微炎症反应状态与钙化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.29.025

摘要/Abstract

摘要：

背景：近年来，矿化物在异常部位的沉积所形成的病理性钙化如血管钙化，已成为促进多种疾病发生发展的病理基础和危险因素，且广泛的研究认为微炎症反应状态与病理性钙化密切相关。

目的：就微炎症反应状态时体内的炎症相关指标与钙化相关因子的关系来对微炎症反应状态和钙化的关系做进一步的概述和总结。

方法：应用计算机检索中国知网，万方数据库以及 PubMed 数据库 2000年1月至2015年1月有关微炎症反应状态和钙化关系方面的文献，中文检索词“钙化、微炎症反应状态、炎症因子”，英文检索词“The mechanism of calcification、Micro-inflammatory state、Inflammatory factor”。

结果与结论：微炎症反应状态是一种由非病原微生物感染引起的非显性炎症状态，表现为全身循环中炎性蛋白、炎症性细胞因子低水平、持续的升高。目前以前炎症细胞因子白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因α以及急性时相反应蛋白C-反应蛋白作为检测微炎症反应状态的客观、敏感的有效指标。且大量研究已经发现，体内轻度升高的白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因α及C-反应蛋白与促钙化因子呈正相关关系，从而说明微炎症状态具有促进钙化的作用。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 组织构建, 组织工程, 钙化机制, 微炎症反应, 炎症因子

Abstract:

BACKGROUND: In recent years, pathological calcification such as vascular calcification has been an active deposition of the mineralizer in the abnormal parts, can promote the occurrence and development of many diseases. Moreover, extensive studies believe that micro-inflammatory state is strongly associated with pathological calcification.

OBJECTIVE: To further summarize the relationship between micro-inflammatory state and calcification based on the relationship between inflammatory factor and calcification-related factors.

METHODS: A computer-based search of CNKI, Wanfang database and PubMed database from January 2000 to January 2015 was performed for articles addressing the relationship between micro-inflammatory state and calcification. The key words were “calcification, micro-inflammatory state, inflammatory factor” in Chinese and English.

RESULTS AND CONCLUTION: Micro-inflammatory state is a non-dominant inflammatory state, caused by an infection of non-pathogenic microorganisms, mainly for the elevated inflammatory protein, inflammatory cytokines in the systemic circulation. At present, pro-inflammatory cytokines interleukin-1, interleukin-6, interleukin-8, tumor necrosis factor-alpha and acute phase protein C reactive protein were considered as the objective and sensitive detection index of micro-inflammation state. A large number of studies have found that a slight elevation of interleukin-1, interleukin-6, interleukin-8, tumor necrosis factor-alpha and C reactive protein was positively correlated with calcification promoting factors, which illustrated that the micro-inflammatory state has the role of promoting the calcification.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Calcium, Interleukins, Tumor Necrosis Factor-alpha, Cytokines

中图分类号:

R318

秦超师，李晓艳，蒋学俊，冯高科. 微炎症反应状态与钙化[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(29): 4721-4725.

Qin Chao-shi, Li Xiao-yan, Jiang Xue-jun, Feng Gao-ke. Micro-inflammatory state and calcification[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(29): 4721-4725.

图/表（结果） 1

微炎症反应状态是一种由非病原微生物感染引起的非显性炎症状态，表现为全身循环中炎性蛋白、炎症性细胞因子低水平、持续的升高。目前以前炎症细胞因子白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α以及急性时相反应蛋白C-反应蛋白作为检测微炎症反应状态的客观、敏感的有效指标。且大量研究已经发现，体内轻度升高的白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α及C-反应蛋白与促钙化因子呈正相关关系，从而说明微炎症状态具有促进钙化的作用。并且钙化是多种心脑血管疾病的独立危险因素，因此，有效的控制微炎症反应状态是降低心脑血管疾病及其他慢性疾病病死率的有效措施之一。

2.1 钙化众所周知，钙化是与生理性骨质形成类似、主动的、可调控的过程。对于钙化的形成可能需要3方面的因素：①细胞有向成骨样表型细胞的转化潜能，如血管平滑肌细胞、周细胞及血液中的间充质祖细胞等。②组织细胞凋亡和基质囊泡的形成。③促钙化因子和抑钙化因子的失衡。目前对钙化调控分子机制的研究发现^[1-6]，碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白2、骨钙素、Cbfα1等蛋白的表达上调或活性增加具有促进组织钙化的作用，又名促钙化因子；而基质Gla蛋白、骨保护素、骨桥蛋白、胎球蛋白A则具有抑制组织钙化的作用，同时抑制了促钙化因子的表达，抑制了组织或血管的钙化，避免了各种钙化并发症发生。

2.1.1 促钙化因子

碱性磷酸酶：碱性磷酸酶是作为成骨细胞分化的标志分子之一，广泛分布于人体组织中，尤其在成骨细胞中的含量最丰富，任何引起成骨细胞增殖和活动旺盛的因素都可使碱性磷酸酶的活性增强^[5]。分析碱性磷酸酶促进钙化的可能机制是：①碱性磷酸酶水解各种磷酸酯，增加局部磷酸盐浓度，从而为磷酸钙结晶的生成提供原料，进而促进钙化。②碱性磷酸酶水解焦磷酸盐，解除焦磷酸盐对磷酸钙生成的抑制作用,从而加速了钙化的生成^[7]。③碱性磷酸酶可能通过经典的Wnt信号通路和Msx2来增加其活性，从而进一步加速血管钙化的发生、发展^[8]。

骨形态发生蛋白2：骨形态发生蛋白是转化生长因子β超家族成员之一，普遍存在于脊椎动物的骨骼和牙齿中，是一种高效的骨诱导因子，其与血管钙化的关系甚为密切。但骨形态发生蛋白2诱导骨形成及促进血管钙化的机制尚不明确，目前已有大量研究证实骨形态发生蛋白2具有巨大的促进钙化的能力^[6]。

骨钙素：骨钙素是成骨细胞最终分化的特异性指标，是反应机体骨代谢变化的灵敏、可靠的标识之一。绝大多数骨钙素是由成骨细胞、类似成骨细胞的钙化血管细胞和已经分化为成骨的细胞分泌的，而正常的血管平滑肌细胞分泌量极少^[9]。因此钙化组织中骨钙素的出现将提示钙化过程中有成骨细胞表型的细胞的参与^[10]。

Cbfal：Cbfαl是多能间充质干细胞向成骨细胞分化的重要的转录因子，其在参与调控成骨细胞分化和细胞外基质的基因表达的同时，还可以加快一些重要的成骨相关基因，如骨钙素、碱性磷酸酶等的表达。Harada，Moe等^[11-12]，在Cbfal基因敲除的小鼠模型中，发现软骨的形成和骨的矿化出现了障碍，同时一些成骨相关基因的表达也受阻，加上Cbfal在钙化血管的内膜和中膜中的高表达，再次证实Cbfal具有促进钙化的作用，其表达上调可能是血管平滑肌细胞向成骨样细胞转化的始动因素。

2.1.2 抑钙化因子

基质Gla蛋白：基质Gla蛋白是一种维生素K依赖性蛋白，存在于软骨、骨基质和血管壁中，是体内第一个被发现的钙化抑制因子。多数研究发现，在钙化的动脉血管中，基质Gla蛋白的含量急剧下降，且剔除基质Gla蛋白基因的小鼠模型中存在着严重的中膜钙化现象^[13]。

骨保护素：骨保护素是肿瘤坏死因子受体超家族的成员之一，具有抑制破骨细胞形成的生物活性，能特异性抑制破骨细胞形成、分化，导致骨密度降低，防止血管钙化。近年来研究发现，骨保护素可阻断细胞核因子κB受体活化因子的作用^[14]，同时直接结合血管平滑肌细胞和内皮细胞上的肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)，阻止TRAIL诱导细胞凋亡，从而抑制血管钙化的发生^[15]。

骨桥蛋白：骨桥蛋白是一种分泌型糖基化磷酸蛋白，主存于富含矿物的骨骼和牙齿中，与破骨细胞表面的整合素αvβ3受体以及组织中的钙离子、羟基磷灰石结合，从而抑制钙化^[3]。近来研究发现，敲除骨桥蛋白基因的小鼠模型钙化加速，再次表明骨桥蛋白在体外可以诱导抑制血管钙化^[16]。

胎球蛋白A：胎球蛋白A是一种由肝脏合成的糖蛋白，广泛存在于细胞外液，占血清钙磷沉积抑制作用的50%^[17]，其抑制钙化的机制是：①在循环系统中，胎球蛋白A可与钙磷酸盐矿物质结合形成高分子量复合物，以抑制血清过饱和的钙磷盐沉积。②在局部组织中，胎球蛋白A可抑制转化生长因子β和骨形态发生蛋白2的促钙化作用^[18]。③胎球蛋白A可以减轻炎症因子促进血管钙化的作用，达到抑制钙化的目的。梁剑波等^[19]根据颈总动脉内中膜厚度来分组检测透析患者血中胎球蛋白A与C-反应蛋白的关系，发现颈总动脉内中膜增厚组的胎球蛋白A明显减少，而C-反应蛋白明显升高，进一步说明胎球蛋白A与钙化呈负相关，胎球蛋白A抑制钙化。

2.2 微炎症反应状态与钙化微炎症反应状态是一种由非病原微生物感染引起，表现为全身循环中炎性蛋白、炎症性细胞因子低水平、持续的升高，导致患者出现各种并发症的非显性炎症状态，具有持续性及相对隐匿性，其实质是免疫性状态^[20-22]，而有明确病因的急性感染性炎症及慢性感染不在本概念范畴内。研究发现，任何可以激活机体单核巨噬细胞系统的疾病均可以诱发微炎症反应状态，如高血压、高血糖、高血脂、吸烟、冠心病、慢性心衰、慢性肾脏病或尿毒症等，这类患者机体本身对促炎症细胞因子的清除减少，再加上血流切变应力、高容量负荷、氧化应激、大量的活性过氧化物、晚期糖基化终末产物、晚期氧化蛋白产物等对机体的刺激，从而诱发了炎症反应的发生^[18]。另外，微炎症反应状态时促炎细胞因子的持续升高又加速了慢性肾脏病、心血管疾病、糖尿病、脑血管疾病等的发展。

2.2.1 白细胞介素1 白细胞介素1是一种炎性细胞因子，可以介导以及促进炎症的发生发展，能够促发多种炎性细胞的活化，其中白细胞介素1β的释放能够抑制内皮细胞的增殖，诱导内皮细胞表达黏附分子，进而引发白细胞的募集和浸润，同时引起内皮细胞分泌促凝物质，从而促进动脉粥样硬化和血管钙化的形成^[23]。研究发现，白细胞介素1β与钙化的相关性呈时间依懒性，可能的机制是通过调节骨保护素/核因子κB配基受体激动剂来促进钙化^[24]。

2.2.2 白细胞介素6 白细胞介素6主要由单核巨噬细胞分泌，其可以协同白细胞介素1、肿瘤坏死因子α来促进C-反应蛋白基因表达的上调，是一种多功能炎性细胞因子，在炎症反应中起着重要作用。白细胞介素6具有致炎和抗炎的双向功能，它的作用与组织中的含量有关，正常水平对组织有利，若产生过多白细胞介素6会引起一系列炎性损害，所以在炎症、感染等情况下，血清中白细胞介素6的含量可以作为炎症程度的灵敏指标^[25]。近年来多个研究证实白细胞介素6能够促进成骨细胞分化、增殖，是钙化的独立危险因素。其中孙明珠等^[26]将不同浓度的重组人白细胞介素6处理人脐动脉平滑肌细胞后发现，骨形态发生蛋白2、碱性磷酸酶的mRNA表达和Cbfa1的结合活力增加，且骨形态发生蛋白2和碱性磷酸酶蛋白含量也增加，从而证实白细胞介素6能够促进组织成骨样转分化和钙化，尤其对于人血管平滑肌细胞。

2.2.3 白细胞介素8 白细胞介素8是单核巨噬细胞、中性粒细胞等炎症细胞分泌的重要的中性粒细胞趋化因

子，在炎症或感染时，血白细胞介素8的水平明显高于常人，而且白细胞介素8和中性粒细胞呈显著正相关^[27]。研究发现，极微量的白细胞介素8可以刺激血管平滑肌细胞增生迁移^[28-29]，且给敲除ApoE基因的小鼠注射外源性白细胞介素8，可明显促进小鼠动脉粥样硬化的形

成；在冠脉斑块中发现白细胞介素8的水平明显提高，进而再次验证了白细胞介素8促进钙化的关系。

2.2.4 肿瘤坏死因子α 肿瘤坏死因子α是在人体肝脏中合成的一种典型的时相蛋白，是人类主要的、较敏感的反映炎症急性期的标志蛋白之一，同时具有促进炎症反应的作用^[30]。然而近年研究发现，肿瘤坏死因子α具有促进血管平滑肌细胞钙化的作用，是血管钙化的诱因之一。为此，赵革新等^[31]实验发现肿瘤坏死因子α可能通过激活核因子KB信号通路，负性调控钙化抑制因子基质Gla蛋白的表达，促进碱性磷酸酶和骨形态发生蛋白2的分泌^[32]，从而起到促进钙化的目的。另外有实验证明，钙化血管壁的羟基磷灰石结晶同时能够促进巨噬细胞释放肿瘤坏死因子α，进而正反馈促进血管平滑肌细胞向成骨细胞分化导致血管钙化的进一步发展^[33]。

2.2.5 C-反应蛋白 C-反应蛋白因其能与肺炎双球菌细胞壁的C多糖起沉淀反应而得名，是一种主由肝脏合成的急性时相反应蛋白，是感染、炎症和组织损伤等非特异性炎症反应状态最敏感的指标，是慢性微炎症状态的标志物。目前大量研究已证明C-反应蛋白直接参与了动脉粥样硬化的形成，C-反应蛋白水平的升高与心脑血管事件的发生率密切相关，加之研究发现C-反应蛋白在心脏瓣膜钙化组的水平高于无心脏瓣膜钙化组^[34]，且 C-反应蛋白的水平与瓣膜钙化程度呈正相关。再次说明C-反应蛋白与钙化的正性相关性。

以上前炎症细胞因子白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α以及急性时相反应蛋白C-反应蛋白是对微炎症状态检测的客观、敏感的有效指标，当它们的水平持续超过正常范围的上限时即可诊断为微炎症状态。微炎症反应状态下，体内高水平的白细胞介素1、白细胞介素6、白细胞介素8、肿瘤坏死因子α诱导肝脏产生大量的急性反应物质C-反应蛋白，大量的C-反应蛋白和脂蛋白结合，通过经典途径激活补体，产生大量的终末攻击复合物及终末C5b-9，从而广泛地损伤血管内皮，导致内皮通透性增加、功能紊乱、内膜增生、炎症细胞趋化、脂质累积，最终形成动脉粥样硬化。同时血管内皮的损伤、炎症细胞的大量聚集、趋化又加速了体内微炎症状态的发展，形成了促进炎症反应的正反馈循环，从而加速了血管钙化的进程(见图1)。另外，微炎症状态下钙化抑制剂胎球蛋白A浓度的明显下降，使血管钙化失去抑制，更是促进了钙化的发展^[35]。最后微炎症状态下活化的炎症细胞合成分泌大量的金属蛋白酶，溶解破坏胶原、导致纤维帽变薄，致使动脉粥样硬化斑块稳定性变弱易破裂。

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