Fetuin A與主動脈瓣膜鈣化

劉 亞 劉 艷

上海交通大學臨床醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院，上海市 200011

Fetuin A，也稱Alpha2-Heremans-Schmid glycoprotein(AHSG)，是一種由肝臟細胞合成和分泌的血漿糖蛋白，屬于半胱氨酸蛋白酶抑制劑(Cystatin)超家族成員。Fetuin A前體由一條含282個氨基酸殘基的重鏈、一條含27個氨基酸殘基的輕鏈和一條含40個氨基酸殘基的連接鏈組成。在翻譯過程中，連接鏈被糜蛋白酶水解，重鏈與輕鏈在Cys-14和Cyst-340之間由二硫鍵連接，形成Fetuin A[1]，其分子量為55～59kD。Fetuin A蛋白共有3個結構域: 2個半胱氨酸蛋白酶抑制劑樣結構域，其含有1個磷酸鈣結合位點和1個TGF-β細胞因子結合單元，通過與鈣磷及TGF-β的結合，阻斷了鈣磷沉積及TGF-β介導的信號傳導，在調(diào)節(jié)機體鈣化、胰島素抵抗、抑制腫瘤生長和血管生成，以及抗炎癥反應中發(fā)揮了重要的作用；1個獨特的羧基末端結構域，該結構域結構易變，是抗原決定簇所在的位置，目前關于其結構和功能尚不明確。

1 Fetuin A與主動脈瓣膜鈣化

主動脈瓣膜鈣化疾病(Calcific aortic valve disease，CAVD)是一組以主動脈瓣及其周圍組織纖維化、硬化、鈣鹽沉積為主要改變，主動脈瓣狹窄(Aortic stenosis，AS)為主要功能損害的疾病。流行病學調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，CAVD發(fā)病成日益上升趨勢，其與年齡明顯呈正相關。在一項關于AS發(fā)病率與預后的國外人群研究[2]中提示,在50～59 歲人群中，AS發(fā)病率為0.2%(95%CI：0%～0.4%)，60～69 歲的發(fā)病率為1.3%(95%CI：0.9%～1.7%)，70～79歲為3.9%(95%CI：3.2%～4.6%)，80～89歲則為 9.8%(95%CI：7.8%～11.8%)。由于主動脈瓣膜狹窄，左心室收縮期血液排出受阻，可繼發(fā)左心室向心性肥大、二尖瓣相對關閉不全，晚期可誘發(fā)心律失常、心肌梗死、心力衰竭等癥狀，是老年人心血管事件的主要病因。目前認為，CAVD是一個活躍進展的病理過程，涉及脂質(zhì)浸潤、慢性炎癥反應、纖維化形成、成骨細胞激活和主動脈瓣內(nèi)礦化等多種病理情況，且與動脈粥樣硬化的形成和演變有著諸多相同的危險因素，如男性、吸煙、高血壓、高膽固醇血癥、肥胖、代謝綜合征、糖尿病以及脂蛋白a水平升高等。

Ketteler[3]首先發(fā)現(xiàn)，尿毒癥患者死亡的主要原因與血管及瓣膜病變密切相關，尤其是主動脈瓣鈣化的發(fā)生率高。并發(fā)現(xiàn)，患者的血清Fetuin A濃度明顯低于健康對照組[(0.66±0.28)g/L VS(0.72±0.19)g/L,P<0.05],推測Fetuin A可能與主動脈瓣鈣化發(fā)生相關。Kocyigit等[4]也發(fā)現(xiàn),腎移植患者伴主動脈瓣鈣化的，其血清Fetuin A濃度明顯高于無瓣膜鈣化者[(236±36)mg/ml VS (272±56)mg/ml，P<0.05]，也認為血清Fetuin A濃度可能與主動脈瓣膜鈣化有關。Koos等[5]對77例主動脈瓣鈣化患者進行為期平均12個月隨訪時發(fā)現(xiàn)，在校正年齡、BMI、吸煙、腎小球濾過率、血脂、血糖、血壓和 C 反應蛋白等危險因素后, 血清Fetuin A濃度與主動脈瓣鈣化顯著相關(r=-0.61，P=0.000 2)。血清Fetuin A濃度低于中位值(0.72g/L)患者的主動脈瓣鈣化評分顯著高于血清Fetuin A濃度高于中位值患者(P= 0.001)，進一步證實血清Fetuin A濃度與主動脈瓣鈣化相關，且與瓣膜鈣化程度有關。在腹透患者[6]中也發(fā)現(xiàn)，血清Fetuin A濃度每下降0.01mg/ml，瓣膜鈣化的發(fā)病風險上升 6%，校正CRP、Ca2+、P3+水平后，血清Fetuin A濃度仍與瓣膜鈣化程度呈負相關。另一項研究[7]發(fā)現(xiàn)，主動脈瓣鈣化組的血清Fetuin A濃度[(1.41±0.337)mg/dl]低于無鈣化組[(1.57±0.27)mg/dl，P=0.046]，腎小球濾過率(GFR)≥60ml/min時，差異性更顯著[(1.36±0.24)mg/dl VS(1.63±0.27)mg/dl，P=0.007]，提示血清Fetuin A濃度與主動脈瓣鈣化的相關性可能獨立于腎功能。一項納入7項研究的薈萃分析[8]，對2 283例主動脈瓣狹窄患者和1 549例健康人分析發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，鈣化組血清Fetuin A濃度明顯降低(95%CI:-1.62～0.30,P=0.004)。

但是，目前學界對Fetui A與主動脈瓣鈣化的相關性仍存爭議。一項前瞻性隊列研究[9]對296名主動脈瓣鈣化患者進行平均(3.0±1.7)年隨訪，評估患者主動脈瓣鈣化進展情況，發(fā)現(xiàn)血漿Fetui A濃度與主動脈瓣鈣化進展無明顯相關性(r=0.01,P=0.82)。進一步行雙變量分析，調(diào)整年齡、性別、主動脈瓣鈣化程度后，差異仍無統(tǒng)計學意義(所有P>0.2)。那么，F(xiàn)etuin A是否可視為一個潛在的AS預測因子？如果是，又是如何參與調(diào)控主動脈瓣鈣化病變的形成及演變？

2 Fetuin A參與調(diào)控主動脈瓣鈣化的作用機制

2.1 與脂質(zhì)代謝 研究表明，隨著血清Fetuin A濃度的升高，血清總膽固醇(Total cholesterol，TC)、甘油三酯(Triglyceride，TG)、低密度脂蛋白膽固醇(Low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)水平也升高，而血清高密度脂蛋白膽固醇(High density lipoprotein cholesterol，HDL-C)水平是降低的(P均<0.01)。有研究[10]表明，F(xiàn)etuin A可降低脂肪細胞中的cAMP含量，抑制脂肪細胞中激素敏感脂肪酶(Hormone-sensitive lipase，HSL)磷酸化，從而抑制脂肪細胞分解，使TG和脂肪酸(Fatty acids，F(xiàn)A)含量增加，F(xiàn)A的增加進一步提高血清脂蛋白B和LDL-C濃度。而ox-LDL可激活主動脈瓣膜基質(zhì)間，誘發(fā)瓣膜區(qū)的炎癥級聯(lián)反應，觸發(fā)主動脈瓣鈣化[11]。但是，F(xiàn)etuin A參與脂代謝調(diào)控的確切作用機制仍未明確。

2.2 與胰島素抵抗 已知Fetuin A是一種內(nèi)源性胰島素受體阻滯劑，但是，F(xiàn)etuin A不與胰島素競爭性結合胰島素受體，而是通過抑制胰島素受體絡氨酸激酶及胰島素受體底物-I(Insulin receptor substrate-I，IRS-I)的酪氨酸磷酸化，降低胰島素受體絡氨酸激酶活性，誘發(fā)胰島素抵抗(Insulinresi stance，IR) 。Mathews等[11]給大鼠注射人重組Fetuin A蛋白后發(fā)現(xiàn)，大鼠肝臟和下肢骨骼肌中的胰島素受體及IRS-I的磷酸化被阻斷。敲除小鼠Fetuin A基因后，小鼠肝臟和骨骼肌中的胰島素受體磷酸化水平升高，胰島素敏感性增強，證實Fetuin A在調(diào)節(jié)胰島素信號傳導、胰島素敏感性方面可能起著重要的調(diào)節(jié)作用。Stefan 等[12]也發(fā)現(xiàn)，較糖耐量正常者，糖耐量減低者的血清Fetuin A濃度明顯降低，差異有統(tǒng)計學意義[(250±13)μg/ml VS (307±19)μg/ml，P=0.006]，并且血清Fetuin A濃度與胰島素敏感性呈負相關(r=-0.22，P=0.003) 。而中國人群研究[13]發(fā)現(xiàn)，較糖代謝正常、空腹血糖調(diào)節(jié)受損、糖耐量受損人群，確診2型糖尿病患者的血清Fetuin A濃度明顯升高[分別為 285.3(231.9～359.1)mg/L、290.7(234.5～359.2)mg/L、291.0(230.0～359.9)mg/L、307.7(243.5～376.2)mg/L，P=0.000 8]，提示Fetuin A可能是2型糖尿病的危險因素。Pal等[14]在脂肪細胞中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)etuin A可能是內(nèi)源性TLR4配體，F(xiàn)etuin A和Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)結合后可激活游離脂肪酸(Free fatty acid，F(xiàn)FA)，誘導促炎細胞因子表達。剔除Fetuin A或TLR4，均可抑制FFA誘導的胰島素抵抗。進一步體外實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)etuin A可直接與TLR4的Leu100-Gly123和Thr493-Thr516 位點結合，激活TLR4介導的脂肪組織炎癥反應，引發(fā)胰島素抵抗。

研究表明，2型糖尿病患者的主動脈瓣膜更易發(fā)生鈣化，其機制可能是通過糖基化終產(chǎn)物(Advanced glycation end-products，AGE)介導的AGE受體通路，刺激成骨信號通路、內(nèi)皮細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和巨噬細胞浸潤，引起血管平滑肌細胞的成骨細胞樣分化，促進鈣化。

2.3 與鈣磷代謝 Fetuin A是一種重要的異位鈣化抑制劑。敲除Fetuin A小鼠可出現(xiàn)心肌、心臟瓣膜、腎臟、皮膚、肺、脈管等組織的漸進性鈣化，提示Fetuin A可通過抑制異位鈣化防止主動脈瓣膜鈣化的發(fā)生。Moe SM等分別用正常人血清和尿毒癥患者血清培養(yǎng)牛血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cells，SMCs)，發(fā)現(xiàn)尿毒癥患者血清培養(yǎng)的SMCs鈣化更明顯[3]。將不同劑量的Fetuin A 分別加入尿毒癥血清組的細胞培養(yǎng)液中，結果顯示，隨著Fetuin A 濃度的升高，SMCs鈣化受抑制，且抑制程度與Fetuin A 濃度呈正相關(P<0.01)。Reynolds等也證實，F(xiàn)etuin A可抑制SMCs胞外鈣磷濃度升高所誘導的SMCs鈣化，呈劑量依賴性[15]。SMCs囊泡是鈣化成核的核心部位，SMCs攝取Fetuin A，一方面，使囊泡內(nèi)Fetuin A水平升高，抑制囊泡鈣化成核活性；另一方面，F(xiàn)etuin A可反饋性增強SMCs囊泡的吞噬活性，抑制SMCs凋亡，并使囊泡局限化，進一步抑制囊泡鈣化。

Fetuin A抑制異位鈣化的作用機制可能是：(1)Fetuin A通過其N端氨基酸殘基和 Ca2+、PO43+形成可溶性膠體微球(大小為 30～150nm)，降低鈣磷沉積，抑制細胞組織礦化；(2)FetuinA與TGF-βⅡ型受體有18～19 個相同的氨基酸序列，F(xiàn)etuinA通過競爭性結合TGF-β，阻斷TGF-βⅡ型受體介導的骨形成蛋白(BMPs)信號傳導，下調(diào)Smad蛋白的mRNA合成，抑制堿性磷酸酶(ALP)活化，減少骨鈣蛋白合成，抑制軟骨細胞增殖及其細胞外基質(zhì)的分泌，從而抑制骨細胞分化。

2.4 與炎癥反應 研究發(fā)現(xiàn)，鈣化的主動脈瓣膜內(nèi)聚集了大量激活的肥大細胞，通過釋放炎性介質(zhì)、細胞趨化因子、生長因子和水解酶等，參與瓣膜的礦化反應和纖維化反應。Siegel等[16]發(fā)現(xiàn)，炎癥急性期時的血清Fetuin A水平和肝臟細胞Fetuin A mRNA表達下降20%～30%，當炎癥緩解時，血清Fetuin A水平及表達則恢復。早期炎癥因子，如(Interferon-γ，IFN-γ)可降低血清Fetuin A水平，當血清IFN-γ濃度低至10～50ng/ml時,Fetuin A表達可降低50%～70%；而遲發(fā)炎癥介質(zhì)，如高遷移率族蛋白B1(High mobility group protein1，HMGB1)在炎癥晚期可調(diào)節(jié)并恢復Fetuin A表達，HMGB1每升高1μg/ml，F(xiàn)etuin A表達可增加2～3倍。但是，F(xiàn)etuin A如何通過炎癥通路調(diào)控主動脈瓣膜鈣化，具體機制尚不明確。

盡管，F(xiàn)etuin A在脂質(zhì)代謝、胰島素抵抗、鈣磷代謝及炎癥反應中均發(fā)揮了重要的調(diào)控作用，目前，就Fetuin A參與CAVD發(fā)生發(fā)展的調(diào)控機制尚有一定爭議，臨床證據(jù)也并不一致。有的認為，F(xiàn)etuin A具有抗炎和抑制鈣化作用，可能是CAVD的保護因子；也有的認為，F(xiàn)etuin A可抑制胰島素受體磷酸化，引發(fā)胰島素抵抗，促進脂肪細胞分化，抑制脂肪細胞降解，進而導致脂代謝紊亂，可能是CAVD的致病因子。綜上所述，F(xiàn)etuin A對CAVD的作用機制還有待進一步全面而深入的研究。