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【摘要】 动脉钙化是指钙盐沉积在动脉壁的一种病理改变，是一种类似骨形成的主动可调节过程，分为内膜和中膜钙化。冠状动脉钙化（coronary artery calcium，CAC）是动脉钙化中极为重要、危险性极大的一种，其与心血管事件发生率密切相关，是心血管事件发生的一个独立的预测因子，预测价值优于传统危险因素。研究动脉钙化复杂的发生机制对于临床预防心血管事件和逆转冠状动脉钙化有重要的指导价值。本文主要阐述其最新的分子机制，如：骨保护素、胎球蛋白A、成纤维细胞生长因子23等。
【关键词】 冠状动脉钙化；分子机制
以往认为动脉钙化的形成与细胞变性、坏死有关，是一个被动、退行性过程，但随着分子生物学和免疫组化等技术的发展，发现动脉钙化是一个类似骨形成的可调控的主动性过程，其钙盐的主要成份是羟磷灰石，多种机制参与了动脉钙化，各种因素引起的钙磷代谢紊乱（如继发性甲状旁腺亢进、维持性透析等）、脂质代谢异常、高血压、糖尿病等通过各种机制参与动脉钙化，已有相关大量阐述，不再赘述，现只针对一些最新的重要机制阐述如下。
1 基质γ-羟基谷氨酸蛋白（MGP）
MGP是动脉钙化的一个重要抑制因子，Luo等发现MGP基因敲除的小鼠主动脉严重钙化并死于严重的中膜钙化和主动脉破裂。MGP是一种广泛分布于骨骼、牙质等组织中低分子蛋白，是动脉内异位钙化的重要调节因子，其抑制钙化的机制可能为：①完整γ羧化的MGP在钙离子作用下发生构象转变，与骨形态发生蛋白2结合，使其失去与受体结合能力，同时减弱Smad1-BMP信号系统途径从而拮抗其促进动脉钙化的作用；②MGP可与血清中游离钙离子结合，清除体内过多的钙离子，同时与血管局部的羟磷酸结合成羟磷酸钙，抑制钙结晶形成，另外还可通过与细胞外基质成分结合，抑制钙结晶形成；③MGP可与胎球蛋白形成胎球蛋白-MGP-矿化复合物来作用于异位钙化，抑制钙磷沉积及羟磷灰石的形成。Di Bartolo 等[1]在小鼠动脉钙化模型中发现MGP在焦磷酸盐存在的情况下可抑制羟磷灰石形成和改变小鼠主动脉中Runx2 mRNA含量从而阻止动脉钙化进程。
2 骨保护素（OPG）
有文献报道，OPG基因敲除小鼠在成熟前有主动脉和肾动脉钙化，用重组OPG治疗可预防、逆转动脉钙化，故认为OPG有抑制动脉钙化的作用。OPG主要通过骨保护素（OPG）/核因子受体活化因子配体（RANKL）-核因子受体活化因子（RANK）信号系统调控动脉钙化。RANKL是一类膜受体，主要由破骨细胞及其前体细胞等产生，其与破骨细胞骨谱系细胞表面的RANK结合会刺激诱导前体破骨细胞分化、发育，形成成熟的破骨细胞。RANK也是一类膜受体，属TNFR家族，是RANKL发挥作用的唯一靶受体。OPG是一种可溶性糖蛋白，其高度保守的半胱氨酸富集区与TNFR家族具有同源性，故其可以和RANK竞争与RANKL结合，阻断RANK与RANKL的结合，从而阻断其所产生的转录活化信号，抑制破骨细胞分化成熟、诱导破骨细胞凋亡，抑制动脉钙化[2]。
3 胎球蛋白A（Fetuin-A）
是一种很强的钙化抑制因子，其水平的降低与心血管病死率升高关系密切[3]，且有研究显示胎球蛋白A水平低于O.29mg/mL的患者易发生动脉钙化。胎球蛋白A抑制钙化的主要机制为：①胎球蛋白A有很多钙离子结合位点，其N端富含酸性氨基酸残基，可与Ca2+、P033-形成可溶性的胶体微球，增加其溶解度，抑制血清过饱和的钙磷沉积；②胎球蛋白A可通过与MGP、钙、磷形成可溶性蛋白矿物复合物并促进MGP的表达，抑制羟磷灰石前体的形成和沉淀从而抑制钙化；③已证实BMP信号系统参与软骨细胞和成骨细胞的分化和增殖，在动脉钙化的形成中发挥着重要作用。TGF-β是具有生物活性的细胞因子，可与细胞膜表面结合受体（Ⅱ型受体）结合，通过BMP信号途径参与细胞外矿化基质的形成。胎球蛋白A分子N端存在与TGF-β受体相似的序列，可与TGF-β结合，阻止其与TGF-βⅡ型受体结合，阻断TGF-β依赖的BMP信号转导，从而抑制动脉钙化[4]；④动脉壁炎症细胞激活及炎症因子释放引发的氧化级联反应，可通过改变血管平滑肌细胞的表型等，启动骨生成过程，导致并加速动脉钙化。胎球蛋白A是炎症反应负性蛋白，能抑制炎症细胞激活及炎症因子的释放，从而能抑制动脉钙化。
4 骨桥蛋白（OPN）
OPN是一种在骨、软骨等组织中广泛表达的磷酸蛋白，其抑制动脉钙化的机制一方面由于其可与动脉壁中的钙离子、羟磷灰石结合，抑制钙盐沉积和羟磷灰石结晶的产生，另一方面由于其与破骨细胞表面的整合素αvβ3受体结合，酸化局部微环境，使矿物质溶解，抑制羟磷灰石结晶的形成，并分泌蛋白酶和水解酶，降解胶原和其他的骨基质蛋白，刺激破骨细胞的骨重吸收活性[5]。
5 骨形态发生蛋白2（BMP-2）
BMP-2是一种动脉钙化促进因子，可与细胞膜受体结合，启动细胞内信号传导，在Smads和多种DNA结合因子、激活因子等共同作用下促进骨形成相关基因表达。Chen等研究发现，在钙化过程中BMP-2进行性分泌增加。BMP-2促进动脉钙化的主要机制为：①通过环磷酸腺苷/蛋白激酶A信号通路上调RunX2基因的表达和碱性磷酸酶（ALP）的活性，增加了骨钙素和胶原蛋白含量及细胞内ALP的活性；②通过BMP-2-Cbfa1信号通路和BMP-2-MsX2信号通路实现软骨内及膜内骨化；③与MGP等抑制因子的失活物形成复合物从而促进动脉钙化。研究发现，予RANKL或OPG中和抗体刺激血管内皮细胞可使BMP-2分泌明显增多，从而上调平滑肌细胞核结合子a1（Cbfa1）等骨形成转录因子及OPN等骨相关基因的表达，使血管平滑肌细胞向骨样表型转化，从而促进钙化[6]。 6 血管平滑肌细胞（VSMC）与碱性磷酸酶（ALP）的作用
VSMC可向成骨细胞分化，有文献报道，在进展的动脉粥样硬化斑块中，VSMC的表型发生改变，这在动脉钙化中起重要作用。血管损伤时VSMC去分化，由正常分化表型（收缩型）向增殖表型（合成型）转换，同时向内膜迁移并合成细胞外基质以修复损伤血管，损伤修复后，VSMC又转换成收缩表型。在某些条件（如炎症、高磷血症等）下，调节VSMC分化的信号系统出现紊乱，VSMC维持增殖表型或向成骨细胞等间质细胞系转化，并开始表达成骨相关蛋白（如Cbfa1），同时表达活性ALP，细胞质内的Ca2+和无机磷酸盐与ALP相互作用，经细胞膜以出芽形式分泌到胞外形成基质小囊泡，这些基质小囊泡和细胞外蛋白（如胶原蛋白）相互作用，并在磷酸八钙的作用下形成结晶，这类结晶向外延附着生长形成羟磷灰石，转分化的VSMC主动沉积羟磷灰石，导致动脉钙化[7]。
7 纤连蛋白（Fn）
Fn是血浆及基质蛋白的重要组份，已被证实在骨形成早期参与成骨细胞分化而促进动脉钙化，Fn促进动脉钙化的主要机制为：Fn与VSMC膜上的整合素受体相互作用，使胞外信号调节激酶（ERK）磷酸化，激活了胞外信号调节激酶-丝裂原活化蛋白激酶（ERK-MAPK）信号传导通路，从而促进了与成骨样分化相关标志物（如ALP）的表达，并上调了成骨样分化中起关键作用的转录因子Cbfa1的表达，使VSMC向成骨样细胞表型转化而促进动脉钙化。
8 成纤维细胞生长因子23（FGF-23）
FGF-23是由成骨细胞合成的一种调节骨及矿物质代谢的新型因子，有文献报道FGF-23对钙磷代谢有重要的调节作用，是引起动脉钙化、导致心血管事件发生的重要病理基础，与血液透析患者动脉钙化有独立相关性[8]。FGF-23的主要生理功能是降低血磷水平，研究发现，FGF-23的许多生理功能是通过其辅助因子klotho实现的，在CKD患者，肾脏klotho mRNA表达减少，而FGF-23进行性升高[9]，升高的FGF-23通过与其受体的非特异性低亲和力结合而促进动脉钙化；此外，FGF-23可能与骨ALP、PTH和血磷一样，对动脉钙化的发生有直接的促进作用。
总之，动脉钙化的机制较复杂，各种因子通过各种机制促进或抑制着动脉钙化的进程，而动脉钙化尤其是冠状动脉钙化是急性心血管事件的重要危险因素，发病率高，危害性大，故研究其机制对于临床预防心血管事件有重大的意义。
参考文献
[1] Di Bartolo BA，Schoppet M，Mattar MZ，etal.Calcium and osteoprotegerin regulate IGF1R expression to inhibit vascular calcification[J].Cardiovasc Res，2011，（91）：537-545.
[2] 徐高阳，罗助荣.骨保护素系统与动脉粥样硬化的关系[J].中国动脉硬化杂志，2010，18（12）：1004-1007.
[3] Jung HH，Baek HJ，Kim SW.Fetuin-A，coronary artery calcification and outcome in maintenance hemodialysis Patients[J].ClinNephrol，2011，75（5）：391-396.
[4] 彭朝胜，曹悦鞍.胎球蛋白-A与动脉钙化[J].海军总医院学报，2010，23（1）：29-32.
[5] Li X，Speer MY，Yang H，et al.Vitamin D receptor activators induce an anticalcific paracrine program in macrophages：requirement of osteopontin[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2010，30（2）：321-326.
[6] Kanakaris NK，Petsatodis G，Tagil M，et al.Is there a role for bone morphpgenetil proteins in osteoporotic fractures？[J].Injury，2009，40 Suppl 3：S21-S26.
[7] 芮宏亮，张 凌.慢性肾脏病血管钙化的发生机制[J].中国血液净化，2010，9（5）：236-238.
[8] Nasral1ah MM，El Shehaby AR，Salem MM，et a1.Fibroblast growth factor 23（FGF23）is independently correlated to aortic calcification in haemodialysis patients[J].Nephrol Dial Transp1ant，2010，25：2679-2685.
[9] Nasral1ah MM，El Shehaby AR，Salem MM，et a1.Fibroblast growth factor 23（FGF 23）is independently correlated to aortic calcification in haemodialysi s patients[J].Nephrol Dial Transp1ant，2010，（25）：2679-2685.
【关键词】 冠状动脉钙化；分子机制
以往认为动脉钙化的形成与细胞变性、坏死有关，是一个被动、退行性过程，但随着分子生物学和免疫组化等技术的发展，发现动脉钙化是一个类似骨形成的可调控的主动性过程，其钙盐的主要成份是羟磷灰石，多种机制参与了动脉钙化，各种因素引起的钙磷代谢紊乱（如继发性甲状旁腺亢进、维持性透析等）、脂质代谢异常、高血压、糖尿病等通过各种机制参与动脉钙化，已有相关大量阐述，不再赘述，现只针对一些最新的重要机制阐述如下。
1 基质γ-羟基谷氨酸蛋白（MGP）
MGP是动脉钙化的一个重要抑制因子，Luo等发现MGP基因敲除的小鼠主动脉严重钙化并死于严重的中膜钙化和主动脉破裂。MGP是一种广泛分布于骨骼、牙质等组织中低分子蛋白，是动脉内异位钙化的重要调节因子，其抑制钙化的机制可能为：①完整γ羧化的MGP在钙离子作用下发生构象转变，与骨形态发生蛋白2结合，使其失去与受体结合能力，同时减弱Smad1-BMP信号系统途径从而拮抗其促进动脉钙化的作用；②MGP可与血清中游离钙离子结合，清除体内过多的钙离子，同时与血管局部的羟磷酸结合成羟磷酸钙，抑制钙结晶形成，另外还可通过与细胞外基质成分结合，抑制钙结晶形成；③MGP可与胎球蛋白形成胎球蛋白-MGP-矿化复合物来作用于异位钙化，抑制钙磷沉积及羟磷灰石的形成。Di Bartolo 等[1]在小鼠动脉钙化模型中发现MGP在焦磷酸盐存在的情况下可抑制羟磷灰石形成和改变小鼠主动脉中Runx2 mRNA含量从而阻止动脉钙化进程。
2 骨保护素（OPG）
有文献报道，OPG基因敲除小鼠在成熟前有主动脉和肾动脉钙化，用重组OPG治疗可预防、逆转动脉钙化，故认为OPG有抑制动脉钙化的作用。OPG主要通过骨保护素（OPG）/核因子受体活化因子配体（RANKL）-核因子受体活化因子（RANK）信号系统调控动脉钙化。RANKL是一类膜受体，主要由破骨细胞及其前体细胞等产生，其与破骨细胞骨谱系细胞表面的RANK结合会刺激诱导前体破骨细胞分化、发育，形成成熟的破骨细胞。RANK也是一类膜受体，属TNFR家族，是RANKL发挥作用的唯一靶受体。OPG是一种可溶性糖蛋白，其高度保守的半胱氨酸富集区与TNFR家族具有同源性，故其可以和RANK竞争与RANKL结合，阻断RANK与RANKL的结合，从而阻断其所产生的转录活化信号，抑制破骨细胞分化成熟、诱导破骨细胞凋亡，抑制动脉钙化[2]。
3 胎球蛋白A（Fetuin-A）
是一种很强的钙化抑制因子，其水平的降低与心血管病死率升高关系密切[3]，且有研究显示胎球蛋白A水平低于O.29mg/mL的患者易发生动脉钙化。胎球蛋白A抑制钙化的主要机制为：①胎球蛋白A有很多钙离子结合位点，其N端富含酸性氨基酸残基，可与Ca2+、P033-形成可溶性的胶体微球，增加其溶解度，抑制血清过饱和的钙磷沉积；②胎球蛋白A可通过与MGP、钙、磷形成可溶性蛋白矿物复合物并促进MGP的表达，抑制羟磷灰石前体的形成和沉淀从而抑制钙化；③已证实BMP信号系统参与软骨细胞和成骨细胞的分化和增殖，在动脉钙化的形成中发挥着重要作用。TGF-β是具有生物活性的细胞因子，可与细胞膜表面结合受体（Ⅱ型受体）结合，通过BMP信号途径参与细胞外矿化基质的形成。胎球蛋白A分子N端存在与TGF-β受体相似的序列，可与TGF-β结合，阻止其与TGF-βⅡ型受体结合，阻断TGF-β依赖的BMP信号转导，从而抑制动脉钙化[4]；④动脉壁炎症细胞激活及炎症因子释放引发的氧化级联反应，可通过改变血管平滑肌细胞的表型等，启动骨生成过程，导致并加速动脉钙化。胎球蛋白A是炎症反应负性蛋白，能抑制炎症细胞激活及炎症因子的释放，从而能抑制动脉钙化。
4 骨桥蛋白（OPN）
OPN是一种在骨、软骨等组织中广泛表达的磷酸蛋白，其抑制动脉钙化的机制一方面由于其可与动脉壁中的钙离子、羟磷灰石结合，抑制钙盐沉积和羟磷灰石结晶的产生，另一方面由于其与破骨细胞表面的整合素αvβ3受体结合，酸化局部微环境，使矿物质溶解，抑制羟磷灰石结晶的形成，并分泌蛋白酶和水解酶，降解胶原和其他的骨基质蛋白，刺激破骨细胞的骨重吸收活性[5]。
5 骨形态发生蛋白2（BMP-2）
BMP-2是一种动脉钙化促进因子，可与细胞膜受体结合，启动细胞内信号传导，在Smads和多种DNA结合因子、激活因子等共同作用下促进骨形成相关基因表达。Chen等研究发现，在钙化过程中BMP-2进行性分泌增加。BMP-2促进动脉钙化的主要机制为：①通过环磷酸腺苷/蛋白激酶A信号通路上调RunX2基因的表达和碱性磷酸酶（ALP）的活性，增加了骨钙素和胶原蛋白含量及细胞内ALP的活性；②通过BMP-2-Cbfa1信号通路和BMP-2-MsX2信号通路实现软骨内及膜内骨化；③与MGP等抑制因子的失活物形成复合物从而促进动脉钙化。研究发现，予RANKL或OPG中和抗体刺激血管内皮细胞可使BMP-2分泌明显增多，从而上调平滑肌细胞核结合子a1（Cbfa1）等骨形成转录因子及OPN等骨相关基因的表达，使血管平滑肌细胞向骨样表型转化，从而促进钙化[6]。 6 血管平滑肌细胞（VSMC）与碱性磷酸酶（ALP）的作用
VSMC可向成骨细胞分化，有文献报道，在进展的动脉粥样硬化斑块中，VSMC的表型发生改变，这在动脉钙化中起重要作用。血管损伤时VSMC去分化，由正常分化表型（收缩型）向增殖表型（合成型）转换，同时向内膜迁移并合成细胞外基质以修复损伤血管，损伤修复后，VSMC又转换成收缩表型。在某些条件（如炎症、高磷血症等）下，调节VSMC分化的信号系统出现紊乱，VSMC维持增殖表型或向成骨细胞等间质细胞系转化，并开始表达成骨相关蛋白（如Cbfa1），同时表达活性ALP，细胞质内的Ca2+和无机磷酸盐与ALP相互作用，经细胞膜以出芽形式分泌到胞外形成基质小囊泡，这些基质小囊泡和细胞外蛋白（如胶原蛋白）相互作用，并在磷酸八钙的作用下形成结晶，这类结晶向外延附着生长形成羟磷灰石，转分化的VSMC主动沉积羟磷灰石，导致动脉钙化[7]。
7 纤连蛋白（Fn）
Fn是血浆及基质蛋白的重要组份，已被证实在骨形成早期参与成骨细胞分化而促进动脉钙化，Fn促进动脉钙化的主要机制为：Fn与VSMC膜上的整合素受体相互作用，使胞外信号调节激酶（ERK）磷酸化，激活了胞外信号调节激酶-丝裂原活化蛋白激酶（ERK-MAPK）信号传导通路，从而促进了与成骨样分化相关标志物（如ALP）的表达，并上调了成骨样分化中起关键作用的转录因子Cbfa1的表达，使VSMC向成骨样细胞表型转化而促进动脉钙化。
8 成纤维细胞生长因子23（FGF-23）
FGF-23是由成骨细胞合成的一种调节骨及矿物质代谢的新型因子，有文献报道FGF-23对钙磷代谢有重要的调节作用，是引起动脉钙化、导致心血管事件发生的重要病理基础，与血液透析患者动脉钙化有独立相关性[8]。FGF-23的主要生理功能是降低血磷水平，研究发现，FGF-23的许多生理功能是通过其辅助因子klotho实现的，在CKD患者，肾脏klotho mRNA表达减少，而FGF-23进行性升高[9]，升高的FGF-23通过与其受体的非特异性低亲和力结合而促进动脉钙化；此外，FGF-23可能与骨ALP、PTH和血磷一样，对动脉钙化的发生有直接的促进作用。
总之，动脉钙化的机制较复杂，各种因子通过各种机制促进或抑制着动脉钙化的进程，而动脉钙化尤其是冠状动脉钙化是急性心血管事件的重要危险因素，发病率高，危害性大，故研究其机制对于临床预防心血管事件有重大的意义。
参考文献
[1] Di Bartolo BA，Schoppet M，Mattar MZ，etal.Calcium and osteoprotegerin regulate IGF1R expression to inhibit vascular calcification[J].Cardiovasc Res，2011，（91）：537-545.
[2] 徐高阳，罗助荣.骨保护素系统与动脉粥样硬化的关系[J].中国动脉硬化杂志，2010，18（12）：1004-1007.
[3] Jung HH，Baek HJ，Kim SW.Fetuin-A，coronary artery calcification and outcome in maintenance hemodialysis Patients[J].ClinNephrol，2011，75（5）：391-396.
[4] 彭朝胜，曹悦鞍.胎球蛋白-A与动脉钙化[J].海军总医院学报，2010，23（1）：29-32.
[5] Li X，Speer MY，Yang H，et al.Vitamin D receptor activators induce an anticalcific paracrine program in macrophages：requirement of osteopontin[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2010，30（2）：321-326.
[6] Kanakaris NK，Petsatodis G，Tagil M，et al.Is there a role for bone morphpgenetil proteins in osteoporotic fractures？[J].Injury，2009，40 Suppl 3：S21-S26.
[7] 芮宏亮，张 凌.慢性肾脏病血管钙化的发生机制[J].中国血液净化，2010，9（5）：236-238.
[8] Nasral1ah MM，El Shehaby AR，Salem MM，et a1.Fibroblast growth factor 23（FGF23）is independently correlated to aortic calcification in haemodialysis patients[J].Nephrol Dial Transp1ant，2010，25：2679-2685.
[9] Nasral1ah MM，El Shehaby AR，Salem MM，et a1.Fibroblast growth factor 23（FGF 23）is independently correlated to aortic calcification in haemodialysi s patients[J].Nephrol Dial Transp1ant，2010，（25）：2679-2685.