Vascular calcification in chronic kidney disease: an update

背景：
心血管疾病是慢性肾病（CKD）和透析患者死亡的主要原因，除高脂血症、高血压等传统因素之外，尿毒症、矿物质-骨代谢疾病、心血管组织早衰、炎症、氧化应激等非传统因子也是促进因素。本综述回顾了CKD中关于心血管钙化的最新认知。分别从临床表现、病理机制、临床治疗及效果三方面综合阐述研究进展。

临床表现和结果：

绝大多数病程较长的CKD患者，特别是透析患者都存在不同程度的血管钙化。血管钙化可以分为两种：血管中层钙化和内膜斑块的钙化加速。其他形式的心脏钙化（如心肌或瓣膜钙化）及钙化性尿毒症小动脉病变（钙化防御）不在本文讨论范围内。

病理机制：

导致CKD患者骨外钙化的原因在于钙化的促进因素和抑制因素失衡。这些因素以不同的方式作用于各级动脉血管。

钙化促进因素之一：骨矿物质的代谢紊乱

血管钙化的主要成分是钙和磷组成的羟磷灰石。CKD患者血钙和血磷水平升高是导致死亡率升高的风险因子，是促进血管平滑肌细胞（VSMCs）矿物化的因素。实验性研究显示，增加磷浓度（钠磷协同转移子PiT-1进入细胞内）会导致人体动脉血管平滑肌细胞（VSMCs）向成骨细胞表型分化。不同于骨形态发生蛋白BMP-7，其他的BMPs（如BMP-2）是钙化形成的促进因素。年龄是研究人体动脉及钙化机制的重要混杂变量，因此有必要研究儿童尿毒症患者的动脉钙化的进展过程以获取更多信息。事实上已有相关研究中提示，磷能够导致钙化进展和成骨样细胞转分化，钙能够强化这些效应。

尿毒症钙磷代谢紊乱常伴随PTH和FGF23调节障碍。高PTH提示高水平的骨转运，与钙磷释放入循环（脉管系统）相关；而PTH过多抑制会产生无动力性/低动力性骨病，通常与心血管钙化表现相关。Klotho是FGF23的共受体，Klotho缺乏与动脉钙化发生及FGF23对血管保护效应抵抗相关。钙化动脉VSMCs的钙敏感受体水平下调，亦可能是钙化的促进因素。尿毒症老鼠模型显示钙敏感受体激动剂可以预防中层钙化。

钙化促进因素之二：血管细胞外基质改变

细胞外基质分子如1型胶原、骨涎蛋白、纤连蛋白、核心蛋白聚糖都被证实参与了血管的生物矿化过程。遗传性疾病如弹性假黄瘤（PEX）或马凡氏综合征特征性的临床表型与动脉重塑过程的临床表现类似，而动脉重塑又与钙化密切相关。动脉重塑是由于疾病、受伤、年龄增长而发生的血管壁结构、功能的改变，导致VSMC表型改变，从而促进钙化。基质金属蛋白酶（MMP）能够降解细胞外基质成分而调节动脉钙化。研究表明钙化常常沿着弹性蛋白纤维发生，弹性蛋白降解的多肽片段亦可以促进钙化发生。组织蛋白酶S，正常功能为促进弹力纤维水解，肾病时由于其缺乏反而能抑制血管钙化进程。但弹性蛋白降解仅见于CKD动物实验，尚未在人体尿毒症动脉中证实弹性蛋白降解的存在。

钙化促进因素之三：血管酶活性改变

碱性磷酸酶通过降低焦磷酸盐（一种钙抑制剂）水平而促进羟磷灰石形成。CD73是催化AMP变成腺苷酸和无机磷的一种活性酶，CKD时其活性下降，导致碱性磷酸酶活性上升，从而促进钙化。此外，近期研究发现的另一磷酸酶（PHOSPHOL1）亦参与了血管钙化，结果显示抑制PHOSPHO1活性能延缓血管钙化的发生和发展。

其他钙化促进因素

很多研究提示脂质、氧化应激参与了血管钙化。在体外培养的VSMCs中，脂质（如，软脂酸）会通过酰基辅酶A合成酶（Acyl-CoA synthetases）和NFKB，诱导矿物化形成，氧化型低密度脂蛋白通过上调依赖于Msx2的osterix表达而促进成骨分化。其他几项因子如microRNAs也可能促进血管钙化。脂肪因子clq/肿瘤坏死因子相关蛋白-3的过渡表达促进了磷诱导的VSMCs钙化。

其他因素包括某些药物、疾病，也是钙化促进因素。如糖尿病，已知与心血管钙化相关；如华法林，通过抑制维生素K循环降低活化MGP的水平；炎症导致降低胎球蛋白A水平（Fetuin A），从而诱导心血管钙化。

最近，有关内皮细胞微粒的研究显示了调节炎症导致的血管钙化，提示不同血管细胞之间和血管层之间的交互作用，开启了更复杂有趣的研究领域。

钙化的抑制因素

Fetuin-A—胎球蛋白A

Fetuin-A（AHSG；2-Heremans-Schmid糖蛋白）是肝源性血浆蛋白，属于半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族中亚组3，以高浓度在血浆中循环，人体范围0.5-1.0g/L。Fetuin-A缺乏的DBA/2老鼠模型，证实Fetuin-A是异位钙化的系统抑制因子。Fetuin-A的缺乏对血管损伤有促进作用。

血透患者中，Fetuin-A水平下降与炎症相关，亦可能通过其对血管钙化的影响与患者死亡率相关。钙蛋白微粒（Calciprotein ，CPP）已经确认是异位钙化的一个激发因素，形成和去除这些微粒是Fetuin-A的主要作用。在血管的局部，来源于VSMCs的细胞外囊泡样结构可以聚集Fetuin-A以防止钙化。最近，又有研究证实Fetuin-A能改变钙化颗粒对VSMCs的细胞毒性。除了直接对抗钙化微粒的作用效应之外，Fetuin-A还能与BMP-2\BMP-4\BMP-6结合，从而降低成骨细胞软骨形成活性。

Matrix Gla protein—谷氨酸蛋白

谷氨酸蛋白（MGP）是维生素K依赖性蛋白，在软骨和钙化组织中广泛表达和累积。MGP缺乏的小鼠常在出生2月内因为动脉钙化导致的血管破裂出血而死亡。通过化学抑制MGP功能和谷氨酸残基突变已经证明，维生素K是激活MGP的必要的辅助因子。MGP的准确功能尚未阐明，可能包括抑制钙晶体形成，阻滞BMP-2和BMP-4功能，遮蔽钙化灶。与Fetuin-A类似，MGP也在细胞外囊泡中积聚阻断钙磷沉淀。

Osteoprotegerin—骨保护素

骨保护素（OPG）是一种RANKL的可溶性受体。在体内广泛表达，尤其是在动脉的血管平滑肌细胞和内皮细胞中存在高表达，其功能是防止RANKL结合至RANK，从而抑制破骨细胞活性和骨吸收。OPG缺乏的老鼠模型同时增加了骨质疏松和血管钙化。临床上，OPG高循环水平与动脉硬化或动脉硬化性疾病风险因子相关，提示代偿性升高。

Pyrophosphate，ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase—焦磷酸盐，核苷酸内焦磷酸酶/磷酸二酯酶

ENPP1是一种基因，用于编码焦磷酸盐产生的酶，调节细胞外磷酸盐。通过“脚尖走路老鼠”模型研究，显示ENPP1基因与异位钙化有关。细胞外焦磷酸盐正常水平足以防止血管钙化。血透患者，焦磷酸盐血浆水平下降，与血管钙化负相关。

Osteopontin—骨调素

骨调素（OPN）是一种细胞外磷酸化蛋白质，具有很多负电荷的磷酸丝氨酸。负电荷赋予OPN对羟磷灰石有极强的吸引力。OPN在矿化组织如骨、牙齿中出现。OPN缺乏的小鼠模型表现出加速性血管钙化。OPN通过抑制钙晶体发展和促进破骨细胞功能，调节矿物化过程。健康的动脉中，不会出现OPN，但在钙化斑块中，其高度上调。

血管平滑肌细胞的表型和反应的改变

Osteochondrogenesis—骨软骨形成

血管平滑肌（VSMCs）是抑制血管组织矿物化的关键点。细胞本身具有一系列抑制钙化形成的蛋白如BMP-7、骨调素、MGP等，而且还可以从循环中摄取强力抑制剂Fetuin-A。但同时矛盾的是，VSMCs也能促进矿物化过程，通过产生细胞外囊泡作为钙化的成核位点，这与基质囊泡在骨形成中的方式类似。目前尚不清楚为什么促钙化的进程是由VSMCs执行的，一种可能的解释是VSMCs固有的非期望的旁观者效应，即为适应环境变化而改变了表型，正如CKD呈现的病理环境导致了其表型的变化。

VSMCs可以逆向转变表型，从可收缩表型转变成合成表型（移行/增殖）和骨软骨形成表型。炎症、氧化应激、年龄会上调骨软骨转录因子如Msx2，Runx2， Sox9和osterix。这些转录因子通过上调骨和软骨细胞蛋白的表达，如骨调素、骨钙素、AKP，下调VSMC收缩蛋白的表达，如SM22-α和SM α-actin，从而使血管平滑肌细胞向骨软骨细胞表型转化。尿毒症恶化了这个过程，如，重启骨钙素表达，下调SMAα。平滑肌细胞特异性Runx2缺乏的小鼠模型显示极大抵抗钙化的作用。

Vascular ageing and senescence—血管老化

正常血管逐渐老化与细胞衰老相关，这在VSMCs表型变化中可见。

在分子水平研究疾病和细胞老化相关的VSMC表型时，推导出一个假说，即疾病如CKD导致的血管钙化被认为是VSMCs提前老化的结果。前核纤层蛋白（Prelamin A)是一种LMNA基因编码的未处理的产物，是VSMCs老化的驱动因子。

体外研究证实VSMCs表达的Prelamin A可以破坏DNA、上调Runx2和促进骨软骨形成的分化和钙化。体内试验亦发现在老年患者钙化动脉的VSMC核中可检测到Prelamin A，在年轻的CKD患者中也能发现，提示后者的血管存在加速老化的进程。这些新发现为未来血管钙化的预防及治疗提供了新的潜在策略和目标。

Extracellular vesicles and mineralization—细胞外囊泡和矿物化

目前研究表明，细胞外囊泡是促进VSMC调节钙化的主要参与者，为钙晶体集结成核提供位点，这些囊泡可以由活细胞（微囊泡和基质囊泡，外来体）和死亡细胞（凋亡小体）产生，出现在CKD患者的钙化动脉中。

体外实验中，VSMCs产生的细胞外囊泡的成分和致钙化作用可因环境因子（如钙、磷）和细胞表型的不同而不同。正常情况下，VSMCs产生细胞外囊泡含有钙化抑制因子如，MGP和fetuin-A。当钙、磷升高，炎症细胞因子和活性氧引起细胞表型改变时，细胞外囊泡产生物质也发生变化：上述的相关抑制因子产生减少，而促钙化的因子增多，如：磷脂丝氨酸（phosphatidylserine）和膜联蛋白（annexin）。

VSMCs不仅在活的时候参与血管钙化进程，也能在死亡进程中通过凋亡和继发性坏死，产生促钙化的细胞外囊泡。动物模型中，慢性VSMC凋亡会引起年轻动物的动脉粥样硬化斑块的钙化。ZVAD，是一种凋亡抑制剂，在离体模型中，能有效抑制CKD血管钙化。

临床治疗和结果：

钙磷平衡

在中重度的CKD患者中，如果饮食摄入钙超过800mg/day，会有钙潴留倾向。透析液中的钙是钙量平衡的另一项重要考虑因素。血透时，透析液钙浓度1.25mmol/L通常被认为能维持钙平衡，而高钙透析液易促进钙负荷。特别当患者同时使用含钙的磷结合剂时，目前的共识是可以选用更低浓度的透析液钙。

另一重要的考虑因素是血磷，当透中钙量正平衡而磷控制不足时会明显加速血管钙化进程。透析液中钙的调整还需考虑循环中的iPTH。透析液中钙浓度1.25mmol/L或更低时会刺激PTH释放，而1.375mmol/L能导致更稳定的PTH水平。前者（1.25mmol/L）应用于PTH低值时较佳，如PTH低于正常范围上限的2倍。迄今为止，尚无大型研究结果证实非常低的透析液钙一定是安全且能改善临床预后的。多数中心因此不会将透析液钙降低至1.25mmol/L以下，除非患者有非常显著的高钙血症。

关于如何优化透析液钙的讨论仍在继续，采用钙1.25mmol/L或更低，或个体化方式仍在讨论中，对更低钙透析液的证据仍存在质疑。

磷潴留是CKD进展中的另一并发症。检测尿液排磷可为饮食摄入提供有效信息，对于稳定患者而言，可能用于指导饮食方案。除饮食控磷，在CKD进展中通常还需磷结合剂。数项研究显示如果避免选用含钙磷结合剂，能减缓心血管钙化进程。一项意大利的关于非透析CKD3-4期患者的研究显示，与仅饮食限制或饮食限制加醋酸钙比较，限磷饮食加司维拉姆的患者心血管钙化进程最慢。但也有矛盾的研究结果，如一项纳入148例CKD3-4期患者的研究，磷结合剂与安慰剂比较，不是减缓而是增速了血管钙化进程，研究者认为可能是肠道壁磷转运上调，因而磷吸收更多而不是更少；也可能由于研究设计因素，将随机分入醋酸钙、碳酸澜、碳酸思维拉姆的患者并入一个“磷结合剂”人群。根据之后补充数据显示，受限于各组小样本，仅醋酸钙一组的患者提示心血管钙化进展。

因此，笔者认为，数据基本一致显示，对于CKD进展或透析患者，且有较好的生存预后者，应该避免使用含钙的磷结合剂。尽管目前多数研究结果不能证明不含钙的磷结合剂的生存优势（多数是因为单一研究power不足），但是，一项荟萃分析报告提示使用不含钙的磷结合剂能降低风险22%。

维生素D衍生物

目前缺乏活性维生素D衍生物对CKD中重度患者对钙化进程影响的大型随机对照研究。既往经验提示，大剂量骨化三醇或其他活性维生素D衍生物会加速血管钙化。近期一项血透患者的小型随机试验，每2周进行安慰剂或天然维生素D（维生素D3，25000IU）治疗，12月以后，钙化评分在两组进程近似。

钙敏感受体激活剂

ADVANCE研究是目前唯一一项关于评估西那卡塞对心血管钙化进展的大型随机研究。研究中，将360例血透患者随机分入西那卡塞加低剂量骨化三醇或维生素D类似物治疗组及单用维生素D治疗组。主要终点是随访52周后的冠脉钙化评分百分比变化，在两组中没有显著差异。但在各个研究中心都观察到西那卡塞联合小剂量维生素D组优于单纯维生素D治疗组的一致趋势；而且， 在联合治疗组中存在过度使用维生素D类似物也可能是导致研究没有统计学意义的混杂因素之一。此外，有病例报道在高PTH水平患者使用西那卡塞后的异位钙化有逆转。

维生素K和维生素K的拮抗剂

迄今为止，尚未有维生素K补充剂对于CKD患者心血管钙化影响的报道。但笔者曾报道在透析患者每天输入最高360μg维生素K2，其未羧化MGP显著降低。这些数据为正在开展的随机对照（Vita VasK）研究奠定了基础，该研究给予血透患者每周三次每次5mg维生素K1，观察18个月的钙化进展。反之亦然，在使用维生素K拮抗剂作为抗凝治疗的透析患者，其发生钙化防御的风险上升约10倍，且成本效益不能确定，因此，笔者反对在透析患者中随意使用维生素K拮抗剂。

其他方式

除了小样本的临床研究发现含镁的磷结合剂对钙化进展没有影响外，目前还没有数据证实镁会在CKD状态下参与钙化调控。另有小样本临床研究报道透析患者在每次透析结束后给予静脉硫代硫酸钠5个月，可以减缓钙化进展，但该治疗对骨的长期效应仍然不确定。

一项50例CKD3-4期患者的随机对照研究，使用阿仑膦酸钠与安慰剂比较18个月后，没有显示减缓血管钙化进程。一些小型研究提示钙化进程中止或减慢了，而一项移植患者的大型研究中仍然报道了血管钙化的进展。该研究中PTH不是进展的独立预测因素。

治疗尿毒症小动脉钙化病变仍然是挑战，迄今的治疗措施是由大量经验性、多重方式组成的（包括优化矿物质代谢、注射硫代硫酸钠、适度清除等）。ERA-EDTA的CKD-MBD工作组已号召行动，将尿毒症小动脉钙化病变作为未来几年中主要的研究目标之一。

推荐理由：

本文有助临床全面了解CKD患者心血管钙化病理机制及治疗进展。

【文献出处：Schlieper G et al. Nephrol Dial Transplant. 2016 Jan;31(1):31-9】