La fisiopatologia della calcificazione vascolare
Anche se la calcificazione può avvenire nell’intima arteriosa adiacente alle placche e negli strati mediali, non è chiaro se queste forme di calcificazione siano identiche, o se abbiano diversi fattori scatenanti che portano a un meccanismo patogenetico comune che è parallelo alla formazione delle ossa. Fattori di trascrizione come Cbfa1/RUNX2 e MSX-2, fondamentali per il normale sviluppo dell’osso, sono stati identificati nelle cellule che circondano la calcificazione arteriosa umana sia nella popolazione generale che nei pazienti con malattia renale cronica, in modelli animali e in vitro.7 Anche le proteine ossee osteonectina, osteopontina, sialoproteina ossea, collagene di tipo I e fosfatasi alcalina sono state identificate in diversi siti di calcificazione extrascheletrica. In coltura cellulare, le cellule muscolari lisce vascolari e i periciti vascolari sono in grado di produrre questi stessi fattori di trascrizione e proteine che formano l’osso e possono essere indotti a farlo con alte concentrazioni di fosforo, siero uremico, glucosio elevato, lipidi ossidati, citochine e diversi altri fattori.
Le cellule muscolari lisce vascolari che esprimono queste proteine sono capaci di formare noduli mineralizzati in esperimenti di coltura cellulare in presenza di fosforo, sia fosfato di sodio che come donatore di fosfato β-glicerofosfato che viene scisso in fosforo dalla fosfatasi alcalina legata alla membrana. Quindi, oltre al calcio, anche il fosforo è un elemento critico della calcificazione sia nell’osso13 che nei vasi sanguigni, e i due sono additivi nei loro effetti sulla calcificazione vascolare in vitro.14 Perché la mineralizzazione avvenga in vitro, c’è bisogno della trasformazione cellulare e dell’accesso al minerale. Se si aumenta abbastanza la concentrazione del minerale nei mezzi di coltura, esso precipiterà spontaneamente, anche in assenza di cellule – il cosiddetto deposito “fisico-chimico” che è altamente dipendente dal pH. Varie proteine possono inibire questa componente fisico-chimica della calcificazione vascolare (vedi sotto). Come recentemente rivisto, questi dati mettono in discussione l’utilità del concetto a lungo sostenuto di un prodotto calcio x fosforo (Ca x P) nel sangue come predittivo della mineralizzazione extrascheletrica nei pazienti con malattia renale cronica.15 In effetti, questo concetto di un prodotto “Ca x P sicuro” ha dato ai medici un modo conveniente per analizzare le analisi mensili dei loro pazienti, ma non è basato su dati scientifici, e il rischio associato a un dato prodotto Ca x P dipende dalla malattia arteriosa esistente del paziente, dall’omeostasi minerale anomala e dalla disponibilità di inibitori della mineralizzazione.
I modelli animali cremici di calcificazione arteriosa completano il nostro lavoro clinico e in vitro e hanno contribuito a caratterizzare i tipi di anomalie che sono importanti. Questi modelli animali possono essere ampiamente classificati in cinque gruppi che supportano la complessa patogenesi delineata nella Figura 1: animali con iperfosfatemia dovuta a malattia renale cronica e dieta ad alto contenuto di fosforo, o quelli con difetti genetici che compromettono l’escrezione renale del fosforo (Klotho o FGF-23, per esempio), animali resi ipercalcemici con dosi tossiche di vitamina D, animali con aterosclerosi resi uremici (topi null ApoE e recettore LDL), animali con rimodellamento osseo anormale (topi null osteoprotegerina), e animali con difetti negli inibitori come la proteina Gla matrice. È importante notare che in questi stessi modelli animali, la calcificazione arteriosa può essere prevenuta o ridotta da terapie che normalizzano il fosforo sierico (leganti di fosfato o dieta a basso contenuto di fosfato), correggono l’iperparatiroidismo secondario (calcimetici e, in alcuni studi, analoghi della vitamina D) e da terapie che inibiscono il turnover osseo (bifosfonati, osteoprotegerina, un inibitore vacuolare ATPasi osteoclasti e proteina morfogenica 7). Questi risultati forniscono una forte prova che l’iperfosfatemia e il carico di calcio sono fattori di rischio chiave, e che il rimodellamento osseo alterato porta alla calcificazione vascolare, confermando il legame tra rimodellamento osseo anormale e calcificazione arteriosa che esiste negli esseri umani nella popolazione generale e nei pazienti con malattia renale cronica.9 Sembra che nei pazienti con malattia renale cronica entrambi gli estremi del rimodellamento osseo, il basso turnover (osso adinamico) e l’osso iperparatiroideo, possano accelerare la calcificazione vascolare non permettendo al calcio o al fosforo di entrare nell’osso, o riassorbendolo dall’osso, rispettivamente.
Normalmente, le cellule staminali mesenchimali si differenziano in adipociti, osteoblasti, condrociti e cellule muscolari lisce vascolari (VSMC). Nell’impostazione della malattia renale cronica, il diabete, l’invecchiamento, l’infiammazione, e molteplici altre tossine, questi VSMC può dedifferenziare o trasformare in osteo / condrocitici-come le cellule da upregulation di fattori di trascrizione come RUNX-2 e MSX2. Questi fattori di trascrizione sono critici per il normale sviluppo dell’osso e quindi la loro upregolazione in VSMC è indicativa di un interruttore fenotipico. Queste VSMC di tipo osteo/condrocitico si calcificano in un processo simile alla formazione dell’osso. Queste cellule depongono collagene e proteine non collagene nell’intima o nella media e incorporano calcio e fosforo nelle vescicole della matrice per avviare la mineralizzazione e mineralizzare ulteriormente in idrossiapatite. Il bilancio complessivo positivo di calcio e fosforo della maggior parte dei pazienti in dialisi alimenta sia la trasformazione cellulare che la generazione di vescicole della matrice. Inoltre, gli estremi del turnover osseo nella malattia renale cronica (osso basso e alto o adinamico e iperparatiroideo, rispettivamente) aumenteranno il calcio e il fosforo disponibili alterando il contenuto osseo di questi minerali. In definitiva, il fatto che un’arteria calcifichi o meno dipende dalla forza dell’esercito di inibitori (I) in attesa nella circolazione (fetuina-A) e nelle arterie (PPI = pirofosfato, MGP = proteina Gla di matrice, e OP = osteopontina come esempi).
Interessante, non tutti i pazienti in dialisi sviluppano calcificazioni arteriose, nonostante un’esposizione simile a questi fattori di rischio, e, cosa importante, non sviluppano calcificazioni con una maggiore durata della dialisi.5,7 Questi risultati implicano l’esistenza di fattori protettivi, o nei vasi sanguigni o nella circolazione, o in entrambi. Se il siero umano viene aggiunto a una soluzione contenente calcio e fosforo elevati, con o senza cellule, la calcificazione viene inibita. Così, il siero contiene numerosi inibitori della calcificazione. Il più abbondante di questi è la fetuina-A, un reagente inverso della fase acuta che agisce come un “aspirapolvere” per liberare il plasma dalle molecole di calcio e fosforo in eccesso. I livelli di fetuina-A scendono durante l’infiammazione e bassi livelli nei pazienti in dialisi sono associati alla calcificazione vascolare e valvolare e alla morte.16 Anche la proteina Gla della matrice, il pirofosfato e l’osteopontina sono inibitori locali della calcificazione. È certamente probabile che esistano anche altri inibitori. L’importanza degli inibitori della calcificazione è dimostrata dal profondo fenotipo e dalla specificità del sito della calcificazione vascolare che si verificano nei topi con mutazioni nulle, suggerendo che, come per le ossa,13 la calcificazione procederebbe senza sosta se non fosse regolata da questi inibitori. Diversi siti anatomici possono avere un profilo unico per questi modulatori.
Conclusioni
Ci sono molte cause alla base della calcificazione vascolare che iniziano il processo trasformando le cellule muscolari lisce vascolari in condrociti o cellule simili agli osteoblasti, tra cui iperfosfatemia, uremia, iperglicemia e altri metaboliti. Questo processo è accelerato in un contesto di calcio elevato, fosforo elevato e rimodellamento osseo anormale, aumentando il rischio di calcificazione vascolare nei pazienti in dialisi. Inoltre, le carenze negli inibitori circolanti o prodotti localmente della calcificazione, o una relativa assenza di inibitori per un dato livello di calcio o fosforo, modulano la calcificazione. Come mostrato nella Figura 1, questa complessa patogenesi non è ancora completamente compresa e la sua prevenzione richiederà senza dubbio un approccio sfaccettato. È importante che differenziare ciò che protegge alcuni pazienti, ma non altri, possa in definitiva offrire gli indizi più importanti di tutti.