何方綜述，張文斌、傅國勝審校

綜述

骨硬化蛋白在動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病中的研究進(jìn)展

何方綜述，張文斌、傅國勝審校

骨硬化蛋白是WNT/β-鏈蛋白信號通路的阻滯劑，由SOST基因編碼，在礦化組織包埋的細(xì)胞中特異性表達(dá)。最近，有相關(guān)研究陸續(xù)提示了循環(huán)骨硬化蛋白水平與糖尿病、高血脂、肥胖、高尿酸血癥等一系列冠心病危險(xiǎn)因素密切相關(guān)。此外，一些研究表明，骨硬化蛋白存在于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，可能參與了動(dòng)脈粥樣硬化和血管鈣化。本文在回顧骨硬化蛋白的結(jié)構(gòu)功能、表達(dá)調(diào)控的基礎(chǔ)上，對其與冠心病相關(guān)危險(xiǎn)因素及動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系做一綜述。

骨硬化蛋白；糖尿?。桓咧Y；動(dòng)脈粥樣硬化；心血管疾病

骨硬化蛋白（Sclerostin）是一種對成骨細(xì)胞具有抑制作用的蛋白。成骨細(xì)胞“活躍”時(shí)富含膠原蛋白分泌小泡，具有產(chǎn)生細(xì)胞間質(zhì)中纖維和黏多糖蛋白的作用，并通過鈣化形成骨質(zhì)。骨硬化蛋白由骨細(xì)胞特異分泌后轉(zhuǎn)運(yùn)至骨細(xì)胞，通過影響WNT信號通路對成骨作用產(chǎn)生抑制，從而導(dǎo)致骨量減少、骨密度下降。動(dòng)脈粥樣硬化的鈣化，如同骨骼形成一樣，是一個(gè)復(fù)雜的、有機(jī)的、可調(diào)控和主動(dòng)的過程，為動(dòng)脈粥樣硬化的主要表現(xiàn)形式之一。最近，一些研究表明，骨硬化蛋白存在于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，可能參與了動(dòng)脈粥樣硬化和血管鈣化[1,2]。此外，有相關(guān)研究陸續(xù)提示了循環(huán)骨硬化蛋白水平與糖尿病、高血脂、肥胖、高尿酸血癥等一系列冠心病危險(xiǎn)因素密切相關(guān)。本文在介紹骨硬化蛋白結(jié)構(gòu)、功能、表達(dá)調(diào)控的基礎(chǔ)上，著重探討骨硬化蛋白與冠心病相關(guān)危險(xiǎn)因素及動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系，并展望其臨床應(yīng)用的前景。

1 骨硬化蛋白的發(fā)現(xiàn)與調(diào)控

1.1 骨硬化蛋白的結(jié)構(gòu)及其功能

20世 紀(jì) 90年 代 末，Van Hul和 Balemans在 對人類骨硬化?。⊿clerosteosis）和Van Buchem病這兩種高骨量遺傳性疾病的研究中發(fā)現(xiàn)了致病基因SOST（Sclerosteosis， SOST）。其位于人類染色體17q12-q21，含有兩個(gè)外顯子和一個(gè)內(nèi)含子，其中兩個(gè)外顯子共同編碼一個(gè)包含213個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，即骨硬化蛋白。骨硬化蛋白屬于含“胱氨酸結(jié)”的分泌型蛋白DAN家族，在抑制骨形成中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，SOST-/-小鼠的骨形成、骨密度和骨強(qiáng)度均有所增加[3]。Li 等[4]通過放射性技術(shù)檢測9～10周SOST-/-小鼠和野生型小鼠骨折的愈合程度，發(fā)現(xiàn)SOST-/-小鼠更能促進(jìn)胼胝體橋的形成，增強(qiáng)骨和骨組織的愈合。此外,應(yīng)用單克隆抗體抑制骨硬化蛋白可增加骨的形成和促進(jìn)骨折愈合[5]，更進(jìn)一步表明骨硬化蛋白在骨折的愈合中起著重要的負(fù)性調(diào)控作用。骨硬化蛋白抑制骨形成與WNT/β-鏈蛋白信號通路的共同受體低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白（Low density lipoprotein receptor related protein5/6，LRP5/6）有關(guān)，其能通過結(jié)合LRP5/6繼而拮抗調(diào)節(jié)骨組織細(xì)胞分化、增殖、凋亡的經(jīng)典WNT通路，從而抑制骨形成[6]。研究表明SOST-/-小鼠股骨中β-鏈蛋白核轉(zhuǎn)位增多，WNT/β-鏈蛋白信號通路活性增強(qiáng)，伴隨著成骨細(xì)胞活性增強(qiáng)[5]，更加充分地說明了骨硬化蛋白調(diào)控骨形成與WNT/β-鏈蛋白信號通路密切相關(guān)。

1.2 骨硬化蛋白的表達(dá)調(diào)控

SOST 信使核糖核酸（mRNA）在軟骨、骨髓、腎臟、心臟、主動(dòng)脈、肺、 胰腺、骨骼肌、肝臟、皮膚和胎盤等組織中均有表達(dá)，尤其在主動(dòng)脈和胎兒腎臟中的表達(dá)程度較高，然而成熟的骨硬化蛋白卻僅見于幾種礦化組織包埋的細(xì)胞中，如骨細(xì)胞和牙骨質(zhì)細(xì)胞，說明骨硬化蛋白在轉(zhuǎn)錄翻譯的過程中受到了多種因素的調(diào)控作用。

研究發(fā)現(xiàn)，雌性激素能降低血液循環(huán)中骨硬化蛋白的水平， 絕經(jīng)后婦女的骨硬化蛋白較絕經(jīng)前顯著增高，短期雌激素治療能顯著降低男性和女性血液中骨硬化蛋白含量[7]。趙薇等[8]報(bào)道絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥婦女血清骨硬化蛋白和 SOST基因水平與雌二醇呈負(fù)相關(guān)，提示雌激素可能通過抑制SOST基因表達(dá)，進(jìn)而減少骨硬化蛋白的合成。甲狀旁腺激素（PTH）是另一種重要的調(diào)節(jié)激素, 研究發(fā)現(xiàn)，在人群中間斷給予PTH，SOST/骨硬化蛋白的表達(dá)量出現(xiàn)顯著下降，其機(jī)制可能與cAMP/PKA信號途徑及肌細(xì)胞促進(jìn)因子2相關(guān)[9]。

機(jī)械應(yīng)力和低氧對骨硬化蛋白的表達(dá)也有一定的抑制作用。Galea等[10]研究發(fā)現(xiàn)人類在負(fù)載早期即可出現(xiàn)骨硬化蛋白表達(dá)水平明顯下降，其機(jī)制可能與前列腺素（PG）E2/EP4通路密切相關(guān)。在Genetos等[11]的報(bào)道中，成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞在低氧環(huán)境下培養(yǎng)后其 SOST 轉(zhuǎn)錄和骨硬化蛋白表達(dá)水平都顯著下降，并提出其可能通過提高對骨形態(tài)發(fā)生蛋白的拮抗作用來抑制骨硬化蛋白的表達(dá)。

2 骨硬化蛋白和冠心病危險(xiǎn)因素

早在20世紀(jì)60年代至70年代，學(xué)者們已確認(rèn)了糖尿病、血脂紊亂及肥胖等與動(dòng)脈粥樣硬化性心血管病的聯(lián)系，而這些代謝性疾病的發(fā)病機(jī)制中均涉及WNT/β-鏈蛋白信號通路，近年來已有相關(guān)研究陸續(xù)探討了骨硬化蛋白和糖尿病、血脂異常及肥胖等之間的關(guān)系。

2.1 糖尿病

糖尿病是心血管疾病的主要危險(xiǎn)因素，血糖升高顯著增加了心血管病的發(fā)病率和死亡率。多項(xiàng)研究表明2型糖尿病患者的血清骨硬化蛋白水平顯著高于非糖尿病患者，并且與糖尿病病程和糖化血紅蛋白水平呈正相關(guān)[12,13]。高血糖可以直接作用于骨細(xì)胞亦可通過糖基化終末產(chǎn)物發(fā)揮作用而導(dǎo)致骨硬化蛋白分泌增多[14]。合并骨質(zhì)疏松癥的2型糖尿病患者其血清骨硬化蛋白水平顯著低于無骨質(zhì)疏松癥組，提示2型糖尿病患者的WNT信號通路調(diào)節(jié)功能受損[12]，其機(jī)制可能與LRP6常染色體上的顯性錯(cuò)義突變有關(guān)。Nuche-Berenguer等[15]報(bào)道在2型糖尿病及胰島素抵抗大鼠模型中均存在SOST基因過表達(dá)，進(jìn)一步說明了在糖尿病的發(fā)生發(fā)展過程中骨硬化蛋白發(fā)揮一定作用。然而，也有部分學(xué)者認(rèn)為，骨硬化蛋白可以阻止2型糖尿病血管并發(fā)癥的進(jìn)展，其機(jī)制可能是減弱血管內(nèi)皮細(xì)胞β-連環(huán)蛋白的活性，提示骨硬化蛋白可能在糖尿病的并發(fā)癥發(fā)生中扮演著雙重的角色[16]。

2.2 血脂異常

脂代謝異常是心血管疾病尤其是冠心病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。既往研究顯示W(wǎng)NT/ β-鏈蛋白信號通路和高脂血癥之間有著一定的相關(guān)性[17]。LRP5-/-小鼠表現(xiàn)出高膽固醇血癥，β-連環(huán)蛋白-/-小鼠的血液生化指標(biāo)和野生小鼠相比具有更高的膽固醇及甘油三酯[18]。研究發(fā)現(xiàn)，絕經(jīng)后女性的血清骨硬化蛋白水平與低密度脂蛋白膽固醇水平呈正相關(guān)，與高密度脂蛋白膽固醇水平呈負(fù)相關(guān)[19]，說明骨硬化蛋白作為WNT /β -連環(huán)蛋白信號傳導(dǎo)的抑制劑，在高脂血癥的發(fā)病機(jī)制中占有一定的地位。

2.3 肥胖

美國心臟病協(xié)會(huì)和美國國立衛(wèi)生研究院已經(jīng)確認(rèn)肥胖是導(dǎo)致冠心病的最大可變風(fēng)險(xiǎn)因素，尤其腹型肥胖與冠心病及其進(jìn)展密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，在正常健康人群中，循環(huán)骨硬化蛋白水平與體重指數(shù)正相關(guān)[20]，日本一個(gè)面向352名絕經(jīng)后婦女的橫斷面研究發(fā)現(xiàn)血清骨硬化蛋白水平與腹部脂肪及女性型脂肪有著正相關(guān)關(guān)系[19]。同時(shí)，Sheng等[21]也報(bào)道絕經(jīng)后婦女的血清骨硬化蛋白水平與體重及脂肪量有著直接關(guān)系。這些研究都直接或者間接的說明了肥胖與骨硬化蛋白之間的相關(guān)性，但目前沒有研究提示骨硬化蛋白與肥胖之間孰因孰果的關(guān)系。

2.4 其他

尿酸和同型半胱氨酸作為已知的炎癥標(biāo)記物，其與心血管疾病的相關(guān)性已經(jīng)得到一致認(rèn)可[22,23]。研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)骨硬化蛋白水平和尿酸及同型半胱氨酸水平正相關(guān)[19]。年齡作為心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，同樣與骨硬化蛋白水平聯(lián)系緊密[20]。此外，也有研究報(bào)道骨硬化蛋白水平與胱抑素C水平正相關(guān)[24]。越來越多的研究正不斷的發(fā)現(xiàn)骨硬化蛋白與傳統(tǒng)或新型心血管危險(xiǎn)因素之間存在著密切的相關(guān)性。

3 骨硬化蛋白和動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈脈管系統(tǒng)是人體除骨骼外第二個(gè)最廣泛的鈣化結(jié)構(gòu)，血管鈣化是動(dòng)脈粥樣硬化的特征性病變之一，其鈣化病變程度直接與粥樣硬化疾病的斑塊負(fù)荷及血管事件發(fā)生率相關(guān)，被認(rèn)為是預(yù)測冠心病的危險(xiǎn)因素之一。美國心臟病協(xié)會(huì)也將斑塊表面結(jié)節(jié)鈣化作為判斷易損斑塊的次要標(biāo)準(zhǔn)。隨著分子生物學(xué)和免疫組化等技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)粥樣硬化動(dòng)脈的鈣化是一個(gè)與新骨形成極為相似的受基因調(diào)控的主動(dòng)性代謝過程，在這一過程中骨硬化蛋白參與并發(fā)揮重要作用。

既往研究發(fā)現(xiàn)，在慢性腎臟病患者中，多因素分析結(jié)果顯示循環(huán)骨硬化蛋白水平較高者，其血管鈣化的風(fēng)險(xiǎn)較低[25]，證明了循環(huán)骨硬化蛋白可能是一種血管鈣化的保護(hù)因素。此外， Register等[26]檢測了450例患有2型糖尿病的非裔美國人的骨硬化蛋白水平，發(fā)現(xiàn)男性患者中骨硬化蛋白水平和頸動(dòng)脈斑塊鈣化程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。然而，在Koos等[1]的研究中對比了115例主動(dòng)脈瓣鈣化患者與健康人群的血清骨硬化蛋白水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)前者骨硬化蛋白的水平明顯升高，而主動(dòng)脈瓣鈣化的嚴(yán)重程度與骨硬化蛋白的增高呈現(xiàn)正相關(guān)。另外，在糖尿病小鼠模型中也發(fā)現(xiàn)骨硬化蛋白基因在主動(dòng)脈鈣化組織中存在過表達(dá)，蛋白組學(xué)研究同樣發(fā)現(xiàn)骨硬化蛋白在動(dòng)脈粥樣硬化的主動(dòng)脈標(biāo)本中存在，同時(shí)非鈣化區(qū)域無骨硬化蛋白染色。Brandenburg等[2]也觀察到主動(dòng)脈瓣鈣化區(qū)域骨硬化蛋白的mRNA比非鈣化區(qū)域顯著上調(diào)。上述這些結(jié)果迥異的研究充分說明骨硬化蛋白可能是血管鈣化正常調(diào)節(jié)機(jī)理的一個(gè)組成部分，可通過各種反饋調(diào)節(jié)機(jī)制來調(diào)控血管鈣化的進(jìn)展[25]，然而其中具體的機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

此外，骨硬化蛋白和血管粥樣硬化的關(guān)系不僅僅體現(xiàn)于血管鈣化環(huán)節(jié)。Hampson 等[27]觀察到骨硬化蛋白和血管硬度（由主動(dòng)脈脈搏波速度測定）之間存在正相關(guān)關(guān)系, Morales-Santana等[28]也報(bào)道頸動(dòng)脈最大內(nèi)膜中層厚度是骨硬化蛋白的獨(dú)立相關(guān)因素。最近的一項(xiàng)研究顯示骨質(zhì)疏松患者應(yīng)用唑來膦酸治療1年后，循環(huán)骨硬化蛋白水平顯著提高，伴隨著頸動(dòng)脈內(nèi)膜厚度明顯下降[29]。上述研究提示在血管粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制中可能存在和骨代謝異常共同的環(huán)節(jié)。

4 展望

目前的研究已經(jīng)證明，循環(huán)骨硬化蛋白水平與血糖、低密度脂蛋白膽固醇、尿酸、同型半胱氨酸、脂肪含量水平以及年齡、性別等一系列心血管疾病危險(xiǎn)因素密切相關(guān)，進(jìn)一步研究將評估骨硬化蛋白水平與動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病的相關(guān)性和因果性。目前已有多家公司與課題組以骨硬化蛋白為靶點(diǎn)，研發(fā)用于治療骨質(zhì)疏松等骨質(zhì)流失疾病的藥物，有些已經(jīng)進(jìn)入四期臨床。在這些藥物中，骨硬化蛋白抗體顯然是骨質(zhì)疏松癥和骨健康最有希望的單克隆藥物之一。聯(lián)系既往的研究成果，骨硬化蛋白抗體在治療骨骼疾病的同時(shí)是否具有改善動(dòng)脈粥樣硬化性疾病的可能？這些未來的研究可能會(huì)發(fā)現(xiàn)骨硬化蛋白和WNT/ β-catenin信號通路在心血管疾病發(fā)病機(jī)制中的直接作用，并為心血管疾病的預(yù)防與治療提供新思路與新方法。

[1] Koos R, Brandenburg V, Mahnken AH, et al. Sclerostin as a potential novel biomarker for aortic valve calcification: an in-vivo and ex-vivo study. J Heart Valve Dis, 2013, 22: 317-325.

[2] Brandenburg VM, Kramann R, Koos R, et al. Relationship between sclerostin and cardiovascular calcification in hemodialysis patients: a cross-sectional study. BMC Nephrol, 2013, 14: 219.

[3] Li X, Ominsky MS, Niu QT, et al. Targeted deletion of the sclerostin gene in mice results in increased bone formation and bone strength. J Bone Miner Res, 2008, 23: 860-869.

[4] Li C, Ominsky MS, Tan HL, et al. Increased callus mass and enhanced strength during fracture healing in mice lacking the sclerostin gene. Bone, 2011, 49: 1178-1185.

[5] Li X, Ominsky MS, Warmington KS, et al. Sclerostin antibody treatment increases bone formation, bone mass, and bone strength in a rat model of postmenopausal osteoporosis. J Bone Miner Res, 2009, 24: 578-588.

[6] Semenov M, Tamai K, He X, et al. SOST is a ligand for LRP5/LRP6 and a Wnt signaling inhibitor. J Biol Chem, 2005, 280: 26770-26775.

[7] Modder UI, Clowes JA, Hoey K, et al. Regulation of circulating sclerostin levels by sex steroids in women and in men. J Bone Miner Res, 2011, 26: 27-34.

[8] 趙薇, 王志軍, 丁娟, 等. 絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松婦女血清骨硬化蛋白與雌二醇的相關(guān)性分析. 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2010, 10: 4488-4490.

[9] Drake MT, Srinivasan B, Modder UI, et al. Effects of parathyroid hormone treatment on circulating sclerostin levels in postmenopausal women. J Clin Endocrinol Metab, 2010, 95: 5056-5062.

[10] Galea GL, Sunters A, Meakin LB, et al. Sost down-regulation by mechanical strain in human osteoblastic cells involves PGE2 signaling via EP4. FEBS Lett, 2011, 585: 2450-2454.

[11] Genetos DC, Toupadakis CA, Raheja LF, et al. Hypoxia decreases sclerostin expression and increases Wnt signaling in osteoblasts. J Cell Biochem, 2010, 110: 457-467.

[12] Garcia-Martin A, Rozas-Moreno P, Reyes-Garcia R, et al. Circulating levels of sclerostin are increased in patients with type 2 diabetes mellitus. J Clin Endocrinol Metab, 2012, 97: 234-241.

[13] Gaudio A, Privitera F, Battaglia K, et al. Sclerostin levels associated with inhibition of the Wnt/beta-catenin signaling and reduced bone turnover in type 2 diabetes mellitus. J Clin Endocrinol Metab, 2012, 97: 3744-3750.

[14] Blakytny R, Spraul M, Jude EB, et al. Review: The diabetic bone: a cellular and molecular perspective. Int J Low Extrem Wounds, 2011, 10: 16-32.

[15] Nuche-Berenguer B, Moreno P, Portal-Nunez S, et al. Exendin-4 exerts osteogenic actions in insulin-resistant and type 2 diabetic states. Regul Pept, 2010, 159: 61-66.

[16] Gaudio A, Privitera F, Battaglia K, et al. Sclerostin levels associated with inhibition of the Wnt/beta-catenin signaling and reduced bone turnover in type 2 diabetes mellitus. J Clin Endocrinol Metab, 2012, 97: 3744-3750.

[17] MacDonald BT, Tamai K, He X, et al. Wnt/beta-catenin signaling: components, mechanisms, and diseases. Dev Cell, 2009, 17: 9-26.

[18] Behari J, Yeh TH, Krauland L, et al. Liver-specific beta-catenin knockout mice exhibit defective bile acid and cholesterol homeostasis and increased susceptibility to diet-induced steatohepatitis. Am J Pathol, 2010, 176: 744-753.

[19] Urano T, Shiraki M, Ouchi Y, et al. Association of circulating sclerostin levels with fat mass and metabolic disease--related markers in Japanese postmenopausal women. J Clin Endocrinol Metab, 2012, 97: E1473-1477.

[20] Amrein K, Amrein S, Drexler C, et al. Sclerostin and its association with physical activity, age, gender, body composition, and bone mineral content in healthy adults. J Clin Endocrinol Metab, 2012, 97: 148-154.

[21] Sheng Z, Tong D, Ou Y, et al. Serum sclerostin levels were positively correlated with fat mass and bone mineral density in central south Chinese postmenopausal women. Clin Endocrinol (Oxf), 2012, 76: 797-801.

[22] 李楊, 秦勤, 趙福梅, 等. 同型半胱氨酸硫內(nèi)酯復(fù)合物與冠心病的關(guān)系. 中國循環(huán)雜志, 2006, 21：206-208.

[23] 馬士新, 魏盟, 張昀昀, 等. 血尿酸與冠心病關(guān)系的探討. 中國循環(huán)雜志, 2004, 19(增刊): 37.

[24] Bhattoa HP, Wamwaki J, Kalina E, et al. Serum sclerostin levels in healthy men over 50 years of age. J Bone Miner Metab, 2013, 31: 579-584.

[25] Claes KJ, Viaene L, Heye S, et al. Sclerostin: Another vascular calcification inhibitor. J Clin Endocrinol Metab, 2013, 98: 3221-3228.

[26] Register TC, Hruska KA, Divers J, et al. Sclerostin is positively associated with bone mineral density in men and women and negatively associated with carotid calcified atherosclerotic plaque in men from the african american-diabetes heart study. J Clin Endocrinol Metab, 2014, 99: 315-321.

[27] Hampson G, Edwards S, Conroy S, et al. The relationship between inhibitors of the Wnt signalling pathway (Dickkopf-1(DKK1) and sclerostin), bone mineral density, vascular calcification and arterial stiffness in post-menopausal women. Bone, 2013, 56: 42-47.

[28] Morales-Santana S, Garcia-Fontana B, Garcia-Martin A, et al. Atherosclerotic disease in type 2 diabetes is associated with an increase in sclerostin levels. Diabetes Care, 2013, 36: 1667-1674.

[29] Gonnelli S, Caffarelli C, Tanzilli L, et al. Effects of intravenous zoledronate and ibandronate on carotid intima-media thickness, lipids and FGF-23 in postmenopausal osteoporotic women. Bone, 2014, 61:27-32.

2014-02-14)

（編輯：漆利萍）

310016 浙江省杭州市，浙江大學(xué)附屬邵逸夫醫(yī)院 心內(nèi)科

何方 碩士研究生 主要研究方向?yàn)楣谛牟?、?dòng)脈粥樣硬化的臨床及基礎(chǔ)研究 Email: 51971638@qq.com 通訊作者：傅國勝Email: fugszju@gmail.com

R589

A

1000-3614（2014）08-0650-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2014.08.023