鈣化性主動脈瓣膜病發病機制研究進展

李欣欣，張 寧，張銀康，李叔寶，陳 云，劉新燦

鈣化性主動脈瓣膜病(calcific aortic valve disease，CAVD)是繼冠心病和高血壓之后最常見的心血管病，在正常瓣膜基礎上隨著增齡進行性纖維化、鈣化、重塑、增厚、阻塞造成主動脈瓣膜關閉不全和狹窄，引起暈厥、心肌梗死、心力衰竭等心血管事件。在普通人群中CAVD的患病率為0.4%，在65歲以上人群中CAVD的患病率為1.7%，若不進行手術，嚴重主動脈狹窄病人僅不到1/3存活超過5年[1-3]。以往認為CAVD是隨年齡增長發生的被動性鈣沉積過程，而現在認為它是受到炎癥、代謝等多因素主動調節的結果。目前，CAVD僅以手術治療為主，尚無阻止其進展或逆轉鈣化的藥物干預方法。因此，本研究對CAVD的發病機制進行綜述。

1 高循環阻力及瓣膜張力異常

在心動周期中，主動脈瓣確保血液從左心室向主動脈的單向流動。已有研究證明，CAVD病人中有20%～50%伴隨高血壓，且動態血壓越高，主動脈瓣峰值血流速度增加越多，CAVD患病率越高[4-6]。處于高循環阻力狀態的主動脈瓣及二尖瓣鈣化的可能性最高，表明高血壓可能促進瓣膜鈣化。血流剪切力能誘導炎癥標志物的表達，如血管細胞黏附因子-1(VCAM-1)、轉化生長因子-β1(TGF-β1)、骨形成蛋白-4(BMP-4)等，而高血壓的機械應激對瓣膜內皮細胞(VECs)造成損傷并喪失抵抗代謝、機械和炎癥損傷的屏障功能，增加瓣膜內脂質、礦物質堆積及炎性細胞的浸潤，激活瓣膜間質細胞(VICs)向成骨細胞分化，從而導致瓣膜鈣化、狹窄[7-8]。瓣膜組織鈣化導致瓣口形成湍流進一步加劇狹窄，使主動脈瓣峰值血流速度和血流動力學障礙明顯增加[9]?？梢姼哐h阻力可致瓣膜鈣化及促進瓣膜炎癥標志物的表達，鈣化瓣膜又進一步改變血流動力學，是一種惡性循環的過程。

2 慢性炎癥反應

高速血流剪切力及機械應力造成VECs的損傷引發了主動脈瓣膜的慢性炎癥反應[10]。在CAVD異位骨化的部位發現了大量淋巴細胞，巨噬細胞、CD4+和CD8+T細胞的浸潤(正常瓣膜中僅少量)，釋放大量炎性介質及細胞趨化因子等促使主動脈瓣膜纖維化及鈣化[11-12]。研究表明，白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-6(IL-6)、白細胞介素-18(IL-18)、白細胞介素-21(IL-21)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等促炎因子在CAVD中表達上調[13-16]。激活的單核細胞旁分泌TNF-α使Toll樣受體(TLR)2上調從而增強VICs的炎癥反應，TNF-α同時促進肌成纖維細胞轉化為成骨樣細胞表型從而加重瓣膜的鈣化[17-18]。中性粒細胞/淋巴細胞比值與嚴重CAVD病人的主要不良事件明顯相關，但全身炎癥標志物C反應蛋白(CRP)與CAVD進展沒有關聯，不能作為亞臨床CAVD的預測因子[19-20]。

瓣膜在攝取氧化脂質后，局部巨噬細胞、CD4+和CD8+T淋巴細胞和肥大細胞被激活引起炎癥反應[10，12]，這是模式識別受體激活的結果，如TLR和核轉錄因子-κB(NF-κB)途徑，在CAVD進展中起關鍵作用[21]。TLR能夠識別入侵細菌和病毒釋放的特殊物質來調控炎癥反應。研究發現，CAVD瓣葉中高水平TLR(尤其TLR2和TLR4)可以調節VICs中促炎介質的表達，用脂多糖(LPS)處理細胞后分離的VICs中可見成骨因子的表達和瓣膜成骨活性提高[22-23]。巨噬細胞分泌的TNF-α刺激VICs的成骨分化和鈣化，繼而激活NF-κB、IL-1β和IL-6[24-27]。而抗炎細胞因子白細胞介素-37(IL-37)通過IL-18受體κ鏈抑制TLR誘導的NF-κB活化，減少TLR刺激后炎癥介質的產生從而減輕炎癥反應[28]?？梢娧装Y反應貫穿了CAVD的始終，對CAVD的發生發展起著關鍵作用。

3 細胞外基質(ECM)重構

主動脈瓣的ECM分為3層：與血流相對的膠原纖維層、富含蛋白多糖的中間海綿層和面向血流富含彈性蛋白纖維的心室層。當ECM的合成及降解失衡，導致彈性蛋白纖維碎裂降解和膠原纖維的含量增加最后造成瓣膜鈣化，這個過程稱為瓣膜ECM重構。VICs負責瓣膜組織基質的分泌和重塑，從而調節內穩態和疾病之間的平衡[29]。ECM重構后的瓣膜對血流剪切力耐受力下降，影響內皮功能?；|金屬蛋白酶(MMP)是降解ECM蛋白的關鍵酶，由炎癥細胞、VICs產生，在生理和病理狀態下ECM重塑中起著核心作用。研究發現，鈣化瓣膜中MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-12、MMP-10的表達都明顯高于正常瓣膜，其中以MMP-1、MMP-9和MMP-12表達最高[30-32]。重度主動脈瓣狹窄病人中MMP-28水平明顯高于中度或輕度主動脈瓣狹窄病人[33]。正常瓣膜的MMP活性可以被相應金屬蛋白酶組織抑制劑所抑制，兩者處于動態平衡以保持ECM的完整性及正常功能，而瓣膜狹窄的炎癥反應出現大量白細胞和腫瘤壞死因子激活了MMP，影響ECM重構，造成成纖維細胞的大量增殖使瓣膜膠原纖維層增厚，最終導致瓣膜鈣化[34-35]。

4 代謝紊亂

大量研究表明，CAVD在高脂血癥病人中有較高的發生率，瓣膜上有大量的脂質和吞噬脂質的泡沫細胞聚集。在早期主動脈瓣疾病的高膽固醇血癥小鼠中，通過微粒體三酰甘油轉運蛋白(MTTP)基因遺傳失活降低血脂水平使氧化應激正?；瘻p少促成骨因子，阻止CAVD進展[36-37]。脂蛋白(a)[Lp(a)]是富含膽固醇的顆粒，其水平的升高、相應的基因型與普通人群主動脈瓣狹窄的風險增加相關[38]。另外，有研究指出，循環中氧化型低密度脂蛋白(oxidised low density lipoprotein，ox-LDL)水平升高與CAVD的瓣膜組織鈣化重塑加重相關，其瓣膜炎性細胞密度、TNF-α表達及組織重塑評分明顯增加[39-40]。脂質代謝異?？赏ㄟ^多種途徑誘發炎癥反應，最終造成CAVD。

臨床研究表明，與非糖尿病病人相比，2型糖尿病病人的主動脈瓣顯示出更強水平的鈣化，高糖是VECs的促炎劑，誘導VECs功能障礙，通過細胞間黏附分子-1、E-選擇素和CD18促進單核細胞與VECs的黏附，此環境下VECs與單核細胞的黏附作用要強于VICs[41-42]。高糖可能還誘導了VECs和VICs中MMP的表達，表明高糖引起的炎癥與這兩種細胞重塑相關[43]。另外，鐵通過瓣葉內出血在主動脈瓣內積聚，被VICs在促炎環境中攝取，促進VICs增殖、ECM重塑和鈣化[44]。研究表明，血清磷濃度的升高與主動脈瓣硬化的風險增加相關，但對于血清鈣、甲狀旁腺激素和25-羥基維生素D濃度與CAVD的關系尚無統一定論，需進一步探究。

5 新生血管形成

正常主動脈瓣中不存在血管，但在CAVD瓣膜的炎癥細胞浸潤區和鈣化區可觀察到有多支新生微小血管。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是能增強血管通透性、促進血管內皮細胞增殖、轉移和血管生成的細胞因子。在CAVD病人中分離出的VICs有血管生成潛能、血管周圍分化能力和VEGF-A的旁分泌作用，新生毛細血管樣突起表達CD31、CD34和血管內皮生長因子受體-2(VEGFR-2)等內皮細胞標志物，提示血管生成在CAVD的發病機制中起作用[45-47]。VEGF通過激活三磷酸肌醇受體(IP3R)/鈣離子-鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)/環腺苷酸反應元件結合蛋白(CREB)信號通路上調VICs中Run相關轉錄因子2的表達，導致成骨特異性基因激活[48]。另外，主動脈瓣膜中的肥大細胞和肌成纖維細胞還可以通過改變瓣膜中血管生成和抗血管生成因子之間的平衡來加速CAVD的發展[49]。而新生血管的生成為之后骨組織的形成提供了條件。

6 骨化學說

主動脈瓣膜鈣化與骨骼鈣化有很大的相似之處，有許多共同的調控途徑和成骨細胞亞群。CAVD瓣膜中存在促進成骨因子增加和鈣化抑制劑丟失活性的過程，導致ECM和骨組織蛋白的沉積。骨形態發生蛋白(BMP)可刺激成骨細胞形成骨組織，在瓣膜中BMP表達增加，尤其是BMP-2和BMP-4增加了VICs中堿性磷酸酶(ALP)和骨鈣素的活性[50]，而基質GLA蛋白(MGP)是防止鈣化的主要保護因素，阻礙BMP-2合成，降低VICs的鈣化[51]。由肝細胞分泌的胎球蛋白-A也被認為是鈣化抑制劑，低水平胎球蛋白-A與CAVD有著明顯的關聯性，它拮抗BMP-2和TGF-β1，在血漿中與鈣、磷形成鈣蛋白顆粒復合物抑制血液中磷酸鈣晶體的生長，防止瓣膜的鈣化[52-53]。Wnt/β-catenin、NF-κB受體激活劑(RANK)/NF-κB受體激活劑B配體(RANKL)/骨保護素(OPG)通路在瓣膜鈣化過程后期階段起著至關重要的作用[1]。與健康瓣膜相比，CAVD中VICs的RANKL含量高，而OPG含量極低，RANKL對RANK的刺激導致了VICs的成骨細胞分化[54]。TGF-β1和BMP-2能夠誘導β-catenin的核轉位，增加Wnt信號的表達，刺激VICs向成骨細胞分化[1]。Wnt/β-catenin通路是骨形成過程中最重要的調節因子之一，導致RUNX2的表達，通過成骨細胞促進骨組織的形成。因此，成骨因子的激活和Wnt等相關通路的功能障礙都會導致VICs中促成骨信號的增加。

7 腎素-血管緊張素系統(RAS)

RAS與心臟許多疾病相關聯，已被證明對許多具有病理生理意義的刺激有反應，RAS產生生物活性的血管緊張素肽片段，如血管緊張素(Ang)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和1-7，通過不同細胞受體發揮作用，在激素分泌、細胞生長、抗增殖、活性氧生成、凋亡、促炎和促纖維化過程中發揮作用[55]。RAS通過AngⅡ1型受體局部表達的增強和AngⅡ活性的增加在CAVD的發病機制中發揮作用[56]。CAVD瓣膜上血管緊張素轉換酶與糜蛋白酶的表達水平升高，說明瓣膜中促纖維化系統被激活[56]。AngⅡ是NF-κB途徑的有效激活劑，在分離的細胞中有強烈的促纖維化作用，給予小鼠AngⅡ可以促進主動脈瓣纖維化及明顯增厚[57]。臨床對1 000多例經導管主動脈瓣置換術(TAVR)后嚴重的CAVD病人進行試驗發現，接受血管緊張素轉換酶抑制劑(ACEI)/血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)治療的病人2年全因死亡率比未接受組更低[58]。由此，猜測RAS對CAVD的進展也起到了一定的作用。

8 基因學說

近年研究表明，CAVD與家族性因素有關，其鈣化機制中信號通路及分子也受到基因水平的調控。在瑞典1萬多例主動脈瓣狹窄病人中發現，有主動脈瓣狹窄兄弟姐妹史的個體患病風險增加了3倍以上[59]。在內皮細胞中NOTCH1通過改變增強子區域的表觀遺傳特征來調節1 000多個參與炎癥和成骨基因的表達，導致主動脈瓣早期發育缺陷而加快人類CAVD進展[60-61]。miRNAs在基因表達的轉錄后修飾中具重要意義，研究發現miRNAs在動脈粥樣硬化和正常瓣膜中表達差異，說明miRNA與CAVD有密切關系。研究表明，miR-26a、miRNA-30b、miR-34c、miR-29b、miR-138、miRNA-214等miRNA在CAVD瓣葉中表達明顯下調伴有成骨標志物的上調，這些miRNA可能通過調節細胞凋亡、VICs成骨分化等途徑抑制主動脈瓣膜鈣化[62-64]。相反，miR-29b、miR-21、miR-24、miR-143的上調，可能為CAVD的致病因子[65-66]。而高水平miR-486誘導VICs表現為肌成纖維細胞表型，上調Runx2和骨折愈合特異性轉錄因子(OSX)的表達，并與低水平的miR-204協同作用，提高瓣膜的成骨活性[67]。這些新的發現表明，調節瓣膜促成骨活性的表觀遺傳機制對防止CAVD進展具治療潛力。

9 結 語

CAVD是高度復雜的疾病，而非單純退行性病變，與高循環阻力、慢性炎癥、代謝紊亂、骨化及新血管生成等多樣因素相關。在第七次全國人口普查中，60歲及以上人口占總人數18.70%，隨著人口老齡化程度加深，CAVD成為日益加重的醫療負擔。然而目前為止，僅經導管主動脈瓣置換術和球囊擴張瓣膜形成術是改善CAVD臨床結果、提高生存率的唯一有效選擇，因此，通過總結CAVD近幾年最新發病機制以期為臨床提供治療策略，但其發病機制及各機制間關聯尚未完全清楚，需進一步探索。