动脉粥样硬化钙化病变的研究进展

动脉粥样硬化钙化病变的研究进展——郑州大学第一附属医院张金盈刘琮琳 　 血管钙化是异位钙化一种，分为中膜钙化和内膜钙化，中膜钙化相关的疾病有肾病、糖尿病等，而内膜钙化主要与动脉粥样硬化有关。动脉钙化是粥样硬化的特征性病变之一，动脉粥样硬化钙化病变的程度直接与粥样硬化疾病的斑块负荷及血管事件发生率有关，是心血管事件的危险标志。因此，研究动脉粥样硬化钙化病变对动脉粥样硬化的防治具有重要意义。 1 动脉粥样硬化钙化的形成机制 动脉粥样硬化钙化( atherosclerotic calcification, AC)是动脉粥样硬化斑块发展到一定程度，钙盐在斑块中沉积而形成的。目前人们对动脉粥样硬化钙化的形成机制尚不清楚。Bobryshev运用电镜和免疫组织化学研究人和载脂蛋白E (Apo E) 基因敲除鼠斑块的细胞类型时发现坏死的脂质核周围出现类软骨样细胞(chondrocyte-like cells)，且这些区域中，一些平滑肌细胞表现出了软骨样细胞的特征，当软骨样细胞裂解后，细胞间隙出现许多羟磷灰石结晶的小囊泡，推测可能是平滑肌细胞分化为软骨样细胞，最终导致AC。观察体外血管平滑肌细胞钙化模型可发现斑块的钙化主要是由平滑肌细胞表型的改变造成。Tada Y等的研究也发现，过度氧化应激和血管平滑肌细胞向成骨细胞转化参与了糖基化终末产物介导的血管钙化过程。 随着分子生物学和免疫组化等技术的发展，发现粥样硬化动脉的钙化是一个与新骨形成极为相似的受基因调控的主动性代谢过程，在这一过程中有多种功能复杂的糖蛋白、mRNA、谷氨酸羟基酶等参与，这些糖蛋白主要是与新骨生成和钙化有关的蛋白，如骨桥素、骨连接素、骨钙素以及骨形成蛋白-2a等，因此目前认为动脉粥样硬化钙化是一个有组织、有调控的主动性过程，其钙盐的主要成分是羟磷灰钙，而不是原来认为的磷酸钙，此过程需要基因调控并通过以下基因/蛋白包括基质GLA蛋白和骨保护蛋白、端粒、碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原和BMP-2。40-50％主动脉及冠状动脉钙化的发生与基因有关。既往对相关基因的研究已证实，一些基因位点与冠状动脉钙化相关，而其中部分基因位点与也与动脉粥样硬化相关。例如9p21位点与血管疾病广泛相关，同时与亚临床动脉粥样硬化及钙化相关。最近一项关于冠状动脉钙化和心肌梗死的META分析显示，对来自5个同年龄组的1000名受试者定位了在9p21位点临近细胞周期蛋白基因、CDKN2B和CDKN2AA处的48种单核苷酸多态性，其与冠状动脉钙化的发生密切相关。这些基因编码的细胞周期蛋白可能与细胞衰老及炎症广泛相关。这种基因定位尚不清楚，因为它是一个固有的基因缺乏区，故起始DNA序列仍存在争议。因此，动脉粥样硬化钙化的机制需要更深入的研究。 2 动脉粥样硬化钙化的测定方法 冠状动脉钙化( coronary artery calcification, CAC) 可定量反映冠状动脉粥样硬化的严重程度。目前诊断动脉粥样硬化钙化的方法有电子束计算机体层摄影术（electron beam computed tomography，EBCT）、多排计算机体层摄影术（multi-slice spiral computed tomography，MSCT）、血管内超声（intravascular ultrasound，IVUS）等。近年来通过以上技术的推广使用，发现多数冠状动脉存在明显病变的病人及90％的冠状动脉性心脏病病人的动脉都有钙化。 2.1 MSCT和EBCT：MSCT和EBCT是目前定性、定量检测 CAC 最常用、敏感性、特异性最高的无创方法，可进行 CAC的检测和积分测量, 在检测冠状动脉钙化和斑块等方面具有较高的应用价值。冠状动脉钙化积分( coronary artery calcification score，CACS) 的计算为: 钙化面积×钙化灶峰值记分( 130～199 Hu 为1分， 200～299 Hu为2分，300～399Hu为3分，400 Hu为4分)，各支血管CACS之和即为钙化总积分。CACS＞100有明显临床意义，CACS＞400则为高分。 常用的钙化进展的计算有以下几种方法[13]；(1)第2次CT扫描与第1次CT扫描的CACS绝对值之差，即[CACS随访—CACS基线]；(2)前后两次CT扫描CACS平方根之差，即[√CACS 随访—√CACS基线]，通常将此差值>2.5作为钙化进展的界值；（3)前后两次CT扫描CACS的自然对数加25后之差，即[(In CACS随访+25)—(In CACS基线+25)]；(4)前后两次CT扫描CACS变化的百分比，即[(CACS随访一CACS基线)/ CACS基线]，通常将每年CACS进展>15％作为钙化进展的界值。 2.2血管内超声( IVUS)：血管内超声可以观察血管腔的大小、管壁的组成和病变等形态结构, 是识别易损斑块形态、组织结构的重要方法。Rieber等[14]认为 IVUS可以准确地鉴别钙化斑块和非钙化斑块。IVUS在检测致密钙化斑块时, 可测量钙化的范围、深浅, 敏感性高达90.0％。 2.3冠状动脉造影（CAG）：冠状动脉造影一直被认为是冠心病诊断的金。由于冠状动脉造影仅显示被造影剂充填的管腔轮廓, 通过管腔形态的改变间接反映位于管壁上的粥样硬化病变，因此只能对病变进行定性，在定量方面( 如斑块体积大小) 不能作出有效判断。 2.4光学相干断层成像术( OCT)： OCT成像系统可以清晰显示各种冠状动脉硬化斑块的特征, 对钙化病变的识别优为明显, 但由于受到血液的衰减作用以及对组织穿透能力的限制，所以目前主要作为一种研究工具。 3 动脉粥样硬化钙化的影响因素钙化逐渐被认为是斑块破裂的预测因子，因此对其影响因素的研究有利于防治粥样病变的发生发展，特别是对易损斑块破裂导致血栓形成的研究有很大作用。影响动脉粥样硬化钙化的因素主要有两类：动脉钙化相关调节因子及动脉粥样硬化的危险因素。 3.1 动脉钙化相关调节因子 3.1.1骨桥蛋白与动脉钙化：骨桥蛋白（osteopontin，OPN）是一种复杂的多功能性的糖蛋白。在各种肿瘤疾病、风湿免疫性疾病、炎症性疾病、泌尿系统结石等情况下，OPN 表达微量的多种组织细胞表达水平可能显著增高，并证实OPN 在各种肿瘤细胞的生长和转移、细胞免疫反应、控制各种炎症反应的强度以及调节组织损伤后的修复等生理及病理过程中均起到重要作用。Campos AH等研究证实，OPN 在正常动脉管壁的表达极其微少甚至不表达，但是在血管受到各种病理损伤后新生内膜中 OPN mRNA 表达水平明显上调[16]。国内外研究证实冠心病患者血浆OPN 浓度增高，且其升高程度与冠心病严重程度呈正相关[17]。张文勇等通过对比研究证实与单纯冠状动脉狭窄而不伴钙化的患者比较，伴有冠状动脉钙化的患者血浆 OPN 的升高更为明显，并通过观察患者在经PCI治疗前后血浆OPN 水平的变化发现，与术前相比，患者在术后24小时血浆 OPN 水平明显升高，而术后2周基本恢复至术前水平。 3.1.2 骨保护素与动脉钙化：骨保护素（osteoprotegerin，OPG）是肿瘤坏死因子受体家族的成员，由活化的T细胞和树突状细胞表达。OPG 在树突状细胞功能的激活和骨细胞的分化中发挥重要作用。Jono S等认为，血清 OPG 水平与冠心病的存在及20]。Morony S等通过动物。 3.1.3 基质γ羧基谷氨酸蛋白与动脉钙化：基质γ羧基谷氨酸蛋白（Matrix Gla Protein，MGP）是骨形成发生蛋白（bonemorphogenetic protein，BMP）的生物抑制剂。BMP 是生长因子-β 超家族成员，在胚胎发育期间由多种上皮和间叶组织产生，它参与软骨与骨的发育。动物实验研究证实，动脉粥样硬化及钙化部位MGP的过度表达，引起 BMP 活性减弱，导致动脉粥样硬化及钙化病变的进展。相反，MGP 表达减少，BMP 的活性增强，限制内皮细胞的粘附及单核细胞的浸润，而阻止动脉粥样硬化及钙化的形成。Schurgers LJ等研究证实，MGP 可与血管平滑肌细胞衍生囊泡的结合，而抑制其钙化的发生，并提出这一作用可能是维生素 K 依赖性的。 动脉钙化相关调节因子还有很多，如一氧化氮、LDL-C、血磷、血钙、TNF-α、1，25 一二羟维生素 D、胎球蛋白-A等等。此外Sposito AC等研究发现[24]血管紧张素原的基因多态性及HDL-2与有冠心病家族史患者的冠状动脉钙化相关。虽然部分因子的作用机制尚不清楚，但认识到这些因素在动脉钙化斑块形成过程中的重要作用，将为今后的相关研究提供理论基础。 3.2 动脉粥样硬化的危险因素 动脉粥样硬化钙化近年来被看成是一慢性的炎症过程，其中氧化型脂质一直被认为是重要的刺激因素。研究发现脂质氧化产物可以提高成骨细胞分化的标记物碱性磷酸酶的活性，诱导大面积动脉粥样硬化钙化，但是对骨细胞却起着相反的作用[25]。同样，实验证实了脂质氧化产物特别是ox-LDL对血管细胞的促钙化作用及对骨细胞的抑制分化作用[26]。此外，多种相互关联的因素，包括脂质代谢紊乱、氧化应激、炎症因子、矿物质及激素失衡均可导致动脉壁上类成骨细胞形成，从而导致动脉钙化发生。 4 动脉粥样硬化钙化与斑块稳定性的关系 动脉钙化是粥样硬化的特征性病变之一。动脉粥样硬化临床重要事件是血栓的形成，易损斑块破裂是导致这一事件发生的重要机制。与完全钙化的斑块不同，斑块内接近纤维帽或者通过纤维帽向管腔突出的钙化结节是易损斑块的特征之一，美国心脏协会也将斑块表面结节钙化作为判断易损斑块的次要标准。目前认为，在钙化尚未形成融合状态时，斑块肩部即不同密度组织的交界面由于受压而易破裂，钙化融合后，这种交界面减少，破裂发生率随之降低[27]。而Huang等[28]认为钙化可能不会影响冠脉粥样硬化斑块的机械稳定性，他们对20例冠心病患者的冠状动脉斑块的研究发现，在破裂的或稳定的冠脉粥样硬化斑块，脂质核显著地增加纤维帽的应力，而钙化对纤维帽应力的影响并不明确。因此，目前对于钙化本身是否会影响斑块的稳定性或增加斑块破裂的风险这一问尚存在争议。 5 动脉粥样硬化钙化对心血管疾病的影响 5.1 动脉粥样硬化钙化对心血管事件的预测价值 冠状动脉钙化积分作为一个指标对传统的冠心病危险分层进行重新定义。Raimund E等对4129例基线无钙化的45-75岁的患者进行随访，根据Framingham积分将患者进行危险分层，平均随访5年后，93例发生心源性猝死和心肌梗死，将CACS<100归为低危组，CACS=400归为高危组后，在原来的Framingham分组基础上，低危组增加了 21.7％，高危组增加了30.6％，融入CACS因素后，将由Framingham积分预测发生心脏事件风险的ROC曲线下面积由0.681提高到0.749(P<0.003)。 圣弗朗西斯心脏研究所在一项近5000人的前瞻性观察研究中对CACS高危因素和Ｃ-反应蛋白进行评估并生成建立这些变量的多变量模型。CACS＞100分的钙化相对于CACS＜100分预测粥样硬化心血管病事件、所有非致命性心肌梗死和心脏猝死的相对风险4.3年内为9.5～10.7。这项研究结果可以用于排除不需要治疗的患者。CACS为0分者，每年心血管事件的发病率为千分之一，提示为低危险组，可以通过生活习惯的改变得到有效治疗，而高危因素和Ｃ-反应蛋白却不能预测。 以上研究证实，CASC对心血管事件有较高预测价值，有助于及时发现冠状动脉事件的高危人群，从而降低不良心血管事件的发生率。 5.2 动脉粥样硬化钙化对冠状动脉狭窄的评估 Nieman等通过对 CACS、CT 血管造影术及运动试验在稳定性心绞痛患者中的诊断价值进行对比研究发现，在CACS为0的患者中仅有2％经CT血管造影术证实有冠心病，而在 CACS＞400 的患者中 CT 血管造影术的冠心病排除率不到6％，认为在稳定性心绞痛患者中CAC 可以作为一种可靠的冠心病排除诊断手段。但也有研究认为，CAC 阴性只说明在今后2～5年中出现心血管事件的危险性低，并不意味着包括不稳定斑块在内的动脉粥样硬化斑块不存在，Gottlieb等在72例CACS为0的患者中行冠状动脉造影检查，发现有14 例患者至少存在1支冠状动脉狭窄，其程度≥50％；在所有未见钙化病变的 383 支血管中有47 支狭窄≥50％ ；在完全闭塞的 64 支血管中有13 支未见钙化病变。由此可见，CAC 与冠状动脉狭窄并不完全存在相关性。未见钙化病变并不能排除冠状动脉狭窄以及冠状动脉造影的必要性；而CAC严重不一定存在狭窄性病变。 6 小结 血管钙化是动脉粥样硬化的一个临床标志，是在慢性炎症刺激下软组织钙化的特殊表现。近年来发现的与动脉钙化相关的调节因子虽然大多已经得到证实，但是仍然需要鉴定。加强对动脉粥样硬化钙化的研究有利于预测和缓解粥样硬化病变的发生发展及心血管系统疾病的研究。