血管钙化相关因子对无定形磷酸钙为前驱体的羟基磷灰石的协同调控及机制研究

Vascular calcification as an important sign of cardia-cerebrovascular disease and there is no effective treatment for vascular calcification due to the specific mechanism remains unclear. Recent researches demonstrated that the lack of vascular calcification factors is considered as an important mechanism for hydroxyapatite (HAP) mineralization pathologically. Moreover amorphous calcium phosphate (ACP) is regarded as a precursor phase when HAP formed in organisms. Therefore, the present study is to explore the regulation and mechanism of vascular calcification factors on ACP mediated HAP formation in the view of mineralization kinetics. In order to select a vascular calcification factor which is sensitive to the concentration changes of magnesium, the cells experiment will be used. Then through mineralization experiments to explore the effect of selected vascular calcification factor and magnesium on HAP nucleation kinetics, and based on the built mineralization kinetics model to clarify the mechanism of selected vascular calcification factor and magnesium cooperative regulate on ACP mediated HAP formation. The present study will provide new ideals and theoretical basis for better understand vascular calcification mechanism, and have great scientific significance for the prevention and treatment of vascular calcification.

血管钙化作为心脑血管病发生的重要标志，具体发病机制尚未明确，因而缺乏有效的防治手段。目前研究认为血管钙化是由于促钙化因子和钙化抑制因子竞争失衡而引起羟基磷灰石病理性矿化。无定形磷酸钙被认为是生物体中羟基磷灰石形成的前驱体，因此本项目从矿化动力学的角度研究血管钙化相关因子对无定形磷酸钙为前驱体的羟基磷灰石成核的协同调控，明确血管钙化相关因子调控机制。在血管钙化抑制剂镁离子存在下，采用细胞实验筛选出对镁离子变化敏感的钙化相关蛋白。通过矿化实验，探讨筛选的钙化蛋白和镁离子对羟基磷灰石成核动力学的影响，根据建立的矿化动力学模型进而阐明血管钙化相关蛋白和镁离子对无定形磷酸钙为前驱体的羟基磷灰石成核的协同调控机制。本研究将为深入理解血管钙化机制提供新的思路和理论基础，对血管钙化的预防和治疗具有重要的科学意义。

羟基磷灰石不仅是骨骼和牙齿的主要无机成分，同时也是病理性钙化产物的重要组成。目前大量体内及体外研究表明，无定形磷酸钙（ACP）是生物体内羟基磷灰石（HAP）形成的前驱体。因此从矿化动力学角度研究如何调控无定形磷酸钙为前驱体的羟基磷灰石成核过程具有重要意义。本项目通过在线pH计监测矿化过程，获得HAP成核诱导时间。并通过红外、X射线粉末衍射、透射电镜、ICP-MS等追踪观察矿物演变过程，以探讨小分子（Mg2+）、生物模型分子（PAA）、生物大分子（胶原蛋白）对ACP为前驱体的HAP成核动力学的调控作用及机制。主要研究结果为（1）Mg2+在矿物形成早期即ACP阶段通过稳定ACP进而抑制HAP的成核结晶，而在相转化阶段，即ACP和HAP共存的情况下，Mg2+主要参杂进入HAP而对ACP几乎没有调控作用。（2）PAA分子对HAP的成核结晶具有双重调控作用（抑制或促进），当PAA浓度较低时主要表现为促进作用；当PAA浓度较高时表现为抑制作用。并且PAA分子能够显著改变ACP的形貌，进而调控HAP的成核结晶。（3）胶原蛋白分子则通过改变ACP的聚集形态进而调控HAP的成核结晶，分散状态的ACP颗粒具有更大的比表面积，进而有利于HAP的成核结晶。体外调控机制的研究为深入理解生物体如何利用生物分子调控矿物的生成提供了理论基础，具有重要科学意义。