平滑肌细胞是构成动脉壁的主要细胞类型，在调节血管张力、维持血压动态稳定中发挥重要作用。在基础状态下，平滑肌细胞呈现收缩表型。在高血压、糖尿病、慢性肾衰肾透析患者的钙化血管以及高钙、高磷等制备的大鼠血管钙化模型中，平滑肌细胞可由收缩表型向合成表型转化，最终发展为成骨样细胞表型。体外实验已证实，在高磷、高糖、炎症因子、氧化应激等钙化刺激因素作用下，平滑肌细胞表达骨形成相关转录因子如Runx2、osterix、Msx2，通过转录调控骨形成相关蛋白如骨钙蛋白、硬化蛋白、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein, BMP)-2/4以及骨矿化关键酶–碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)的表达，使成骨样细胞标志蛋白表达增加；与此同时，平滑肌细胞收缩表型标志蛋白SM α-actin和SM 22α表达减少 [ 1 ]。Luong等发现在高磷培养基中培养的人主动脉平滑肌细胞钙盐沉积增加，细胞获得成骨样细胞表型，表现为Runx2和Msx2表达明显增加，ALP表达也明显增加 [ 8 ]。另外，脂代谢紊乱也参与了血管钙化发生发展的过程。有研究发现，与正常高脂饮食小鼠相比，Runx2基因敲除后小鼠的血管钙化明显受到抑制 [ 9 ]。这些实验结果表明，平滑肌细胞由收缩表型向成骨样细胞表型转化在血管钙化发生发展过程中发挥重要作用。

正常情况下，血管细胞可以表达和分泌钙化抑制因子，比如基质γ-羧基谷氨酸蛋白(matrix Gla protein, MGP)、焦磷酸盐(pyrophosphate, PPi)、骨保护素(osteoprotegerin, OPG)、胎球蛋白-A等。在钙化刺激因素作用下，这些因子分泌减少从而引起血管钙化。MGP是一种内源性的钙化抑制因子，可以通过直接与羟磷灰石结晶结合抑制羟磷灰石的聚合，也可以通过抑制平滑肌细胞向成骨样细胞表型转化从而抑制血管钙化。大量研究表明，基因敲除MGP可引起广泛的软骨钙化，也可以引起血管钙化 [ 10 ]。PPi主要通过抑制平滑肌细胞向成骨样细胞表型转化以及羟磷灰石结晶的形成从而抑制血管钙化。有研究发现，慢性透析患者容易发生血管钙化，其机制可能与代谢产物引起PPi迅速降解以及透析过程中PPi大量丢失有关 [ 11 ]。OPG是肿瘤坏死因子超家族成员，在正常骨组织和血管均有表达，作为诱饵受体可以激活细胞核因子-κB受体活化因子配体(receptor of activator of NF-κB ligand, RANKL)，主要通过OPG/RANKL/RANK系统发挥作用。在致钙化因素作用下，OPG表达减少从而对RANKL和RANK结合的抑制作用减弱，进而促进血管钙化的发生与发展 [ 12 ]。胎球蛋白A在循环血液中大量存在，被平滑肌细胞摄取后储存于基质囊泡中，主要是通过抑制基质囊泡的释放和羟磷灰石结晶的形成而抑制血管钙化 [ 13 ]。

细胞凋亡与血管钙化存在密切联系。在高磷、高钙、氧化应激、炎症反应等钙化刺激条件下，平滑肌细胞发生凋亡，其凋亡小体类似于基质囊泡，可释放至细胞外基质，促进钙磷的沉积。目前，一般将基质囊泡的释放作为血管钙化的始动环节。基质囊泡富含钙化相关蛋白、钙通道、细胞骨架蛋白和细胞外基质等成份，并具有ALP活性，它可以富集钙离子和磷酸盐形成无定型磷酸钙，将其转化为钙磷灰石并沉积于细胞外基质中，导致血管弹力板结构紊乱，从而促进血管钙化的发生与发展 [ 14 ]。

细胞自噬是在低氧、营养不足、氧化应激等刺激条件下，由粗面内质网的无核糖体附着区脱落的双重膜弯曲延伸，将细胞器、蛋白质等降解产物包裹，形成自噬小体。自噬小体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，其内容物被溶酶体酶降解并运送到胞浆中供组织细胞重新利用。近年研究表明，细胞自噬对血管钙化具有明显的抑制作用。Dai等研究发现，在高磷条件下平滑肌细胞钙盐沉积增加、平滑肌细胞内自噬小体增多，通过敲低自噬相关基因或使用3-MA抑制自噬小体形成，高磷诱导的平滑肌细胞钙化明显加重 [ 15 ]，提示高磷诱导的细胞自噬可以抑制平滑肌细胞钙化的发生与发展。另外，Liu等研究发现，降血脂药物阿托伐他丁可以通过诱导自噬水平升高抑制平滑肌细胞钙化 [ 16 ]。然而，有关细胞自噬与血管钙化的机制研究目前仍不全面。

细胞外基质是维持血管结构和功能的重要组成部分，影响细胞的迁移、增殖和分化等功能。在血管钙化发生和发展的过程，细胞外基质合成和降解发生改变，包括胶原纤维含量增加、胶原交联度增加、弹性纤维降解以及羟磷灰石结晶沉积等 [ 17 ]。胶原是细胞外基质的主要成分，由平滑肌细胞分泌。在各种致钙化因素作用下，平滑肌细胞分泌I型胶原增多，增多的I型胶原与基质囊泡相互作用促进了羟磷灰石结晶的释放和聚集 [ 18 ]。弹性蛋白是构成动脉弹性纤维的重要成分，与胶原共同存在维持血管的弹性。在血管中膜发生钙化时，弹性蛋白降解，弹性纤维交联程度降低从而促进羟磷灰石结晶的沉积，而弹性蛋白降解产物也可以进一步促进平滑肌细胞向成骨样细胞表型转化并加重血管钙化 [ 19 ]。