骨保护素系统与冠状动脉粥样硬化性心脏病的研究进展

信佳言 ，丛洪良 ，赵福梅 ，宋衍秋

骨保护素（osteoprotegerin，OPG）是一种分泌型的糖蛋白，通过阻断核因子κB受体活化因子配体（ligand of receptor activator of NF-κB，RANKL）与核因子κB受体活化因子（receptor activator of NF-κB，RANK）的结合来影响破骨细胞的分化成熟，发挥抑制骨重吸收的作用［1］。OPG、RANKL、RANK 及肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（tumor necrosis factor receptor,TRAIL）共同组成骨保护素系统［2］。既往对骨保护素系统的研究多集中在骨代谢领域，随着研究的深入，骨代谢和心血管系统之间的密切联系得到了更多的理论支持［3］。而目前围绕骨保护素系统在冠状动脉粥样硬化性心脏病（冠心病）中的作用研究较少，结论也不尽相同：大部分动物实验证实，OPG能够阻止血管钙化的发生［4-5］，然而临床研究显示循环OPG水平的升高与冠心病严重程度［6］和不良预后显著相关［7］。OPG有望成为冠心病早期诊断及预后评价的标志物。本文拟就骨保护素系统在冠心病发生、发展中的生物学效应、作用机制及未来的临床应用前景做一综述。

1 OPG系统的生物学特征

1.1 OPG OPG是肿瘤坏死因子（Tumor necrosis factor，TNF）超家族的一种可溶性分泌型糖蛋白，人类OPG基因位于参与骨发育和代谢调节的染色体8q23～24区域［8］，由 401个氨基酸组成，包括 7个结构域及3个功能区［9］。N-端4个富含半胱氨酸的结构域主要功能是与配体结合，抑制破骨细胞的合成，C端的2个死亡结构域发挥诱导细胞凋亡的作用，C端的肝素结合区与形成二硫键所需的游离半胱氨酸残基作用可使OPG能够形成更具生物活性的同源二聚体［10］。在心血管系统中，OPG在内皮细胞和平滑肌细胞中表达，受许多因素和细胞因子的调控［11-12］，白细胞介素 1β（IL-1β）、IL-6、TNF-β、TNF-α、转化生长因子β（TGF-β）等可刺激OPG的表达，OPG通过影响血管内皮细胞和血管平滑肌细胞的存活、骨化及炎症反应，从而在冠状动脉粥样硬化中发挥作用［13］。

1.2 OPG/RANKL/RANK系统 RANKL与RANK也是TNF受体超家族的成员，RANKL与RANK的相互作用可导致IκB激酶降解IκB蛋白，从而激活核因子κB，然后其转移到细胞核中，引发细胞内信号级联反应，启动编码破骨细胞形成、分化、活化的特定基因的转录，最终导致骨吸收［14］。OPG作为RANKL的可溶性诱饵受体，与RANK竞争性抑制RANKL-RANK的相互作用，防止破骨细胞的增殖和分化，从而抑制骨吸收［15］。近年来的研究表明，骨代谢和心血管系统之间存在密切联系，血管钙化类似于骨化过程，OPG/RANKL/RANK在心血管系统中也发挥着重要作用［16-17］。最初研究者发现，OPG在正常动脉中表达，而RANK和RANKL主要在钙化的动脉中表达；随后动物实验证实RANKL可通过与RANK的结合，从而直接促进血管平滑肌细胞钙化和血管粥样硬化［18］，也可以通过释放 IL-6和TNF-α等炎症因子，进而增强巨噬细胞旁分泌促钙化活性物质来间接促进平滑肌细胞钙化，而OPG通过阻断RANK-RANKL的结合可抑制血管钙化和动脉粥样硬化的发生［19］。

1.3 TRAIL OPG与TRAIL密切相关，在调节细胞存活中起重要作用。编码TRAIL的基因位于3号染色体上的3q26，具有5个外显子［20］。在血管系统中，TRAIL是在血管平滑肌细胞中表达的一种跨膜蛋白，以同源三聚体形式发挥作用，并以这种形式结合其特异性死亡受体（DR）及诱饵受体（DcR）。TRAIL的死亡受体包括TRAIL-R1和TRAIL-R2，通过胱天蛋白酶激活途径介导恶性和过度活化的免疫细胞凋亡，在正常细胞中不发挥这种作用［21］。TRAIL的诱饵受体包括TRAIL-R3、TRAIL-R4及OPG。

2 OPG系统与冠状动脉粥样硬化性心脏病相关研究

2.1 OPG与冠心病 冠状动脉粥样硬化是一种炎症性疾病，在病变起始阶段，炎症因子可增强内皮细胞对循环细胞的黏附性，使白细胞以及血管平滑肌细胞向血管内皮迁移并增殖［22］。关于OPG在心血管系统中的作用，动物实验证实OPG基因敲除（OPG-/-）小鼠的动脉粥样硬化斑块面积及钙化程度会增加，静脉注射OPG生物制剂能够减少斑块钙化，但没有影响斑块的数量和大小，这表明OPG对血管钙化起保护作用，但并不影响动脉粥样硬化的进展和严重程度［23］。然而，Candido 等［24］研究却发现，OPG加速了载脂蛋白E基因敲除（ApoE-/-）的糖尿病小鼠动脉粥样硬化的进展。此外，ApoE基因敲除小鼠静脉输注OPG生物制剂3个月后，培养基中血管胶原蛋白含量增加［25］。Clancy 等［26］研究也证实，血管紧张素酶（ACE）和血管紧张素Ⅱ1型受体（AT1R）的表达均受蛋白激酶信号通路的调节，OPG可以通过激活丝裂酶原活化这一信号通路，控制肾素-血管紧张素系统（RAS）的转录，从而促进动脉粥样硬化的进展。关于这种看似矛盾的结果，可能的解释是在粥样硬化早期，机体为保护脉管系统免受钙化、血管硬化及其他炎症因子的损伤，代偿性地增加了OPG的分泌，而这种微弱的生理调节并未能有效阻止炎症和纤维化的进展［1］。

在健康人群中，OPG浓度升高是未来发生心肌梗死和心血管死亡事件的独立预测因子［27］。在稳定型冠心病患者中，血清OPG水平升高与冠状动脉狭窄的严重程度［16］、患病血管数量［28］呈正相关。同样，在急性冠脉综合征患者中，较高的血清OPG水平能够独立预测心肌坏死面积［29］、近期主要不良心血管事件（major cardiovascular events，MACE）和远期结局［30］。

缺血性心力衰竭是冠心病远期不良预后的主要影响因素之一。大量临床研究证实，OPG能够很好地预测收缩期心衰患者和缺血性心脏病患者的住院率和病死率［31］。不仅如此，最近的一项大规模前瞻性研究还表明，在一般健康人群中，基线OPG水平与未来心衰发生也呈正相关［17］。

综上所述，无论是在健康人群还是急性冠脉综合征、心力衰竭患者中，OPG对冠状动脉事件发生率及心血管病死率均能发挥较好的预测作用。

2.2 OPG/RANKL/RANK系统与冠心病 RANKL在正常血管中表达水平较低，但在动脉粥样硬化斑块及斑块破裂的血栓中表达较高，表明其在动脉粥样硬化和斑块易损性方面有潜在作用［32］。在血管壁中，RANKL由血管内皮细胞、平滑肌细胞、淋巴细胞和肥大细胞表达，而其靶细胞膜结合受体RANK在巨噬细胞和树突细胞的表面表达［33］。与稳定型冠心病以及健康对照组相比，ST段抬高型心肌梗死患者中RANKL显著降低［34］。在急性心肌梗死患者中，RANKL水平与OPG呈负相关，RANKL水平的降低与粥样斑块破裂密切相关［35］。然而，与此相反，Shah［36］的研究表明，RANKL/OPG 比值升高，可刺激血管平滑肌细胞钙化、增殖、迁移和基质重构，增加纤维帽的脆性，最终导致斑块易损性的增加。由此可见，OPG/RANKL/RANK轴在冠状动脉疾病进展中发挥着关键作用。

2.3 TRAIL与冠心病 在动物实验中，TRAIL可显著降低ApoE基因敲除的糖尿病小鼠动脉粥样硬化斑块的大小和易损性，TRAIL、ApoE双敲除小鼠中TRAIL的缺失可促使动脉粥样硬化病变恶化［37］。在作用机制层面上，一方面TRAIL通过增加斑块内血管平滑肌细胞的含量，防止斑块扩大及病变恶化［38］；另一方面，作为细胞外基质和纤维帽的主要来源，TRAIL也发挥着维持进展期斑块稳定性的作用［39］；而TRAIL的缺乏可减少血管内皮细胞和胶原的含量，使巨噬细胞浸润增加，进一步增加了斑块的易损性［40］。在人体内，这一观点也得到了证实，与稳定型心绞痛或健康对照组相比，急性冠状动脉综合征患者血清中可溶性TRAIL水平低很多，OPG/TRAIL比值的升高能够预测冠心病患者远期心血管功能障碍的发生率和病死率［41］。

3 骨保护素系统在冠心病中的作用机制

与动物实验中观察到的明显的保护作用不同，临床研究结果显示循环OPG水平的升高与冠心病的发生、发展及其严重程度和不良预后结局明显相关。其可能的机制如下。

3.1 机体代偿的结果 在血管损伤的初期和动脉粥样硬化病变进展过程中，全身炎症反应活跃，机体为阻止血管钙化及粥样硬化的进展，会代偿性地增加循环OPG的浓度［1］，即OPG水平的增加是机体代偿机制的结果。

3.2 内皮损伤使OPG释放增加 内皮功能障碍在心血管疾病的发病机制中起着重要作用。内皮功能障碍导致炎症细胞从血管腔易位到血管内膜中，并促进促炎细胞因子如TNF-α和干扰素γ的产生，最后导致动脉硬化的发生，损伤的内皮细胞从韦伯潘力氏小体（Weibel-Palade）释放出OPG，从而导致循环 OPG 水平增加［42］。

3.3 OPG动态平衡被打破 OPG一方面通过抑制骨吸收，从而抑制血管钙化［16-19］；一方面还可以通过刺激全身炎症反应和RAS的激活来促进动脉粥样硬化［26］。在健康的个体中，OPG致动脉粥样硬化和抗动脉粥样硬化的作用保持平衡，但在脂质代谢紊乱、氧化应激等各种危险因素的持续诱导下，OPG致动脉粥样硬化作用占主导地位，OPG促进了巨噬细胞浸润、白细胞黏附以及血管内皮细胞的增殖，会进一步诱发冠心病的发生。

另外，目前研究中均应用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测OPG、RANKL及RANK浓度，此方法虽然简便、快速、敏感度高、特异度强，但干扰因素较多，易受温度、时间、操作流程等多种因素的干扰，结果重复性较差，而且相关研究中测量的OPG、RANKL及RANK水平均是血清中相关物质的含量，并不能完全反映血管壁及组织中的生物活性。

通常情况下，RANKL可促使单核巨噬细胞聚集与浸润，并使粥样硬化斑块中平滑肌细胞骨化，增加基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMP）在血管平滑肌中的活性，而MMP在动脉粥样硬化斑块的基质降解中起关键作用，可使斑块易于破裂，从而发挥血管损伤作用。理论上OPG可通过与RANKL的结合使RANKL水平降低，从而抑制MMP的活性，使斑块更加稳定［35-36］。然而，在高RANKL浓度时，机体代偿性增加的微量OPG不能有效地中和循环中的RANKL，未能与OPG有效结合的RANKL可促使MMP介导的基质降解增加，而炎症因子进一步增强了内皮细胞黏附和炎症细胞的迁移，减少内皮型一氧化氮合酶活性，并阻断TRAIL的潜在抗炎活性，这些都可以促进动脉粥样硬化的进展［37］。

动物研究证实，TRAIL可以通过诱导巨噬细胞和血管平滑肌细胞的凋亡来防止动脉粥样硬化［37-38］。关于TRAIL在人类动脉粥样硬化的发生和发展以及斑块易损性方面的作用机制，根据现有研究，笔者推论：在早期动脉硬化病变中，TRAIL通过诱导炎症细胞、血管内皮细胞和平滑肌的凋亡，从而发挥抗动脉粥样硬化的作用；在进展期的斑块中，TRAIL位于斑块最容易破裂的肩部区域，在氧化低密度脂蛋白或促炎细胞因子作用下，TRAIL诱导血管内皮细胞、平滑肌细胞、淋巴细胞和巨噬细胞的凋亡，最终使斑块易于破裂［39］。

4 骨保护素的干预及治疗

最近的一项临床研究表明，AT1R阻断剂厄贝沙坦可显著降低人类血液循环和颈动脉粥样硬化中OPG的表达［43］。除了RAS阻断剂外，其他抗动脉粥样硬化药物如他汀类和格列酮类药物也具有降低循环OPG的能力。动物实验结果证实，过氧化物酶体增殖剂激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptors,PPARγ）与OPG协同调节血管钙化，许多诱导平滑肌细胞OPG表达的信号也刺激PPARγ表达，通过负反馈调节进一步抑制平滑肌细胞OPG的产生，进而发挥抑制平滑肌细胞的生长和血管钙化的作用［44］。2016 年最新的 2 项研究证实，在 1 型［45］和2型糖尿病［46］患者中，作为PPARγ配体的格列酮类药物及胰岛素治疗均可显著降低OPG水平。然而，另有研究显示，在2型糖尿病中应用二甲双胍治疗相同时间后OPG水平却并未见明显变化［47］。同时，在冠状动脉和主动脉硬化患者中，应用辛伐他汀［48］和阿托伐他汀［49］治疗则显著降低了血清 OPG的水平。

综上所述，在动物研究中已经证实，重组骨保护素蛋白可抑制血管粥样硬化进展。然而，在人类临床实践中OPG制剂抗动脉粥样硬化的效果及药物安全性还少见报道，但相信OPG制剂能够为未来冠心病的治疗提供新的可行途径。

5 总结与展望

骨保护素系统与冠脉血管动脉粥样硬化的关系非常紧密，其机制涉及炎症反应、内皮功能障碍、氧化应激、细胞凋亡等多个方面。临床研究结果提示OPG系统有望成为冠心病发生、发展、严重程度及其远期预后的生物学标志物，将为动脉粥样硬化的早期诊断和治疗提供新的思路，在临床实践中的推广有赖于未来更大规模的前瞻性研究来证实。

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