衰老与损伤导致的钙化性主动脉病Calcific Aortopathy in Response to Aging and Injury | Circulation

动脉血管系统是人体内仅次于骨骼的第二大钙化结构。在西方化社会中，随着衰老，大多数个体的主动脉和主动脉瓣会发生钙化，腹主动脉钙化通常先于升胸主动脉疾病。然而，在心脏瓣膜和胸主动脉中，钙化通常更早出现于以代谢、机械或炎症性损伤为特征的常见疾病（如代谢综合征、慢性肾病、放射治疗）。在这些情况下，钙化常累及动脉中膜这一组织解剖学特征，并与加速的神经认知衰退和心血管死亡率增加相关，反映了一种早衰形式。大约两个世纪前，“动脉硬化”一词被创造出来，用来描述尸检中随衰老观察到的由钙介导的主动脉和传导动脉硬化。然而，我们对主动脉钙沉积的原因、特征和后果的大部分理解仅在过去十年中才出现。疾病生物学的特征，包括先天免疫的参与、衰老（炎症老化）和成骨机制的异位激活，已被一致揭示。本文简要回顾了迅速增长的文献，重点介绍了具有转化意义的临床和基础科学的最新进展。鉴于目前的趋势，在对该疾病认识两个世纪后，下一个十年的创新有望为预防和治疗钙化性主动脉病的临床后果带来有效医疗手段。

主动脉钙化很普遍，在西方化社会中，50%至80%的40岁以上个体中可见。表现出显著的组织解剖学偏好，内膜动脉粥样硬化钙化主要在腹主动脉和髂股动脉段中显著富集，并随年龄增长和炎症而增加。在老龄化人群中，腹主动脉钙化先于升胸主动脉钙化，这可能归因于它们分别起源于神经外胚层和中胚层的不同发育起源，以及不同的血流和振荡剪切应力模式。在心脏瓣膜和胸主动脉中，钙化在许多疾病背景下出现，常累及中层，并带来相当大的神经认知和死亡风险。由此产生的主动脉僵硬增加了认知衰退的风险，即使没有明显的微栓塞。钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）主要是一种高龄疾病，也与高血压、二叶式主动脉瓣和其他与主动脉钙化相关的疾病密切相关。1829年，Lobstein 首次创造了“动脉硬化”一词，用以表示因钙化导致的主动脉和动脉组织硬化，同时创造了“骨质疏松症”一词，用以表示伴随年龄增长骨骼矿化的反向流失。然而，在PubMed存档的大约2500篇关于主动脉钙化或CAVD的文章中，超过三分之二是在过去十年内发表的。我们简要回顾了这篇文献，主要引用2022年以来发表的文章，并指出一些在解决钙化性主动脉病方面取得启发性进展的临床和基础科学。

组织解剖学分类

正如Lobstein的尸检、Virchow的组织病理学和Mönckeberg的放射影像最初描述的那样，主动脉钙化表现出相当大的组织解剖学变异。通过经典的组织化学方法，在组织切片中很容易识别（图1）。解剖分布不仅与疾病生物学和后果相关，还与无创临床影像的定量解释相关。在动脉中，内膜钙化长期以来被认为是心血管疾病发病率和死亡率的独立危险因素，与动脉粥样硬化斑块负荷和主要不良心血管事件正相关。相比之下，中膜钙化会增加血管僵硬，导致脉搏波速度和脉压增高，从而促进高血压、心肌缺血、左心室肥厚和心力衰竭（下文讨论）。在主动脉瓣中，钙化与其他临床环境和后果相关（表1）。患有慢性肾病（CKD，尤其是终末期）或2型糖尿病的患者中膜钙化负担特别高，“管状”动脉硬化导致踝臂指数上外周动脉不可压缩，介导外周动脉疾病及其相当大的发病率，包括跛行和截肢。

表1. 主动脉钙化：组织解剖学和临床分类学

图1. 血管钙化的组织化学染色。（左）钙化的偏光性苏木精和伊红染色；（中）钙化人动脉的von Kossa染色；（右）小鼠动脉的茜素红染色。

影像学

在普通X光片上，主动脉钙化的最早部位是腹部，先于胸部和冠状动脉钙化，据报道这一发现预测心血管事件的准确性可与冠状动脉钙化相媲美。基于X射线衰减的计算机断层扫描（CT）与钙含量相对应，并广泛用于量化主动脉钙化。通过放射组学和深度学习分割等机器学习方法，已经开发出临床腹部CT扫描和腹部平片的全自动分析，这可能区分钙沉积物的特征。

¹⁸F-NaF正电子发射断层扫描（PET）已用于检测骨转移数十年；由于爱丁堡大学研究者的开创性工作，现在用于标记心血管钙化中的骨矿物质。氟离子与羟基磷灰石表面共价结合，取代羟基基团形成氟磷灰石。PET信号强度与矿物质表面积成正比，而CT X射线衰减信号则对应于矿物质质量或含量。通过¹⁸F-NaF PET检测到的主动脉和主动脉瓣钙化预示着不良心血管结局，在预测缺血性中风方面优于修订后的Framingham风险评分。在因评估骨转移而接受¹⁸F-NaF PET扫描的患者中，主动脉示踪剂摄取与主要不良心血管事件相关。外壁的摄取与主动脉疾病或死亡相关。

由于相同体积下，小沉积物簇的表面积大于单个大沉积物的表面积，因此CT和PET图像需要不同的解释。PET结果阳性而CT结果阴性的不匹配可能代表密度低于CT阈值的沉积物簇。由于这些簇随着进展而合并并在CT上变得可检测，它们被视为识别未来钙化部位。不匹配也可能由CT和PET之间的分辨率差异、平滑算法、溢出或部分容积效应引起。

血流动力学和临床后果

生物力学和终末器官损伤

由钙化、纤维化、交联和肥厚引起的主动脉硬度，独立于高血压，促进心脏和肾功能障碍以及认知衰退。在组织水平上，硬度也促进细胞衰老和成骨分化，在硬度和钙化之间形成正反馈回路。心脏功能障碍源于心室-主动脉耦合（Windkessel效应）的丧失。正常情况下，通过这种效应，近端主动脉扩张和回缩，减少了收缩期的后负荷和心脏做功，同时灌注了舒张期的冠状动脉和全身血管系统。硬化导致心脏做功增加和脉压升高，引起肥厚、冠状动脉功能不全、射血分数保留的心力衰竭和对低阻力终末器官的亚临床损伤（图2）。

图2. 示意图描绘了正常与硬化主动脉和传导动脉的心血管系统各节段的典型压力波形。主动脉硬化导致脉压增加。在正常主动脉中，压力被弹性蛋白层衰减，允许收缩期扩张和舒张期回缩。扩张减少了心脏做功；舒张期回缩产生冠状动脉循环的灌注压。随着主动脉因钙化而硬化，这种类似蹦床的机制丧失，导致整个血管系统的脉压增加。修改自Thompson等人。

Chung等人首次证明主动脉瓣钙化预示未来认知障碍。支持这一点的是，后续研究表明主动脉钙化与女性痴呆症相关，主动脉硬度与气压伤证据相关。主动脉硬度也与肾功能障碍相关，肾功能障碍损害磷酸盐排泄、钙代谢以及甲状旁腺激素（PTH）、维生素D和成纤维细胞生长因子23（FGF23）的内分泌调节，为主动脉钙化和自我强化的心血管疾病循环创造了一场“完美风暴”（图3）。

图3. 主动脉钙化和慢性肾病中的前馈条件。主动脉钙化损害心脏功能，减少肾灌注，并通过高脉压独立引起气压伤，加剧肾功能不全。肾功能下降损害磷酸盐排泄以及甲状旁腺激素（PTH）、维生素D和FGF23（成纤维细胞生长因子23）的内分泌调节。

理解钙化如何影响主动脉的机械完整性对于理解主动脉瘤破裂和主动脉夹层至关重要，其中破裂通过纤维层的分层发生。基本的生物力学原理与尺寸无关。通常，破裂应力随着施加的脉动力的强度以及破裂应力的强度而增加，并且随着周围细胞外基质（ECM）的各向异性、粘弹性材料特性以及钙沉积物界面的结合特性的强度而降低。破裂应力取决于沉积物的几何形状及其相对于施加力的方向，并通过接近管腔、脂质池和其他钙沉积物而放大。通常，较大的沉积物会引入更大且更广泛的破裂应力，但是当较小的沉积物出现在薄的纤维帽中时，它们与管腔和脂质池的接近通常会放大风险。无论尺寸如何，给定的沉积物通常在其不同表面具有相反的效果；它可能增加面向外加延伸力轴的边缘的破裂应力，同时减少垂直于该轴的边缘的破裂应力。因此，微钙化和宏钙化都会增加周围基质某些部分的破裂风险，并降低其他部分的风险。一些研究者提出了在个体病变形态的背景下沉积物大小和力阈值的具体值，但这些值受到非通用性以及关键测量值（如结合强度和周围组织成分的各向异性材料特性）未知的限制，这些特性在不同斑块、患者、位置、脉动周期以及斑块生长或消退过程中有所不同。

钙化性主动脉瓣疾病

CAVD是西方世界最常见的心脏瓣膜病，具有深远的血流动力学后果，增加心肌后负荷和前负荷依赖性。高血压、代谢综合征、CKD和高磷血症是主要的危险因素。预后不良，唯一的治疗方法是瓣膜置换术，而钙化常常破坏生物假体瓣膜。CAVD损害了瓣膜的灵活性、运动和血流动力学，同时增加了剪切应力。在小鼠中，钙化沉积物几乎只出现在Valsalva窦中。在人类中，它们也出现在小叶的主动脉面，而不是心室面。尽管小叶的结节性纤维钙化被认为是核心，但瓣膜小叶铰链和窦壁首先受到影响，它们顺应性的丧失会增加跨瓣膜阻力。在小鼠中，小叶表现出增厚和几乎无钙化，但铰链和窦的强健钙化即使在没有小叶钙化的情况下也会导致瓣膜功能障碍。已经已经建立了几种体外和体内瓣膜钙化模型（表2和3）。

表2. 血管和瓣膜钙化的体外模型

表3. 血管和瓣膜钙化的体内模型

*适用于研究疾病后果，但可能不太适用于理解临床环境中的病理生物学，因为这些模型可能通过与常见人类疾病不太相关的机制积累疾病。

核心统一特征：炎症老化和先天免疫、成骨分化、基质、细胞和基因

软组织钙化、炎症老化和先天免疫

作为一个统一的概念，软组织钙化可能是对多种情况的普遍反应，包括感染性和有害（异物）过程。在这些部位，矿化可能已经演变为一种通过封锁来控制病原过程传播的手段，受病原体相关或组织损伤相关分子模式引发的促炎信号支配。随着慢性代谢疾病、其他非感染性炎症或损伤状态或高龄，组织中积累的氧脂质富集的脂蛋白颗粒和晚期糖基化终末产物，可能类似于白细胞氧化细菌、寄生虫和异物脂质成分产生的抗原，导致触发先天免疫反应的最终共同通路。感知和触发细胞损伤相关分子程序的机制也在主动脉中组织成骨性钙化反应。

成骨软骨分化与关键转录因子RUNX2

在所有前述情况下，首先在骨骼中描绘的成骨软骨基因调控程序（图4），参与基质矿化的强劲进展。广泛的氧化/炎症、机械、代谢和内分泌应激触发动脉壁细胞，如血管平滑肌细胞（VSMC）、内皮细胞、周细胞、外膜肌成纤维细胞以及可能的间充质干细胞，分化为成骨软骨表型。这可以通过去分化、再分化或转分化发生。与骨骼中一样，受伤的肺或主动脉中的高生物力学应力对成骨性沉积起着重要的指导作用。在以下部分中，我们讨论发病机制，强调成骨机制的贡献，这些机制在衰老、代谢紊乱状态或损伤累积的炎症信号作用下异位出现，驱动主动脉矿化。

图4. 心血管细胞中上游触发因素和下游成骨软骨途径的示意图。被认为驱动主动脉和主动脉瓣钙化的机制。蓝色阴影的途径在炎症老化概念下功能相关。细节在正文中描述。如所示，RUNX2（runt相关转录因子2）似乎是核心，领导着最终常见的骨和软骨组织形成通路，这些通路未显示。也未包括一些抑制因子，如胎球蛋白和硬化蛋白。ABCC6：ATP结合盒亚家族C成员6；AGE：晚期糖基化终末产物；ALP：碱性磷酸酶；ANK：锚蛋白；ATX：自分泌运动因子；BMP：骨形态发生蛋白；c-WNT：经典Wnt；CKD：慢性肾病；CPP：钙蛋白颗粒；ECM：细胞外基质；ENPP1：外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1；FGF23：成纤维细胞生长因子23；IL-1β：白细胞介素-1β；IL-6：白细胞介素-6；IFN：干扰素；Lp(a)：脂蛋白(a)；LRP6：低密度脂蛋白受体相关蛋白6；MGP：基质Gla蛋白；miRNA：微小RNA；nc-WNT：非经典Wnt；OPG：骨保护素；OxLDL：氧化低密度脂蛋白；p-OPN：磷酸化骨桥蛋白；PPi：无机焦磷酸盐；PTH：甲状旁腺激素；PTHr：甲状旁腺激素受体；RANK：核因子-κB受体活化因子；RANKL：核因子-κB受体活化因子配体；ROS：活性氧；TERT：端粒酶逆转录酶；TLR3：Toll样受体3；TNFα：肿瘤坏死因子α。

RUNX2（runt相关转录因子2；也称为PEBP2αA或CBFA1）已被多个实验室证明是脊椎动物骨骼矿化通过成骨软骨基因程序的核心。像在骨骼中一样，主动脉矿化的成骨软骨特征也依赖于主动脉VSMC中RUNX2的作用。RUNX2通过选择性启动子使用、翻译后修饰、亚核定位和蛋白质-蛋白质相互作用在亚型变异方面受到严格调控，以控制成骨基因表达。炎症激活VSMC中RUNX2的机制先前主要集中在响应TNF（肿瘤坏死因子）、IL-1（白细胞介素-1）和其他炎症信号而引发的上游成骨形态发生素BMP和WNT基因家族。在一项最近的CAVD研究中，据报道RUNX2通过STAT5（信号转导子和转录激活子5）更直接地被炎症信号招募以促进主动脉瓣中的成骨矿化，STAT5由原型炎症转录因子NF-κB（核因子-κB）诱导。TERT（端粒酶逆转录酶）——衰老表型的关键调节因子——被证明与STAT5形成非经典复合物以驱动RUNX2表达。

ECM代谢在成骨编程中的作用

在体外，ECM及其机械特性已知调节血管和瓣膜细胞钙化。在体内，通过小角度X射线散射分析动脉粥样硬化病变显示，三维胶原纤维取向随与钙沉积物的接近程度而变化。沉积物附近的取向主要是纵向或径向，而远离沉积物的取向是周向的。由于纤维取向影响基质的各向异性机械强度，此类特征可能预测病变破裂的易感性。在主动脉钙化的最早阶段，矿物质通常沿着弹性蛋白纤维排列。基于分别用胶原酶或弹性蛋白酶处理的、主要富含弹性蛋白或胶原蛋白的组织样本的CaCl₂处理，弹性蛋白似乎比胶原蛋白具有更大的钙化倾向。基质蛋白之间的交联也影响主动脉钙化。最近发现，赖氨酰氧化酶（一种交联剂）的条件性失活可减少小鼠的主动脉钙化。类似地，在体外，缺乏赖氨酰氧化酶的VSMC中收缩标记物表达增加，成骨蛋白RUNX2表达减少。此外，酶性基质降解可能促进主动脉钙化。小鼠主动脉钙化和磷酸盐处理的VSMC培养物中MMP-3（基质金属蛋白酶-3）水平升高，而缺乏VSMC特异性MMP-3的小鼠主动脉中膜钙化减少，考虑到基质强度在主动脉夹层分层中的作用，这是一项重要发现。

细胞起源和谱系决定

先前的遗传细胞谱系追踪和报告基因研究确定了在心血管组织中进行成骨软骨表型变化的三种主要细胞类型：VSMC、经历内皮-间质转化的内皮细胞和活化的瓣膜间质细胞（VIC）。微血管周细胞在体外也能矿化并分化为胚胎软骨内骨形成中的成骨细胞，而外膜成纤维细胞可能通过释放条件培养基中诱导VSMC钙化的因子间接促进中膜钙化。已经建立了几种血管钙化的体外和体内模型（表2和3）。响应炎症脂质和氧化应激，VSMC重现了成骨细胞介导的胚胎骨形成的关键特征，遵循一系列有序的成骨基因表达，涉及BMP-2/4、RUNX2、ALP、AKP2、TNAP、SPP1、BGLAP和COL1A1，最终产生矿化组织。心脏VIC也经历成骨软骨分化，重现胚胎软骨内骨形成。然而，在瓣膜中，该序列涉及肌成纤维细胞标志物表达，随后是软骨形成分化，涉及SOX9（SRY-box转录因子9）和产生II型和X型胶原，最终形成骨或软骨。

单细胞和空间转录组学及蛋白质组学分析最近证实并增进了对主动脉钙化中成骨软骨谱系决定的理解。单分子空间转录组学识别出一种VSMC亚型，富含可卡因和苯丙胺调节的转录前肽原，与胸主动脉瘤中的钙化共定位，并且该前肽原在体外诱导人VSMC中的成骨软骨生成。无偏倚的单细胞测序和伪时间轨迹显示了VIC、内皮细胞亚型和间质转化作为CAVD贡献者的异质性混合。一种多组学方法识别出人类CAVD的关键调节因子——具有体外成骨分化潜力的VIC疾病驱动表型（CD44高CD29+CD59+CD73+CD45低），类似于先前描述的循环成骨祖细胞的许多特征。通过单细胞RNA测序，在钙化的人二叶式主动脉瓣中发现了一种独特的基质细胞群体，来源于表达甘露糖受体CD206的巨噬细胞向间质转化。

遗传起源

三种常染色体隐性遗传病导致主动脉钙化：CD73缺乏导致的动脉钙化、弹性纤维性假黄瘤和婴儿全身性动脉钙化。第一种，也称为遗传性动脉和关节多发性钙化综合征，是一种罕见的成人发病疾病，由NT5E基因变异引起。一个关键表现是腹主动脉下段及其下肢分支的广泛钙化。后两种疾病由ABCC6或ENPP1的序列变异引起。以前认为它们具有不同的表型；然而，最近的研究表明存在相当大的重叠，表明它们反映了临床谱的两端。两者都源于强效钙化抑制剂无机焦磷酸盐的不足，当ABCC6（ATP结合盒亚家族C成员6）这一跨膜转运蛋白驱动ATP（三磷酸腺苷）的细胞外排时，ATP被ENPP1（外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1）水解产生无机焦磷酸盐。这些疾病之间的一个区别是，抑制ALP（碱性磷酸酶）可减少Abcc6基因敲除小鼠而非Enpp1基因敲除小鼠的动脉钙化，指出了致病信号传导的差异。无机焦磷酸盐水平与钙化严重程度几乎没有相关性，并且尽管ABCC6与脂质相互作用，弹性纤维性假黄瘤患者的血脂谱与对照组相比差异极小。证据表明，通过腺苷受体的免疫调节可能是与动脉矿化相关的细胞外ATP/无机焦磷酸盐代谢生物学的关键贡献者。

营养贡献：过度营养、微生物组和脂质代谢作为炎症信号

饮食诱导的代谢综合征动物模型，无论是否表现出明显的2型糖尿病，首先确立了过度营养和肥胖对主动脉钙化风险的影响。多年前，主动脉周围和腹部脂肪被证明是Framingham心脏研究中腹主动脉钙化的危险因素。随后，包括MESA（多种族动脉粥样硬化研究）在内的几项人类流行病学研究证实了过度营养诱导的代谢综合征与主动脉瓣和腹主动脉钙化之间的关系。高血糖、胰岛素抵抗、高脂血症和氧化应激的环境产生脂质氧化和糖化产物，这些产物激活“炎症老化”和血管成骨矿化程序（图4）。由于代谢综合征的致肥胖特征由肠道微生物群介导，几个研究小组发现微生物群衍生的磷脂酰胆碱和其他代谢物与主动脉瓣钙化相关。作为微生物群在主动脉钙化中作用的直接证据，在维生素D诱导的主动脉钙化小鼠中，抗生素混合物和万古霉素治疗通过减少肠道拟杆菌门及其乙酸的产生而加剧了钙化。另一种肠道微生物，普雷沃氏菌拷贝，与动物和患者中CKD相关的血管钙化有关，可能是由于脂多糖水平增加和由此产生的炎症小体信号。这些观察具有显著的临床意义，因为最近发现，与体重增加一样，老年人的快速体重减轻会增加主动脉钙化的风险，特别是在女性中。虽然条件性地独立于营养摄入，但微生物群介导的血管病变在后者情况下的研究不足，可能有助于体重状态与主动脉钙化风险随衰老出现的双峰反应。尽管在临床前疾病模型中有效，但胰高血糖素样肽-1受体激动剂是否在体重减轻背景下影响人类的主动脉钙化仍有待详细研究。临床肥胖中肠道细菌谱与脂蛋白风险谱之间的强关联可能有助于解释通过体重健康实现的心血管获益。

促动脉粥样硬化的脂质谱与主动脉内膜钙化之间的密切联系已得到充分认识。然而，与心血管钙化，尤其是CAVD关系最密切的脂蛋白是脂蛋白(a)[Lp(a)]，其水平主要受遗传程序而非饮食影响。这种复杂的颗粒由低密度脂蛋白颗粒（一个富含脂质的域，带有ApoB）通过二硫键连接到由糖蛋白载脂蛋白(a)[Apo(a)]构成的尾巴组成，后者具有可变长度的kringle结构域链。这种Apo(a)由LPA基因编码；基因名称指的是Lp(a)，而不是本文稍后出现的LPA（溶血磷脂酸）。促炎和促动脉粥样硬化的氧化磷脂结合到Apo(a)上的特定kringle结构域，并且也存在于脂质相中。大约70%至90%的Lp(a)水平受遗传影响，LPA位点的几个单核苷酸多态性与Lp(a)水平显著相关。其中一些单核苷酸多态性与拷贝数变异相关，而另一些则独立地与高和低Lp(a)水平相关。Lp(a)从Apo(a)和ApoB的组装发生在肝细胞中，但Lp(a)从循环中清除的途径尚不完全清楚。较大的Apo(a)同种型在内质网中保留更长时间，尽管以与较小的同种型相同的速率折叠，并且会经历蛋白酶体更多的降解。这种机制有助于Apo(a)同种型大小与血浆Lp(a)水平之间的一般反比关系。

大型流行病学遗传学研究表明Lp(a)水平与CAVD之间存在关联，最近一项超过40项研究的荟萃分析显示，大多数支持强相关性。最高的Lp(a)水平与更快的疾病进展和更差的结局相关。由于Lp(a)不受HMG-CoA（3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A）还原酶的影响，这可能解释了为什么针对低密度脂蛋白胆固醇的HMG-CoA还原酶抑制剂（他汀类药物）降脂治疗的几项试验并未显著减少CAVD的进展或严重程度。基于人群的研究也确定Lp(a)是主动脉和外周动脉钙化的核心因素。尽管在循环中较为稀少，但Lp(a)与基质和促动脉粥样硬化的氧化磷脂紧密结合，导致其在动脉壁中积聚。

Lp(a)如何促进钙化尚不清楚。正在考虑的一个因素是ATX（自分泌运动因子），一种分泌的溶血磷脂酶D，它与Lp(a)结合，并在钙化的人瓣膜小叶中发现。ATX将细胞外溶血磷脂酰胆碱水解为LPA，后者是某些G蛋白偶联受体的配体，可能触发VIC的成骨分化。在多能间充质细胞中，LPAR1（溶血磷脂酸受体1）上调RUNX2的表达和活性。一种在小鼠、兔子和来自CAVD患者的原代培养VIC中测试的小分子ATX抑制剂，可防止主动脉瓣和VIC钙化，并降低VIC中纤维化和钙化基因的表达。因此，一旦通过超声心动图识别出瓣膜纤维化的证据，好的，我继续翻译剩余部分，并以【全文结束】结尾。

慢性肾病-矿物质与骨异常（CKD-MBD）中的主动脉和瓣膜钙化

在CKD-MBD患者中，肾功能不全不仅导致血管钙化和骨骼疾病，还导致肾小球滤过率下降、高磷血症伴FGF23和PTH继发性升高、尿毒症毒素水平升高、氧化应激增加，以及klotho和1,25-二羟维生素D水平降低。CKD-MBD患者的主动脉和瓣膜钙化负担过重，心血管疾病发病率和死亡风险急剧升高。在CKD-MBD中，主动脉中层和瓣膜钙化而非冠状动脉粥样硬化进展迅速，这与这些患者中心力衰竭是比心肌梗死更常见的死亡原因这一发现一致。

非传统心血管风险因素，包括升高的无机磷酸盐（Pi）水平、维生素缺乏和尿毒症毒素，在CKD-MBD中赋予了血管钙化的高风险。过去20年的众多研究表明，升高的Pi水平在体外和体内直接促进VSMC的成骨软骨分化和钙化。此外，升高的Pi水平可能通过调节自噬、氧化应激、内质网应激和炎症信号传导促进血管钙化。Pi通过血管细胞上的两种Pi转运蛋白——溶质载体20A1（SLC20A1）和溶质载体20A2（SLC20A2）——的差异信号传导来部分介导其作用。SLC20A1通过涉及ERK1/2（细胞外信号调节激酶1/2）磷酸化和激活RUNX2的不依赖转运的信号通路，促进人VSMC的成骨软骨分化和基质矿化。此外，SLC20A1过表达导致的高磷酸盐诱导VIC钙化和凋亡。与其保护基底节血管钙化一致，SLC20A2部分通过涉及诱导OPG（骨保护素）（RANKL的可溶性受体诱饵拮抗剂）的通路抑制VSMC钙化。SLC20A1和SLC20A2的同源二聚化和异源二聚化可能在磷酸盐信号传导中具有调节作用。

此外，维生素D及其代谢物在CKD-MBD中促成疾病风险，呈现双相反应，反映了通过减少CKD中见的继发性甲状旁腺功能亢进的间接益处，以及由高磷血症和高钙血症驱动血管钙化的过量维生素D3的直接毒性。同样，维生素K缺乏以及华法林的使用也与血管钙化有关，因为它们限制了关键钙化抑制剂（如MGP，基质γ-羧基谷氨酸蛋白）的γ-羧化作用。此外，尿毒症毒素如硫酸吲哚酚与主动脉钙化有关，其与炎症信号的联系正在研究中。

WNT信号、甲状旁腺功能亢进和PTH低反应性：主动脉炎症的调节剂和介质

骨骼响应稳态的形态发生、代谢、机械、内分泌和炎症信号，这些信号控制ECM矿化和重塑，WNT基因家族成员发挥核心作用。这些成骨软骨多肽及其同源受体的旁分泌作用已成为主动脉钙化生物学中的重要因素。虽然早期研究强调β-连环蛋白介导的经典Wnt程序，但通过非经典中继的细胞内信号已被确定至关重要。除了促进RUNX2依赖性转录外，非经典Wnt信号还激活NFAT（活化T细胞核因子）、AP-1（激活蛋白1）和机械敏感的平面细胞极性转录中继，这些是表征动脉钙化反应的先天免疫的核心。非经典Wnt5a、Wnt5b和Wnt11配体在VIC矿化中发挥作用，重现了非经典Wnt信号在主动脉钙化中的关键特征。VSMC中Wnt受体LRP6（低密度脂蛋白受体相关蛋白6）的一个关键功能是限制促进主动脉钙化和血管硬度的非经典Wnt程序。

PTH是控制脊椎动物钙-磷酸盐稳态所需每分每秒的原型促骨激素。PTH分泌因高磷血症和低钙血症而急剧增加，并通常因高钙血症、维生素D受体激动剂和FGF23而减少。自发现以来，PTH的急性血管扩张作用就已为人所知；然而，持续升高的PTH水平会驱动高血压并损害组织灌注的调节。与骨骼中一样，血管中PTH的作用在持续与脉冲式生理或药理学暴露下有所不同；这不仅反映了血管PTH/PTH1R（甲状旁腺激素1受体）在持续暴露下的脱敏和低反应性，也反映了不同的配体诱导的PTH1R信号偏倚。VSMC自主的PTH1R作用可减少骨纤维性表型转换。然而，慢性升高的PTH水平，如原发性或继发性甲状旁腺功能亢进，会增加人类的主动脉硬度和主动脉瓣钙化，并增加整体心血管风险，死亡率与PTH水平而非钙水平相关，即使在无终末期CKD的情况下也是如此。在原发性甲状旁腺功能亢进中，这发生在没有导致CKD继发性甲状旁腺功能亢进的高磷血症的情况下。在接受血液透析的终末期CKD患者中，血清完整PTH浓度与全因或心血管死亡率之间持续观察到双相、U型关系；风险最低点出现在高于非尿毒症患者正常范围的PTH浓度，突显了CKD中由于抑制性PTH片段和其他在缺乏肾脏过滤时积累的尿毒症毒素而产生的PTH信号抵抗，与CKD中血清磷酸盐的变化平行。Upacicalcet，一种新型钙敏感受体激动剂，可减少尿毒症大鼠的继发性甲状旁腺功能亢进和主动脉钙化。钙敏感受体调节剂是否能减轻原发性甲状旁腺功能亢进中的主动脉或主动脉瓣钙化尚不清楚，尽管甲状旁腺切除术可降低心血管风险。由于心血管死亡率的U型反应以及肾功能下降时PTH抵抗的混杂效应，需要健康的血管PTH1R信号张力的生物标志物。

基质囊泡：晶体形成的细胞外调节剂和核心

基质囊泡是从矿化细胞释放的纳米级脂质双层囊泡，决定ECM中矿化的时空沉积。60多年前首次在骨骼中发现，它们被发现携带钙和磷酸盐，并作为启动羟基磷灰石晶体形成的核心，通常与胶原和弹性蛋白纤维结合。1990年，它们出人意料地在人主动脉组织中发现。现在已知它们携带支持成骨分化和矿物质形成的多种货物，包括磷酸酶、膜联蛋白、Wnt配体、核酸、补体蛋白和细胞因子。它们现在也被认为是细胞外囊泡（EVs）的一个亚型，这个术语于2011年确立，用于描述双层囊泡指导旁分泌通讯和细胞外功能的一般机制。Buffolo及其同事的开创性工作表明，源自间充质和髓系谱系的EVs都促成了主动脉矿化。从糖尿病小鼠钙化主动脉中分离出的EVs被发现携带IL-1β（白细胞介素-1β），EV抑制降低了促钙化因子BMP-2（骨形态发生蛋白-2）和RUNX2的表达。在糖尿病小鼠中，发现一种EV释放抑制剂可减少主动脉钙化。非经典Wnt配体在从患病的人类主动脉瓣和动脉中分离出的EVs中含量丰富，这表明靶向Wnt中继可能在限制主动脉钙化方面有用，与从研究动脉粥样硬化人类和小鼠的LRP6分子遗传学中吸取的教训一致。

早衰中的炎症老化、干扰素和基因毒性应激

早衰

人类和小鼠分子遗传学揭示了受损的核膜完整性和结构在多种衰老表型中的重要作用，包括Lobstein首次注意到的早发性动脉硬化和骨质疏松症表型。哈钦森-吉尔福德早衰症综合征源于核纤层蛋白A基因（LMNA）的序列变异，导致无法加工的法尼基化核纤层蛋白A积累，破坏核膜。在开创性工作中，Faleeva及其同事发现，progerin（一种由LMNA序列变异产生的突变核纤层蛋白A蛋白）的积累会诱导DNA损伤，并伴有基因毒性应激反应，从而激活动脉平滑肌中的骨纤维性RUNX2作用。通过联合药物治疗，增加关键细胞外ATP代谢物（如焦磷酸盐和腺苷）的水平，以限制RUNX2调节的促钙化环境，证明了动脉钙化与哈钦森-吉尔福德早衰症综合征血管衰老表型的相关性；这种联合疗法不仅减少了动脉钙化，还延长了哈钦森-吉尔福德早衰症综合征小鼠的寿命。响应RUNX2和SOX9等成骨软骨转录因子的基质重编程的一个关键后果是形成具有有利于矿化表型的机械分泌特性的ECM。僵硬的细胞外基质通过诱导线粒体和内质网应激促进VSMC衰老。

干扰素和损伤相关分子模式

人类和小鼠分子遗传学研究已趋同于强调与激活主动脉瓣和升主动脉异位钙化的炎症老化反应相关的分子发病机制的一个统一特征。早些时候，几个研究小组发现，由细胞损伤伴细胞外和胞质DNA或RNA积累失调启动的I型IFN（干扰素）抗病毒信号级联反应，促进近端主动脉钙化。Singleton-Merten综合征的遗传基础，其特征是早发性主动脉瓣和升主动脉钙化，定位了胞质RNA传感、损伤相关模式识别受体的显性序列变异。这些RLR（维甲酸诱导基因I样受体）蛋白通常响应微量的病毒dsRNA结构而上调IFN产生。与Singleton-Merten综合征相关的致病变体激活线粒体抗病毒信号，导致下游IRF3（IFN调节因子3）和RUNX2的激活。然而，受损的核膜和受损的线粒体会产生更高水平的内源性核酸片段，这些片段也会激活这些途径，模拟病毒感染。TLR3（Toll样受体3）是DNA/RNA模式识别受体途径的第三个组成部分，它上调I型IFN表达和主动脉钙化。与两个大规模人类基因型-表型队列（衰老遗传流行病学研究和英国生物银行）一致，小鼠中TLR3功能的丧失可预防CAVD。双糖链蛋白聚糖，一种在软骨内骨形成中特征最明显的小蛋白聚糖，被确定为在促进CAVD的信号轴中的前馈TLR3配体。虽然胞质DNA传感接头干扰素基因刺激因子1在此背景下研究较少，但它促进IFN依赖性VSMC衰老和钙化。在早期工作中，Parra-Izquierdo及其同事表明，抑制上游RLR复合物或下游JAK激酶成分的小分子分别抑制主动脉VSMC或VIC钙化，并且存在性别特异性差异，男性VIC对促钙化I型IFN信号更敏感。这些策略是否可用于治疗目的仍有待确定；然而，在将其用于减轻钙化而不增加病毒感染风险之前，需要明确治疗窗口。

放射治疗的基因毒性应激，另一种炎症老化过程

化疗和检查点免疫调节剂的显著进步改变了肿瘤治疗；然而，对于许多恶性肿瘤，外照射放疗仍然是辅助或新辅助策略的关键组成部分。在放疗治疗的癌症幸存者中，乳腺癌患者（治疗针对胸廓）最为常见。电离辐射产生活性氧，损伤DNA；它还触发损伤相关分子模式识别和免疫激活，导致炎症细胞因子释放和炎症。炎症也在组织水平由血管损伤和细胞坏死诱导。辐射激活I型IFN依赖性抗肿瘤免疫和RLR信号传导。人类对这种基因毒性应激的敏感性随衰老而增加。因此，外照射放疗显著增加主动脉瓣和升主动脉钙化的风险并不令人意外，影响超过33%的患者，在治疗后1至2个十年的潜伏期后出现。由于辐射在培养细胞中迅速增加成骨软骨分化，目前尚不清楚为何如此长的潜伏期先于临床上显著的主动脉病。血管紧张素受体阻断治疗与老年患者CAVD进展风险降低相关，这提出了类似策略可能减轻辐射诱导的主动脉病的可能性。鉴于大约八分之一的女性患乳腺癌，且超过50%的她们接受放疗，开发辐射诱导主动脉钙化的临床前模型至关重要。

主动脉钙化的潜在治疗策略

抗吸收和促吸收疗法

双膦酸盐是一类抗吸收药物，是焦磷酸盐的不可水解类似物，与矿物质表面结合。第一代双膦酸盐依替膦酸盐被经验性地用于婴儿全身性动脉钙化，有传闻报告可能有益。一项针对CD73缺乏导致动脉钙化患者长期依替膦酸盐治疗的小型初步研究显示，可能减缓下肢血管钙化。然而，在随机对照试验和荟萃分析中，新一代氨基双膦酸盐和其他抗吸收药物对成人的主动脉和瓣膜钙化在临床上无效。

利用矿物质吸收的破骨细胞代表了一种令人兴奋的可能性。这些细胞在血管钙化中并不常见，可能是由于血管和瓣膜疾病中破骨细胞分化因子RANKL的血清水平低，而其可溶性抑制剂OPG水平高。它们可能因经历成骨分化的VSMC释放的IL-18（白细胞介素-18）增加而功能性地受到抑制。用破骨细胞进行细胞治疗已在体外逆转血管细胞钙化，但在体内未能实现，部分原因是它们从钙化部位扩散开来。有希望的新进展包括：人诱导多能细胞可以分化为破骨细胞，以及工程化破骨细胞和含有钙螯合剂的弹性蛋白靶向纳米颗粒，分别在小鼠中使异位骨化和主动脉钙化消退。含有钙螯合剂乙二胺四乙酸的纳米颗粒涂有弹性蛋白抗体。由于早期钙化通常出现在碎片化的弹性蛋白上，据推测其机制是减少了沿纤维矿化的钙可用性。

介入治疗

碎石术是利用超声波冲击波破坏矿物质的肾结石和胆结石的标准治疗方法，现在通过导管临床应用于破坏钙化的冠状动脉和外周动脉病变。它也已非侵入性地应用于钙化的主动脉瓣，以准备植入支架或瓣膜置换。

Lp(a)治疗主动脉和主动脉瓣钙化

Lp(a)的减少是否影响主动脉钙化以及需要降低多少仍未知。与他汀类药物在CAVD中无效一致，他汀类药物也无法降低Lp(a)水平，甚至可能升高。其他有望降低Lp(a)水平的药物包括PCSK9（前蛋白转化酶枯草溶菌素/kexin 9型）抑制剂、反义寡核苷酸、小分子抑制剂以及靶向PCSK9或Apo(a)生物合成的siRNA。

CKD-MBD治疗

尽管越来越多的证据将非传统风险因素与CKD中的主动脉钙化和心血管疾病联系起来，但迄今为止针对这些因素的临床研究结果模棱两可，通常是由于统计效力不足和治疗效果异质性相关的研究设计特征。一项对77项随机和前瞻性非随机临床试验的系统评价得出结论，镁、硫代硫酸钠和非钙基磷酸盐结合剂可能减少血管钙化进展，而抗吸收疗法、拟钙剂、SNF472（肌醇六磷酸）、sotatercept和口服活性炭的结果不确定。根据临床证据，被认为不太可能减少钙化进展的因素包括维生素D、维生素K2、他汀类药物、烟酰胺和螺内酯。依替膦酸盐是唯一始终与减少血管钙化进展相关的双膦酸盐。局限性包括成像方式无法区分内膜与中膜钙化，以及缺乏安慰剂对照研究。已经进行了几项针对CKD-MBD风险因素的安慰剂对照临床研究。IMPROVE-CKD试验显示，降磷药物碳酸镧对广泛的基线腹主动脉钙化没有影响。有趣的是，该研究的基线数据显示，在钙化广泛的CKD-MBD患者中，25-羟维生素D水平与钙化严重程度无关。在K4Kidneys随机对照试验中，3b或4期CKD患者接受400μg维生素K2或安慰剂