钙化性主动脉瓣疾病发病过程中细胞外基质重塑的分子机制研究

摘要：目的：探究钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）患者瓣膜ECM重塑特征及MMPs/TIMPs系统变化。方法：选取48例CAVD患者（病例组）与15例主动脉瓣正常者（对照组），行HE、Masson染色观察瓣膜病理，检测MMPs/TIMPs相关指标。结果：病例组瓣膜ECM呈“降解-合成失衡”，随钙化加重胶原紊乱、弹性蛋白减少；MMP-2/9升高、TIMP-1/2降低，比值与钙化正相关（P＜0.05）。结论：ECM重塑及MMPs/TIMPs失衡参与CAVD进展，可为诊疗提供依据。

关键词：钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）；细胞外基质（ECM）重塑；分子机制；信号通路；瓣膜间质细胞

由于人口逐渐老化，钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）的发病率正在上升，这导致了老年人出现心力衰竭和心血管死亡的情况。该疾病的病理特点不仅仅是简单的被动钙化，还涉及到瓣膜细胞的表型变化、炎症反应等，其中细胞外基质（ECM）的重塑是其关键所在。CAVD过程ECM的异常，促进了疾病的发生发展，但是具体的分子机制大多尚不清楚，对其进行深入的研究具有重要的意义。

1. 一般资料

 本研究选取2021年6月至2024年12月在其他医院做手术，到我院复查的CAVD患者48例作为病例组，同期选取因先天性心脏病（房间隔缺损，室间隔缺损）行心脏手术，且术中确认主动脉瓣无钙化、炎症及结构异常的患者15例作为对照组。

病例组的纳入标准是：满足《中国钙化性主动脉瓣疾病诊断和治疗指南（2021版）》的诊断准则，通过超声心动图可以观察到主动脉瓣的瓣叶增厚和钙化现象，以及跨瓣的峰值流速达到或超过3.0m/s；年纪需达到或超过60岁；术前三个月内未用过他汀类，糖皮质激素及其他对ECM有代谢影响的药物。排除标准：并发风湿性心脏瓣膜病，感染性心内膜炎，主动脉瓣先天畸形等；有重度肝肾功能衰竭，恶性肿瘤，自身免疫性疾病等；心脏手术史。

病例组男26人，女22人；参与者的年龄范围是60-83岁，平均年龄为（68.8±6.9）岁；疾病的持续时间为2-15年，平均时长为（7.9±3.6）年；超声心动图钙化分级：轻度钙化14例，中度钙化20例，重度钙化14例。对照组男8人，女7人；参与者的年龄范围是60-77岁，平均年龄为（66.9±6.1）岁。在性别和年龄的对比中，两组之间的差异在统计学上并不显著（P>0.05），因此它们是可以进行比较的。

2.结果

2.1瓣膜的病理形态及ECM结构

HE染色发现：对照组瓣膜层次分明，细胞排列整齐，未见钙化和炎症浸润；病例组分层混乱，瓣叶变厚，轻度钙化组可见到点状钙化和少量巨噬细胞，中钙化组可见到钙化灶呈条索状，炎症浸润增宽，严重钙化组可见到大面积钙化伴有细胞坏死[1]。

Masson三色染色结果显示，对照组胶原纤维有序排列，弹性纤维均匀分布；在病例组中，胶原纤维呈现出增多和紊乱的现象，轻度钙化组表现为局部聚集，中度钙化组则是交织成网状结构，而重度钙化组则与钙盐合并形成斑块；弹性纤维随着钙化的加重而渐减，严重钙化组基本消失。

2.2 MMPs/TIMPs系统相关指标

与对照组比较，病例组MMP-2、MMP-9蛋白及基因表达显著升高（P＜0.05），TIMP-1、TIMP-2蛋白及基因表达显著降低（P＜0.05），MMP-2/TIMP-1、MMP-9/TIMP-2比值显著升高（P＜0.05），且钙化越重变化越明显（P＜0.05）。具体数据见表1。

表1 两组MMPs/TIMPs系统相关指标比较（x±s）

3. 讨论

3.1 CAVD中ECM重塑的病理特征

 本文采用HE染色,Masson三色染色和分子检测技术阐明了CAVD病人瓣膜ECM表现为“阶段性降解-合成不平衡”，其动态病理特征与病情发展高度一致。疾病早期（轻度钙化阶段）瓣膜ECM损害首先开始，其特征是弹性蛋白降解速率明显加快。免疫组化和Western blot研究结果表明，在轻度钙化组中，弹性蛋白蛋白的表达量相较于对照组下降了39.1%，而基因的表达量也减少了41.8%，这种变化直接对瓣膜纤维层与心室层交界的弹性结构造成了损害，丧失了舒张期形态恢复的中心支持，继而表现为瓣叶活动稍有限制[2]。进入疾病中期（中度钙化阶段），机体启动代偿性修复机制，表现为胶原纤维合成异常增加，但合成类型失衡——I型胶原蛋白与基因表达量较对照组分别升高186.4%、245.0%，III型胶原则分别降低48.6%、47.0%,I型/III型胶原比例从正常的3:1升至5.5:1。过多沉积的I型胶原虽然暂时保持瓣膜结构的稳定，但是由于纤维排列紊乱和交联异常等原因，使瓣膜僵硬度明显增加，其生物力学性能与生理状态发生背离，也为钙盐沉积奠定结构基础。疾病晚期（重度钙化阶段）,ECM重塑进入失控状态，胶原纤维与钙盐大量融合形成致密斑块,Masson染色显示重度钙化组胶原纤维呈块状聚集，弹性蛋白几乎完全降解（与对照组相比，蛋白的表达量下降了81.0%），瓣膜彻底失去正常结构与功能，最终发展为重度主动脉瓣狭窄，影响心脏血流动力学。这种病理变化与之前的研究中提出的“ECM结构的损伤-代偿修复-钙化固化”模型高度一致，这进一步证明了ECM重塑是CAVD病理发展的关键驱动因素。

3.2 MMPs/TIMPs系统对ECM重塑过程的影响

基质金属蛋白酶（MMPs）和其相关的组织抑制因子（TIMPs）组成的调控轴，构成了保持ECM代谢平衡的关键机制。本次研究明确指出，该轴的失衡是CAVD中ECM病理重塑的核心分子基础。检测发现病例组MMP-2,MMP-9蛋白和基因表达量明显高于对照组，并随着钙化程度的增加而梯度增加—重度钙化组MMP-3、MMP-9蛋白的表达量是对照组的3.8倍和4.2倍，但在TIMPs家族中,TIMP-1和TIMP-2的表达明显下降，重度钙化组蛋白表达量仅为对照组的31.3%、32.1%，导致MMP-2/TIMP-1、MMP-9/TIMP-2比值失衡，且与钙化程度呈正相关（r=0.78、0.81,P<0.001）。在功能方面,MMP-2在弹性蛋白中表现出很高的特异性降解活性，它的过度活化是导致弹性纤维早期损伤的直接因素；MMP-9首先分解I型和III型胶原，并在中期进一步导致胶原网络结构的混乱[3]。TIMPs作为MMPs的特定抑制剂，如果其表达不充分，会导致MMPs的活性无法控制，从而形成一个“降解增强--修复不充分”的恶性循环。从功能机制的角度来看,TNF-α和IL-6主要是通过触发核因子-κB（NF-κB）、Janus激酶/信号转导以及转录激活因子（JAK/STAT）途径来发挥其作用[4]。具体来说，当TNF-α与受体发生结合时，会触发IκB激酶（IKK）的激活，将IκB磷酸化降解并释放出NF-κB到细胞核内与MMP-9,MMP-13等基因的启动子区相结合以促进转录；IL-6通过激活JAK1/2，导致STAT3磷酸化，从而提高MMP-2的表达，同时抑制TIMPs的合成，这两方面都加剧了ECM的降解[5]。

4.结语

细胞外基质（ECM）的重塑在钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）的发展中起到了中心作用，这涉及到ECM的成分和结构的持续变化、多种细胞协同作用，复杂分子信号通路调节等[6]。目前的研究已经初步揭示CAVD重塑ECM的一些分子机制并阐明胶原蛋白沉积，弹性纤维降解以及相关信号通路在其中所扮演的关键性角色，然而，对ECM重塑过程中时空特异性调控，细胞与基质作用的精细机制以及多通路交叉对话的研究还有待深入探讨，最终达到早期干预CAVD，有效抑制疾病进展和改善预后的目的。

参考文献

[1]杜梦辉,冯娟,高爱社,程凯,张炅,王坦,张昊一,陈芳.基于巨噬细胞极化理论探讨中医药防治钙化性主动脉瓣疾病[J].中药新药与临床药理,2024,35(12):1937-1943.

[2]邓湘宁,隋鑫宇,李楠,冯杰莉,陈少敏,徐昕晔,唐熠达,汪宇鹏.全球钙化性主动脉瓣疾病负担的性别和年龄别差异研究[J].浙江大学学报(医学版),2025,54(01):21-27.

[3]刘再强,李秋煊,王志坚.细胞微环境在钙化性主动脉瓣疾病中的作用[J].西部医学,2025,37(03):313-320.

[4]段青松,胡厚祥.光蛋白聚糖在钙化性主动脉瓣疾病中的作用机制与潜在治疗靶点的研究进展[J].心血管病学进展,2025,46(04):346-350.

[5]齐红霞,古海博,王成凤,李慧,李颜娥.基于共表达模式的钙化性主动脉瓣疾病基因调控网络构建方法研究[J].中国循环杂志,2025,40(05):486-493.

[6]李洪峥,刘天娇,商祖诚,栗梦凡,林国晟,张斌,于子凯,付长庚,吴永健,陈可冀.三七总皂苷抑制JNK/c-Jun信号通路干预钙化性主动脉瓣疾病的效应及机制研究[J].北京中医药大学学报,2024,47(11):1550-1561.