骨橋蛋白在心血管疾病中的預(yù)測價(jià)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(xì)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(xì)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?yàn)樗鸩坏街饕慕Y(jié)構(gòu)作用。然而作為細(xì)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(xì)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(shí)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(fù)電的由成骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生的磷酸化糖蛋白，由314個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量為(41～75) kDa。OPN已被證明是通過激活巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞來分泌的。它分布廣泛并受多種細(xì)胞因子的調(diào)控，參與機(jī)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(jìn)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(xì)胞因子，另一種是可溶性細(xì)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(dá)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(xì)胞之間的通訊連接。

OPN參與多種組織細(xì)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(xì)胞表面的受體相互作用而介導(dǎo)細(xì)胞黏附、增殖和遷移，進(jìn)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(dá)增加也是主動(dòng)脈瓣鈣化疾病、缺血性血管病變以及外周動(dòng)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(jià)值和作用機(jī)制進(jìn)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(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)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(xì)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(xì)胞和ECM的相互作用，加速血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，促進(jìn)新生血管床的形成。它可作為致纖維性細(xì)胞因子，促進(jìn)成纖維細(xì)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(jìn)ECM成分的合成及轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)組織纖維化。

正常心肌OPN的表達(dá)極低，但在纖維化的心肌中表達(dá)明顯升高。OPN不僅是 ECM 的非結(jié)構(gòu)蛋白，還能通過黏附細(xì)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(xì)胞因子如生長因子和細(xì)胞因子等發(fā)揮促進(jìn)心肌纖維化的作用。急性心肌梗死早期毛細(xì)血管和小動(dòng)脈血管密度顯著下降，而且梗死區(qū)小動(dòng)脈去血管化速度顯著加快；左心室腔擴(kuò)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(jī)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(dòng)脈病變嚴(yán)重程度獨(dú)立相關(guān)，可評(píng)估冠狀動(dòng)脈病變嚴(yán)重程度。李愛霞等研究發(fā)現(xiàn)，OPN 對(duì)冠心病介入治療后支架內(nèi)再狹窄具有預(yù)測價(jià)值。Duerr等研究報(bào)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(dá)在壓力超負(fù)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(xì)胞中均顯著升高。

二、OPN在動(dòng)脈硬化斑塊形成中的作用

動(dòng)脈粥樣硬化的特點(diǎn)是持續(xù)的炎癥血管壁對(duì)有害刺激的反應(yīng)，如缺氧、內(nèi)皮損傷和高血糖。OPN在動(dòng)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(dòng)脈粥樣硬化形成、促進(jìn)活性不穩(wěn)定斑塊的形成的機(jī)制之一。高濃度OPN可見于人主動(dòng)脈、頸動(dòng)脈和冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，主要表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)。Qiao等研究證實(shí)，動(dòng)脈易損斑塊合成型平滑肌細(xì)胞中OPN的表達(dá)顯著增加。Icer等研究表明，OPN過表達(dá)能夠促進(jìn)冠心病和動(dòng)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(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)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(dá)，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(dòng)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(xì)胞和VSMCs過度表達(dá)OPN。臨床研究證實(shí)，冠狀動(dòng)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(dá)。在動(dòng)脈粥樣硬化和腹主動(dòng)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(duì)抗動(dòng)脈粥樣硬化，原因可能是降低了炎性巨噬細(xì)胞在動(dòng)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(rèn)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(rèn)為血管鈣化是一種主動(dòng)的、嚴(yán)格調(diào)節(jié)的、生物礦化的、可治療的過程。心臟計(jì)算機(jī)斷層掃描評(píng)分顯示，OPN與冠狀動(dòng)脈鈣化計(jì)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(shí)，與野生小鼠比較，OPN敲除小鼠皮下植入主動(dòng)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(xiàng)獨(dú)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(dòng)脈瓣疾病進(jìn)展過程中表達(dá)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(xì)胞可能對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的血管鈣化有保護(hù)性作用，可以促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化但抑制鈣化。但可能取決于OPN的類型和動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中產(chǎn)生OPN細(xì)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(dòng)沖擊而發(fā)生重構(gòu)。OPN的表達(dá)可以在血壓升高時(shí)增多，一定程度上是由主動(dòng)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(jìn)高血壓產(chǎn)生并已證實(shí)上調(diào)OPN的表達(dá)。相關(guān)研究也證實(shí)，給予ARB類藥物可以顯著降低血漿OPN水平。研究證實(shí)，高血壓動(dòng)物模型在體實(shí)驗(yàn)中VSMC過氧化氫酶的過度表達(dá)降低了血管的機(jī)械勞損被證明是由OPN表達(dá)所介導(dǎo)的。機(jī)械勞損增加的可能機(jī)制是VSMC細(xì)胞中OPN表達(dá)通過激活PIK/Akt信號(hào)通路而實(shí)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(xì)胞募集有關(guān)。與野生型動(dòng)物比較，高血壓早期巨噬細(xì)胞對(duì)血管壁的浸潤在OPN敲除小鼠中是遲鈍的。OPN表達(dá)水平在高血壓嚙齒動(dòng)物血漿和主動(dòng)脈組織的表達(dá)中都明顯升高，并且與收縮壓呈正相關(guān)。研究證實(shí)，OPN可以作為高血壓患者左心室肥厚的獨(dú)立危險(xiǎn)。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(shí)，心肌細(xì)胞處于缺氧環(huán)境下，心臟成纖維細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞表達(dá)OPN，與ECM相互作用，促進(jìn)心室重構(gòu)的發(fā)展。Rosenberg等研究顯示，因?yàn)樽笮氖夜δ苷系K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(jí)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(duì)照組比較，OPN表達(dá)在高血壓心臟病和慢性心力衰竭患者中明顯升高，高表達(dá)的OPN與賴氨酰氧化酶、不溶性膠原、肺毛細(xì)血管楔壓及左心室硬度呈正相關(guān)，與左心室射血分?jǐn)?shù)呈負(fù)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(dòng)和室性心動(dòng)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?jǐn)?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(jià)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(xiǎn)的一個(gè)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(diǎn)。