FGF23在慢性腎臟病及礦物質(zhì)和骨代謝異常中的相關(guān)作用

韓 毓,孫 晶,王楊威,王萌萌,苗里寧

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 腎病內(nèi)科，吉林 長(zhǎng)春130041)

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 23 ( fibroblast growth factor-23，F(xiàn)GF23)是由骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞合成分泌的細(xì)胞因子，其在FGF受體(FGFR)及共受體Klotho蛋白的共同參與下，作用于甲狀旁腺、腎臟等靶器官，通過促進(jìn)尿磷排泄及影響維生素D、PTH合成分泌等途徑調(diào)節(jié)鈣磷代謝。通過降低血漿FGF23水平，可為慢性腎臟病相關(guān)并發(fā)癥的治療及長(zhǎng)期存活率的提高提供新的治療思路。本文對(duì)FGF23的基本生物學(xué)特性、與CKD、CKD-MBD等的相關(guān)作用及治療進(jìn)行綜述。

1 FGF23的結(jié)構(gòu)和生理功能

FGF23由骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞合成和分泌，其基因定位于染色體12p13，編碼產(chǎn)物為由251個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)，分子量約32kD，屬于FGFs中的FGF19亞家族，N端24個(gè)氨基酸組成信號(hào)肽(1-24氨基酸殘基)；中間肽鏈為FGF家族同源中心區(qū)(25-179氨基酸殘基)，C端的71個(gè)氨基酸為其特有序列(180-251氨基酸殘基)[1]。FGF23同源區(qū)有特殊的β10-β12片層結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)減少了類肝素硫酸鹽氨基葡聚糖(heparan sul-fate glycosaminoglycan，HSGAG)與 FGF核心區(qū)域的結(jié)合，使得FGF23容易從組織內(nèi)釋放并進(jìn)入血液，形成了其內(nèi)分泌激素的活性特性，通過切除N端24個(gè)氨基酸信號(hào)肽，經(jīng)GALNT3酶糖基化處理后，成熟全段FGF23(iFGF23)分泌入血[2]。血液中存在2種FGF23形式：一種為iFGF23，一種為無活性的水解裂解產(chǎn)物，只有全段完整型FGF23可以發(fā)揮生物活性參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。在成熟的FGF23中N端為FGF受體結(jié)合位點(diǎn)，C端有Klotho蛋白結(jié)合位點(diǎn)。FGF23-FGFR-Klotho蛋白復(fù)合物是FGF23發(fā)揮鈣磷調(diào)節(jié)作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[3]。

Klotho蛋白是由Kuro-o等[4]于1997年發(fā)現(xiàn)并命名,由衰老基因Klotho基因編碼，多例動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明Klotho基因缺失可導(dǎo)致壽命縮短、動(dòng)脈硬化、皮膚肌肉萎縮、軟組織鈣化、骨質(zhì)疏松等衰老表現(xiàn)，表明其抑制衰老作用。Klotho基因定位于常染色體13q12，編碼產(chǎn)物共有α-Klotho、β-Klotho 和 γ-Klotho 3種，α-Klotho主要表達(dá)在腎臟、甲狀旁腺及腦脈絡(luò)叢，分為膜型、可溶型及分泌型3種[5]，其中膜型α-Klotho為FGF23信號(hào)傳導(dǎo)通路的重要基礎(chǔ)，膜型α-Klotho 作為 FGF23的共受體，可直接與 FGFR 相結(jié)合，F(xiàn)GF23 -FGFR-αKlotho 復(fù)合物的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 FGF23-FGFR 的親和力。由于α-Klotho主要在腎臟和甲狀旁腺中表達(dá)，因此提示FGF23調(diào)節(jié)鈣磷的靶器官主要是腎臟及甲狀旁腺。人體有FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4四種FGFR受體，Liu S[6]等研究表明在體外，F(xiàn)GF23可以和FGFR1c，F(xiàn)GFR3c和FGFR4結(jié)合，而在FGFR3和FGFR4缺失小鼠中，受體缺失并未影響血清磷或1,25(OH)2D水平或NPT2a的表達(dá)，同時(shí)Ai-Luen Wu[7]等使用FGFR1的選擇性抗體激活劑來激活FGFR1，結(jié)果證明FGFR1的激活足以誘導(dǎo)成年小鼠中的FGF23表達(dá)和相應(yīng)的低磷血癥，表明FGFR1才是參與FGF23生理活動(dòng)的靶受體。

FGF23 與 FGFR1-αKlotho 結(jié)合，形成具有生物學(xué)活性的復(fù)合物，通過絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑而產(chǎn)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)。FGF23發(fā)揮生理功能的靶器官主要是腎臟及甲狀旁腺：(1)FGF23作用于腎臟近端小管下調(diào)編碼 1α-羥化酶的 Cyp27b1 基因表達(dá)，下調(diào)1α-羥化酶，抑制活性維生素 D 的合成;同時(shí)上調(diào)編碼 24-羥化酶的Cyp24a1 基因表達(dá)，促進(jìn)活性維生素 D 的分解[2]。(2)FGF23 能直接抑制近端小管刷狀緣 NaPi-2a 和 NaPi-2c 協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，減少磷的重吸收，增加尿磷排泄率[2]，降低血清磷。(3)動(dòng)物試驗(yàn)和體外數(shù)據(jù)表明FGF23以α-Klotho依賴性方式作用于甲狀旁腺抑制PTH合成和分泌[8]:FGF23可降低 PTH mRNA合成[9];亦作用于甲狀旁腺上的維生素 D 受體以及鈣敏感受體抑制甲狀旁腺細(xì)胞增殖;同時(shí)可以上調(diào)甲狀旁腺 Cyp27b1 表達(dá)，促進(jìn)活性維生素D 合成，抑制 PTH。FGF23通過上述方式與維生素D、PTH等共同作用，調(diào)節(jié)機(jī)體磷酸鹽代謝水平。

2 FGF23在慢性腎臟病患者中的水平及相關(guān)臨床意義

研究發(fā)現(xiàn)CKD患者的FGF23水平明顯高于健康人群[10]，在血磷、PTH、1,25(OH)2D3還未出現(xiàn)異常改變的CKD早期，F(xiàn)GF23就可開始升高。 Isakova T[11]等在對(duì)3879例CKD2-4期患者進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在eGFR≥70 ml/min/1.73 m2(早至CKD2期)時(shí)，已有33%的患者FGF23水平升高。當(dāng)eGFR處于50-59 ml/min/1.73 m2時(shí)，50%的患者FGF23 升高，而與此同時(shí)僅3%的患者是高磷血癥，只有22%的患者表現(xiàn)為繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)，當(dāng)eGFR< 39 ml/min/1.73 m2時(shí)高血磷患者首次超過10%。Portale AA等[12]通過對(duì)464名CKD患者進(jìn)行研究亦發(fā)現(xiàn)早在GFR 在60-69 ml/min/1.73 m2(即CKD2晚期)時(shí)，血漿FGF23水平已顯著升高，且對(duì)于eGFR每降低10 ml/min/1.73 m2，血漿FGF23增加14%。上述2項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)FGF23可早至CKD2期即可明顯升高，且早于血磷、PTH、1,25(OH)2D3出現(xiàn)異常改變，表明其對(duì)于提示CKD患者出現(xiàn)礦物質(zhì)和骨代謝異常要較血磷、PTH、1,25(OH)2D3等指標(biāo)更加靈敏。而在CKD早期階段，血磷水平未見明顯升高，Klotho蛋白的下降遲于FGF23的升高，提示早期FGF23的水平升高可能與原發(fā)性FGF23過度上調(diào)有關(guān)[13]。

在CKD進(jìn)展期，F(xiàn)GF23隨GFR下降而成比例進(jìn)行性升高[11,12,14]，在CKD晚期呈指數(shù)關(guān)系升高，至終末期腎臟病階段(End stage renal disease，ESRD)，可大于正常值的1000倍[15]。FGF23較血磷變化敏感且與eGFR關(guān)系密切，可作為CKD進(jìn)展的預(yù)測(cè)性指標(biāo)。較高的血漿FGF-23濃度與CKD患者的全因死亡率的相關(guān)，具有獨(dú)特的死亡預(yù)測(cè)意義。Kendrick J[16]等通過對(duì)1099例晚期CKD患者進(jìn)行中位隨訪時(shí)間約2.9年的研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)心血管危險(xiǎn)因素、礦物質(zhì)代謝軸的其他成分等多變量調(diào)整后，F(xiàn)GF23濃度的最高四分位數(shù)患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)仍大約增加了兩倍。而在另一項(xiàng)前瞻性實(shí)驗(yàn)中[17]，F(xiàn)GF23的最高四分位數(shù)的死亡風(fēng)險(xiǎn)比最低四分位數(shù)的受試者增加6倍。提示血漿FGF-23濃度升高與全因死亡率、心血管事件和進(jìn)入慢性透析的進(jìn)展密切相關(guān)。在CKD晚期，考慮患者FGF23升高原因主要如下：1)患者腎臟排泄磷減少，鈣磷代謝失衡，血磷增高，F(xiàn)GF23代償性升高。2)隨病情進(jìn)展，GFR下降，F(xiàn)GF23清除減少，導(dǎo)致體內(nèi)堆積過多。3)腎功能受損，Klotho蛋白表達(dá)下降，F(xiàn)GF23抵抗，導(dǎo)致FGF23代償性升高。

3 FGF23在CKD-MBD的作用

2005年KDIGO指南明確提出CKD-MBD是全身性疾病，常具有下列一個(gè)或一個(gè)以上表現(xiàn)：1)鈣、磷、PTH或維生素D代謝異常；2)骨轉(zhuǎn)化、礦化、骨容量、骨骼線性生長(zhǎng)或骨強(qiáng)度的異常；3)血管或其他軟組織鈣化。FGF23在CKD-MBD中有重要的調(diào)節(jié)作用。

3.1 FGF23與血磷的關(guān)系

血磷與FGF23之間的相互調(diào)控是一個(gè)復(fù)雜而精密的調(diào)節(jié)過程。國(guó)外一項(xiàng)研究中[18]，對(duì)健康人群快速注入磷酸鉀，血磷快速升高，但6小時(shí)后的血清FGF23未見明顯變化，同樣，給予碳水化合物后，血磷逐漸下降，血清FGF23在這種情況下也沒有變化。而與此同時(shí)Ferrari等[19]通過對(duì)健康志愿者進(jìn)行嚴(yán)格的飲食干預(yù)，發(fā)現(xiàn)飲食誘導(dǎo)的血清FGF-23變化與腎小管重吸收磷和血漿骨化三醇水平呈負(fù)相關(guān)，磷攝入高時(shí)，F(xiàn)GF23 水平升高，腎臟對(duì)磷的重吸收減少，1，25(OH)2D3水平下降，腸道吸收磷減少;相反，磷攝入低時(shí)，腎臟對(duì)磷的重吸收增加，同時(shí)1，25(OH)2D3水平升高使腸道吸收磷增加。這些結(jié)果提示血清磷酸鹽的急劇變化，無論是上升還是下降，都不會(huì)改變血清FGF23的水平。而長(zhǎng)期的磷酸鹽負(fù)荷改變可影響FGF23水平。FGF23在CKD患者的磷平衡中起重要作用。在CKD后期，由于腎臟功能減退，排泄減少，血磷逐漸升高，導(dǎo)致FGF23反饋性升高，通過抑制近端小管刷狀緣上的 NaPi-2a 和 NaPi-2c 協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，減少磷的重吸收，并下調(diào)編碼 1α-羥化酶的 Cyp27b1 基因表達(dá)，上調(diào)編碼 24-羥化酶的Cyp24a1 基因表達(dá)，降低活性維生素D濃度，腸道吸收磷減少，最終達(dá)到降磷作用。但在ESRD患者中，即使FGF23大于正常值的1000倍，血磷仍持續(xù)偏高，需干預(yù)治療，考慮主要因?yàn)镕GF23通過減少磷重吸收增加尿磷排泄來達(dá)到降磷效果，但在ESRD患者中，eGFR持續(xù)下降，尿磷無法排泄，導(dǎo)致FGF23調(diào)節(jié)路線受阻，且腎功受損，Klotho蛋白生成減少，無法形成具有降磷生物活性的FGF23-FGFR1-αKlotho復(fù)合物。

3.2 FGF23與PTH的關(guān)系

FGF23以α-Klotho依賴性方式作用于甲狀旁腺通過降低PTHmRNA、上調(diào)甲狀旁腺 Cyp27b1 表達(dá)及抑制甲狀旁腺細(xì)胞增殖等方式抑制PTH合成和分泌。但在CKD患者中尤其是難治性甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)患者中，增高的FGF23與PTH水平一定程度上呈正相關(guān)，這可能與CKD患者中甲狀旁腺的Klotho蛋白和FGFR1受體的低表達(dá)，導(dǎo)致FGF23對(duì)PTH的抑制作用相對(duì)減弱有關(guān)[20]。

而相反PTH可以促進(jìn)FGF23的合成。相關(guān)研究證明PTH通過核受體相關(guān)蛋白1(Nurr1)介導(dǎo)FGF23mRNA轉(zhuǎn)錄水平的提高，促進(jìn)FGF23的合成[21]；甲狀旁腺切除術(shù)可以使繼發(fā)性甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)患者的FGF23水平顯著降低[22]，也從側(cè)面說明PTH在促進(jìn)FGF23升高方面有正向作用。

FGF23與PTH的關(guān)系為精密復(fù)雜的負(fù)反饋環(huán)路，F(xiàn)GF23可抑制PTH的分泌，而PTH可以反饋性促進(jìn)FGF23的分泌表達(dá)，但在CKD患者體內(nèi)，因高磷、FGF23抵抗等相關(guān)因素影響，其負(fù)反饋環(huán)路也受到一定的復(fù)雜的影響。

3.3 FGF23與1,25(OH)2D3的關(guān)系

FGF23與1,25(OH)2D3也是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)回路。FGF23抑制1,25(OH)2D3的表達(dá)，其可作用于下調(diào)編碼 1α-羥化酶的 Cyp27b1 基因表達(dá)，下調(diào)1α-羥化酶，抑制活性維生素 D 的合成;同時(shí)上調(diào)編碼 24-羥化酶的Cyp24a1 基因表達(dá)，促進(jìn)活性維生素 D 的分解，共同作用導(dǎo)致1,25(OH)2D3的減少。而1,25(OH)2D3可以促進(jìn)FGF23的生成，其機(jī)制可能與1,25(OH)2D通過直接刺激成骨細(xì)胞中FGF23啟動(dòng)子的維生素D應(yīng)答元件來增加FGF23的轉(zhuǎn)錄有關(guān)[23,24]。而對(duì)于大多數(shù)CKD患者來說，因腎臟1α-羥化酶的減少導(dǎo)致1,25(OH)2D3的減少或者高磷血癥的存在，低鈣血癥成為慢性腎衰的一個(gè)特征，需長(zhǎng)期使用骨化三醇(活性維生素D)進(jìn)行治療，此時(shí)1,25(OH)2D3作為一種治療方式一方面可以提高CKD患者的生存質(zhì)量減少并發(fā)癥的發(fā)生，但另一方面可增加FGF23的生成，F(xiàn)GF23與患者的心血管并發(fā)癥與死亡相關(guān)事件密切相關(guān)，此矛盾需進(jìn)行大量大樣本研究進(jìn)行分析。

3.4 FGF23與骨代謝

體外研究[25]通過使用腺病毒過表達(dá)系統(tǒng)使胎鼠顱骨細(xì)胞培養(yǎng)物的成骨細(xì)胞發(fā)育過程中過表達(dá)人FGF23，發(fā)現(xiàn)FGF23可獨(dú)立于對(duì)血磷穩(wěn)態(tài)的影響，直接作用于骨細(xì)胞，抑制骨細(xì)胞分化及骨基質(zhì)礦化。提示FGF23對(duì)骨代謝的影響一方面源于對(duì)血磷、PTH、維生素D的作用，一方面為自身直接作用于骨組織抑制骨細(xì)胞分化及骨礦化，導(dǎo)致骨軟化及骨密度降低。

4 對(duì)FGF23的干預(yù)治療

血漿FGF-23水平的升高與CKD患者的全因死亡率、心血管事件和進(jìn)入慢性透析的進(jìn)展密切相關(guān)，因此降低患者FGF23水平對(duì)改善患者預(yù)后至關(guān)重要。

4.1 減少飲食磷攝入

Ferrari等[19]已證明長(zhǎng)期的磷酸鹽負(fù)荷改變可影響FGF23水平，故限制高磷飲食攝入可有效下降血漿FGF23水平。Burnett[26]通過對(duì)66名志愿者進(jìn)行磷酸鹽飲食分組調(diào)控亦發(fā)現(xiàn)限制磷酸鹽飲食可降低FGF23水平。

4.2 磷結(jié)合劑

血磷升高是刺激血漿FGF23水平升高的有效因素，因此磷結(jié)合劑(碳酸鑭、司維拉姆)可通過降低血磷水平，間接有效降低FGF23。近期有研究[27]發(fā)現(xiàn)規(guī)律血液透析的高磷血癥患者口服碳酸鑭4周后，血磷、FGF23及Klotho蛋白均有不同程度的下降，在停用碳酸鑭改用碳酸鈣后血磷及FGF23水平回升，提示碳酸鑭有降低FGF23的作用，而碳酸鈣對(duì)FGF23的作用則需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)去研究。而另一項(xiàng)研究[28]表明在血磷正常的情況下使用司維拉姆治療6周后，血清FGF23水平亦明顯降低且血磷水平未見明顯變化，這表明磷結(jié)合劑除可通過降磷途徑影響FGF23水平外，仍有特殊途徑影響FGF23的濃度，這仍需大量實(shí)驗(yàn)室研究去驗(yàn)證。

4.3 鈣磷協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體抑制劑

鈉磷協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體是體內(nèi)重要的無機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其抑制劑煙酸或煙酰酸可通過抑制腸道型鈣磷協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)體直接阻斷磷的吸收，到達(dá)有效的降磷手段，一項(xiàng)研究[29]通過給予CKD患者24周煙酸發(fā)現(xiàn)其不僅可以降低血磷水平，其FGF23水平與基線相比下降了10.9%，同時(shí)PTH水平也有所下降，其有望成為臨床一種降磷、降FGF23的新型藥物，現(xiàn)已在進(jìn)行相關(guān)臨床前研究。

4.4 降低PTH

已知PTH可促進(jìn)FGF23的生成，故降低PTH可有效降低FGF23濃度。作為擬鈣劑，西那卡塞以變構(gòu)子形式與鈣敏感受體跨膜結(jié)合，改變構(gòu)象，增加鈣敏感受體對(duì)鈣的敏感度，降低激活鈣敏感受體所需血鈣濃度，進(jìn)而抑制PTH分泌，降低血鈣濃度，國(guó)內(nèi)一項(xiàng)[30]對(duì)血液透析繼發(fā)性甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)患者的臨床觀察發(fā)現(xiàn)在使用西那卡塞23周后，其在降低PTH的同時(shí)，血FGF23也同時(shí)下降，西那卡塞降低血漿FGF23可能與其降低PTH、血磷水平有關(guān)。甲狀旁腺切除術(shù)可以使繼發(fā)性甲狀旁腺機(jī)能亢進(jìn)患者的FGF23水平顯著降低[22，31]。

4.5 透析方式選擇

對(duì)于血液透析患者，不同血液凈化方式的選擇對(duì)FGF23也有不同的影響。血液凈化現(xiàn)有血液透析(hemodialysis,HD)、血液灌流(hemoperfusion,HP)、血液透析濾過(hemodiafiltration,HDF)三種模式，國(guó)內(nèi)一項(xiàng)研究[32]將患者分為HD組、HD+HP組、HD+HDF組、HD+HP+HDF組，對(duì)4組患者進(jìn)行治療3個(gè)月前后FGF23進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)， HD+HP 、 HD+HDF 、HD+HP+HDF 組 FGF23 水平均顯著下降，且HD+HP+HDF 組較 HD+HP 及 HD+HDF 組下降的更明顯，這可能與三種血液凈化原理不同有關(guān)。HD模式主要通過彌散的方式清除毒素分子，其對(duì)肌酐、尿素氮等小分子物質(zhì)清除效果較好，但對(duì)于FGF23這樣的中分子物質(zhì)效果略差。HP模式則利用吸附原理將體內(nèi)異常升高的大分子毒素進(jìn)行清除，血液灌流器為人工合成高分子吸附材料大孔吸附樹脂，有較高的吸附選擇性，但對(duì)水、電解質(zhì)等小分子毒素清除效果差，兩者串聯(lián)使用清除毒素效果更高。HDF模式主要運(yùn)用對(duì)流原理即通過透析膜兩側(cè)的壓力梯度使毒素隨著水的跨膜移動(dòng)而移動(dòng)，將其置換液達(dá)到較高流速時(shí)，其超濾量大，可很好的清除中分子物質(zhì)。因此對(duì)于血液透析患者，可與規(guī)律血液透析時(shí)，間斷應(yīng)用HP、HDF等模式達(dá)到對(duì)中分子、大分子物質(zhì)的清除，幫助患者達(dá)到更加充分的透析效果。

5 小結(jié)

成纖維細(xì)胞因子23的發(fā)現(xiàn)具有重要的臨床意義，其與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，F(xiàn)GF23對(duì)于CKD進(jìn)展的預(yù)測(cè)性、對(duì)于CKD患者全因死亡率、心血管事件的標(biāo)志性，以及其在CKD-MBD中重要的參與性，提示FGF23可作為慢性腎臟病患者的常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)以輔助疾病的診斷及預(yù)后，同時(shí)其治療也為CKD患者相關(guān)并發(fā)癥的治療提供新的方向。