兩者結(jié)合后誘導破骨細胞分化和激活成熟破骨細胞來促進骨吸收，是骨代謝的關(guān)鍵途徑，OPG作為可溶性誘餌受體，與RANK競爭結(jié)合RANKL，抑制RANKL與RANK相互作用，從而抑制破骨細胞生成[2]。OPG除在成骨細胞中表達外，在內(nèi)皮細胞、VSMC和巨噬細胞中均有表達[3]。OPG參與動脈粥樣硬化進展主要與其RANKL/RANK、TNF相關(guān)凋亡配體(TNF related apoptosis inducing ligand, TRAIL)信號轉(zhuǎn)導通路及炎癥反應相關(guān)。①OPG/RANKL/RANK通路作用。RANKL顯著提高VSMC表達的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)活性[4]，MMP在動脈粥樣硬化斑塊的基質(zhì)降解中起關(guān)鍵作用，可使斑塊易于破裂，從而發(fā)揮血管損傷作用。OPG通過抑制RANKL與RANK的結(jié)合來中和RANKL對MMP活性的誘導作用，從而穩(wěn)定粥樣硬化斑塊。另外，RANK/RANKL水平上調(diào)，可以促進正常VSMC向軟骨細胞樣表型轉(zhuǎn)化引起血管鈣化，OPG競爭性與RANKL結(jié)合可保護VSMC表型分化[5]。②TRAIL受體主要包括5種，其中TRAIL R1、TRAIL R2為死亡受體，胞內(nèi)具有死亡功能區(qū)，與TRAIL 特異性結(jié)合可通過死亡結(jié)構(gòu)域變構(gòu)激發(fā)和轉(zhuǎn)導死亡信號，誘導細胞死亡。TRAIL在脂肪細胞、內(nèi)皮細胞、VSMC內(nèi)表達誘導局部細胞凋亡，促進穩(wěn)定斑塊向易破裂斑塊轉(zhuǎn)化[6]，發(fā)揮促動脈粥樣硬化作用。OPG作為誘導型受體，通過與TRAIL配體結(jié)合，抑制TRAIL與死亡受體結(jié)合誘導的VSMC凋亡,從而影響血管壁的代謝過程[7]。除此之外，TRAIL還可通過其抗炎特性和促進局部NO的產(chǎn)生而對內(nèi)皮細胞產(chǎn)生保護作用[8]，該作用是否與OPG相關(guān)尚無定論。③OPG影響炎癥反應。血管內(nèi)皮細胞在TNF-α、IL-1等炎癥因子作用下釋放OPG，OPG誘導內(nèi)皮細胞間黏附分子(如血管黏附分子-1和E-選擇素)表達，促進白細胞黏附，導致內(nèi)皮細胞早期功能障礙，促使動脈粥樣硬化發(fā)生[9]。研究[9]顯示，高血漿OPG水平可以通過增強炎癥反應、促進炎癥細胞在斑塊中的浸潤、增加血管生成素-Ⅱ(angiopoietin Ⅱ，Ang-Ⅱ)的表達和增強內(nèi)皮細胞的黏附等，促進缺血性卒中的發(fā)生并加重卒中的嚴重程度。盡管目前尚不能確定OPG在動脈粥樣硬化進展中的最終作用，但仍有不少學者探討了OPG作為評價動脈粥樣硬化的生物學標志物的價值[10-11]。

2 SOST

SOST是一種主要由骨細胞分泌的糖蛋白，是Wnt介導的成骨細胞活化和骨形成的抑制劑，參與骨吸收和炎癥性骨丟失[12]，為代謝性骨病治療策略的進展開辟了一個新的領(lǐng)域。SOST不僅在骨細胞內(nèi)表達，在動脈硬化血管平滑肌及鈣化的主動脈和頸動脈斑塊內(nèi)也過度表達。SOST對動脈粥樣硬化的影響，主要是其作為Wnt信號轉(zhuǎn)導通路抑制劑，抑制Wnt在血管內(nèi)皮細胞及VSMC中的作用。β-連環(huán)素(β-catenin)是Wnt通路的核心成分，Wnt配體通過與Frizzled受體和脂蛋白受體相關(guān)蛋白(lipoprotein receptor-related protein，LRP)5、LRP6共受體結(jié)合穩(wěn)定連環(huán)素的結(jié)構(gòu)，使細胞質(zhì)中β-連環(huán)素的破壞復合物失活，促進其轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)參與基因轉(zhuǎn)錄與調(diào)控。Wnt/β-連環(huán)素途徑在動脈粥樣硬化中表達上調(diào)，并參與從內(nèi)皮功能障礙到血管鈣化的不同階段[13]。其具體作用如下：①當內(nèi)皮細胞受到損傷，血管內(nèi)炎癥和血栓前基因被誘導表達，導致炎癥細胞向內(nèi)皮下間隙浸潤，使循環(huán)中的低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)水平增高；此時出現(xiàn)LRP5受體過表達，促進單核細胞向巨噬細胞轉(zhuǎn)化，吞噬LDL形成泡沫細胞[14]；同時，內(nèi)皮細胞損傷將激活Wnt信號通路，導致β-連環(huán)素表達增加，進一步加重炎癥因子的浸潤，促進動脈斑塊的形成[15]。② Wnt信號通過調(diào)節(jié)MMP的表達調(diào)控平滑肌細胞的增殖、遷移和凋亡,以及向成骨細胞表型轉(zhuǎn)化[16]，導致平滑肌細胞向內(nèi)膜下遷移致管腔狹窄及血管鈣化，并促進動脈管壁硬化。③ Wnt5a通路是非經(jīng)典Wnt信號代表，與經(jīng)典Wnt信號作用相互競爭，研究顯示W(wǎng)nt5a通道及其受體、清道夫受體在巨噬細胞及泡沫細胞內(nèi)表達上調(diào)，加速斑塊發(fā)生不穩(wěn)定及破裂的趨勢[17]。

SOST通過抑制糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3，GSK-3)磷酸化，抑制GSK-3對β-連環(huán)素及Wnt信號通路激活[18]，延緩動脈粥樣硬化進展。在動脈硬化或缺血事件中，SOST作為Wnt信號抑制劑的表達上調(diào)，可能是抑制Wnt途徑激活的應答反應[19]。除了對Wnt信號的抑制作用，SOST還可抑制Ang-Ⅱ灌注誘導的小鼠細胞內(nèi)炎癥因子[包括TNF、IL-6、單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein，MCP-1)、IFN-γ]釋放增加，起到抗動脈粥樣硬化的作用[18]。研究[20]顯示，老年穩(wěn)定型冠心病PCI術(shù)后，高SOST水平者主要心腦血管病不良事件發(fā)生率低于低SOST水平者，遠期生存率高于低SOST水平者。He等[21]研究發(fā)現(xiàn)，SOST作為大動脈缺血卒中標志物，其最佳閾值為125.8 ng/L，靈敏度為68.6%，特異度為77.4%。

3 脂聯(lián)素(adiponectin)

脂聯(lián)素是脂肪因子的一種成分，由脂肪細胞及成骨細胞分泌，并且在成骨細胞及破骨細胞中均有表達。研究結(jié)果表明，脂聯(lián)素直接影響成骨細胞的增殖和分化，并抑制TNF-α和RANKL誘導的破骨細胞生成。脂聯(lián)素具有提高胰島素敏感性和抗炎作用，能刺激骨鈣素的表達和成骨細胞的分化，并能抑制骨髓中脂肪的加速生成[22]。

脂聯(lián)素參與動脈粥樣硬化進展主要表現(xiàn)為對脂代謝、VSMC增殖和遷移、炎癥反應的影響。脂聯(lián)素通過激活肝X受體α和過氧化物酶體增殖激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARγ)信號通路增強ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1(ATP-binding cassette transporters A1,ABCA1)的表達促進高密度脂蛋白水平升高，繼而通過增加肝內(nèi)載脂蛋白apoA-Ⅰ和ABCA1的產(chǎn)生，反向轉(zhuǎn)運膽固醇增高HDL-C水平[23]。脂聯(lián)素可以下調(diào)血清載脂蛋白CⅢ水平，后者的下調(diào)減少了對脂蛋白酯酶的抑制作用，使脂蛋白酯酶活性增加；脂聯(lián)素也可直接誘導骨骼肌及脂肪組織脂蛋白酯酶的表達[24-25]，分解富含TG的脂蛋白。脂聯(lián)素通過抑制前脂肪細胞因子-1表達及增加PPARγ表達，作用于心外膜脂肪組織，抑制了MCP-1、IL-6、IL-8和TNF-α等炎癥因子的表達，改善前脂肪細胞向成熟脂肪細胞分化，加速內(nèi)臟脂肪組織代謝，維持正常的脂質(zhì)水平[26]。脂聯(lián)素通過抑制血小板源性生長因子、堿性成纖維細胞生長因子和肝素結(jié)合表皮生長因子活性，阻止VSMC的增殖和遷移[24,27]，抑制動脈粥樣硬化發(fā)生的早期步驟。脂聯(lián)素通過與脂聯(lián)素受體1結(jié)合，激活AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)信號通路，促進內(nèi)皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的表達，增加NO合成[28]，改善血管內(nèi)皮功能及冠狀動脈的供血。動物實驗研究[29]亦顯示，補充外源性脂聯(lián)素通過增加eNOS mRNA的表達及超氧化物歧化酶的活性，減少氧化應激反應，可以減小動脈粥樣硬化斑塊面積。

4 BMP

BMP是TGF-β超家族成員之一, 最初被發(fā)現(xiàn)是由于其能誘導異位組織骨化和軟骨形成。有研究[30]顯示，重組人BMP-7已被臨床用于誘導骨折周圍間充質(zhì)干細胞分化為軟骨細胞、破骨細胞，通過鈣沉積形成新骨，以及促進骨折修復。在不同的BMP中，BMP-2、BMP-4、BMP-6和BMP-7在血管生物學中發(fā)揮著重要作用。在慢性炎癥條件下，血管內(nèi)皮及平滑肌細胞分泌更多TNF-α，以旁分泌的方式誘導內(nèi)皮細胞BMP-2的表達，并刺激含BMP-2的內(nèi)皮微粒釋放[31]，在血管損傷部位，內(nèi)皮微粒與血管平滑肌結(jié)合，促進VSMC的成骨轉(zhuǎn)化，從而促進血管鈣化[30]。BMP-2通過磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)途徑誘導單核細胞遷移，并促進單核細胞向促炎性M1巨噬細胞轉(zhuǎn)化，釋放TNF-α、IL-1β等炎癥因子，增強內(nèi)皮炎癥反應，增加對單核細胞的黏附性[31]，發(fā)揮促動脈粥樣硬化作用。Csiszar 等[32]的研究結(jié)果顯示，BMP-4能上調(diào)冠狀動脈內(nèi)皮細胞NADPH氧化酶的表達，增加活性氧生成，提高氧化應激水平；另外BMP-4增加血管內(nèi)皮黏附分子的表達，增強細胞對內(nèi)皮的黏附性，促進動脈粥樣硬化的進展。Buyukterzi 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，ACS患者的血清BMP-4水平較正常冠狀動脈組升高，認為BMP-4可能是冠心病發(fā)展的獨立危險因素。BMP-6和氧化低密度脂蛋白單獨并且協(xié)同地調(diào)節(jié)成骨細胞分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子和骨橋蛋白的表達[34]。血管損傷時，骨橋蛋白在血管內(nèi)表達，凝血酶等炎癥介質(zhì)將其誘導裂解為碎片，促進T細胞和單核-巨噬細胞向內(nèi)皮細胞及平滑肌細胞趨化，使eNOS表達減少致NO合成減少，導致內(nèi)皮細胞功能紊亂[35]，從而促進動脈粥樣硬化形成。Singla等[36]研究顯示，在ApoE-/-小鼠模型行部分左側(cè)頸動脈結(jié)扎術(shù)后，外源補充BMP-7可改善小鼠頸動脈粥樣硬化程度，同時小鼠體內(nèi)抑制炎癥反應因子(IL-6、TNF-α、MCP-1)水平上調(diào)，與BMP-2不同的是，小鼠頸動脈處單核細胞浸潤程度較輕，單核細胞向M2巨噬細胞轉(zhuǎn)化增加，抗炎癥因子(IL-10、 IL-1受體拮抗劑)水平上調(diào)；BMP-7發(fā)揮上述作用，可能與降低炎癥p38和c-Jun氨基端蛋白激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)通路的激活相關(guān)[30]。

綜上所述，骨代謝相關(guān)因子在骨質(zhì)疏松過程中參與了骨形成或骨吸收，又通過多個途徑影響動脈粥樣硬化各個階段，體現(xiàn)了骨質(zhì)疏松與動脈粥樣硬化之間的相互聯(lián)系。盡管這些相關(guān)因子動脈在粥樣硬化進展中的作用不同，但都可能為今后研究心腦血管疾病治療新靶點提供臨床依據(jù)。