脂肪因子在慢性腎臟病血管鈣化中的作用

劉世貞,劉璠娜

(暨南大學附屬第一醫院腎臟內科,中國廣東 廣州 510630)

慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)是一種發病率和經濟成本均較高的全球性健康負擔,與高血壓、血管鈣化、肥胖和腎功能障礙等密切相關,其全球發病率在11%～13%[1]。美國2018年的腎臟病數據(https：//www.usrds.org/2018/view/Default.aspx)顯示：在 2001年至 2016年期間,雖然透析患者的死亡率下降了28%; 但66 歲以上的CKD患者有64.5%存在心血管疾病(cardiovascular disease,CVD),而合并CVD 的CKD 患者入院率比不合并CVD 的高,因 CVD 死亡的患者更是達到了約39%。相關研究報道,血管鈣化是CKD 患者心血管事件發生的預測因素之一[2～3]。眾多研究表明,脂肪因子(adipokine/adipocytokine)在CKD 患者血管鈣化的形成和進展中起著重要作用[3～6]。脂肪因子在人體中不僅影響著血管鈣化的進展,而且在機體代謝、免疫反應及炎性反應等方面發揮著重要的生物學作用[6]。脂肪組織有兩種類型,分別為白色脂肪組織和棕色脂肪組織[7]。近年來相關研究發現脂肪組織不僅是能量儲存器官,而且是多潛能分泌器官的重要組成部分,可以合成和分泌多種多樣的生物活性因子——脂肪因子[7]。1994年,人們發現了第一個由白色脂肪組織分泌的脂肪因子——瘦素(leptin)[8],隨后越來越多具有不同生物學作用的脂肪因子被研究人員發現。根據脂肪因子在慢性腎臟病血管鈣化中的作用,可以將其分為兩類：一類為促進血管鈣化的脂肪因子,另一類為抑制血管鈣化的脂肪因子。本文主要闡述部分促血管鈣化和抑血管鈣化的脂肪因子在慢性腎臟病血管鈣化中的作用及機制。

1 血管鈣化簡介

慢性腎臟病相關性心血管疾病的主要病理表現為血管鈣化[2],分為兩種類型：1) 內膜鈣化。好發于大血管和冠狀動脈內膜,病理表現為動脈病變從內膜開始,內皮損傷后隨著脂質的不斷沉積和結締組織的大量增生,動脈壁增厚變硬、血管腔狹窄,引起該動脈供應的組織缺血或壞死。該現象是動脈粥樣硬化的后果和標志,多見于老年人、高血壓患者、高血脂患者和吸煙者; 2) 中膜鈣化。好發于大、中動脈的平滑肌肌層,病理表現為動脈中層的內彈力層鈣鹽沉積,導致血管僵硬、順應性降低。該現象多見于CKD 患者[9]。

2 促進血管鈣化的相關脂肪因子

2.1 瘦素(leptin)

第一個被發現的由白色脂肪組織分泌的脂肪因子是ob 基因編碼的瘦素[8],主要在皮下脂肪、胃黏膜、胎盤、骨髓、乳腺上皮等組織中表達[10]。研究表明,心血管疾病的發生可能與瘦素激活鈣化血管細胞(calcifying vascular cell,CVC)上的瘦素受體并發揮鈣化調節作用有關[11]。在載脂蛋白E 基因缺陷的小鼠實驗中,瘦素在動脈粥樣硬化斑塊的形成中具有促進作用。隨著瘦素水平的升高,斑塊中堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)和成骨樣分化標志物如骨鈣素(osteocalcin,OC)、骨橋蛋白(osteopontin,OPN)等的表達也會上升,從而促進血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)向成骨樣表型轉化[12]。相關研究報道,瘦素可以通過OB-Rb/ERK1/2/RANKL-BMP4 和OBRb/PI3K/Akt/RANKL-BMP4 途徑促進 VSMC 的成骨樣分化[13]。在一項5 820 名CKD 患者的大型臨床研究中人們發現高血清瘦素水平是慢性腎臟病進展程度的預測因子[14]。瘦素水平隨著CKD 的進展而增加后,可直接刺激骨細胞中成纖維細胞生長因子23 (fibroblast growth factor 23,FGF23)的合成,而FGF23 通過引起血管內皮功能不良導致動脈粥樣硬化; 該研究已經證實高水平FGF23 是CKD 患者死亡的獨立危險因素[15]。研究表明,CKD進展期中的高瘦素血癥主要通過降低高密度脂蛋白和增加低密度脂蛋白的合成來促進心血管疾病的發生[16]。此外,高水平的瘦素和膽固醇可通過上調活性氧(reactive oxygen species,ROS)和一氧化氮(nitric oxide,NO)代謝物導致血管功能障礙[17]。相關實驗研究發現,在ob 小鼠飼養時加入瘦素可促進巨噬細胞浸潤腎臟組織[18]。因此,瘦素主要通過激活機體非特異性和特異性免疫系統來介導炎性反應,導致促炎因子的增加,引起血管內皮細胞損傷,最終促進慢性腎臟病血管鈣化的發生。或許我們可以以瘦素為切入點,通過下調瘦素水平和阻斷其下游信號通路來干預血管鈣化的發生。

2.2 內脂素(visfatin)

內脂素在內臟脂肪組織中高表達并被稱為煙酰胺磷酸核糖轉移酶,其通過參與煙酰胺腺嘌呤二核苷酸合成來影響能量代謝和誘導產生抗炎、促炎細胞因子[19]。研究發現內脂素在內皮損傷時明顯升高,可以作為內皮損傷的預測因子; 其在CKD 患者中顯著升高,并與腎功能和可溶性血管細胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)相關[20]。現有研究顯示健康人群的血清內脂素水平較CKD 患者低,且與腎小球濾過率(glomerular filtration rate,GFR)水平呈負相關[21]; 臨床實驗研究亦表明血清內脂素水平的升高與慢性腎臟病的程度呈正相關[22]。上述研究證明內脂素與CKD 密切相關,但其又是如何引起CKD 患者血管鈣化的呢？研究發現,CKD 患者中循環內脂素水平的升高不僅會導致內皮細胞功能障礙,而且還可以引起胰島素抵抗、炎癥氧化應激、系膜細胞纖維化及腎素-血管緊張素-醛固酮系統的激活,從而引起腎臟、血管的損傷[22～24]。另外,內脂素可通過引起血管內皮細胞一系列炎癥反應來導致內皮細胞損傷,同時其還可以通過激活依賴ROS的核因子κB (NF-κB)的活性來提高VCAM-1 的表達,以促進炎癥反應,從而加速血管鈣化的發生[25～26]。綜上所述,內脂素在 CKD 患者血管鈣化進程中扮演著重要角色。

2.3 抵抗素(resistin)

抵抗素作為一種脂肪因子,在嚙齒類動物脂肪組織中大量表達[27]。相關研究發現,抵抗素與內皮細胞損傷、炎癥和胰島素抵抗有關,機體中的抵抗素主要來源于內臟脂肪組織駐留的巨噬細胞[28]。抵抗素在人體中的主要作用是通過促進炎癥反應引起心血管疾病和糖尿病[29]。其既可通過誘導單核細胞趨化蛋白1、細胞間黏附分子1 和VCAM-1的表達來引起血管鈣化,也可通過提高內皮素1(endothelin 1,ET-1)的表達引發血管內皮功能障礙[17,30]。分子實驗表明,在CKD 患者中抵抗素可以通過NF-κB 途徑增加包括白細胞介素6(interleukin 6,IL-6)和腫瘤壞死因子α (tumor necrosis factor-α,TNF-α)在內的炎癥因子的表達,從而導致動脈粥樣硬化[17,31];同時,其亦可通過抑制胞外信號調節激酶2 (extracellular signal-regulated kinase 2,ERK2)的磷酸化、消除CXC 趨化因子配體8 (CXC chemokine ligand 8,CXCL8)誘導的中性粒細胞遷移和肌動蛋白聚合來鈍化中性粒細胞斑塊浸潤,從而促進血管鈣化[32]。臨床研究發現,CKD患者血清抵抗素水平也較正常人明顯升高,并且與GFR 和機體炎癥狀態密切相關[33～34]。Marouga 等[35]報道抵抗素水平升高與GFR 下降呈負相關。已有研究證實,CKD 患者磷水平升高會導致FGF23升高,從而提高抵抗素水平,最終促進血管鈣化。血清抵抗素在終末期腎病患者中促進血管鈣化的主要作用機制是激活炎性因子,使機體處于炎癥狀態,從而促進血管鈣化的進展[36～37]。綜上可知,抵抗素主要通過激活炎癥信號通路引起血管鈣化,倘若干預CKD 患者中的炎癥狀態,或許可減輕抵抗素引起的血管鈣化。

2.4 腫瘤壞死因子α(TNF-α)

TNF-α 通常被認為主要是由免疫細胞產生的一種免疫調節因子和致炎因子,介導多種疾病的慢性和急性炎癥。當機體處于應激狀態(如感染、創傷、腫瘤等)的時候,TNF-α 水平會升高。研究發現內源性TNF-α 的主要來源是脂肪組織[38]。體外實驗顯示,TNF-α 可直接促進VSMC 鈣化。CKD 患者中血清鈣磷失調,血清無機磷水平升高,而TNF-α 可與無機磷協同作用,進一步激活下游經典血管鈣化通路,并上調促鈣化因子如骨形成蛋白2 (bone morphogenetic protein 2,BMP2)、肌節同源盒基因 2 及核心結合因子1 mRNA 的表達,從而加速血管鈣化的發生[39]。此外,TNF-α可通過NF-κB 依賴的miR-155-5p 下調環磷鳥苷依賴性蛋白激酶1 的水平,同時損害NO/cGMP介導的VSMC 收縮與舒張的維持,從而引起VSMC 的表型和功能改變[40]。已有研究顯示,CKD患者的機體處于炎癥狀態,而TNF-α 水平與腎功能呈負相關[41]。TNF-α 在CKD 患者中的表達明顯升高[42],同時作為炎癥反應NF-κB 的下游細胞因子,TNF-α 對血管鈣化有正反饋調節作用,從而促進血管中層和軟組織的鈣化。以上結果表明,TNF-α 參與CKD 患者血管鈣化的病理生理過程。

2.5 脂肪細胞型脂肪酸結合蛋白質(A-FABP)

脂肪酸結合蛋白質(fatty acid binding protein,FABP)是由白色脂肪組織合成的多見于哺乳動物的小腸、肝臟、脂肪等組織的一種脂肪因子,主要影響機體代謝、炎性反應、免疫應激和泡沫細胞形成。A-FABP 在炎性反應中有著重要的調控作用,其促炎性反應表現為提高IκB 激酶(IκB kinase,IKK)和NF-κB 的活性[43],激活下游的炎性反應。A-FABP通過一系列炎性反應促進巨噬細胞氧化型低密度脂蛋白的攝取和過氧化物酶體增殖物激活受體的激活,并上調脂肪細胞結合蛋白基因的表達,從而促進VSMC 的成骨分化,加速動脈粥樣硬化的發生[44～45]。研究表明 CKD 患者血清 A-FABP 水平均較正常對照組高且與GFR 估測值呈負相關[46～47]。血清A-FABP 主要通過促進脂肪細胞中游離脂肪酸的胞外轉運和一系列炎癥反應來誘導血管鈣化的形成。隨著血清A-FABP 水平的升高,CKD患者的脂質代謝失衡和動脈粥樣硬化會越嚴重[48]。因此在臨床工作中,我們可以通過監測血清AFABP 水平來預測CKD 患者動脈粥樣硬化的程度,從而為臨床醫生在早期干預CKD 患者的CVD提供機會。同時,以血清A-FABP 為切入點進一步研究CKD 患者的CVD 機制,或許可以通過阻斷血清 A-FABP 上下游信號通路來延緩血管鈣化的發生。

3 抑制血管鈣化的相關脂肪因子

3.1 脂聯素(adiponectin)

脂聯素是一種來自脂肪組織的 30 kD 蛋白質,主要具有抗動脈粥樣硬化和抗炎癥反應等多種生物學作用。研究發現,脂聯素不僅可以解除CKD 患者中血清無機磷和炎癥因子水平的升高對腺苷酸活化蛋白激酶磷酸化的抑制作用,還可以從轉錄水平上調生長停滯特異性基因6(growth arrest-specific gene 6,Gas6)的啟動子活性,從而增加生長停滯蛋白的表達以及下游PI3K/Akt 通路的磷酸化水平,實現其對人主動脈血管平滑肌細胞(human aortic vascular smooth muscle cells,HASMCs)凋亡與鈣化的抑制作用[49]。同時,脂聯素可以通過抑制VSMC 向成骨樣細胞表型分化來抑制血管鈣化,相關機制可能與其抑制細胞外基質礦化結節的形成和骨細胞轉錄因子Runx2(runt-related transcription factor 2)的表達有關[50]。已有研究報道,脂聯素可通過抑制NF-κB 信號通路、TNF-α、IL-6 和促進抗炎細胞因子(如 IL-10)來抑制隨后的促炎反應,同時還可以降低炎癥刺激引起的腎內皮細胞中黏附分子的表達,從而起到保護血管的作用[51]。當機體處于低水平或缺乏足夠的脂聯素狀態時,會出現IL-6 和超敏C-反應蛋白(high sensitivity C-reactive protein,hs-CRP)水平的升高,從而引發腎病和動脈粥樣硬化[51～52]。研究還發現,在CKD 患者中隨著GFR 估測值的下降,脂聯素的水平也會逐漸下降,但心腦血管事件發生率不斷增高; CKD 3～5 期患者新發心腦血管事件的比例與脂聯素水平呈負相關,以上信息提示脂聯素在CKD 患者并發心腦血管事件中具有預測作用[53]。腎功能受損時,血脂聯素水平升高可能是對內環境紊亂的一種負反饋調節作用,同時也是對心血管的一種保護反應[51]。CKD 患者往往出現鈣磷代謝失衡,且機體處于炎癥應激狀態,而脂聯素可以減輕高血磷和炎癥反應的促血管鈣化作用。基于上述分析推測,脂聯素可能成為CKD 患者并發心腦血管病的預測因子,并可能成為防治CKD 患者血管鈣化的關鍵靶點。

3.2 網膜素(omentin)

網膜素是一種主要由內臟脂肪組織合成的脂肪因子,與糖尿病的發生密切相關,其包括兩種主要類型：1 型和2 型。網膜素-1 主要在內臟脂肪組織合成和分泌; 然而,網膜素-2 在腸道中大量表達。Xie 等[54]研究發現網膜素-1 可通過PI3K/Akt 依賴途徑抑制NF-κB 受體活化因子配體的表達,從而抑制血管鈣化。此外,網膜素-1 還可通過抑制 ERK/NF-κB 途徑,下調經 TNF-α 激活的巨噬細胞中促炎因子的產生,從而抑制內皮細胞的炎癥反應和凋亡,并抑制VSMC 的增殖,減少VSMC 的成骨樣分化,最終起到抗動脈粥樣硬化的作用[55～57]。臨床研究顯示,糖尿病 CKD 患者的網膜素水平較非糖尿病患者的水平低[58]。在血液透析(hemodialysis,HD)患者中,亞臨床動脈粥樣硬化組網膜素-1 水平較對照組明顯降低,同時在亞臨床動脈粥樣硬化的HD 患者中網膜素-1 水平與CVD 的發生呈負相關。因此,網膜素-1 被認為是亞臨床動脈粥樣硬化的HD 患者發生CVD的預測因子[59]。網膜素作為一種良好的脂肪因子,不但能改善胰島素抵抗、內皮功能障礙、動脈粥樣硬化等多種疾病患者的生存率[60],而且還在抑制炎癥反應方面具有確切的效果。網膜素能抑制CKD患者的炎癥狀態,從而減緩血管鈣化的進展。因此,網膜素在慢性腎臟病血管鈣化的防治中具有重大的意義。

3.3 Apelin

Apelin 是在白色脂肪組織中產生的脂肪因子,表達于各種器官如心臟和腎臟等。它是一種由77 個氨基酸前體組成的36 肽氨基酸,經過各種修飾后,形成具有不同功能的種類。其特異性受體是G 蛋白偶聯受體——血管緊張素II 1 型受體相關蛋白(putative receptor protein related to the angiotensin II type 1 receptor,APJ)。Apelin 能降低心血管疾病、代謝綜合征和胰島素抵抗等疾病的發生率。分子水平研究發現,apelin 還可能通過APJ/ERK1/2 和APJ/PI3K/Akt 信號通路下調炎性因子,抑制VSMC 的成骨轉化,從而延緩血管鈣化的進程[61]。此外,apelin 可通過下調鈉依賴性磷酸鈉共轉運體來調節CKD 患者的血鈣磷平衡,從而抑制VSMC 的成骨樣分化[62]。研究報道,合并冠狀動脈疾病的HD 患者血清apelin 水平較不伴有冠狀動脈疾病的HD 患者顯著降低[63]。在伴有冠心病的腎移植CKD 患者中,血清apelin 含量顯著降低,且血清apelin 水平與體內一些炎癥因子如hs-CRP 和IL-6 具有負相關性,因此推測apelin 參與炎癥反應、內皮損傷的發生發展[51,64]。在HD 患者中,apelin-13 水平隨GFR 下降而降低,同時人們還發現apelin 通過抑制NO 合成酶的活性和NO 產生來減輕炎癥,從而起到保護血管的作用[51,65]。以上研究表明apelin 在腎臟疾病中具有多種積極作用,特別是在CKD 患者防治CVD 方面發揮著積極作用,有可能為尋找治療CVD 的新靶點提供新思路。

4 展望

CKD 已成為快速發展的疾病之一,伴有許多相互關聯的合并癥,而CVD 是CKD 患者的主要死因。脂肪因子具有多種生物學作用,其中促鈣化和抑鈣化因子的水平影響著心血管疾病的發生。目前,脂肪因子在心血管系統方面的研究較多,但在CKD 血管鈣化中的作用研究較少。盡管現階段人們對CKD 中血管鈣化的各種機制研究不斷深入,但仍未能找出有效的治療靶點。深入探討脂肪因子在CKD 患者血管鈣化中的具體機制,可以更好地發揮以脂肪因子為靶點的藥理學作用,或許可以為CKD 血管鈣化的防治開拓新的前景。