DMP-1通过整合素αvβ3/MAPK信号通路促进心脏瓣膜间质细胞成骨分化在主动脉瓣钙化中的作用机制研究

本研究针对钙化性主动脉瓣疾病(CAVD)缺乏有效药物治疗的临床难题，探讨了牙本质基质蛋白-1(DMP-1)在瓣膜钙化过程中的关键作用。研究人员通过临床样本分析和体外实验证实，DMP-1通过其RGD结构域与整合素αvβ3受体结合，激活MAPK信号通路(RAF/RAS/MEK/p-ERK1/2)，显著促进瓣膜间质细胞(VICs)向成骨细胞分化，导致RUNX2和ALP等成骨标志物表达上调。该发现为CAVD的靶向治疗提供了新的理论依据。

　　

随着人口老龄化进程加速，钙化性主动脉瓣疾病(CAVD)已成为最常见的心脏瓣膜疾病。目前外科手术是唯一有效的治疗手段，但尚无能够阻止疾病进展的药物治疗方案。这一临床困境促使科学家们深入探索CAVD的发病机制，特别是瓣膜间质细胞(VICs)在病理条件下的生物学行为转变。

在正常的主动脉瓣中，瓣膜间质细胞负责维持组织稳态，但在病理因素刺激下，这些细胞会发生异常分化，获得成骨细胞特性，表达骨相关标志物，最终导致瓣膜钙化。细胞外基质(ECM)微环境的改变被认为是触发这一过程的关键因素，其中SIBLING家族蛋白可能扮演着重要角色。牙本质基质蛋白-1(DMP-1)作为该家族成员，在骨和牙齿发育中具有明确功能，但其在心血管钙化中的作用尚不明确。

为了阐明DMP-1在CAVD中的具体作用机制，来自华中科技大学同济医学院附属协和医院心血管外科的研究团队在《In Vitro Cellular & Developmental Biology- Animal》上发表了最新研究成果。该研究通过临床样本分析结合体外实验，系统揭示了DMP-1通过整合素αvβ3/MAPK信号通路调控瓣膜间质细胞成骨分化的新机制。

研究人员首先收集了14例接受主动脉瓣置换术或心脏移植患者的瓣膜组织，包括11例钙化瓣膜和3例正常对照。通过免疫组化、免疫印迹等技术发现，钙化瓣膜中DMP-1和整合素β3的表达显著上调，且与成骨标志物RUNX2的表达呈正相关。同时，CAVD患者血清中DMP-1浓度也明显升高，提示其可能作为疾病进展的生物标志物。

在体外实验中，团队成功分离培养人原代瓣膜间质细胞，并建立成骨诱导模型。研究显示，DMP-1处理能显著促进VICs的成骨分化，这一效应可被整合素αvβ3拮抗剂所抑制。进一步机制研究表明，DMP-1通过其C末端的RGD结构域与整合素αvβ3结合，激活MAPK信号通路的关键分子(RAF、RAS、MEK)，促进ERK1/2磷酸化，进而调控下游成骨相关基因表达。

值得注意的是，研究还设计了长短两种RGD肽段模拟实验，证实无论是可溶状态的短肽还是模拟胶原结合状态的长肽，都能通过整合素αvβ3受体诱导VICs成骨分化。通过siRNA敲低DMP-1表达和整合素αvβ3拮抗剂联合处理，发现两者在抑制VICs钙化中具有协同效应，进一步验证了DMP-1/integrinαvβ3轴在CAVD中的核心地位。

主要技术方法包括：临床样本的免疫组织化学和免疫荧光分析、原代瓣膜间质细胞分离培养、体外成骨诱导模型建立、蛋白质免疫印迹检测、实时定量PCR基因表达分析、Alizarin Red染色钙结节定量等。

Upregulated expression of DMP-1 and integrinβ3 was detected in calcified aortic valves

临床样本分析显示，钙化主动脉瓣中DMP-1和整合素β3表达显著增加，而整合素αv无明显变化。Alizarin Red染色证实钙化瓣膜存在明显钙结节，成骨标志物RUNX2和ALP表达上调，提示DMP-1和整合素β3可能参与瓣膜钙化过程。

The expression of DMP-1 and integrinβ3 increased in osteoblastic VIC

体外实验证实，成骨诱导的VICs中DMP-1、整合素β3以及成骨标志物RUNX2、ALP的表达均显著升高。免疫荧光显示DMP-1主要定位于细胞内，表明其在VICs成骨分化过程中被诱导表达并发挥功能。

The expression of DMP-1 was correlated with integrinβ3 in aortic valves

免疫荧光共定位分析显示DMP-1与整合素β3在瓣膜组织中共表达，线性相关分析进一步证实DMP-1蛋白水平与整合素β3呈正相关，两者均与RUNX2表达相关，提示DMP-1与整合素β3的相互作用可能参与主动脉瓣钙化。

DMP-1 could induce the osteogenic differentiation of VIC

功能实验表明，DMP-1处理可诱导VICs成骨分化，效果与成骨诱导培养基相当。整合素αvβ3拮抗剂能抑制这一效应，免疫荧光证实DMP-1与整合素β3在成骨分化VICs中共定位，表明DMP-1通过结合整合素αvβ3促进VICs钙化。

RGD peptide induced the osteogenic differentiation of VICs via integrin avB3

通过长短RGD肽段实验证实，DMP-1的RGD结构域是其功能关键区域。长短RGD肽均能诱导VICs成骨分化，且该效应可被整合素αvβ3拮抗剂抑制，证明DMP-1通过RGD结构域与整合素αvβ3结合发挥促钙化作用。

DMP-1 induced the osteogenic differentiation of VICs through the MAPK pathway

机制研究发现，DMP-1处理可激活MAPK信号通路，促进RAF、RAS、MEK表达和ERK1/2磷酸化。时间梯度实验显示p-ERK水平在DMP-1刺激30分钟后开始升高，1小时达到峰值，该效应可被整合素αvβ3拮抗剂抑制。

研究结论表明，DMP-1在钙化主动脉瓣中表达显著上调，通过其RGD结构域与整合素αvβ3受体结合，激活MAPK信号通路，进而促进瓣膜间质细胞成骨分化和瓣膜钙化。该研究不仅揭示了CAVD的新发病机制，还为开发针对DMP-1/integrinαvβ3轴的靶向治疗策略提供了理论依据。虽然样本量限制需要更大规模研究验证，但本研究无疑为理解CAVD病理过程提供了重要见解，为这一常见心血管疾病的药物研发开辟了新方向。

研究的创新性在于首次系统阐明了DMP-1在心脏瓣膜钙化中的作用机制，证实了细胞外基质蛋白与整合素受体相互作用在CAVD中的重要性。特别是发现DMP-1/integrinαvβ3/MAPK这一新的信号轴在调控VICs成骨分化中的关键作用，为未来开发针对该通路的小分子抑制剂或抗体药物奠定了坚实基础。随着人口老龄化加剧，CAVD的患病率持续上升，这一发现具有重要的临床转化价值和公共卫生意义。