骨橋蛋白在心血管疾病中的預(yù)測價值及作用研究

張 蕾 黃 燁 王 幸 劉劍剛

骨橋蛋白(osteopontin, OPN)是20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的細胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)中一種重要的功能性蛋白質(zhì)，因其介導(dǎo)骨組織細胞與骨基質(zhì)連接，參與骨基質(zhì)礦化和重吸收過程而得名。功能性蛋白與結(jié)構(gòu)性蛋白(如膠原蛋白)不同，因為它起不到主要的結(jié)構(gòu)作用。然而作為細胞-基質(zhì)相互作用的調(diào)節(jié)劑，功能性蛋白通常通過與細胞表面受體、生長因子、蛋白酶和結(jié)構(gòu)基質(zhì)蛋白結(jié)合，成為ECM環(huán)境的重要組成部分。事實上OPN作為ECM功能性蛋白，可以導(dǎo)致生理性和病理性的組織修復(fù)和重構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上看，OPN是一種帶負電的由成骨細胞分泌產(chǎn)生的磷酸化糖蛋白，由314個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量為(41～75) kDa。OPN已被證明是通過激活巨噬細胞、T淋巴細胞、平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、心肌細胞和成纖維細胞來分泌的。它分布廣泛并受多種細胞因子的調(diào)控，參與機體多種物質(zhì)的結(jié)合過程，如參與腫瘤浸潤轉(zhuǎn)化、抑制結(jié)石形成、促進傷口愈合等多種病理生理過程。

在心肌水平上，OPN 以兩種形式存在，一種是位于心肌間質(zhì)基質(zhì)中的穩(wěn)定的細胞因子，另一種是可溶性細胞因子，具有由精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸3種氨基酸組成的精甘天肽特殊結(jié)構(gòu)，精甘天肽介導(dǎo)各種整合素之間的相互作用，包括與主要在心肌中表達的1-整合素的相互作用。作為跨膜受體的代表，精甘天肽通過 OPN的可溶形式提供ECM和心肌細胞之間的通訊連接。

OPN參與多種組織細胞的合成與分泌。在心血管系統(tǒng)中，OPN通過與血管內(nèi)皮和平滑肌細胞表面的受體相互作用而介導(dǎo)細胞黏附、增殖和遷移，進而參與血管內(nèi)皮損傷所導(dǎo)致的心血管疾病的發(fā)生與發(fā)展過程。研究表明，OPN表達增加也是主動脈瓣鈣化疾病、缺血性血管病變以及外周動脈疾病患者預(yù)后的重要預(yù)測因子。本文就OPN在心血管疾病中的預(yù)測價值和作用機制進行綜述。

一、OPN在心室重構(gòu)中的作用

OPN主要來源于內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞和巨噬細胞，在誘導(dǎo)心肌纖維化方面起著關(guān)鍵作用。OPN是重要的ECM成分蛋白，在梗死組織修復(fù)以及ECM與細胞間信息傳遞中發(fā)揮著重要作用。OPN能夠通過介導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞和ECM的相互作用，加速血管內(nèi)皮細胞的增殖，促進新生血管床的形成。它可作為致纖維性細胞因子，促進成纖維細胞的遷移、黏附及增殖。它可與膠原、纖維連接蛋白及蛋白多糖相互作用形成穩(wěn)定的復(fù)合物，促進ECM成分的合成及轉(zhuǎn)化，從而促進組織纖維化。

正常心肌OPN的表達極低，但在纖維化的心肌中表達明顯升高。OPN不僅是 ECM 的非結(jié)構(gòu)蛋白，還能通過黏附細胞表面受體、ECM結(jié)構(gòu)蛋白如膠原、彈性纖維、蛋白聚糖等以及可溶性細胞因子如生長因子和細胞因子等發(fā)揮促進心肌纖維化的作用。急性心肌梗死早期毛細血管和小動脈血管密度顯著下降，而且梗死區(qū)小動脈去血管化速度顯著加快；左心室腔擴大及梗死區(qū)心室壁明顯變薄，提示OPN缺乏所致心肌血管再生能力的減弱是其惡化心室重構(gòu)的主要機制之一。王春明等研究發(fā)現(xiàn)，OPN和急性心肌梗死患者冠狀動脈病變嚴(yán)重程度獨立相關(guān)，可評估冠狀動脈病變嚴(yán)重程度。李愛霞等研究發(fā)現(xiàn)，OPN 對冠心病介入治療后支架內(nèi)再狹窄具有預(yù)測價值。Duerr等研究報道，OPN基因缺失小鼠在缺血再灌注后3天就出現(xiàn)了非透壁性心肌梗死且左心室功能明顯減退。Engebretsen等研究發(fā)現(xiàn)，OPN的表達在壓力超負荷小鼠左心室心肌和轉(zhuǎn)化生長因子-β誘導(dǎo)的心臟成纖維細胞中均顯著升高。

二、OPN在動脈硬化斑塊形成中的作用

動脈粥樣硬化的特點是持續(xù)的炎癥血管壁對有害刺激的反應(yīng)，如缺氧、內(nèi)皮損傷和高血糖。OPN在動脈斑塊形成過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，其誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激可能是加速動脈粥樣硬化形成、促進活性不穩(wěn)定斑塊的形成的機制之一。高濃度OPN可見于人主動脈、頸動脈和冠狀動脈粥樣硬化斑塊，主要表達于內(nèi)皮細胞、巨噬細胞和血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)。Qiao等研究證實，動脈易損斑塊合成型平滑肌細胞中OPN的表達顯著增加。Icer等研究表明，OPN過表達能夠促進冠心病和動脈粥樣硬化患者血管壁斑塊的形成。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，在動脈粥樣硬化進展過程中，VSMCs從收縮表型到合成表型的轉(zhuǎn)換使斑塊易損性增加，其分泌的OPN可在易損斑塊中顯著表達，并介導(dǎo)炎性反應(yīng)造成斑塊纖維帽變薄，脂質(zhì)核心增大，斑塊易于破裂。血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ, AngⅡ)是動脈粥樣硬化形成過程的中介，它和轉(zhuǎn)化生長因子-β均能刺激血管內(nèi)皮細胞和VSMCs過度表達OPN。臨床研究證實，冠狀動脈重建術(shù)和AngⅡ受體阻滯劑可降低OPN水平，這與體外研究一致，表明AngⅡ可以誘導(dǎo)OPN表達。在動脈粥樣硬化和腹主動脈瘤形成的AngⅡ加速模型中。Bruemmer等研究發(fā)現(xiàn)，部分或完全缺乏OPN可以對抗動脈粥樣硬化，原因可能是降低了炎性巨噬細胞在動脈粥樣硬化病變中的聚集和生存能力。

三、OPN在血管鈣化中的作用

血管鈣化曾經(jīng)被認為是衰老的終末階段，是一種非生殖過程。然而，現(xiàn)代理論認為血管鈣化是一種主動的、嚴(yán)格調(diào)節(jié)的、生物礦化的、可治療的過程。心臟計算機斷層掃描評分顯示，OPN與冠狀動脈鈣化計分呈顯著正相關(guān)。幾種在體OPN敲除小鼠的皮下植入模型已經(jīng)證明了OPN在血管鈣化中的抑制作用。其中Steitz等研究證實，與野生小鼠比較，OPN敲除小鼠皮下植入主動脈瓣葉的鈣化速度加快4～5倍。相反，增加OPN和碳酸酐酶Ⅱ的濃度將導(dǎo)致鈣化速度下降。一項獨立研究表明，只有磷酸化的OPN可以抑制體外VSMCs的鈣化。Grau等研究表明，磷酸化的OPN亞型在鈣化性主動脈瓣疾病進展過程中表達不同，并具有抑制生物礦化的功能。Williams等研究發(fā)現(xiàn)，OPN產(chǎn)生的巨噬細胞可能對動脈粥樣硬化斑塊中的血管鈣化有保護性作用，可以促進動脈粥樣硬化但抑制鈣化。但可能取決于OPN的類型和動脈粥樣硬化斑塊中產(chǎn)生OPN細胞的定位。

四、OPN在高血壓形成中的作用

血管壁可以因承受的壓力升高和血流搏動沖擊而發(fā)生重構(gòu)。OPN的表達可以在血壓升高時增多，一定程度上是由主動脈勞損以及活性氧的產(chǎn)生導(dǎo)致。AngⅡ是一種肽類激素，可引起血管狹窄并升高血壓，可促進高血壓產(chǎn)生并已證實上調(diào)OPN的表達。相關(guān)研究也證實，給予ARB類藥物可以顯著降低血漿OPN水平。研究證實，高血壓動物模型在體實驗中VSMC過氧化氫酶的過度表達降低了血管的機械勞損被證明是由OPN表達所介導(dǎo)的。機械勞損增加的可能機制是VSMC細胞中OPN表達通過激活PIK/Akt信號通路而實現(xiàn)。Caesar等研究發(fā)現(xiàn)，OPN與高血壓相關(guān)的血管重構(gòu)和炎性細胞募集有關(guān)。與野生型動物比較，高血壓早期巨噬細胞對血管壁的浸潤在OPN敲除小鼠中是遲鈍的。OPN表達水平在高血壓嚙齒動物血漿和主動脈組織的表達中都明顯升高，并且與收縮壓呈正相關(guān)。研究證實，OPN可以作為高血壓患者左心室肥厚的獨立危險。說明OPN可能成為高血壓導(dǎo)致血管重構(gòu)的臨床檢測標(biāo)志物。

五、OPN在心力衰竭中的作用

心力衰竭是各種心臟疾病的終末期表現(xiàn)。當(dāng)心力衰竭發(fā)生時，心肌細胞處于缺氧環(huán)境下，心臟成纖維細胞、巨噬細胞、平滑肌細胞表達OPN，與ECM相互作用，促進心室重構(gòu)的發(fā)展。Rosenberg等研究顯示，因為左心室功能障礙導(dǎo)致的慢性心力衰竭患者血漿OPN水平升高程度與紐約心臟病分級的嚴(yán)重程度相關(guān)，血漿OPN水平可以預(yù)測這些患者隨訪4年內(nèi)的病死率。López等研究顯示，與對照組比較，OPN表達在高血壓心臟病和慢性心力衰竭患者中明顯升高，高表達的OPN與賴氨酰氧化酶、不溶性膠原、肺毛細血管楔壓及左心室硬度呈正相關(guān)，與左心室射血分數(shù)呈負相關(guān)。Francia等研究發(fā)現(xiàn)，血清OPN水平可以作為慢性心力衰竭患者的心室顫動和室性心動過速發(fā)生率的預(yù)測因子。Yousefi等研究發(fā)現(xiàn)，Col4a3敲除小鼠表現(xiàn)出與保留射血分數(shù)的心力衰竭相似的表型，包括舒張功能障礙、心肌肥大和纖維化、肺水腫和線粒體功能受損。而OPN的基因缺失通過調(diào)節(jié)線粒體氧戊二酸脫氫酶L改善了這些表型。Podzimkova等研究發(fā)現(xiàn)，總體心力衰竭的嚴(yán)重程度可能是決定心肌病患者血漿OPN水平的最重要因素。Behnes等研究發(fā)現(xiàn)，OPN水平在中到重度心力衰竭患者與無癥狀或輕度患者中沒有顯著差異，但是在急性心力衰竭的患者預(yù)后中OPN顯示出了重要的預(yù)測價值。

六、展 望

綜上所述，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)了OPN在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的重要意義，但是OPN的作用是具有疾病特異性的，包括積極和消極的作用。因此它可以作為預(yù)測心血管疾病風(fēng)險的一個有效的生物學(xué)標(biāo)志物。雖然OPN本身不能作為直接的靶向治療目標(biāo)，但是OPN所發(fā)揮的重要作用可以成為心血管病治療中的重要突破點。