鈣化性主動(dòng)脈瓣膜病發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

李欣欣，張 寧，張銀康，李叔寶，陳 云，劉新燦

鈣化性主動(dòng)脈瓣膜病(calcific aortic valve disease，CAVD)是繼冠心病和高血壓之后最常見的心血管病，在正常瓣膜基礎(chǔ)上隨著增齡進(jìn)行性纖維化、鈣化、重塑、增厚、阻塞造成主動(dòng)脈瓣膜關(guān)閉不全和狹窄，引起暈厥、心肌梗死、心力衰竭等心血管事件。在普通人群中CAVD的患病率為0.4%，在65歲以上人群中CAVD的患病率為1.7%，若不進(jìn)行手術(shù)，嚴(yán)重主動(dòng)脈狹窄病人僅不到1/3存活超過5年[1-3]。以往認(rèn)為CAVD是隨年齡增長發(fā)生的被動(dòng)性鈣沉積過程，而現(xiàn)在認(rèn)為它是受到炎癥、代謝等多因素主動(dòng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。目前，CAVD僅以手術(shù)治療為主，尚無阻止其進(jìn)展或逆轉(zhuǎn)鈣化的藥物干預(yù)方法。因此，本研究對CAVD的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 高循環(huán)阻力及瓣膜張力異常

在心動(dòng)周期中，主動(dòng)脈瓣確保血液從左心室向主動(dòng)脈的單向流動(dòng)。已有研究證明，CAVD病人中有20%～50%伴隨高血壓，且動(dòng)態(tài)血壓越高，主動(dòng)脈瓣峰值血流速度增加越多，CAVD患病率越高[4-6]。處于高循環(huán)阻力狀態(tài)的主動(dòng)脈瓣及二尖瓣鈣化的可能性最高，表明高血壓可能促進(jìn)瓣膜鈣化。血流剪切力能誘導(dǎo)炎癥標(biāo)志物的表達(dá)，如血管細(xì)胞黏附因子-1(VCAM-1)、轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)、骨形成蛋白-4(BMP-4)等，而高血壓的機(jī)械應(yīng)激對瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞(VECs)造成損傷并喪失抵抗代謝、機(jī)械和炎癥損傷的屏障功能，增加瓣膜內(nèi)脂質(zhì)、礦物質(zhì)堆積及炎性細(xì)胞的浸潤，激活瓣膜間質(zhì)細(xì)胞(VICs)向成骨細(xì)胞分化，從而導(dǎo)致瓣膜鈣化、狹窄[7-8]。瓣膜組織鈣化導(dǎo)致瓣口形成湍流進(jìn)一步加劇狹窄，使主動(dòng)脈瓣峰值血流速度和血流動(dòng)力學(xué)障礙明顯增加[9]?？梢姼哐h(huán)阻力可致瓣膜鈣化及促進(jìn)瓣膜炎癥標(biāo)志物的表達(dá)，鈣化瓣膜又進(jìn)一步改變血流動(dòng)力學(xué)，是一種惡性循環(huán)的過程。

2 慢性炎癥反應(yīng)

高速血流剪切力及機(jī)械應(yīng)力造成VECs的損傷引發(fā)了主動(dòng)脈瓣膜的慢性炎癥反應(yīng)[10]。在CAVD異位骨化的部位發(fā)現(xiàn)了大量淋巴細(xì)胞，巨噬細(xì)胞、CD4+和CD8+T細(xì)胞的浸潤(正常瓣膜中僅少量)，釋放大量炎性介質(zhì)及細(xì)胞趨化因子等促使主動(dòng)脈瓣膜纖維化及鈣化[11-12]。研究表明，白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素-18(IL-18)、白細(xì)胞介素-21(IL-21)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等促炎因子在CAVD中表達(dá)上調(diào)[13-16]。激活的單核細(xì)胞旁分泌TNF-α使Toll樣受體(TLR)2上調(diào)從而增強(qiáng)VICs的炎癥反應(yīng)，TNF-α同時(shí)促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成骨樣細(xì)胞表型從而加重瓣膜的鈣化[17-18]。中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞比值與嚴(yán)重CAVD病人的主要不良事件明顯相關(guān)，但全身炎癥標(biāo)志物C反應(yīng)蛋白(CRP)與CAVD進(jìn)展沒有關(guān)聯(lián)，不能作為亞臨床CAVD的預(yù)測因子[19-20]。

瓣膜在攝取氧化脂質(zhì)后，局部巨噬細(xì)胞、CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞和肥大細(xì)胞被激活引起炎癥反應(yīng)[10，12]，這是模式識別受體激活的結(jié)果，如TLR和核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)途徑，在CAVD進(jìn)展中起關(guān)鍵作用[21]。TLR能夠識別入侵細(xì)菌和病毒釋放的特殊物質(zhì)來調(diào)控炎癥反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，CAVD瓣葉中高水平TLR(尤其TLR2和TLR4)可以調(diào)節(jié)VICs中促炎介質(zhì)的表達(dá)，用脂多糖(LPS)處理細(xì)胞后分離的VICs中可見成骨因子的表達(dá)和瓣膜成骨活性提高[22-23]。巨噬細(xì)胞分泌的TNF-α刺激VICs的成骨分化和鈣化，繼而激活NF-κB、IL-1β和IL-6[24-27]。而抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-37(IL-37)通過IL-18受體κ鏈抑制TLR誘導(dǎo)的NF-κB活化，減少TLR刺激后炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生從而減輕炎癥反應(yīng)[28]?？梢娧装Y反應(yīng)貫穿了CAVD的始終，對CAVD的發(fā)生發(fā)展起著關(guān)鍵作用。

3 細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)重構(gòu)

主動(dòng)脈瓣的ECM分為3層：與血流相對的膠原纖維層、富含蛋白多糖的中間海綿層和面向血流富含彈性蛋白纖維的心室層。當(dāng)ECM的合成及降解失衡，導(dǎo)致彈性蛋白纖維碎裂降解和膠原纖維的含量增加最后造成瓣膜鈣化，這個(gè)過程稱為瓣膜ECM重構(gòu)。VICs負(fù)責(zé)瓣膜組織基質(zhì)的分泌和重塑，從而調(diào)節(jié)內(nèi)穩(wěn)態(tài)和疾病之間的平衡[29]。ECM重構(gòu)后的瓣膜對血流剪切力耐受力下降，影響內(nèi)皮功能?；|(zhì)金屬蛋白酶(MMP)是降解ECM蛋白的關(guān)鍵酶，由炎癥細(xì)胞、VICs產(chǎn)生，在生理和病理狀態(tài)下ECM重塑中起著核心作用。研究發(fā)現(xiàn)，鈣化瓣膜中MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-12、MMP-10的表達(dá)都明顯高于正常瓣膜，其中以MMP-1、MMP-9和MMP-12表達(dá)最高[30-32]。重度主動(dòng)脈瓣狹窄病人中MMP-28水平明顯高于中度或輕度主動(dòng)脈瓣狹窄病人[33]。正常瓣膜的MMP活性可以被相應(yīng)金屬蛋白酶組織抑制劑所抑制，兩者處于動(dòng)態(tài)平衡以保持ECM的完整性及正常功能，而瓣膜狹窄的炎癥反應(yīng)出現(xiàn)大量白細(xì)胞和腫瘤壞死因子激活了MMP，影響ECM重構(gòu)，造成成纖維細(xì)胞的大量增殖使瓣膜膠原纖維層增厚，最終導(dǎo)致瓣膜鈣化[34-35]。

4 代謝紊亂

大量研究表明，CAVD在高脂血癥病人中有較高的發(fā)生率，瓣膜上有大量的脂質(zhì)和吞噬脂質(zhì)的泡沫細(xì)胞聚集。在早期主動(dòng)脈瓣疾病的高膽固醇血癥小鼠中，通過微粒體三酰甘油轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(MTTP)基因遺傳失活降低血脂水平使氧化應(yīng)激正?；瘻p少促成骨因子，阻止CAVD進(jìn)展[36-37]。脂蛋白(a)[Lp(a)]是富含膽固醇的顆粒，其水平的升高、相應(yīng)的基因型與普通人群主動(dòng)脈瓣狹窄的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)[38]。另外，有研究指出，循環(huán)中氧化型低密度脂蛋白(oxidised low density lipoprotein，ox-LDL)水平升高與CAVD的瓣膜組織鈣化重塑加重相關(guān)，其瓣膜炎性細(xì)胞密度、TNF-α表達(dá)及組織重塑評分明顯增加[39-40]。脂質(zhì)代謝異?？赏ㄟ^多種途徑誘發(fā)炎癥反應(yīng)，最終造成CAVD。

臨床研究表明，與非糖尿病病人相比，2型糖尿病病人的主動(dòng)脈瓣顯示出更強(qiáng)水平的鈣化，高糖是VECs的促炎劑，誘導(dǎo)VECs功能障礙，通過細(xì)胞間黏附分子-1、E-選擇素和CD18促進(jìn)單核細(xì)胞與VECs的黏附，此環(huán)境下VECs與單核細(xì)胞的黏附作用要強(qiáng)于VICs[41-42]。高糖可能還誘導(dǎo)了VECs和VICs中MMP的表達(dá)，表明高糖引起的炎癥與這兩種細(xì)胞重塑相關(guān)[43]。另外，鐵通過瓣葉內(nèi)出血在主動(dòng)脈瓣內(nèi)積聚，被VICs在促炎環(huán)境中攝取，促進(jìn)VICs增殖、ECM重塑和鈣化[44]。研究表明，血清磷濃度的升高與主動(dòng)脈瓣硬化的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，但對于血清鈣、甲狀旁腺激素和25-羥基維生素D濃度與CAVD的關(guān)系尚無統(tǒng)一定論，需進(jìn)一步探究。

5 新生血管形成

正常主動(dòng)脈瓣中不存在血管，但在CAVD瓣膜的炎癥細(xì)胞浸潤區(qū)和鈣化區(qū)可觀察到有多支新生微小血管。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是能增強(qiáng)血管通透性、促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和血管生成的細(xì)胞因子。在CAVD病人中分離出的VICs有血管生成潛能、血管周圍分化能力和VEGF-A的旁分泌作用，新生毛細(xì)血管樣突起表達(dá)CD31、CD34和血管內(nèi)皮生長因子受體-2(VEGFR-2)等內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物，提示血管生成在CAVD的發(fā)病機(jī)制中起作用[45-47]。VEGF通過激活三磷酸肌醇受體(IP3R)/鈣離子-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)/環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)信號通路上調(diào)VICs中Run相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2的表達(dá)，導(dǎo)致成骨特異性基因激活[48]。另外，主動(dòng)脈瓣膜中的肥大細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞還可以通過改變瓣膜中血管生成和抗血管生成因子之間的平衡來加速CAVD的發(fā)展[49]。而新生血管的生成為之后骨組織的形成提供了條件。

6 骨化學(xué)說

主動(dòng)脈瓣膜鈣化與骨骼鈣化有很大的相似之處，有許多共同的調(diào)控途徑和成骨細(xì)胞亞群。CAVD瓣膜中存在促進(jìn)成骨因子增加和鈣化抑制劑丟失活性的過程，導(dǎo)致ECM和骨組織蛋白的沉積。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)可刺激成骨細(xì)胞形成骨組織，在瓣膜中BMP表達(dá)增加，尤其是BMP-2和BMP-4增加了VICs中堿性磷酸酶(ALP)和骨鈣素的活性[50]，而基質(zhì)GLA蛋白(MGP)是防止鈣化的主要保護(hù)因素，阻礙BMP-2合成，降低VICs的鈣化[51]。由肝細(xì)胞分泌的胎球蛋白-A也被認(rèn)為是鈣化抑制劑，低水平胎球蛋白-A與CAVD有著明顯的關(guān)聯(lián)性，它拮抗BMP-2和TGF-β1，在血漿中與鈣、磷形成鈣蛋白顆粒復(fù)合物抑制血液中磷酸鈣晶體的生長，防止瓣膜的鈣化[52-53]。Wnt/β-catenin、NF-κB受體激活劑(RANK)/NF-κB受體激活劑B配體(RANKL)/骨保護(hù)素(OPG)通路在瓣膜鈣化過程后期階段起著至關(guān)重要的作用[1]。與健康瓣膜相比，CAVD中VICs的RANKL含量高，而OPG含量極低，RANKL對RANK的刺激導(dǎo)致了VICs的成骨細(xì)胞分化[54]。TGF-β1和BMP-2能夠誘導(dǎo)β-catenin的核轉(zhuǎn)位，增加Wnt信號的表達(dá)，刺激VICs向成骨細(xì)胞分化[1]。Wnt/β-catenin通路是骨形成過程中最重要的調(diào)節(jié)因子之一，導(dǎo)致RUNX2的表達(dá)，通過成骨細(xì)胞促進(jìn)骨組織的形成。因此，成骨因子的激活和Wnt等相關(guān)通路的功能障礙都會導(dǎo)致VICs中促成骨信號的增加。

7 腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)

RAS與心臟許多疾病相關(guān)聯(lián)，已被證明對許多具有病理生理意義的刺激有反應(yīng)，RAS產(chǎn)生生物活性的血管緊張素肽片段，如血管緊張素(Ang)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和1-7，通過不同細(xì)胞受體發(fā)揮作用，在激素分泌、細(xì)胞生長、抗增殖、活性氧生成、凋亡、促炎和促纖維化過程中發(fā)揮作用[55]。RAS通過AngⅡ1型受體局部表達(dá)的增強(qiáng)和AngⅡ活性的增加在CAVD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用[56]。CAVD瓣膜上血管緊張素轉(zhuǎn)換酶與糜蛋白酶的表達(dá)水平升高，說明瓣膜中促纖維化系統(tǒng)被激活[56]。AngⅡ是NF-κB途徑的有效激活劑，在分離的細(xì)胞中有強(qiáng)烈的促纖維化作用，給予小鼠AngⅡ可以促進(jìn)主動(dòng)脈瓣纖維化及明顯增厚[57]。臨床對1 000多例經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)(TAVR)后嚴(yán)重的CAVD病人進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，接受血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)/血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)治療的病人2年全因死亡率比未接受組更低[58]。由此，猜測RAS對CAVD的進(jìn)展也起到了一定的作用。

8 基因?qū)W說

近年研究表明，CAVD與家族性因素有關(guān)，其鈣化機(jī)制中信號通路及分子也受到基因水平的調(diào)控。在瑞典1萬多例主動(dòng)脈瓣狹窄病人中發(fā)現(xiàn)，有主動(dòng)脈瓣狹窄兄弟姐妹史的個(gè)體患病風(fēng)險(xiǎn)增加了3倍以上[59]。在內(nèi)皮細(xì)胞中NOTCH1通過改變增強(qiáng)子區(qū)域的表觀遺傳特征來調(diào)節(jié)1 000多個(gè)參與炎癥和成骨基因的表達(dá)，導(dǎo)致主動(dòng)脈瓣早期發(fā)育缺陷而加快人類CAVD進(jìn)展[60-61]。miRNAs在基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后修飾中具重要意義，研究發(fā)現(xiàn)miRNAs在動(dòng)脈粥樣硬化和正常瓣膜中表達(dá)差異，說明miRNA與CAVD有密切關(guān)系。研究表明，miR-26a、miRNA-30b、miR-34c、miR-29b、miR-138、miRNA-214等miRNA在CAVD瓣葉中表達(dá)明顯下調(diào)伴有成骨標(biāo)志物的上調(diào)，這些miRNA可能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、VICs成骨分化等途徑抑制主動(dòng)脈瓣膜鈣化[62-64]。相反，miR-29b、miR-21、miR-24、miR-143的上調(diào)，可能為CAVD的致病因子[65-66]。而高水平miR-486誘導(dǎo)VICs表現(xiàn)為肌成纖維細(xì)胞表型，上調(diào)Runx2和骨折愈合特異性轉(zhuǎn)錄因子(OSX)的表達(dá)，并與低水平的miR-204協(xié)同作用，提高瓣膜的成骨活性[67]。這些新的發(fā)現(xiàn)表明，調(diào)節(jié)瓣膜促成骨活性的表觀遺傳機(jī)制對防止CAVD進(jìn)展具治療潛力。

9 結(jié) 語

CAVD是高度復(fù)雜的疾病，而非單純退行性病變，與高循環(huán)阻力、慢性炎癥、代謝紊亂、骨化及新血管生成等多樣因素相關(guān)。在第七次全國人口普查中，60歲及以上人口占總?cè)藬?shù)18.70%，隨著人口老齡化程度加深，CAVD成為日益加重的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。然而目前為止，僅經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)和球囊擴(kuò)張瓣膜形成術(shù)是改善CAVD臨床結(jié)果、提高生存率的唯一有效選擇，因此，通過總結(jié)CAVD近幾年最新發(fā)病機(jī)制以期為臨床提供治療策略，但其發(fā)病機(jī)制及各機(jī)制間關(guān)聯(lián)尚未完全清楚，需進(jìn)一步探索。