骨硬化蛋白在動脈粥樣硬化性心血管疾病中的研究進展

何方綜述，張文斌、傅國勝審校

綜述

骨硬化蛋白在動脈粥樣硬化性心血管疾病中的研究進展

何方綜述，張文斌、傅國勝審校

骨硬化蛋白是WNT/β-鏈蛋白信號通路的阻滯劑，由SOST基因編碼，在礦化組織包埋的細胞中特異性表達。最近，有相關研究陸續提示了循環骨硬化蛋白水平與糖尿病、高血脂、肥胖、高尿酸血癥等一系列冠心病危險因素密切相關。此外，一些研究表明，骨硬化蛋白存在于動脈粥樣硬化斑塊，可能參與了動脈粥樣硬化和血管鈣化。本文在回顧骨硬化蛋白的結構功能、表達調控的基礎上，對其與冠心病相關危險因素及動脈粥樣硬化的關系做一綜述。

骨硬化蛋白；糖尿病；高脂血癥；動脈粥樣硬化；心血管疾病

骨硬化蛋白（Sclerostin）是一種對成骨細胞具有抑制作用的蛋白。成骨細胞“活躍”時富含膠原蛋白分泌小泡，具有產生細胞間質中纖維和黏多糖蛋白的作用，并通過鈣化形成骨質。骨硬化蛋白由骨細胞特異分泌后轉運至骨細胞，通過影響WNT信號通路對成骨作用產生抑制，從而導致骨量減少、骨密度下降。動脈粥樣硬化的鈣化，如同骨骼形成一樣，是一個復雜的、有機的、可調控和主動的過程，為動脈粥樣硬化的主要表現形式之一。最近，一些研究表明，骨硬化蛋白存在于動脈粥樣硬化斑塊，可能參與了動脈粥樣硬化和血管鈣化[1,2]。此外，有相關研究陸續提示了循環骨硬化蛋白水平與糖尿病、高血脂、肥胖、高尿酸血癥等一系列冠心病危險因素密切相關。本文在介紹骨硬化蛋白結構、功能、表達調控的基礎上，著重探討骨硬化蛋白與冠心病相關危險因素及動脈粥樣硬化的關系，并展望其臨床應用的前景。

1 骨硬化蛋白的發現與調控

1.1 骨硬化蛋白的結構及其功能

20世 紀 90年 代 末，Van Hul和 Balemans在 對人類骨硬化病（Sclerosteosis）和Van Buchem病這兩種高骨量遺傳性疾病的研究中發現了致病基因SOST（Sclerosteosis， SOST）。其位于人類染色體17q12-q21，含有兩個外顯子和一個內含子，其中兩個外顯子共同編碼一個包含213個氨基酸的蛋白質，即骨硬化蛋白。骨硬化蛋白屬于含“胱氨酸結”的分泌型蛋白DAN家族，在抑制骨形成中具有重要作用。研究發現，SOST-/-小鼠的骨形成、骨密度和骨強度均有所增加[3]。Li 等[4]通過放射性技術檢測9～10周SOST-/-小鼠和野生型小鼠骨折的愈合程度，發現SOST-/-小鼠更能促進胼胝體橋的形成，增強骨和骨組織的愈合。此外,應用單克隆抗體抑制骨硬化蛋白可增加骨的形成和促進骨折愈合[5]，更進一步表明骨硬化蛋白在骨折的愈合中起著重要的負性調控作用。骨硬化蛋白抑制骨形成與WNT/β-鏈蛋白信號通路的共同受體低密度脂蛋白受體相關蛋白（Low density lipoprotein receptor related protein5/6，LRP5/6）有關，其能通過結合LRP5/6繼而拮抗調節骨組織細胞分化、增殖、凋亡的經典WNT通路，從而抑制骨形成[6]。研究表明SOST-/-小鼠股骨中β-鏈蛋白核轉位增多，WNT/β-鏈蛋白信號通路活性增強，伴隨著成骨細胞活性增強[5]，更加充分地說明了骨硬化蛋白調控骨形成與WNT/β-鏈蛋白信號通路密切相關。

1.2 骨硬化蛋白的表達調控

SOST 信使核糖核酸（mRNA）在軟骨、骨髓、腎臟、心臟、主動脈、肺、 胰腺、骨骼肌、肝臟、皮膚和胎盤等組織中均有表達，尤其在主動脈和胎兒腎臟中的表達程度較高，然而成熟的骨硬化蛋白卻僅見于幾種礦化組織包埋的細胞中，如骨細胞和牙骨質細胞，說明骨硬化蛋白在轉錄翻譯的過程中受到了多種因素的調控作用。

研究發現，雌性激素能降低血液循環中骨硬化蛋白的水平， 絕經后婦女的骨硬化蛋白較絕經前顯著增高，短期雌激素治療能顯著降低男性和女性血液中骨硬化蛋白含量[7]。趙薇等[8]報道絕經后骨質疏松癥婦女血清骨硬化蛋白和 SOST基因水平與雌二醇呈負相關，提示雌激素可能通過抑制SOST基因表達，進而減少骨硬化蛋白的合成。甲狀旁腺激素（PTH）是另一種重要的調節激素, 研究發現，在人群中間斷給予PTH，SOST/骨硬化蛋白的表達量出現顯著下降，其機制可能與cAMP/PKA信號途徑及肌細胞促進因子2相關[9]。

機械應力和低氧對骨硬化蛋白的表達也有一定的抑制作用。Galea等[10]研究發現人類在負載早期即可出現骨硬化蛋白表達水平明顯下降，其機制可能與前列腺素（PG）E2/EP4通路密切相關。在Genetos等[11]的報道中，成骨細胞和骨細胞在低氧環境下培養后其 SOST 轉錄和骨硬化蛋白表達水平都顯著下降，并提出其可能通過提高對骨形態發生蛋白的拮抗作用來抑制骨硬化蛋白的表達。

2 骨硬化蛋白和冠心病危險因素

早在20世紀60年代至70年代，學者們已確認了糖尿病、血脂紊亂及肥胖等與動脈粥樣硬化性心血管病的聯系，而這些代謝性疾病的發病機制中均涉及WNT/β-鏈蛋白信號通路，近年來已有相關研究陸續探討了骨硬化蛋白和糖尿病、血脂異常及肥胖等之間的關系。

2.1 糖尿病

糖尿病是心血管疾病的主要危險因素，血糖升高顯著增加了心血管病的發病率和死亡率。多項研究表明2型糖尿病患者的血清骨硬化蛋白水平顯著高于非糖尿病患者，并且與糖尿病病程和糖化血紅蛋白水平呈正相關[12,13]。高血糖可以直接作用于骨細胞亦可通過糖基化終末產物發揮作用而導致骨硬化蛋白分泌增多[14]。合并骨質疏松癥的2型糖尿病患者其血清骨硬化蛋白水平顯著低于無骨質疏松癥組，提示2型糖尿病患者的WNT信號通路調節功能受損[12]，其機制可能與LRP6常染色體上的顯性錯義突變有關。Nuche-Berenguer等[15]報道在2型糖尿病及胰島素抵抗大鼠模型中均存在SOST基因過表達，進一步說明了在糖尿病的發生發展過程中骨硬化蛋白發揮一定作用。然而，也有部分學者認為，骨硬化蛋白可以阻止2型糖尿病血管并發癥的進展，其機制可能是減弱血管內皮細胞β-連環蛋白的活性，提示骨硬化蛋白可能在糖尿病的并發癥發生中扮演著雙重的角色[16]。

2.2 血脂異常

脂代謝異常是心血管疾病尤其是冠心病的獨立危險因素。既往研究顯示WNT/ β-鏈蛋白信號通路和高脂血癥之間有著一定的相關性[17]。LRP5-/-小鼠表現出高膽固醇血癥，β-連環蛋白-/-小鼠的血液生化指標和野生小鼠相比具有更高的膽固醇及甘油三酯[18]。研究發現，絕經后女性的血清骨硬化蛋白水平與低密度脂蛋白膽固醇水平呈正相關，與高密度脂蛋白膽固醇水平呈負相關[19]，說明骨硬化蛋白作為WNT /β -連環蛋白信號傳導的抑制劑，在高脂血癥的發病機制中占有一定的地位。

2.3 肥胖

美國心臟病協會和美國國立衛生研究院已經確認肥胖是導致冠心病的最大可變風險因素，尤其腹型肥胖與冠心病及其進展密切相關。研究發現，在正常健康人群中，循環骨硬化蛋白水平與體重指數正相關[20]，日本一個面向352名絕經后婦女的橫斷面研究發現血清骨硬化蛋白水平與腹部脂肪及女性型脂肪有著正相關關系[19]。同時，Sheng等[21]也報道絕經后婦女的血清骨硬化蛋白水平與體重及脂肪量有著直接關系。這些研究都直接或者間接的說明了肥胖與骨硬化蛋白之間的相關性，但目前沒有研究提示骨硬化蛋白與肥胖之間孰因孰果的關系。

2.4 其他

尿酸和同型半胱氨酸作為已知的炎癥標記物，其與心血管疾病的相關性已經得到一致認可[22,23]。研究發現循環骨硬化蛋白水平和尿酸及同型半胱氨酸水平正相關[19]。年齡作為心血管疾病的獨立危險因素，同樣與骨硬化蛋白水平聯系緊密[20]。此外，也有研究報道骨硬化蛋白水平與胱抑素C水平正相關[24]。越來越多的研究正不斷的發現骨硬化蛋白與傳統或新型心血管危險因素之間存在著密切的相關性。

3 骨硬化蛋白和動脈粥樣硬化

動脈脈管系統是人體除骨骼外第二個最廣泛的鈣化結構，血管鈣化是動脈粥樣硬化的特征性病變之一，其鈣化病變程度直接與粥樣硬化疾病的斑塊負荷及血管事件發生率相關，被認為是預測冠心病的危險因素之一。美國心臟病協會也將斑塊表面結節鈣化作為判斷易損斑塊的次要標準。隨著分子生物學和免疫組化等技術的發展，發現粥樣硬化動脈的鈣化是一個與新骨形成極為相似的受基因調控的主動性代謝過程，在這一過程中骨硬化蛋白參與并發揮重要作用。

既往研究發現，在慢性腎臟病患者中，多因素分析結果顯示循環骨硬化蛋白水平較高者，其血管鈣化的風險較低[25]，證明了循環骨硬化蛋白可能是一種血管鈣化的保護因素。此外， Register等[26]檢測了450例患有2型糖尿病的非裔美國人的骨硬化蛋白水平，發現男性患者中骨硬化蛋白水平和頸動脈斑塊鈣化程度呈現負相關。然而，在Koos等[1]的研究中對比了115例主動脈瓣鈣化患者與健康人群的血清骨硬化蛋白水平，結果發現前者骨硬化蛋白的水平明顯升高，而主動脈瓣鈣化的嚴重程度與骨硬化蛋白的增高呈現正相關。另外，在糖尿病小鼠模型中也發現骨硬化蛋白基因在主動脈鈣化組織中存在過表達，蛋白組學研究同樣發現骨硬化蛋白在動脈粥樣硬化的主動脈標本中存在，同時非鈣化區域無骨硬化蛋白染色。Brandenburg等[2]也觀察到主動脈瓣鈣化區域骨硬化蛋白的mRNA比非鈣化區域顯著上調。上述這些結果迥異的研究充分說明骨硬化蛋白可能是血管鈣化正常調節機理的一個組成部分，可通過各種反饋調節機制來調控血管鈣化的進展[25]，然而其中具體的機制仍有待進一步研究。

此外，骨硬化蛋白和血管粥樣硬化的關系不僅僅體現于血管鈣化環節。Hampson 等[27]觀察到骨硬化蛋白和血管硬度（由主動脈脈搏波速度測定）之間存在正相關關系, Morales-Santana等[28]也報道頸動脈最大內膜中層厚度是骨硬化蛋白的獨立相關因素。最近的一項研究顯示骨質疏松患者應用唑來膦酸治療1年后，循環骨硬化蛋白水平顯著提高，伴隨著頸動脈內膜厚度明顯下降[29]。上述研究提示在血管粥樣硬化的發病機制中可能存在和骨代謝異常共同的環節。

4 展望

目前的研究已經證明，循環骨硬化蛋白水平與血糖、低密度脂蛋白膽固醇、尿酸、同型半胱氨酸、脂肪含量水平以及年齡、性別等一系列心血管疾病危險因素密切相關，進一步研究將評估骨硬化蛋白水平與動脈粥樣硬化性心血管疾病的相關性和因果性。目前已有多家公司與課題組以骨硬化蛋白為靶點，研發用于治療骨質疏松等骨質流失疾病的藥物，有些已經進入四期臨床。在這些藥物中，骨硬化蛋白抗體顯然是骨質疏松癥和骨健康最有希望的單克隆藥物之一。聯系既往的研究成果，骨硬化蛋白抗體在治療骨骼疾病的同時是否具有改善動脈粥樣硬化性疾病的可能？這些未來的研究可能會發現骨硬化蛋白和WNT/ β-catenin信號通路在心血管疾病發病機制中的直接作用，并為心血管疾病的預防與治療提供新思路與新方法。

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2014-02-14)

（編輯：漆利萍）

310016 浙江省杭州市，浙江大學附屬邵逸夫醫院 心內科

何方 碩士研究生 主要研究方向為冠心病、動脈粥樣硬化的臨床及基礎研究 Email: 51971638@qq.com 通訊作者：傅國勝Email: fugszju@gmail.com

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A

1000-3614（2014）08-0650-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.08.023