确定了“铁石心肠”的过程和防御措施

　　

香槟,病了。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员以及加州大学洛杉矶分校健康中心和德克萨斯大学奥斯汀分校的合作者在一项新的研究中发现，人体对钙矿物质的沉积具有复杂的防御能力，钙矿物质会使心脏组织变硬。这项研究首次详细、逐步地记录了钙化的过程。

“心脏病是每年的头号杀手，每年约有1800万人死亡，而且这个数字还在增长。很大一部分是钙化的结果，”研究负责人Bruce Fouke说。“当主动脉瓣钙化时，目前唯一的选择是进行超侵入性手术来替换瓣膜。这就增加了控制这一过程的紧迫性，以便更有效地推进药物开发和测试。”

主动脉瓣是将含氧血液从心脏输送到身体的门户，在平均寿命中开启和关闭超过30亿次。钙沉积可以在构成瓣膜的三个组织瓣(称为小叶)内生长，使瓣膜变硬，使瓣膜无法一直打开。

“对于血管钙化，支架可以有所帮助，但主动脉瓣不能这样做。“身体的每个器官都可以处于完美状态，但如果主动脉瓣停止运作，那就是生命的终结，”该论文的第一作者、卡弗生物技术中心(Carver Biotechnology Center)的细胞术和显微镜组学设施主任Mayandi Sivaguru说。

尽管钙沉积很普遍，而且具有重要的生物学意义，但人们对钙沉积是如何形成或生长的知之甚少。福克的研究小组开创了“地质生物医学”领域，这是地质学、生物学和医学的结合，此前曾将其应用于肾结石的研究。在这项发表在《Scientific Reports》杂志上的新研究中，伊利诺斯州的Fouke小组与加州大学洛杉矶分校医学院和德克萨斯州杰克逊地球科学学院的同事合作，研究并记录了人类尸体心脏主动脉瓣中钙沉积形成的步骤。

“我们使用了超过12种研究方式，包括光学显微镜、电子显微镜和光谱学，首次研究了主动脉瓣矿化和蛋白质定位的性质和进展。这种多模态分析使我们与众不同，揭示了更好地理解心血管钙化的新证据，”Sivaguru说。

起点是健康的小叶组织。然后在小叶的平滑肌层形成磷酸钙小球体。

至关重要的是，研究小组发现，矿床中磷酸钙的形式与骨头中发现的磷灰石不同，这是人们普遍认为的。相反，沉积物主要由无定形磷酸钙组成，具有形态变形和原子重排的能力。

随着它们的生长，小球粒结合成一层一层地包裹和硬化胶原蛋白和平滑肌纤维，使小叶具有灵活性。这些过程结合在一起形成大结节，这些结节旋转、相互接触并进一步使组织变硬。

Fouke说:“我们立即发现，阀门组织内的反应与我们在珊瑚礁、温泉和许多其他自然环境中研究的生物-水-矿物质相互作用的反应几乎完全相同。我们的血液中充满了钙和磷酸盐。鉴于我们血液的化学、生物学和成分，胶原钙化和结节的生长是不可避免的。然而，这一切的一线希望是，我们还发现我们的身体已经进化出了这些非常复杂和有效的过程来对抗矿化。它不能阻止它，但它可以大大减缓它。”

研究人员发现了两种防御机制。当细小的ACP球粒形成并开始结合时，心脏组织就会产生大量的骨桥蛋白。福克说，骨桥蛋白促进骨骼和肾结石中的磷灰石生长和钙化，因此研究结果最初令研究人员感到困惑。而骨桥蛋白对ACP有相反的抑制作用，减缓胶原钙化和结节聚集。

“这就是为什么知道它是ACP而不是磷灰石是如此重要。增强骨桥蛋白的释放可能是一个重要的新目标，可以减缓钙化，使其不构成威胁或不需要手术干预，”Fouke说。

人体的第二道防线就是形成结节的胶原蛋白。研究人员发现，当结节开始生长时，胶原纤维伸展并包围它们，形成水屏障，进一步减缓结节的生长。

除了研究骨桥蛋白减缓钙化的可能治疗应用外，研究人员还希望他们的工作能为防止初始生长和溶解整个人体已经形成的矿物质沉积物开辟新的研究途径。

在与梅奥诊所的合作下，该团队现在正在应用他们的多模式GeoBioMed方法来研究人类乳腺肿瘤的钙化，这是该疾病的一个标志。

Osteopontin stabilization and collagen containment slows amorphous calcium phosphate transformation during human aortic valve leaflet calcification