光蛋白聚糖在鈣化性主動脈瓣疾病中的作用機制與潛在治療靶點的研究進展

TheMechanisms ofLumican in Calcific Aortic Valve Disease and Its Potential Therapeutic Targets

DUAN Qingsong ，HU Houxiang1 （1.DepartmentofCardology，Afiiated Hospitalof North Sichuan Medical College，Nanchong 637o，Sichuan，China； 2.Department of Cardiology，Guangyuan First People’ s Hospital，Guangyuan 6280oo，Sichuan，China）

【Abstract】Calcificaortic valvedisease（CAVD）isa leadingcauseof aorticvalve stenosis.The progressionof CAVD isclosely associatedwitcalpschstoacetiodelgdltioetlye memberof thesallucinechproteglycafmilyasgaeedignifantatetninCAV.isvieummarzesteprs mechanisms of lumican in CAVD and discusses its potential as a therapeutic target.

Keywords】 Calcific aortic valve disease；Lumican；Extracellular matrix remodeling

鈣化性主動脈瓣疾?。╟alcific aortic valve disease，CAVD）是老年人群中最為常見的瓣膜性心臟病之一，隨著全球人口老齡化的加劇，CAVD的患病率呈現出逐年上升的趨勢，目前已成為導致老年人主動脈瓣狹窄的主要原因[1]。主動脈瓣狹窄不僅嚴重影響患者的生活質量，還顯著增加心力衰竭、心血管死亡及其他心血管事件的風險[2]。CAVD的發病過程十分復雜，其早期階段通常表現為主動脈瓣葉的硬化，這一階段雖然臨床癥狀較輕，但已經開始出現病理性改變，如細胞外基質（extracellularmatrix，ECM）的重塑、炎癥細胞的浸潤以及初步鈣化病灶的形成[3-4]。隨著病情的發展，CAVD逐漸進展為主動脈瓣狹窄，表現為瓣葉的纖維化和鈣化加劇，最終導致瓣膜功能喪失和血流動力學的顯著改變。晚期CAVD患者通常面臨嚴重的心臟負荷，導致心力衰竭，甚至發展為心源性猝死[5]。盡管經導管主動脈瓣置換術是目前治療

CAVD的主要手段，尤其適用于晚期患者，但該手術具有一定的風險及并發癥[6。更重要的是，手術只能緩解癥狀，而無法延緩或逆轉疾病的進程。因此，探尋能阻止或逆轉CAVD發展的藥物治療方法成為當務之急。然而，迄今為止，尚未有藥物能顯著影響CAVD的自然病程，這主要歸因于對其分子機制了解有限。近年來，隨著分子生物學和細胞生物學研究的深入，逐漸揭示了CAVD進展中涉及的多種生物過程，包括炎癥反應、ECM重塑和鈣化以及血管化生等。其中，ECM的重塑和鈣化被認為是CAVD發展的核心事件[7]。在這些過程中，富含亮氨酸的小蛋白多糖（smallleucine-richproteoglycan，SLRP）家族的成員，尤其是重組人光蛋白聚糖（lumican，LUM），逐漸成為研究的焦點。

LUM主要通過調節ECM的結構穩定性和細胞信號傳導來發揮作用，廣泛分布于ECM中的蛋白質，在人體皮膚、眼角膜、心臟等組織中均有表達。在心血管系統中，LUM除了維持基質在正常組織中的完整性外，還在病理狀態下影響著心臟和血管的功能。近年來的研究顯示，LUM在CAVD中的表達顯著上調，并可能通過多種機制推動疾病進展。本文將對LUM在CAVD中的表達模式及其在疾病進展中的作用機制進行詳細的綜述，并對其在炎癥反應、ECM的重塑以及鈣化過程中的特定作用進行探討。此外，本文還將探討LUM作為CAVD潛在治療靶點的可行性，為今后制定新的治療策略提供理論基礎。

1LUM概述

SLRP家族的重要成員，具有典型的富含亮氨酸重復序列（leucinerichrepeat，LRR）結構域[8]。LUM的核心蛋白由338個氨基酸組成，分子量為（3.8＼～ 。其結構中包含多個LRR，這些重復序列通常由 20～29 個氨基酸組成，形成馬蹄形的三級結構[9]。這些LRR 結構域為LUM 提供了與其他蛋白質、糖胺聚糖或細胞表面受體相互作用的能力，是其生物學功能的基礎。LUM的N-端包含一個信號肽序列，這一序列在蛋白質合成過程中引導LUM定位到ECM。LUM的N-端和C-端結構域分別位于其核心蛋白的兩端，N-端通常與糖胺聚糖結合，形成蛋白多糖復合物，C-端則與細胞表面受體相互作用，調節細胞行為[10]。LUM的核心蛋白上通常結合有2個糖胺聚糖側鏈（主要為硫酸角質素），可能影響LUM在ECM中的定位、與其他基質成分的相互作用，以及調節細胞行為的能力[1]。見圖1。

注：LUM存在于人體皮膚、眼角膜、心臟等組織，具有典型的LRR，在ECM中參與調節膠原纖維，可調控MMP導致CAVD，與TLR結合誘導炎癥反應。MMP，基質金屬蛋白酶；Leu，亮氨酸；TLR，Toll樣受體。該圖片使用Figdraw繪制。

1.1 LUM的功能

1.1.1調控基質金屬蛋白酶降低ECM降解，促進瓣膜纖維化

LUM通過與膠原纖維的結合來維持組織的機械強度和彈性，其LRR結構域通過與膠原纖維相互作用，調節其排列和交聯，從而改變ECM的機械特性，造成ECM重塑。研究[表明，LUM過表達可促進膠原纖維的交聯和基質硬度的增加，可能為鈣化結節的形成提供一個更有利的微環境。LUM能通過與細胞表面受體的相互作用，調節細胞黏附、遷移、增殖和分化[13]。此外，LUM還能調節基質金屬蛋白酶（matrixmetalloproteinase，MMP）的活性[14」，這些酶在ECM的降解和重塑中起重要作用。LUM通過調節MMP2和MMP9的活性，影響ECM的降解和重塑過程，這一作用可能通過促進纖維化和鈣化進程，推動CAVD的進展[15]

1.1.2 激活Toll樣受體誘導炎癥反應，促進瓣膜重塑

LUM表達在多種炎癥性疾病中顯著上調，并且可能通過與Toll樣受體（Toll-likereceptor，TLR）相互作用，激活下游炎癥信號通路，促進炎癥因子的釋放[16]同時，LUM還通過調控ECM的降解和重塑，進一步影響炎癥反應的程度和持續時間[17]。LUM可能通過與鈣化結節中的礦化成分相互作用，促進鈣鹽沉積，加速疾病的進展[18]。有研究[19]發現，LUM在CAVD患者的病變組織中表達水平明顯升高。通過免疫組織化學染色和蛋白質組學分析，LUM在鈣化斑塊周圍的ECM中呈現高表達。這一研究表明，在CAVD的病理過程中LUM起關鍵作用。LUM可通過與巨噬細胞和其他炎癥細胞相互作用，調節炎癥因子的釋放。LUM在與細胞表面受體結合后，一方面可促進白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的釋放且增加細胞對IL-6的敏感性，激活下游的JAK-STAT信號通路，進而磷酸化STAT3等轉錄因子，使其進入細胞核，結合特定的DNA序列，啟動炎癥相關基因表達[20]；另一方面，LUM誘導受體的構象變化，導致下游的IkB激酶復合體的激活，進而磷酸化IKB，后者被泛素化并轉運到蛋白酶體中降解，釋放出核因子 κB 二聚體（如 p65/ p50），并迅速轉入細胞核，結合特定的DNA序列，最終啟動一系列炎癥相關基因的轉錄[2I]。這些炎癥因子可進一步刺激主動脈瓣瓣膜間質細胞（valveinterstitial cell，VIC）的成骨表型轉化，促進鈣化[2]LUM可能通過調節成骨相關基因（如骨鈣素、堿性磷酸酶和骨橋蛋白）的表達來直接參與鈣化結節的形成[23]。體外研究[24]表明，抑制LUM表達可顯著減少鈣化結節的形成，進一步證實其在鈣化過程中的關鍵作用。在CAVD的進展過程中，成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉化是一個重要步驟，這一過程被稱為肌成纖維細胞轉化[25]。肌成纖維細胞具有更強的膠原蛋白合成能力和收縮性，有助于纖維化和鈣化。研究表明，LUM可能通過改變ECM的結構，使轉化生長因子 β 更容易與其受體結合，從而激活下游的Smad蛋白（如Smad2和Smad3）[26]，促進后者形成復合體，并與其他轉錄因子結合，轉入細胞核，誘導特定轉錄因子的表達，如平滑肌肌動蛋白 和膠原蛋白的合成。平滑肌肌動蛋白 是肌成纖維細胞的標志性蛋白[27]。轉化后的肌成纖維細胞會大量合成ECM成分，如膠原蛋白和其他ECM蛋白，導致ECM的增厚和重塑[28]

1.1.3過表達促進VIC的成骨分化

在CAVD的病理環境中，LUM不僅在ECM中表達升高，還在VIC中顯著上調[29]。VIC是CAVD鈣化過程的主要執行者，其表型轉變為骨樣細胞與鈣化直接相關。體外研究[30表明，LUM的過表達促進VIC的成骨分化，并增加鈣化結節的形成。LUM通過上調骨鈣蛋白、堿性磷酸酶（alkalinephosphatase，ALP）等成骨相關基因的表達，促進VIC向成骨表型的轉化[31]。見圖2。

注：LUM調控MMP降低ECM降解，促進瓣膜纖維化；激活TLR誘導炎癥反應，促進瓣膜重塑；基因位點調節，過表達促進VIC的成骨分化。H3Kla，組蛋白賴氨酸乳酸化修飾；COL1，I型膠原蛋白。該圖片使用Figdraw繪制。

1.1.4人體與動物模型實驗

近期，Huang等[32]通過3例鈣化的主動脈瓣組織、6例非瓣膜病主動脈瓣組織標本，以及小鼠動物模型得到體內、體外組織培養以及ApoE-和 雙敲除小鼠模型，利用年輕、老年、鈣化組樣本中細胞簇異質性的單細胞RNA測序技術得出VIC向成骨表型細胞簇轉變的過程中存在一個獨特的細胞亞群，而LUM是參與這一表型轉變過程的重要分子；LUM能增強細胞的糖酵解能力，也是H3組蛋白乳酸化的重要調節因子。然而在現有的動物模型中，由于小鼠的主動脈瓣均不具有類似于人體瓣葉的三層結構，且野生型小鼠不會發生主動脈瓣狹窄[33]，通過雙敲除小鼠在高脂飲食后獲得動物CAVD模型，盡管在一定程度上模擬了主動脈瓣狹窄病變條件下炎癥因子以及ECM成分的表達，但由于物種差異，動物主動脈瓣鈣化模型始終不能模擬人體條件下的機械應力、炎癥及衰老因素，這可能會對研究結果帶來一定的局限性。

1.1.5與其他小分子共同蛋白作用

除了LUM外，其他SLRP如decorin 和biglycan在CAVD中也發揮重要作用[34]。decorin主要存在于ECM中。decorin與膠原纖維結合，能調節膠原蛋白的組裝和穩定性來影響ECM的結構和機械特性[12]decorin還具有抗炎特性，它通過調節細胞因子的表達來抑制炎癥反應，減輕炎癥對瓣膜的影響[22]biglycan能調節細胞的信號傳導，尤其是通過激活轉化生長因子 β 和其他生長因子通路，影響細胞的行為[35]。通過調節細胞信號傳導，biglycan 可促進成纖維細胞的活化和增殖。雖然LUM、decorin和biglycan都是SLRP，但它們的作用機制不同。LUM主要通過調節MMP的活性促進鈣化，而decorin則通過抑制MMP和調節細胞增殖來對抗鈣化和炎癥。biglycan則通過影響細胞信號傳導和促進ECM的重塑來參與鈣化過程。

2LUM作為CAVD治療靶點的潛力

重組人LUM在CAVD病變早期中的高表達使其成為早期干預的理想靶點。CAVD的病程較長，患者通常在出現明顯癥狀時，病變已經進入較為嚴重的階段。因此，如能在早期階段通過靶向LUM阻止或延緩病變進展，將大大改善患者的預后。LUM在CAVD中的促炎作用已得到廣泛研究。通過與CD44和ITGB1等細胞表面受體結合，LUM激活TNF- 信號通路，誘導核因子 κB 進入細胞核，促進IL-6、CXCL1等促炎因子的表達[36]。這些促炎因子在CAVD中起到了推波助瀾的作用，進一步加劇了瓣膜組織的炎癥反應，促進了鈣化。因此，靶向抑制LUM的這一作用，可能通過減弱炎癥反應，延緩CAVD的病程進展。LUM在CAVD中的另一個重要作用是促進VIC的糖酵解代謝通路[32]。LUM通過上調糖酵解關鍵酶（乳酸脫氫酶A），促進乳酸的積累。這一代謝重編程不僅為炎癥反應提供能量支持，還通過乳酸化修飾影響組蛋白的功能。因此，阻斷LUM調控的糖酵解通路，減少乳酸的積累，可為控制病變組織的鈣化提供新的治療思路。LUM通過促進糖酵解產生乳酸，進而引發組蛋白的乳酸化修飾，尤其是H3K9la 和 。這種乳酸化修飾顯著上調了成骨相關基因（如Runx2和BMP2）

的表達，推動VIC向成骨表型轉化，加速了鈣化的發生。這一表觀遺傳調控途徑為CAVD治療提供了新的靶點。通過抑制LUM引發的組蛋白乳酸化，可能能夠直接影響VIC的鈣化過程，進而控制或延緩CAVD的進展。總之，LUM在CAVD中的作用不僅限于單一的炎癥或代謝途徑，它整合了炎癥反應、代謝重編程和表觀遺傳調控三個層面的功能。因此，LUM具有作為多層次靶點的潛力，能通過不同途徑同時抑制鈣化的發展。這使LUM不僅僅是一個治療靶點，而且可能成為多靶點治療策略中的關鍵節點。

綜上，LUM在CAVD中的多重作用使其成為一個具有潛力的治療靶點。LUM通過調控ECM的重塑、促進炎癥反應和鈣化進程，在CAVD病理過程中起到關鍵作用。盡管現有研究結果支持LUM作為CAVD治療靶點的潛力，但仍需面臨如LUM作用機制的深入解析、靶向LUM的小分子藥物開發、基因療法的探索、多靶點聯合治療等諸多挑戰。未來的研究應聚焦于機制解析、藥物開發及臨床驗證，探索針對LUM的精準干預手段，為CAVD患者提供新的治療選擇。這一領域的研究不僅有望為CAVD的治療帶來突破性進展，還可能為其他心血管疾病的治療提供啟示。

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