近期伊利诺伊大学香槟分校的研究人员与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共同进行的一项研究揭示了身体针对心脏组织因钙矿物质积聚而硬化的高级防御机制。这项研究首次详细记录了钙化在体内的进程。
“心脏病是每年死亡的首要原因，约有1800万人每年死于此，且这一数字还在上升。这些死亡大部分与钙化有关，”研究的负责人、伊利诺伊大学的教授布鲁斯·福克说。“当主动脉瓣变得钙化时，唯一的可行选项就是进行极具侵入性的手术来更换瓣膜。这突显了理解这一过程的重要性，以便找到更有效的方法来管理它。”继续推动药物的开发和测试对于医学领域至关重要。主动脉瓣在将氧合血液从心脏泵送到身体时发挥着至关重要的作用，平均寿命内它会开合超过30亿次。然而，钙沉积可能在瓣膜的瓣叶内积累，导致瓣膜变得僵硬，无法完全打开。
马扬迪·西瓦古鲁提到，虽然支架可以帮助血管中的钙化，但对于主动脉瓣并不是一种选择。如果主动脉瓣停止工作，这会危及生命，无论身体其他器官的状况如何。文章的第一作者是卡夫生物技术中心的细胞计量和显微镜到组学设施负责人的负责人。尽管钙沉积广泛存在且生物学重要，但对其形成和发展的理解仍然有限。福克的团队处于“GeoBioMed”领域的前沿，该领域结合了地质学、生物学和医学，并且之前使用这种方法研究肾结石。在《科学报告》上发表的新研究论文中，福克的团队与加州大学洛杉矶分校医学院和德克萨斯大学的杰克逊地球科学学院的同事合作，调查并记录了钙沉积的阶段。
研究人员使用光学显微镜、电子显微镜和光谱等多种不同方法检查了来自人类尸体心脏的主动脉瓣中磷酸钙的形成。这种综合方法使他们对瓣膜中的矿化和蛋白质分布有了新的了解，为心血管钙化提供了宝贵的信息。该过程始于健康的瓣叶组织，然后小的磷酸钙球体在瓣叶的平滑肌层内发展。这个发现对推进我们对心血管健康的理解至关重要。“与传统上对骨中矿物形成的理解不同，”首席研究员说道。“这些沉积物中的磷酸钙与骨中的磷灰石不同。相反，它主要是非晶态磷酸钙，具有独特的性质，使其能够改变形状并重新安排其原子结构。”这一发现挑战了关于身体中矿物沉积成分的广泛看法。
随着小球体的继续发展，它们组合形成覆盖并增强瓣叶中胶原纤维和平滑肌纤维的层，从而增强了其柔韧性。这些过程最后导致形成旋转的大结节，使其相互接触，并进一步使组织变硬。
首席研究员表示，“进一步调查后，我们观察到瓣膜组织内发生的化学反应与传统上关于骨中矿物形成的理解有显著不同。”这表明，沉积物中磷酸钙的成分与之前的假设不一致。福克，伊利诺伊大学的教授，解释说我们体内的矿物-水相互作用类似于珊瑚礁和温泉中看到的现象。他指出，我们的血液中含有钙和磷，这不可避免地导致胶原的钙化和结节的形成。
然而，福克还提到我们身体已经进化出复杂的过程来对抗这种矿化。虽然它无法完全阻止钙化，但身体能够显著减缓这一过程。研究人员发现了我们身体用来对抗矿化的两种防御机制。ACP球体的形成和聚集过程使心脏组织产生大量的骨联蛋白。这种蛋白因促进骨骼和肾结石中的磷灰石生长和钙化而闻名，这最初让研究人员感到困惑。然而，后来的发现表明，骨联蛋白实际上对ACP有抑制作用，可以减缓胶原的钙化和结节聚集。
理解ACP而非磷灰石是至关重要的。福克表示，增加骨联蛋白的释放可能成为减缓钙化的一个新目标，从而使其达到不会形成威胁或需要手术干预的水平。身体应对结节形成的第二道防线是胶原，它围绕并包裹结节，形成一个减缓其生长的屏障。研究人员正在研究如何利用骨联蛋白减缓钙化，他们希望自己的工作将导致新的方法来防止人体内矿物沉积的增长。他们正在与梅奥诊所合作，进一步发展他们的研究。GeoBioMed方法被用于研究人类乳腺肿瘤中的钙化，这是该疾病的一个关键特征。这项工作得到了巴巴拉和艾德·韦尔基金会、美国国立卫生研究院（拨款OT2OD023848）和加州大学洛杉矶分校阿马拉-亚德项目的支持。
