張禮潛 聶文暢 柏寶辰 劉健

冠狀動脈鈣化（coronary artery calcification，CAC）是指鈣鹽在冠狀動脈血管壁中的異常沉積，為常見的冠狀動脈病變類型之一，在經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（percutaneous coronary intervention，PCI）中占比高達(dá)1/3以上［1］。中重度鈣化病變增加冠狀動脈夾層、穿孔風(fēng)險(xiǎn)，引起支架膨脹不全及貼壁不良，與介入治療失敗結(jié)局顯著相關(guān)［2］。深入了解CAC的發(fā)生進(jìn)展過程是明確治療靶點(diǎn)指導(dǎo)干預(yù)的基礎(chǔ)。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（bone morphogenic protein 2，BMP2）、AMP激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）及OPG/RANK/RANKL等多種信號通路與血管鈣化病變的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，抑制或激活這些通路可造成不同類型CAC進(jìn)程的改變。本文著眼于CAC的病理分類與發(fā)展基礎(chǔ)，總結(jié)不同鈣化類型與鈣化病變成因的相關(guān)性，旨在幫助臨床醫(yī)師提高相關(guān)認(rèn)識，為CAC的臨床診療拓展思路。

1 CAC 的病理分類

CAC可根據(jù)鈣鹽在血管中的沉積部位分為中膜鈣化與內(nèi)膜鈣化兩類。其中內(nèi)膜鈣化又稱營養(yǎng)不良性鈣化，表現(xiàn)為繼發(fā)于動脈粥樣硬化的動脈內(nèi)膜羥基磷灰石沉積，與炎癥密切相關(guān)，為CAC主要的病變類型［3］。中膜鈣化亦稱轉(zhuǎn)移型鈣化或代謝型鈣化［4］，表現(xiàn)為動脈中層彌漫性、漸進(jìn)性的羥基磷灰石沉積，與高血壓病、糖尿病、高鈣血癥等基礎(chǔ)疾病密切相關(guān)，亦多見于周圍血管。由Monckeberg于1903年提出的蒙克貝格鈣化最初被視作粥樣硬化的末期病理表現(xiàn)，但近年來被澄清為中膜鈣化［4］。

根據(jù)鈣化灶體積的進(jìn)展，CAC可分為微鈣化、點(diǎn)狀鈣化、碎片狀鈣化及片狀鈣化。微鈣化定義為CAC發(fā)生起始階段，0.5 μm≤直徑＜15 μm的初始鈣化顆粒。隨冠狀動脈粥樣硬化進(jìn)展，壞死核心形成并進(jìn)一步誘導(dǎo)炎癥進(jìn)展、磷酸鈣復(fù)合物沉積以及局部細(xì)胞成骨/軟骨轉(zhuǎn)分化，鈣化病變隨之進(jìn)展為直徑介于15 μm～1 mm的點(diǎn)狀鈣化，其后進(jìn)一步形成直徑≥1 mm的碎片狀鈣化與直徑≥3 mm或受累血管＞1象限的片狀鈣化，后二者常見于晚期纖維粥樣斑塊與愈合的破裂斑塊中［5］。微鈣化和點(diǎn)狀鈣化與斑塊破裂密切相關(guān)，是不穩(wěn)定斑塊的病理表現(xiàn)［4］；而片狀鈣化則可以使病變灶的殘余炎癥部分與血管管腔分離，這是斑塊趨于穩(wěn)定的標(biāo)志［6］。

此外，也有研究者根據(jù)CAC的病理形態(tài)將其分為已侵入管腔的侵蝕性鈣化結(jié)節(jié)，鈣化灶呈未侵入管腔的片狀且被覆纖維組織、無或很少受到破壞的表淺鈣化片，以及表現(xiàn)為突出鈣化結(jié)節(jié)的鈣化突出三類，但相關(guān)病理分類標(biāo)準(zhǔn)仍有待進(jìn)一步研究以確證［5，7］。

2 CAC 的形成過程與相關(guān)分子信號通路

2.1 CAC的形成過程

CAC起初被視作隨衰老而發(fā)生的被動退行性病變，現(xiàn)有觀點(diǎn)則認(rèn)為其是一個活躍且受調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程，且與成骨/軟骨的形成過程存在相似之處［8］。CAC的形成始于4種主要的啟動機(jī)制：（1）動脈粥樣硬化相關(guān)炎癥細(xì)胞死亡并釋放凋亡小體與壞死碎片，作為磷酸鈣晶體形成的成核位點(diǎn)；（2）局部細(xì)胞釋放的基質(zhì)囊泡與循環(huán)成核復(fù)合物作為鈣磷復(fù)合物的形成位點(diǎn)；（3）局部鈣化抑制劑表達(dá)減少；（4）周細(xì)胞與血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cell，VSMC）等發(fā)生成骨/軟骨轉(zhuǎn)分化［9］。鈣化啟動后，在包括VSMC、巨噬細(xì)胞在內(nèi)的成骨樣細(xì)胞胞內(nèi)發(fā)生的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激［10］、線粒體功能障礙［11］、DNA損傷反應(yīng)［12］等過程以及局部炎癥［13］的共同作用下，鈣磷復(fù)合物進(jìn)一步沉積，推動鈣化進(jìn)展并最終形成CAC。相關(guān)蛋白酶對胞外基質(zhì)的重塑作用、蛋白糖基化修飾過程異常與鐵穩(wěn)態(tài)的破壞等也參與了上述鈣化過程（圖1）［11，14-16］。

圖1 冠狀動脈鈣化形成過程匯總Figure 1 Summary of coronary artery calcification formation processes

2.2 與CAC相關(guān)的分子信號通路

與C AC相關(guān)的分子信號通路非常復(fù)雜，近年來的研究深入闡明了Wnt/β-catenin、BMP2、AMPK及OPG/RANK/RANKL等信號通路與鈣化病變間的具體聯(lián)系（圖2），并對可能的藥物治療靶點(diǎn)進(jìn)行了探索。

圖2 與CAC 相關(guān)的主要分子信號通路匯總Figure 2 Summary of major molecular signaling pathways associated with CAC

2.2.1 Wnt/β-catenin信號通路 Wnt/β-catenin是一種廣泛參與胚胎發(fā)育和成體組織穩(wěn)態(tài)的胞內(nèi)信號通路［17］，與CAC密切相關(guān)。該通路被激活時(shí)，胞質(zhì)內(nèi)β連環(huán)蛋白（β-catenin）降解受到抑制，積累的β-catenin隨后進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)節(jié)下游鈣化基因表達(dá)并促進(jìn)鈣化進(jìn)展。既往研究顯示骨鈣素（osteocalcin）與上游BMP2-Msx2-Wnt信號可激活Wnt/β-catenin通路以推動鈣化形成［18］。近期研究則進(jìn)一步闡明了相關(guān)轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)因子、脂蛋白受體相關(guān)蛋白抑制劑等Wnt/β-catenin通路抑制劑對鈣化病變的改善作用［17，19］。該通路有著作為鈣化干預(yù)靶點(diǎn)的良好前景，多肽N-乙酰半乳糖氨基轉(zhuǎn)移酶3、球狀脂聯(lián)素和中介素1-47等蛋白被發(fā)現(xiàn)可下調(diào)Wnt/β-catenin信號表達(dá)以抑制鈣化進(jìn)展［20-22］，而中草藥及其有效成分如三七、人參皂苷與丹參酮Ⅱa也被發(fā)現(xiàn)有相似的鈣化抑制效果［23-25］。

2.2.2 涉及BMP2與Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runt-related transcription factor 2，Runx2）的信號通路 骨形態(tài)發(fā)生蛋白家族（bone morphogenic proteins，BMPs）在人體成骨過程中發(fā)揮著重要作用，其成員BMP2與CAC形成密切相關(guān)；Runx2則是誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生成骨/軟骨轉(zhuǎn)分化的主要調(diào)節(jié)因子，與鈣化進(jìn)展直接相關(guān)，上游BMP2可通過Smad1/5/8磷酸化依賴方式上調(diào)Runx2并促進(jìn)鈣化進(jìn)展［26-27］。氧化應(yīng)激、脂代謝異常與炎癥細(xì)胞因子等均可激活BMP2，從而誘導(dǎo)Runx2表達(dá)并導(dǎo)致血管鈣化。除BMP2外，msh同源盒2（Homeo box msh like 2，Msx2）和蛋白激酶B（protein kinase B，PKB or AKT，又稱蘇氨酸蛋白激酶）等信號亦可上調(diào)Runx2的表達(dá)［28］。近期研究揭示了基質(zhì)Gla蛋白（matrix Gla protein，MGP）、多肽N-乙酰半乳糖氨基轉(zhuǎn)移酶3及亞精胺等對BMP2及下游Runx2的抑制作用［21，26，29］。此外，成纖維細(xì)胞生長因子23（Fibroblast Growth Factor 23，F(xiàn)GF23）與其共受體Klotho蛋白結(jié)合后可抑制BMP2表達(dá)［30］，Hedgehog（Hh）信號通路的一類受體Shh也被發(fā)現(xiàn)可通過下游效應(yīng)分子Gli2促進(jìn)Runx2的泛素化降解從而抑制鈣化［31］。

2.2.3 AMP激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號通路 AMPK是一種進(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可通過抑制Runx2相關(guān)信號通路、誘導(dǎo)自噬、減弱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等多種機(jī)制抑制血管鈣化［32］，有望成為CAC的治療靶點(diǎn)。現(xiàn)已證明依帕列凈、二甲雙胍與辛伐他汀等藥物可通過激活A(yù)MPK信號改善鈣化［32-33］，褪黑素、鳶尾素及死亡相關(guān)蛋白激酶等蛋白則被報(bào)道能夠上調(diào)AMPK信號表達(dá)以抑制鈣化進(jìn)展［34-36］。此外，白藜蘆醇、附子多糖及姜油酮等中草藥提取物也被發(fā)現(xiàn)可經(jīng)由激活A(yù)MPK信號改善血管鈣化［37-38］。

2.2.4 OPG/RANK/RANKL信號通路 RANK是一種表達(dá)于破骨細(xì)胞表面的Ⅰ型膜蛋白，與其配體RANKL結(jié)合后活化，通過激活內(nèi)皮ROS信號與核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）上調(diào)BMPs等信號表達(dá)，促進(jìn)CAC進(jìn)展［39］；RANKL還可通過促炎作用間接促進(jìn)VSMC鈣化；骨保護(hù)素（osteoclastogenesis inhibitory factor，OPG）則可與RANK競爭結(jié)合RANKL從而抑制鈣化［40］。近期研究顯示，甲狀旁腺激素作為RANK/RANKL/OPG系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)因子，可同時(shí)誘導(dǎo)RANKL合成和下調(diào)OPG表達(dá)以促進(jìn)鈣化進(jìn)展［18］，Toll樣受體2（Toll-like receptor 2，TLR2）與配體結(jié)合后的促鈣化作用與之相似［41］。Wnt/β-catenin信號通路的激活也可能上調(diào)RANKL而推動鈣化進(jìn)展［42］。OPG因其RANK/RANKL抑制作用而具有抗鈣化潛能，現(xiàn)已證明地諾單抗與補(bǔ)腎活血湯可上調(diào)OPG表達(dá)并改善鈣化［43-44］。此外，維生素K、β-羥基丁酸酯及多肽N-乙酰半乳糖氨基轉(zhuǎn)移酶3等也可通過抑制OPG/RANK/RANKL信號下游分子NF-κB抑制鈣化病變進(jìn)展［45-47］。

2.2.5 其他與CAC相關(guān)的分子信號通路 除上述信號通路外，磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidyl inositol 3 kinase，PI3K）-AKT、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular regulated protein kinases，ERK1/2）、Notch信號通路和非經(jīng)典Wnt信號通路等也分別參與了CAC過程。PI3K-AKT信號通路是介導(dǎo)氧化應(yīng)激與鈣化病變的重要橋梁，抑制AKT激活可阻止氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的Runx2表達(dá)上調(diào)與VSMC成骨分化［28］。ERK1/2能夠通過降低動脈壁彈性蛋白含量、提高Runx2轉(zhuǎn)錄活性與激活β-catenin參與鈣化進(jìn)展，抑制ERK1/2也可抑制鈣化病變中的成骨樣細(xì)胞轉(zhuǎn)分化［48］。近來受到關(guān)注的Notch信號通路表達(dá)于血管系統(tǒng)中，可受一氧化氮激活而發(fā)揮鈣化抑制功能［49］。非經(jīng)典Wnt信號通路不依賴于β-catenin而發(fā)揮作用，其可激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）與鈣/鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ，從而上調(diào)NF-κB，進(jìn)一步促進(jìn)下游鈣化基因表達(dá)［17］。異三聚體鳥嘌呤結(jié)合蛋白信號通路中的遺傳變異以累積方式參與CAC進(jìn)展，表明該通路與CAC進(jìn)展和冠狀動脈疾病的遺傳易感性相關(guān)［50］。

3 不同CAC 類型的相應(yīng)機(jī)制

盡管涉及上述共同機(jī)制，但CAC中鈣鹽沉積部位的差異也與特定機(jī)制相關(guān)，概而言之，冠狀動脈內(nèi)膜鈣化與炎癥關(guān)系密切，而冠狀動脈中膜鈣化則主要與鈣磷代謝紊亂相關(guān)。而從微鈣化到點(diǎn)狀鈣化最終發(fā)展為片狀鈣化的過程則為固有的鈣化進(jìn)展過程，尚無證據(jù)顯示其機(jī)制存在差異。

3.1 參與內(nèi)膜鈣化的相關(guān)機(jī)制

冠狀動脈內(nèi)膜鈣化繼發(fā)于冠狀動脈粥樣硬化，與炎癥密切相關(guān)?，F(xiàn)已闡明Rac-2/IL-1β與CD40-CD154兩條與冠狀動脈內(nèi)膜鈣化明確相關(guān)的促炎信號通路：在Rac-2/IL-1β通路中，IL-1β與配體結(jié)合使Rac-2活化并發(fā)揮促炎作用，而Rac-2又可抑制巨噬細(xì)胞Rac-1依賴性IL-1β的產(chǎn)生。Rac-2/IL-1β異?？墒笽L-1β水平升高并導(dǎo)致相關(guān)的冠狀動脈內(nèi)膜鈣化［51］。CD40-CD154（CD40配體）通路則控制動脈粥樣硬化相關(guān)細(xì)胞和黏附分子的激活，其被報(bào)道與冠狀動脈內(nèi)膜鈣化和慢性腎衰竭存在聯(lián)系。冠狀動脈內(nèi)膜鈣化與炎癥的關(guān)系使得C反應(yīng)蛋白有望成為CAC的檢測標(biāo)志物［52］。

此外，氧化應(yīng)激、高脂血癥與S-腺苷同型半胱氨酸水解酶缺乏也可能是導(dǎo)致冠狀動脈內(nèi)膜鈣化的特定因素［30，53］，鈣化局部細(xì)胞的鐵死亡亦直接參與了內(nèi)膜鈣化過程［54］。

3.2 參與中膜鈣化的相關(guān)機(jī)制

冠狀動脈中膜鈣化在慢性腎病、糖尿病患者中常見，與鈣磷代謝失調(diào)密切相關(guān)，其主要機(jī)制為Ⅲ型鈉依賴性磷酸鹽協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Pit1和Pit2）與鈣傳感受體受高磷環(huán)境刺激而表達(dá)異常并誘導(dǎo)VSMC成骨分化［55］。細(xì)胞外基質(zhì)的破壞、CD73介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)缺失、特定DNA損傷反應(yīng)途徑以及血清和糖皮質(zhì)誘導(dǎo)激酶1均可能與中膜鈣化直接相關(guān)［30，55-56］，胞外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1和ATP結(jié)合盒亞家族C成員6的突變亦被推測可通過減少胞外焦磷酸鹽以驅(qū)動中膜鈣化［55］。

既往觀點(diǎn)認(rèn)為中膜鈣化與冠狀動脈粥樣硬化及炎癥無關(guān)［57］，但當(dāng)前研究也顯示VSMC老化可能聯(lián)系著中膜鈣化與冠狀動脈粥樣硬化［58］；與炎癥相關(guān)的BMP2-Mxs2-Wnt通路也被報(bào)道參與了中膜鈣化的早期階段［30］。

4 總結(jié)與展望

CAC的病理分類標(biāo)準(zhǔn)主要為鈣鹽沉積部位與鈣化灶體積的進(jìn)展程度?，F(xiàn)有觀點(diǎn)認(rèn)為，CAC形成是一個復(fù)雜的、受多因素與多機(jī)制影響的主動調(diào)節(jié)過程，與局部炎癥、VSMC成骨轉(zhuǎn)分化等過程相關(guān)。在與CAC相關(guān)的分子信號通路方面，本文對Wnt/β-catenin、BMPs、AMPK及OPG/RANK/RANKL等通路進(jìn)行了總結(jié)，并介紹了包括藥物干預(yù)靶點(diǎn)在內(nèi)的研究進(jìn)展。此外，CAC中的內(nèi)膜鈣化和中膜鈣化兩種類型也涉及不同的形成機(jī)制，本文進(jìn)一步總結(jié)了與冠狀動脈內(nèi)膜鈣化有關(guān)的炎癥信號等因素，也對鈣磷代謝失調(diào)等參與冠狀動脈中膜鈣化的特定機(jī)制進(jìn)行了概括。

當(dāng)前CAC形成機(jī)制相關(guān)的基礎(chǔ)研究不斷進(jìn)行，在深入揭示有關(guān)分子信號機(jī)制的同時(shí)為未來的CAC藥物研發(fā)提供了更多可能靶點(diǎn)，為開發(fā)針對CAC的新型診療手段拓展了思路。然而，CAC不同病理分類和具體機(jī)制間的聯(lián)系仍是目前相對較少受到關(guān)注的問題，這也與目前涉及CAC中鈣化灶體積進(jìn)展和形態(tài)分類的研究主要依托于臨床病理有關(guān)。未來對不同鈣化分類背后具體機(jī)制的進(jìn)一步闡明，有助于幫助臨床工作者明確導(dǎo)致不同CAC病理類型進(jìn)展的可能因素，從而選擇性地制定治療策略，以有效改善CAC和鈣化相關(guān)不良心血管結(jié)局。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突