骨硬化蛋白在慢性肾脏病发病及血管钙化中作用的研究进展

戴璇，李月红，姜埃利，袁连方

(1天津市南开医院，天津300100；2天津医科大学第二医院；3天津医科大学代谢病医院)

近年来，慢性肾脏病(CKD)患者的数量不断增加。心脑血管事件是影响CKD患者生存的最主要的原因。目前多项研究认为血管钙化与CKD患者心脑血管事件的发生密切相关，是CKD患者死亡的独立危险因素[1]。钙化是由多种因素参与的复杂的生物矿化过程，与骨或软骨的发育类似。Wnt/β-catenin信号通路作为骨代谢的重要通路，其在血管钙化中可能存在的作用受到日益关注。骨硬化蛋白(Sclerostin)是该通路中最主要的调节因子，主要由骨细胞和软骨细胞产生分泌，在牙骨细胞、肾脏细胞及血管内皮细胞中也有少量分泌。Sclerostin主要功能是作为Wnt/β-catenin信号通路的抑制物，对成骨过程进行负性调节。已有多项研究表明，Sclerostin在骨质疏松症、CKD、糖尿病、肿瘤中均有重要作用[2～5]。现就Sclerostin在CKD发病及血管钙化中作用的相关研究进展进行综述。

1 Sclerostin与CKD发病的关系

1.1 Wnt/β-catenin信号通路在CKD发病中的作用 Wnt/β-catenin信号通路具有高度的生物保守型，在啮齿类动物及哺乳动物中广泛存在，并且在生长发育的多个阶段均有重要的调节作用，其可通过对肾脏成祖细胞的更新与分化进行调节，从而保证足够数量的肾单位形成。目前已发现在前小管聚集处表达的Wnt-4蛋白和在输尿管上皮细胞表达的Wnt-9b蛋白可激活该通路，进而促使间充质干细胞(MSC)向上皮细胞分化，最终形成有效的肾单位。而异常激活的β-catenin信号通路则会造成肾脏发育异常。目前发现RAS系统的组成成分、FSP1、纤溶酶原激活物抑制剂1、FN、Snail蛋白1及MMP-7等一些相关靶点基因均与肾脏纤维化的发生和发展密切相关[6]。同时，多项CKD相关研究均发现β-catenin相关蛋白表达增加，表明β-catenin在慢性肾脏纤维化形成中也起到调节作用。目前认为，当肾脏出现慢性损伤后，Wnt/β-catenin信号通路被异常激活，可能对损伤的肾脏发挥一定的修复作用；而异常高表达的Wnt/β-catenin信号也会造成肾脏功能紊乱，尤其在慢性肾脏损伤中，多种因素通过各种途径导致Wnt/β-catenin信号通路处于持续异常的高表达状态，这种状态可能会加快肾脏纤维化进展，并最终造成肾脏损害。

1.2 Sclerostin在CKD中的表达及作用 Sclerostin由Sclerostin基因通过mRNA转录进行表达，目前通过基因检测技术发现，人类胚肾细胞系中Sclerostin蛋白的mRNA高表达，其表达量与骨组织中的相近，但正常成人肾脏中Sclerostin的含量极低，说明在发育正常的肾脏中Sclerostin基因几乎不表达。目前已有多项研究表明，Sclerostin在CKD中发挥重要作用。Pelletier等[7]首次报道血清Sclerostin水平从CKD 3期开始逐渐升高，并且各项观察显示CKD 5期患者血清Sclerostin水平明显高于CKD 3、4期患者[8]，为正常对照组的2～4倍。有研究表明血清Sclerostin水平与肾小球滤过率(eGFR)呈负相关[9]。还有研究显示血清Sclerostin水平与血液透析方式相关，血液透析滤过比血液透析更能降低血清Sclerostin水平，但腹膜透析和血液透析患者的血清Sclerostin水平并无明显差异[10]。考虑Sclerostin相对分子质量为24 kD，且几乎不携带正电荷[11]，因此其可能通过肾小球滤过后被再吸收，其在体内的含量可能与滤过率相关。但另外一些研究显示血清Sclerostin水平与残存肾单位没有直接关系，更可能是由于成骨细胞增多造成的[12]。虽然目前观察到Sclerostin在CKD中明显增高，但对于其升高的原因并未明确。

Sclerostin作为Wnt信号通路最重要的抑制性因子，可与细胞膜上的LRP5/6共受体相结合，竞争性抑制Wnt受体复合物生成，从而阻断细胞内蛋白的激活过程，进而阻断细胞内的四聚体(APC、Axin、GSK-3β、β-catenin)解体，其下游转录过程终止，导致Wnt蛋白靶基因(cyclin D1、Runx2、Osx、c-myc等)的表达降低[13]，最终使Wnt/β-catenin信号通路转导被抑制。因此在CKD中升高的Sclerostin可通过抑制异常高表达的Wnt/β-catenin信号通路转导，减少其对已损伤肾脏的进一步刺激，减轻肾脏损害。另外，CKD的肾脏损伤因素众多，Sclerostin在CKD中的具体作用与其他影响因子存在一定相关性。PeTan等[6]也观察到甲状旁腺激素(iPTH)与Sclerostin呈负相关。并且在CKD大鼠模型中升高的iPTH可直接降低Sclerostin mRNA水平，进而抑制Sclerostin的转录表达[14]。Sclerostin与在CKD进展中有重要作用的转化生长因子β(TGF-β)具有相关性。目前认为TGF-β1蛋白升高是造成肾脏纤维化的重要原因之一，而Sclerostin可通过下调TGF-β1及BMP活性抑制纤维化的进展。

目前对于血清Sclerostin在CKD各阶段中的具体产生来源并没有得出一致结论，但无论是由于生成增多还是滤过率降低造成的Sclerostin含量增加，大部分研究仍然认为Sclerostin作为负反馈调节因子对CKD的进展有一定抑制作用，可能在延缓肾脏慢性纤维化及肾脏血管钙化中起到一定的积极作用，但具体机制及Sclerostin与其他相关因素之间的作用关系仍需要进一步探索。

2 Sclerostin在CKD血管钙化中的作用

2.1 Sclerostin在血管钙化中的作用 血管钙化的发生发展过程与成骨类似。Wnt/β-catenin信号通路作为骨代谢的主要通路，在血管钙化中的作用得到广泛重视。Zhu等[15]在动物实验中发现，小鼠发生钙化的主动脉瓣Sclerostin水平升高。Hampson等[16]研究显示绝经后女性血清Sclerostin水平与腹主动脉硬化呈正相关。有学者对T2DM患者的血管钙化情况进行横断面研究，结果显示，血清Sclerostin水平与动脉粥样硬化、主动脉瓣钙化及颈动脉内膜中层厚度异常均呈正相关，并且血清Sclerostin水平是T2DM患者发生动脉粥样硬化性疾病的独立危险因素[17]。Kim等[18]在对冠心病患者冠状动脉钙化情况的研究中发现，血清Sclerostin水平与冠状动脉钙化评分呈正相关。但目前的基础研究认为，Sclerostin通过阻碍卷曲蛋白的沉积，抑制成骨细胞的形成[19]。一些研究显示，当血清Sclerostin水平达到某一程度时，MSC向骨细胞分化减少，钙化程度降低，表明Sclerostin可能抑制了Wnt/β-catenin信号通路的活动[20]。最新研究显示，血清Sclerostin水平与血管钙化程度(AAC)及主动脉瓣钙化的严重程度呈负相关，可作为AAC的独立危险因素，表明Sclerostin可能是延缓血管钙化的保护性因素[21]。上述研究均显示了Sclerostin在血管钙化中存在重要作用，并且很可能是血管钙化的主要保护性因素。

2.2 Sclerostin在CKD血管钙化中的表达及作用 血管钙化在CKD患者中普遍存在，主要类型是发生在中小动脉的中膜钙化及心脏瓣膜钙化，是CKD患者心脑血管事件发生的独立危险因素。在CKD患者的相关研究中表明，Sclerostin在血管钙化的发生中具有重要作用[22]。Qureshi等[23]对CKD患者进行动脉活检，发现血清Sclerostin水平与动脉钙化呈正相关。有学者[11]对非透析CKD患者进行调查，结果显示血清Sclerostin水平随GFR下降而升高，是冠状动脉粥样硬化的独立危险因素，并且Sclerostin和骨保护素可能存在叠加作用。王喆等[24]在维持性血液透析(MHD)患者冠状动脉钙化的研究中发现,血清Sclerostin水平与冠状动脉钙化评分呈正相关，高水平血清Sclerostin是冠状动脉钙化的独立危险因素。Pelletier等[25]的研究表明，MHD患者腹主动脉钙化程度与血清Sclerostin水平呈正相关，高水平血清Sclerostin是腹主动脉钙化的独立危险因素。然而，Yang等[26]研究发现，MHD患者血清Sclerostin水平与主动脉钙化评分呈负相关。Claes等[27]对非透析CKD患者进行横断面研究显示，存在主动脉钙化的患者血清Sclerostin水平较高，但经多元Logistic回归分析校正相关变量后发现血清Sclerostin水平与血管钙化程度负相关。Balci等[28]分析发现,年龄、外周血管疾病和低水平血清Sclerostin是动静脉内瘘钙化异常的独立危险因素。Register等[29]研究显示，在男性患者中，血清Sclerostin水平与颈动脉钙化呈负相关。一项肾移植患者相关研究也证实,血清Sclerostin水平与血管钙化严重程度呈负相关[30]。此外，Brandenburg等[31]发现CKD患者血清Sclerostin主要来自发生钙化血管的原位分泌，且与心脏瓣膜钙化呈正相关；其另一项研究在钙化的主动脉瓣及皮肤活检中均发现Sclerostin mRNA表达明显上调[32]。Jean等[33]对MHD患者进行研究发现，高血清Sclerostin水平与低死亡率相关。由此可见，对于Sclerostin在CKD血管钙化中的作用结论尚不统一。多数研究更加倾向于认为升高的Sclerostin主要来源于发生钙化部位本身的原位分泌，通过负反馈调节抑制Wnt/β-catenin通路的信号转导，减弱Wnt/β-catenin信号通路的激活状态，从而抑制钙化的进展，减轻血管钙化程度。但Sclerostin在血管钙化发生发展不同阶段中的具体作用机制仍需要进一步研究。

2.3 Sclerostin与CKD血管钙化相关因素之间的关系 目前认为CKD血管钙化相关的因素除骨矿化异常外还包括甲状旁腺功能亢进、高磷血症、维生素D代谢异常及成纤维细胞生长因子23(FGF23)、骨保护素、血管钙化抑制因子等。临床观察发现,虽然CKD患者同时存在血清Sclerostin水平升高及高iPTH，但在相关性分析中却显示血清Sclerostin与iPTH呈负相关[6]。高磷诱导的血管平滑肌细胞骨样细胞转化可能与Wnt/β-catenin信号通路相关[34]。有学者发现,给予患者磷结合剂治疗后，血清Sclerostin表达水平下降[35]。因此Sclerostin作为Wnt/β-catenin通路的抑制剂可能存在一定的阻断作用，但具体机制需进一步研究。文献[36]报道CKD患者血清Sclerostin不仅与iPTH呈负相关，同时与维生素D的活性代谢产物1,25-(OH)2D3水平呈负相关。另有研究显示，作为CKD骨矿化增强早期标志物的FGF23可能通过调节血磷水平间接抑制Wnt/β-catenin通路信号转导。

总之，目前关于Sclerostin的研究主要集中在骨代谢及肿瘤等相关领域，Sclerostin在糖尿病、心脑血管疾病及CKD等疾病中的作用也得到了广泛关注。基础研究表明，Sclerostin是Wnt/β-catenin信号通路中最重要的抑制因子。相关体外及体内研究均显示,Sclerostin在CKD的进展及血管钙化的发生发展过程中有重要作用。Sclerostin可能通过其抑制作用拮抗肾脏纤维化的发展，减缓CKD的进展。并且Sclerostin可能与其他相关因子共同参与血管钙化的发生发展过程，但其与血管钙化的具体关系结论不一，关于其是否对钙化血管有保护作用仍有争论。具体的作用机制仍需更多的研究与探讨。