謝楚龍，李 博，樸虎林，王 勇，許日昊*，王維鐵

(1.吉林大學第二醫(yī)院 心血管外科，吉林 長春130041；2.天津市第一中心醫(yī)院 心血管外科，天津300100)

骨橋蛋白在夾層動脈瘤發(fā)生發(fā)展過程中的作用

謝楚龍1，李 博1，樸虎林1，王 勇1，許日昊1*，王維鐵2

(1.吉林大學第二醫(yī)院 心血管外科，吉林 長春130041；2.天津市第一中心醫(yī)院 心血管外科，天津300100)

夾層動脈瘤是指主動脈由于先天或后天因素造成動脈壁正常結(jié)構(gòu)改變，血管內(nèi)的血液在壓力作用下通過內(nèi)膜破口而進入動脈內(nèi)膜和中層的假腔內(nèi)，使動脈壁擴張并延伸。目前研究認為夾層動脈瘤動脈壁的結(jié)構(gòu)改變多與動脈外膜成纖維細胞、中層平滑肌細胞、內(nèi)膜內(nèi)皮細胞的改變以及主動脈細胞外基質(zhì)的變化有關(guān)[1]，而這些變化都涉及到骨橋蛋白含量的變化。

1 骨橋蛋白概述

骨橋蛋白(OPN)是一種細胞外基質(zhì)蛋白，為磷酸化的酸性糖蛋白，是一種非膠原化的有機骨基質(zhì)，存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)[2]，因其介導(dǎo)骨組織與骨基質(zhì)的連接并參與骨基質(zhì)的礦化與重吸收過程而得名。OPN廣泛存在于成人的肌肉、內(nèi)皮細胞、胎盤、大腦和腎臟組織中[3]。其有3種亞型，分別為OPNa，OPNb，OPNc，其中OPNa是OPN最完整的亞型。一些OPN分子一直存在于細胞中且不會被分泌出去，即為細胞內(nèi)OPN(iOPN)，其生物學功能不同于分泌性O(shè)PN(secreted OPN，sOPN)[4]。OPN作為一種細胞因子，調(diào)節(jié)細胞遷移、粘附，發(fā)揮免疫應(yīng)答作用[5]，同時在慢性炎癥及自身免疫功能方面發(fā)揮作用。例如某些慢性疾病像腫瘤、肥胖、自身免疫性疾病、敗血癥及血管性病變，都會檢測出OPN的增高[6]。近年來，部分報道發(fā)現(xiàn)OPN在夾層動脈瘤的患者血液中也出現(xiàn)增高的現(xiàn)象[7]。

2 骨橋蛋白與夾層動脈瘤的診斷

目前臨床上對夾層動脈瘤患者的檢查多傾向于非侵入性檢查，包括超聲、CT和核磁檢查。但實驗室檢查對夾層動脈瘤患者的診斷價值較低。部分研究涉及到OPN在血管生成中的作用[8]，其中Golledge發(fā)現(xiàn)OPN的含量和主動脈的直徑有密切的關(guān)系，如腹主動脈瘤患者血清中OPN的含量高達正常組的2倍[9]，Golledge試圖以O(shè)PN作為夾層動脈瘤診斷的特異性標志物。但OPN的增長和動脈平滑肌細胞的損傷呈現(xiàn)時間依從性，血清中OPN的含量常受到潛在疾病和相關(guān)治療的影響[10]，這就導(dǎo)致血清OPN含量對夾層動脈瘤的診斷的敏感性和特異性均降低。也就是說當患者血清中OPN含量增高的時候，其病變組織中的OPN含量可能并未增高。這也是制約著這種細胞因子在夾層動脈瘤實驗室檢查方面的臨床應(yīng)用的最大問題。

3 骨橋蛋白與血管重建的關(guān)系

正常的血管組織多呈現(xiàn)低表達的OPN[11]，當壓力或容量負荷過大導(dǎo)致血管機械損傷后會刺激血管表達OPN[12,13]。損傷介導(dǎo)OPN過度表達，其通過調(diào)節(jié)平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞增殖、遷移、聚集而導(dǎo)致血管內(nèi)膜的新生和中層的增厚。目前OPN已經(jīng)被證實能夠反映血管損傷程度[14]，其過度表達能夠促進血管改建[15,16]從而防止血管的進一步變化。

有研究發(fā)現(xiàn)夾層動脈瘤組織中的OPN含量高于血漿中的含量。夾層動脈瘤患者的OPN如何升高，有報道稱與血管的機械性擴張導(dǎo)致基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的表達增加有關(guān)，其中MMPs-2和血管重建的關(guān)系最為密切[17,18,19,26]，活化的MMPs-2影響血管平滑肌里的鈣調(diào)節(jié)蛋白，改變細胞表型從而降低血管收縮性，增加細胞外調(diào)節(jié)激酶1/2( ERK1/2)的磷酸化[20,21]，使平滑肌細胞增殖。而OPN與MMPs表達密切相關(guān)，當基因敲除OPN siRNA，OPN缺陷的細胞中MMPs-2介導(dǎo)的這種細胞增殖會變得遲鈍[22]，說明OPN在夾層動脈瘤的形成特別是發(fā)展的過程中起著調(diào)節(jié)血管重建的作用。此外OPN的增多還受CD44s的變化的影響[23]。

4 骨橋蛋白與夾層動脈瘤病因之間的關(guān)系

在夾層動脈瘤發(fā)病的過程中，無論是后天因素(高血壓、動脈硬化)或是先天因素(馬凡綜合征，Ehler-Danlos 綜合征及主動脈二瓣化畸形)，都涉及到動脈結(jié)構(gòu)的改變。主動脈壁細胞外基質(zhì)(ECM)的降解受到越來越多人的關(guān)注，而其核心過程主要涉及的兩種物質(zhì)為基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)[24,25,26]和尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)，目前已有研究證實此兩種物質(zhì)在術(shù)中取下來的夾層動脈瘤的組織標本中明顯增高，被認為是夾層動脈瘤發(fā)生發(fā)展中的重要組成部分。uPA通過激活體內(nèi)的纖溶酶能對ECM起到一定的降解作用，而其自身也能通過某些方式促進MMP的激活。而此兩種物質(zhì)的變化都和OPN呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，在使用了OPN抑制劑后，腫瘤組織中的MMP和uPA的含量會相應(yīng)的下降，生物活性和生物功能也受到抑制，其原因可能是OPN通過相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑(NF-κB或NADPH通路)上調(diào)腫瘤細胞的MMP和uPA的表達從而使ECM的降解加速。而同樣以ECM降解為核心的夾層動脈瘤，OPN可能也是通過類似或不同的途徑控制MMP和uPA的表達而影響疾病的發(fā)生和發(fā)展。

4.1 骨橋蛋白促進動脈外膜細胞表型轉(zhuǎn)化并向內(nèi)膜遷移

血管外膜的主要成分是成纖維細胞，其是維系血管正常物理性能的關(guān)鍵物質(zhì)。當血管受到一系列刺激后，如夾層動脈瘤發(fā)生后，血液通過內(nèi)膜破口進入動脈內(nèi)膜與中層內(nèi)，使局部壓力增高，血管膨脹，在類似刺激下血管外膜成纖維細胞可以向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，這種細胞與血管平滑肌細胞(VSMC)存在很多相似性。而骨橋蛋白就是在上述轉(zhuǎn)化過程中出現(xiàn)表達上升。當這種肌成纖維細胞穿過動脈中膜遷移至新生內(nèi)膜后，又會分泌出OPN，而OPN又具有趨化功能，能夠使大量的肌成纖維細胞和VSMC遷移至相應(yīng)位置參與內(nèi)膜的形成。

4.2 骨橋蛋白促進動脈中層平滑肌細胞的異常增生

動脈中層作為血管的主要支持成分，其退行性病變和夾層動脈瘤發(fā)病有一定的關(guān)系。SMC作為動脈壁中層的主要構(gòu)成組織，維系著血管壁的張力及彈性，還能調(diào)節(jié)膠原蛋白、彈性蛋白等的合成與降解。目前證實SMC與許多心血管疾病的發(fā)生都有一定的相關(guān)性[17,27,28]。動脈壁中膜含有高分化型SMC，具有較強的收縮性，其生物活性較為穩(wěn)定，但是缺乏游走性和增殖性。當受到外來刺激時，未分化的SMC開始向動脈內(nèi)膜移行，這些細胞缺乏已分化的平滑肌細胞的收縮性，卻具有活躍的增殖和游走能力。研究證實在夾層動脈瘤患者的手術(shù)標本中，切下來的動脈瘤壁內(nèi)SMC明顯減少，其減少直接導(dǎo)致主動脈血管結(jié)構(gòu)的改變從而使動脈功能減弱最終導(dǎo)致動脈瘤的發(fā)生，由此可見SMC在夾層動脈瘤發(fā)生過程中的作用。

利用差異顯示技術(shù)證明，SMC的轉(zhuǎn)型(收縮型-合成型)受到OPN的調(diào)控，而且OPN可以促進SMC的增殖和遷移[29]。體外切片培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，在被骨橋蛋白包被的SMC在培養(yǎng)基中生長好于未被包被的SMC。而在多種細胞因子和生長因子的共同刺激下，SMC在增殖的同時可以大量表達OPN。后續(xù)相關(guān)研究表明，用基因敲除的方法剔除骨橋蛋白基因的小鼠，在創(chuàng)傷后其血管重建的過程受到影響。使用RNAi 基因阻斷技術(shù)通過特異性短發(fā)夾 RNA來抑制VSMC上骨橋蛋白基因表達后發(fā)現(xiàn)，該細胞的增殖受到明顯的抑制。這就使人們開始關(guān)注OPN在夾層動脈瘤中的作用。該蛋白通過某些信號機制使收縮型SMC向合成型SMC轉(zhuǎn)變，這就使具有收縮功能的SMC明顯減少，合成型SMC相應(yīng)的增加，隨后出現(xiàn)肌纖維驟減，細胞骨架蛋白表達減少，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體等相應(yīng)細胞器的大量增生促使細胞外基質(zhì)大量分泌等。雖然合成型SMC的增多可以相應(yīng)的分泌出較多的ECM從而使血管壁增厚、血管重塑。這可以理解為早期動脈瘤患者的代償性反應(yīng)，此反應(yīng)短期內(nèi)可以使血管壁對動脈瘤的發(fā)展起到相應(yīng)的對抗作用。但是由于收縮型SMC的減少使得血管壁收縮蛋白的減少，從而導(dǎo)致血管的收縮性、彈性、抗壓性都會下降，使得血管在血壓的作用下逐漸擴張而發(fā)生動脈瘤，管壁逐漸變薄而更容易產(chǎn)生內(nèi)膜破口，從而繼發(fā)夾層動脈瘤。

4.3 骨橋蛋白促進夾層破口處內(nèi)膜形成

骨橋蛋白作為多種細胞的粘附性基質(zhì)，能夠促進血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞等多種細胞與細胞外基質(zhì)發(fā)生粘附，為新生內(nèi)膜的形成奠定基礎(chǔ)。夾層動脈瘤多伴有內(nèi)膜破口，血管損傷部位新生內(nèi)膜的形成的發(fā)生發(fā)展與骨橋蛋白密切相關(guān)。血管內(nèi)膜沒受損傷時骨橋蛋白的表達量很少，在新生內(nèi)膜形成的過程中，血小板衍生因子(PDGF)、血管緊張素Ⅱ(AngII) 、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGFβ)、表皮細胞生長因子(EGF)、白細胞介素-1(IL-1)等細胞因子均能夠刺激血管內(nèi)皮細胞和SMC表達骨橋蛋白，骨橋蛋白能夠介導(dǎo)VSMC由血管的中層向內(nèi)膜遷移。在骨橋蛋白存在的情況下，SMC的遷移能力明顯加強，反之會導(dǎo)致細胞的黏附與遷移能力明顯減弱。免疫組織化學檢測結(jié)果顯示，病變部位血管內(nèi)皮細胞和SMC細胞內(nèi)OPN mRNA呈現(xiàn)出高表達狀態(tài)，而且細胞外基質(zhì)中的OPN含量也明顯增加。在動物動脈損傷模型中，新生內(nèi)膜SMC中表達的OPN mRNA高于對照組，OPN mRNA的增長多發(fā)生在SMC的合成階段，此時也標志著平滑肌細胞正在轉(zhuǎn)型。OPN mRNA含量增加的周期和內(nèi)膜修復(fù)周期相一致，8 h后達到高峰，14天后開始下降，6周后恢復(fù)到原來水平。通過抗骨橋蛋白相關(guān)抗體抑制骨橋蛋白的增生，同時抑制VSMC表型轉(zhuǎn)化、遷移和增殖，進而抑制新生內(nèi)膜的形成，從側(cè)面反映出骨橋蛋白與夾層動脈瘤起始的關(guān)系。

4.4 骨橋蛋白與夾層動脈瘤誘因之間的關(guān)系

在夾層動脈瘤發(fā)生的后天因素中，動脈粥樣硬化被認為是促進其發(fā)生的一條重要因素，而OPN被證實參與動脈粥樣硬化的形成及發(fā)展過程，并且和鈣化相關(guān)。人們逐漸認識到動脈粥樣硬化的相關(guān)區(qū)域內(nèi)，血管內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞、巨噬細胞均高度表達骨橋蛋白分子，這是機體的一種代償性反應(yīng)。高血壓作為夾層動脈瘤形成的一種重要后天因素，其與骨橋蛋白的關(guān)系更為密切。Seo的研究發(fā)現(xiàn)OPN在高血壓的小鼠中會升高1.2-3倍，意味著OPN可能是高血壓引起的血管重建后的生物標志物[22]。

另一個后天因素是炎癥反應(yīng)，其貫穿主動脈瘤的形成全過程，也是夾層動脈瘤形成的重要特征之一。而骨橋蛋白對炎癥細胞具有趨化作用。OPN已經(jīng)證實能促進炎癥反應(yīng)，包括促進巨噬細胞和T細胞的趨化性和粘附性，延長淋巴細胞的存活，OPN也涉及到MMP9前體蛋白的激活而導(dǎo)致相關(guān)蛋白的解體[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，在夾層動脈瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，OPN的增加伴隨著夾層動脈瘤的全過程，涉及到血管外膜中層和內(nèi)膜病變組織，目前傾向于認為血清OPN含量的改變繼發(fā)于夾層動脈瘤血管重建后。OPN尚無法作為夾層動脈瘤的化驗診斷標準，雖已證實夾層動脈瘤患者OPN升高的事實，但研究多局限于小樣本單中心的統(tǒng)計結(jié)果，故大量樣本的研究仍需繼續(xù)進行。

[1]Coady MA,Rizzo JA,Goldstein LJ,et al.Natural history,pathogenesis,and etiology of thoracic aortic aneurysms and dissections[J].Cardiol Clin,1999,17(4):615.

[2]Junaid A,Moon MC,Harding GE,et al.Osteopontin localizes to the nucleus of 293 cells and associates with polo-like kinase-1[J].Am J Physiol Cell Physiol,2007,292(2):C919.

[3]Bellahcène A,Castronovo V,Ogbureke KU,et al.Small integrin-binding ligand N-linked glycoproteins (SIBLINGs):multifunctional proteins in cancer[J].Nat Rev Cancer,2008,8(3):212.

[4]Inoue M,Shinohara ML.Intracellular osteopontin (iOPN) and immunity[J].Immunol Res,2011,49(1-3):160.

[5]Bassyouni IH,Bassyouni RH,Ibrahim NH,et al.Elevated serum osteopontin levels in chronic hepatitis C virus infection:association with autoimmune rheumatologic manifestations[J].J Clin Immunol,2012,32(6):1262.

[6]Catalán V,Gómez-Ambrosi J,Rodríguez A,et al.Increased Obesity-Associated Circulating Levels of the Extracellular Matrix Proteins Osteopontin,Chitinase-3 Like-1 and Tenascin C Are Associated with Colon Cancer[J].PLoS One,2016,11(9):1.

[7]范阜東，徐貞俊，周 慶，等.Stanford A型主動脈夾層患者血漿骨橋蛋白的表達及臨床意義[J].中國心血管雜志，2015，20(6)：443.

[8]Scatena M,Liaw L,Giachelli CM.Osteopontin:a multifunctional molecule regulating chronic inflammation and vascular disease[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2007,27(11):2302.

[9]Czyzewska-Buczyńska A,Zuk N,Ba|asz S,et al.Assessment of osteopontin and osteoprotegerin levels in abdominal aortic aneurysm patients[J].Przegl Lek,2013,70(3):102.

[10]Meenakshisundaram R,Chandra S,Thirumalaikolundusubramanian P.Osteopontin and its clinical significance[J].Indian J Pathol Microbiol,2009,52(3):459.

[11]Singh M,Ananthula S,Milhorn DM,et al.Osteopontin:a novel inflammatory mediator of cardiovascular disease[J].Front Biosci,2007,12:214.

[12]Lorenzen JM,Schauerte C,Hübner A,et al.Osteopontin is indispensible for AP1-mediated angiotensin II-related miR-21 transcription during cardiac fibrosis[J].Eur Heart J,2015,36(32):2184.

[13]Ikonomidis JS,Ivey CR,Wheeler JB,et al.Plasma biomarkers for distinguishing etiologic subtypes of thoracic aortic aneurysm disease[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2013,145(5):1326.

[14]Huusko T,Salonurmi T,Taskinen P,et al.Elevated messenger RNA expression and plasma protein levels of osteopontin and matrix metalloproteinase types 2 and 9 in patients with ascending aortic aneurysms[J].J Thorac Cardiovasc Surg,2013,145(4):1117.

[15]de Castro Brás LE.Osteopontin:A major player on hypertension-induced vascular remodeling[J].J Mol Cell Cardiol,2015,85:151.

[16]Lee SJ,Baek SE,Jang MA,et al.Osteopontin plays a key role in vascular smooth muscle cell proliferation via EGFR-mediated activation of AP-1 and C/EBPβ pathways[J].Pharmacol Res,2016,108:1.

[17]Liu X,Huang X,Chen L,et al.Mechanical stretch promotes matrix metalloproteinase-2 and prolyl-4-hydroxylase α1 production in human aortic smooth muscle cells via Akt-p38 MAPK-JNK signaling[J].Int J Biochem Cell Biol,2015,62:15.

[18]Grote K,Flach I,Luchtefeld M,et al.Mechanical stretch enhances mRNA expression and proenzyme release of matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) via NAD (P) H oxidase-derived reactive oxygen species[J].Circ Res,2003,92(11):e80.

[19]Martinez-Aguilar E,Gomez-Rodriguez V,Orbe J,et al.Matrix metalloproteinase 10 is associated with disease severity and mortality in patients with peripheral arterial disease[J].J Vasc Surg,2015,61(2):428.

[20]Castro MM,Cena J,Cho WJ,et al.Matrix metalloproteinase-2 proteolysis of calponin-1 contributes to vascular hypocontractility in endotoxemic rats[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2012,32(3):662.

[21]L?vdahl C,Thyberg J,Hultg?rdh-Nilsson A.The synthetic metalloproteinase inhibitor batimastat suppresses injury-induced phosphorylation of MAP kinase ERK1/ERK2 and phenotypic modification of arterial smooth muscle cells in vitro[J].J Vasc Res,2000,37(5):345.

[22]Seo KW,Lee SJ,Ye BH,et al.Mechanical stretch enhances the expression and activity of osteopontin and MMP-2 via the Akt1/AP-1 pathways in VSMC[J].J Mol Cell Cardiol,2015,85:13.

[23]Beckebaum S,Chen X,Sotiropoulos GC,et al.Role of osteopontin and CD44s expression for patients with hepatocellular carcinoma undergoing liver transplantation or resection[J].Transplant Proc,2008,40(9):3182.

[24]Fang H,Chen W,Gao Y,et al.Molecular mechanisms associated with Angiotensin-converting enzyme-inhibitory peptide activity on vascular extracellular matrix remodeling[J].Cardiology,2014,127(4):247.

[25] Martinez-Aguilar E,Gomez-Rodriguez V,Orbe J,et al.Matrix metalloproteinase 10 is associated with disease severity and mortality in patients with peripheral arterial disease[J].J Vasc Surg,2015,61(2):428.

[26]Peeters SA,Engelen L,Buijs J,et al.Plasma levels of matrix metalloproteinase-2,-3,-10,and tissue inhibitor of metalloproteinase-1 are associated with vascular complications in patients with type 1 diabetes:the EURODIAB Prospective Complications Study[J].Cardiovasc Diabetol,2015,14:31.

[27]Gomez D,Owens GK.Smooth muscle cell phenotypic switching in atherosclerosis[J].Cardiovasc Res,2012,95(2):156.

[28]Davis-Dusenbery BN,Wu C,Hata A.Micromanaging vascular smooth muscle cell differentiation and phenotypic modulation[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2011,31(11):2370.

[29]Isoda K,Nishikawa K,Kamezawa Y,et al.Osteopontin plays an important role in the development of medial thickening and neointimal formation[J].Circ Res,2002,91(1):77.

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