RUNX2對慢性腎衰竭血管鈣化調控的相關研究

蘇培培，王玉潯，王春艷，陳婧，劉朋偉

(華北理工大學附屬醫院，河北 唐山 063000)

0 引言

血管鈣化(vascular calcification，VC)是慢性腎臟病患者嚴重并發癥之一，尤其是終末期腎臟病患者，是導致其發生心血管疾病而致死的主要原因。其本質是由鈣鹽和磷酸鹽等礦物質相互作用形成羥基磷灰石晶體并沉積在血管壁的病理反應，最終導致血管壁脆性增加，順應性降低，從而引發血栓形成、斑塊破裂，顯著增加患者的死亡率。過去認為VC僅是鈣鹽沉積的被動過程，近年研究證實該過程是多種細胞因子、信號通路參與的主動調控過程，是鈣化促進因素和鈣化抑制因素相互作用失衡的結果[1,2]。目前研究認為，血管鈣化的主要環節之一是血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)在促鈣因素作用下，發生凋亡并釋放微囊泡，后者被認為是VC的起始環節，為鈣磷沉積提供適宜的微環境[3]。VSMCs在各種刺激性因素作用下，可以從收縮表型向成骨/軟骨樣表型轉化，同時合成、分泌多種骨形成相關蛋白，類似骨形成的細胞介導過程，從而導致VC的發生[4]。Runx2作為調控骨髓間充質細胞轉化為成骨/軟骨細胞過程中所必需的轉錄因子，在成骨細胞的分化和骨形成過程中扮演重要角色[5]。目前大量研究表明，Runx2作為核心轉錄因子，與VC的形成密切相關，本文對Runx2參與血管鈣化的的調控機制綜述如下。

1 RUNX2基因

RUNX2是一種特異性轉錄因子，稱為編碼 OB 的基因，與轉錄因子Runx1 基因、Runx3基因共同組成Runt相關轉錄因子(Runt-related transcription factors，Runx)家族[6]，是由一個高度保守的128氨基酸DNA 結合/蛋白質相互作用域編碼。其參與形成核心綁定因子(CBF)復合物，通過調控DNA的表達參與細胞、組織的分化和生長過程。體外研究表明，Runx2可通過Wnt/β-catenin信號通路、絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)信號通路和BMPs /Smads信號通路等多種信號轉導途徑參與骨代謝。作為調控成骨細胞分化和骨形成的關鍵轉錄因子，Runx2在間充質干細胞向成熟的成骨細胞分化的過程中起重要的作用[5]。除參與骨代謝外，在慢性腎臟病和糖尿病發生VC的患者中，鈣化的血管壁均存在Runx2 的高表達的情況，這種現象在非鈣化的血管壁中不存在或極少發生，提示Runx2的表達與VC的形成有必然聯系。同時也有學者發現BMP-2可誘導 VSMCs的Runx2 表達增加，進而促進VC的形成[7]。后來有學者將慢性腎臟病患者血清加入培養的人平滑肌細胞，發現慢性腎臟病血清可通過誘導Runx2表達主動調節體外VC的形成，表明在慢性腎臟病血清中存在某些物質可使Runx2的表達上調，進一步證實了Runx2參與VC的形成[8]。

2 氧化應激與慢性腎臟病血管鈣化

氧化應激是機體受到有害刺激時細胞內高活性分子大量增加，使氧化系統和抗氧化系統平衡被破壞，活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)蓄積并產生負面作用導致組織損傷。

臨床研究表明，有大約超過一半的慢性腎臟病患者存在不同程度的VC，主要分為冠狀動脈鈣化、心臟瓣膜鈣化、主動脈鈣化、外周血管鈣化四種臨床類型，其中以冠狀動脈鈣化最為常見[9]。因此，VC是慢性腎臟病患者心血管病變發生率較正常人明顯升高的重要因素。氧化和抗氧化動態系統失衡在CKD患者早期即可出現，除內環境中鈣磷代謝紊亂可導致氧化應激的發生，在血液透析患者中，由于內毒素在循環系統中蓄積和透析膜的生物排斥作用，導致補體反復被激活，破壞，氧化體內蛋白質的氨基酸殘基，均導致活性氧(ROS)產生增加[10,11]。邱翠婷等[12]用β-甘油磷酸鈉(β-GP)聯合氯化鈣(CaCl2)體外培養VSMCs，成功建立VSMCs鈣化模型，其中過氧化氫組ROS陽性細胞數和Runx2蛋白表達水平均較對照組、過氧化氫酶組明顯增加，證實了氧化應激可通過介導Runx2 表達影響血管鈣化的形成，并推測ROS可能作為第二信使參與該過程。Byon 等[13]早期發現H2O2 能夠通過上調Runx2 表達引起 VSMCs 發生VC，而敲除Runx2基因則能阻斷H2O2 誘導VSMCs由收縮型向成骨樣細胞表型轉變的發生，表明Runx2上調是H2O2參與VC發生信號通路的關鍵環節。后來進一步發現在OS可激活大量NADPH 氧化酶，該輔酶可催化生成ROS，大量蓄積的ROS上調Runx2蛋白表達促進VC的發生，考慮該過程可能是氧化應激的主要影響機制[14]。最新研究表明，在早期未發生鈣磷代謝紊亂時，OS在CKD患者VC的形成中起主要作用，并觀察到在氧化應激蛋白nox1顯著上調的同時伴有runx2和膠原I的上調[15]。

3 高磷血癥與慢性腎臟病血管鈣化

高磷血癥是CKD患者代謝失衡的中心環節，是CKD患者常見的并發癥，同時也是誘導VSMC向成骨樣細胞表型分化和VC發生的重要病理因素。研究表明磷濃度與鈣化程度呈正相關，但機體內磷濃度超過1.4mmol/L時平滑肌即存在鈣化現象，但濃度達到2.0 mmol/L時，鈣化程度較前明顯加重[16]。在高磷狀態下，VSMCs表達α-平滑肌肌動蛋白和平滑肌收縮蛋白22α的能力喪失，轉而表達骨標志物，包括Msx2、Runx2、 SOX9和Osterix等[17]。通過尿毒癥大鼠模型研究發現，高磷環境能夠誘導主動脈管壁細胞Runx2的表達上調，使VSMCs發生表型轉換，證實高磷通過調節Runx2表達誘導VC[18]。在高磷狀態下，轉化生長因子βⅠ(TGF-β1)的蓄積可激活纖溶酶原激活劑抑制物1的表達，誘導Runx2的表達增加參與VC的形成[19]。Ⅲ型鈉磷同向轉運體是VSMCs 細胞膜上存在一種跨膜轉運蛋白，Chavkin等[20]發現Ⅲ型鈉磷同向轉運體-1在高磷狀態(＞2.0 mm)下，可激活細胞外調節激酶 1 /2(ERK1/2)激酶活性，誘導VSMCs成骨軟骨分化和鈣化，且是通過PI攝取不依賴的途徑進行的，我們可推測高磷可通過ERK1/2/ MAPKs信號上調Runx2的表達促進VC的發生。其次，高磷可以通過誘導BMP-9使可作用于 Runx2 啟動子區域上的活化的 β-連環蛋白增加，誘導 Runx2 的表達增加[21]。也有學者通過體外培養小鼠血管平滑肌細胞系，發現在高磷狀態下Toll樣受體4 (Toll-like receptor 4，TLR4) /核 轉 錄 因 子-κB (nuclear transcription factorκB，NF-κB) 信號通路可上調Runx2蛋白表達參與VC的形成[22]。廖琳等[23]用高磷誘導殘腎大鼠血管鈣化，證實高磷與VC形成關系密切，且有可能是通過增加Runx2與Ⅱ型膠原的表達參與VC發生過程。除此之外，高磷與OS關系密切。高磷誘導線粒體功能障礙產生的ROS可通過激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)及其下游信號分子蛋白激酶B(PKB或AKT)上調Runx2的表達，促進囊泡釋放參與VC的形成[20]。

4 高尿酸血癥(Hyperuricemia，HUA)與慢性腎臟病血管鈣化

高尿酸血癥是嘌呤代謝障礙所致的慢性代謝疾病，一般男性高于女性，且近年來發病人群逐漸年輕化。有研究表明，尿酸水平過高能夠激活0S，使ROS蓄積[24]，所以尿酸水平過高與VC關系密切。張山山等[25]將人骨髓間充質干細胞(hBMSCs)用不同濃度的尿酸處理后，成功誘導分化為成骨細胞，并發現成骨細胞內Cbfα1/Runx2的表達水平顯著增加，且該信號通路的表達強弱與尿酸濃度和時間長短有關，呈現濃度依賴性和時間依賴性，推測尿酸可能通過Cbfα1/Runx2信號通路參與成骨細胞形成。后來有學者通過研究高尿酸血癥(Huc)的動物模型和細胞模型，發現發生VC的Huc大鼠VSMC中Wnt3a、Runx2表達水平明顯升高，鈣含量顯著增加，表明Wnt3a/Runx2信號通路可能參與高尿酸促進VC的過程[26]。田亞男等[27]提出尿酸可通過MAPKs途徑誘導的 VSMC 增殖，而MAPKs在高磷狀態下同樣可上調Runx2的表達促進VC的發生[20]，所以我們推測高尿酸血癥除與0S關系密切外，也有可能和高磷共同通過MAPKs途徑相互作用參與VC的形成，這一機制還需要我們進一步研究證實。

5 展望

血管鈣化是一個多病因、涉及多種機制共同參與的復雜過程。VSMCs是參與VC最重要的血管細胞成分，其發生成骨/成軟骨表型轉化是VC的重要機制之一，涉及多種炎癥介質、細胞因子及信號轉導通路的調節。Runx2 是成骨細胞分化的特異性轉錄因子，能夠識別多種成骨特異的基因啟動子中的異性順式作用元件，調控成骨細胞表型轉化，是 VSMCs表型轉化的標志。本文綜述了在RUNX2在氧化應激、高磷血癥、高尿酸等常見的病理情況下可能參與慢性腎臟病VC發生的信號通路，對VC的防治和尋找新藥物的靶點有重要的意義。