維生素K對CKD-MBD骨代謝異常以及血管鈣化的治療及作用機制

李月 劉艷 路更 宋妙園

哈爾濱市第五醫(yī)院血液透析科，黑龍江 哈爾濱 150036

1 維生素K與維生素K依賴蛋白

1.1 維生素K的代謝與作用

維生素K是一種脂溶性維生素，由一組結(jié)構(gòu)相關(guān)的化合物組成，最早由丹麥生物化學(xué)家Henrik Dam于1929年在雞膽固醇實驗中發(fā)現(xiàn)，又被稱為“凝血維生素”[3]。維生素K有兩種形式：主要在綠色蔬菜中發(fā)現(xiàn)的K1-葉綠醌(phylloquinone,PK)和從腸道細(xì)菌、發(fā)酵食品(奶酪和日本納豆)以及肝臟中衍生的K2-甲基萘醌(menaquinones,MK)。根據(jù)側(cè)鏈的長度和碳的飽和度，MK有17種不同的類型，常見的有MK-4和MK-7[4]。維生素K是非極性分子，在食物消化后，維生素K經(jīng)膽汁鹽和胰液溶解后包裝成乳糜微粒，被腸細(xì)胞通過乳糜受體吸收后結(jié)合到富含甘油三酯的脂蛋白(載脂蛋白-A和載脂蛋白-B48)中，并分泌到淋巴系統(tǒng)和血液中。隨后，所有的維生素K被肝臟吸收和利用，其中維生素K1參與體內(nèi)凝血，而維生素K2由低密度脂蛋白膽固醇顆粒轉(zhuǎn)運，并通過低密度脂蛋白受體被靶細(xì)胞和組織如動脈、軟骨和骨捕獲后發(fā)揮其生物活性，抑制血管鈣化、增加骨強度[5]。因此，受人體內(nèi)血脂的影響，直接檢測血液中維生素K的水平，結(jié)果并不準(zhǔn)確。

1.2 維生素K依賴蛋白與維生素K水平測定

維生素K是GGCX在羧化反應(yīng)中輔助因子，該酶通過添加CO2將維生素K依賴蛋白(vitamin K-dependent proteins,VKDP)的特定谷氨酸殘基羧化，形成Gla結(jié)構(gòu)域，從而發(fā)揮其生物活性[6]。肝產(chǎn)生的凝血因子是典型的VKDP，肝外含Gla的VKDP包括由骨中的成骨細(xì)胞合成的骨鈣素(OC)和由軟骨細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)合成的基質(zhì)Gla蛋白(MGP)，分別在骨礦化和抑制血管鈣化中起著重要的作用。由于VKDP在缺乏維生素K的情況下羧化不足，所以可以通過測量體內(nèi)未羧化或羧化VKDP來反映與特定組織相關(guān)的維生素K的功能狀態(tài)，來間接反映體內(nèi)維生素K的水平。在血液循環(huán)中，去磷酸化-未羧化-MGP(dp-ucMGP)和磷酸化-羧化-MGP(p-cMGP)是血管鈣化和心血管結(jié)果的生物標(biāo)志物。然而，因為活性形式(p-cMGP)對鈣有很高的親和力，所以其血清學(xué)水平并不準(zhǔn)確，因此，dp-ucMGP可用于評估維生素K狀態(tài)[7]；另外，未羧化OC(ucOC)的高百分比反映了維生素K的攝入量和長期的維生素K狀態(tài)，ucOC、羧化OC和總OC可用于評價骨礦化，維生素K缺失誘導(dǎo)蛋白(PIVKA)和凝血酶原時間可以用來測定肝臟的維生素K濃度[8]。

2 維生素K與慢性腎臟疾病礦物質(zhì)和骨異常

2.1 維生素K缺乏

越來越多的證據(jù)[9]表明，慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)患者患有亞臨床維生素K缺乏癥，這種缺乏可能是由于VKDP對抑制鈣化的高度需求而導(dǎo)致的維生素K耗盡所致，并且CKD患者需要低鉀(富含K1的多葉綠色蔬菜)和低磷(富含K2的乳制品)的飲食，可能會加劇維生素K缺乏。體內(nèi)的維生素K儲備是有限的，維生素K通過一系列氧化還原反應(yīng)被有效地回吸收，使用維生素K拮抗劑比如華法林，以及一些CKD患者常用的處方藥物如他汀類、質(zhì)子泵抑制劑、磷結(jié)合劑等可能會破壞維生素K的回吸收，導(dǎo)致維生素K的缺乏[10]。此外，有證據(jù)[11]表明，尿毒癥通過改變維生素K氧化還原酶(vitamin K oxidoreductase ,VKOR)和GGCX的mRNA表達，來干擾維生素K在某些組織中的循環(huán)利用。無論維生素K缺乏的原因是什么，其缺乏都與心血管疾病、血管和組織鈣化、骨代謝改變(導(dǎo)致骨折)和增加死亡率有關(guān)[3]。

2.2 維生素K缺乏與骨代謝

成骨細(xì)胞分泌的成熟OC對骨礦化至關(guān)重要，OC在依賴維生素K的羧化反應(yīng)后，對鈣離子產(chǎn)生了很高的親和力，并將鈣離子結(jié)合到骨基質(zhì)中的羥基磷灰石晶體中，從而完成骨礦化，增加骨強度。而在缺乏維生素K的情況下，OC不能完成羧化反應(yīng)，ucOC在破骨細(xì)胞吸收過程中釋放入血液循環(huán)，所以，ucOC水平、總OC水平和兩者之間的比率(% ucOC)被用來反映維生素K狀態(tài)與骨折風(fēng)險之間的關(guān)系[12]。目前對于CKD患者骨折的研究有限，根據(jù)現(xiàn)有文獻，脊椎骨折的透析患者患病率比一般人群高出20.9 %～26.5 %[9]，Vilaca等[13]發(fā)現(xiàn)CKD3a-5 D期患者的髖部和非椎骨骨折風(fēng)險要比普通人群高很多。一項對CKD3-5期患者的研究[14]發(fā)現(xiàn)，高血清ucOC水平與磷酸鹽和甲狀旁腺素水平呈正相關(guān)，與1,25-二羥維生素D3水平呈負(fù)相關(guān)，提示其與骨重塑有關(guān)。在另一項研究中，F(xiàn)usaro等[15]研究發(fā)現(xiàn)，與未接受華法林治療的患者相比，接受華法林治療超過1年的血液透析患者發(fā)生椎體骨折的風(fēng)險增加。目前，維生素K2被用于原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的治療，對于繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥，如長期應(yīng)用糖皮質(zhì)激素的患者，Sasaki等[16]對20例糖皮質(zhì)激素治療的腎小球腎炎患者補充MK-4進行了為期一年的研究，證實補充MK-4可以防止糖皮質(zhì)激素引起的骨丟失。而維生素K補充劑對CKD患者以及透析患者骨質(zhì)疏松癥的治療和骨折的預(yù)防，目前還沒有進行相關(guān)的臨床對照實驗研究。

2.3 維生素K缺乏與鈣化

2.3.1血管鈣化：血管鈣化(vascular calcifification,VC)是骨外礦物質(zhì)在血管內(nèi)沉積的病理過程，是心血管事件和死亡的一個危險因素。近年來的證據(jù)[4]表明，血管鈣化是一個高度受控的過程，VSMC可以釋放鈣化抑制劑MGP，在維生素K存在的情況下，MGP被羧化為cMGP，cMGP以高親和力結(jié)合鈣鹽，從而影響鈣化過程，防止血管鈣化；大約1%的CKD患者會發(fā)展鈣化防御，這是終末期腎臟疾病的常見致命并發(fā)癥，VC的存在與透析患者心血管疾病的發(fā)病率和死亡率增加直接相關(guān)[17]。在CKD患者中，血清鈣水平升高進一步增強了VSMC的鈣化，同時如果維生素K缺乏，MGP的鈣化抑制作用受損，血漿中dp-ucMGP增加，進一步加重VC[18]。在一項MGP基因敲除小鼠的研究實驗[19]中表明了MGP在鈣化抑制中的重要性，這些小鼠在出生后兩個月內(nèi)因嚴(yán)重的動脈鈣化和主動脈破裂而死亡。在一項對107例2～5期CKD患者的研究中，Schurgers等[20]測量了dp-ucMGP，研究發(fā)現(xiàn)血漿dp-ucMGP水平隨CKD分期升高而逐漸增加，并與腹主動脈鈣化有關(guān)。值得注意的是，約有50%發(fā)生鈣化的CKD 5 D期患者使用維生素K拮抗劑(VKA)，Hayashi等[21]計算出使用華法林的日本透析患者發(fā)生鈣化的風(fēng)險增加了11.4倍。Haroon等[22]認(rèn)為，對于容易鈣化的CKD患者，補充維生素K尤其是維生素K2可能成為標(biāo)準(zhǔn)治療的重要選擇。

2.3.2動靜脈內(nèi)瘺失?。簞屿o脈內(nèi)瘺(AVF)是血液透析(HD)患者的常用血管通路類型。AVF衰竭是導(dǎo)致高住院率和發(fā)病率的常見并發(fā)癥。而早期AVF故障是由于血栓形成或由于靜脈擴張無力，后期AVF衰竭是血栓形成引起的狹窄和新生內(nèi)膜增生(NIH)以及血管鈣化引起的，AVF鈣化會導(dǎo)致AVF失敗，其動靜脈鈣化發(fā)生在中膜和內(nèi)膜[23]。Zaragatski等[24]研究了維生素K拮抗劑和維生素K2對CKD大鼠動靜脈內(nèi)瘺中新內(nèi)膜增生和鈣化的影響，結(jié)果顯示，靜脈動脈化、CKD和維生素K拮抗劑均顯著增加靜脈內(nèi)膜增生，而補充維生素K2可以減輕健康大鼠和CKD大鼠的血管鈣化，維生素K2顯著增強了對照大鼠和CKD大鼠的基質(zhì)Gla蛋白羧化。實驗表明，維生素K拮抗劑對AVF重塑不利，而維生素K2可以減少新內(nèi)膜增生和鈣化，表明具有血管保護作用。因此，補充維生素K2可能對預(yù)防新內(nèi)膜增生和動靜脈鈣化有用。

2.4 維生素K與磷結(jié)合劑

高磷血癥是慢性腎臟疾病礦物質(zhì)和骨異常(chronic kidney disease mineral and bone disorder ,CKD-MBD)的常見臨床表現(xiàn)之一，目前臨床上通過飲食限制、磷結(jié)合劑以及充分透析進行治療。盡管進行了多年的研究，磷結(jié)合劑有降磷能力，但沒有確切的證據(jù)表明磷結(jié)合劑可以改善患者預(yù)后[17]。盡管使用磷結(jié)合劑降低了體內(nèi)磷酸鹽水平，但在早期CKD患者中使用任何磷結(jié)合劑并不能降低冠狀動脈鈣化的進展，據(jù)最近研究[25]，這可能與磷結(jié)合劑也能結(jié)合體內(nèi)維生素K有關(guān)。Neradova等[26]進行了一項研究，在有或沒有磷酸鹽的情況下，將維生素K2(MK-7)與五種不同的磷結(jié)合劑混合，在pH 6和37 ℃恒溫的條件下孵育。該實驗表明，醋酸鈣和碳酸鎂不論磷酸鹽是否存在都能牢固地結(jié)合維生素K2 ；碳酸鈣在含有維生素K2和磷酸鹽的溶液觀察到維生素K2濃度明顯下降，而沒有磷酸鹽的培養(yǎng)基中則沒有觀察到維生素K2的結(jié)合；對于碳酸鑭，在含有維生素K2和磷酸鹽的溶液中未觀察到維生素K2的濃度變化，而在缺乏磷酸鹽的情況下碳酸鑭可與維生素K2進行結(jié)合，表明碳酸鑭在磷酸鹽和維生素K2之間存在競爭性結(jié)合關(guān)系；一種新型的不含鈣的三價鐵的氫氧化物PA21(sucroferric oxyhydroxide)，不論磷酸鹽的存在與否，其都不會導(dǎo)致維生素K2濃度的下降；在含有碳酸司維拉姆的混合物中，也顯示出較低的K2濃度，但這種下降無統(tǒng)計學(xué)意義。Fusaro等在一項VIKI試驗[27]中發(fā)現(xiàn)，使用司維拉姆可能會干擾HD患者的MK4水平，并與低OC水平相互作用，從而增加CKD患者的骨折。根據(jù)這些結(jié)果，磷結(jié)合劑可能會限制維生素K的生物利用度，在血液透析的高磷患者中，應(yīng)盡量選擇不結(jié)合維生素K的磷結(jié)合劑，比如新型磷結(jié)合劑PA21。

3 維生素K在CKD-MBD的臨床應(yīng)用

根據(jù)上述病理生理和臨床數(shù)據(jù)，CKD患者是否可以通過維生素K的補充來提高VKDP的活性，以改善骨質(zhì)量、降低血管鈣化和死亡率呢？目前研究集中在維生素K替代治療對CKD患者維生素K標(biāo)志的影響，即dp-ucMGP、PIVKA-II和ucOC。Westenfeld等[28]給予53例HD患者不同劑量的MK-7(45、135、360 μg/d)超過6周，觀察到血循環(huán)中dp-uc-MGP、ucOC和PIVKA-II的水平隨維生素K劑量和使用時間依賴性下降，提示MK-7可能改善在肝、骨以及脈管系統(tǒng)的維生素K水平。同樣，CaLuwe等[29]對200例HD患者補充8周的MK-7(360、720、1 080 μg，每周三次)，結(jié)果顯示，患者血漿dp-uc-MGP水平呈劑量依賴性降低。Kurnatowska等[30]隨機選擇42例CKD患者，每天攝入90 μg MK-7，同時攝入10 μg維生素D或單獨服用維生素D，共持續(xù)9個月。在治療期后，僅接受維生素D的組表現(xiàn)出dp-ucMGP的增加和c-MGP水平的降低，而聯(lián)合治療組表現(xiàn)出循環(huán)血中dp-ucMGP下降19%和c-MGP水平升高。在一項包括50名HD患者在內(nèi)的干預(yù)研究中，Aoun等[31]發(fā)現(xiàn)補充了高劑量MK-7(360 μg/d，為期4周)，使dp-ucMGP水平顯著降低86%。Oikonomaki等[32]對102例HD患者進行了為期一年的隨機對照研究，每天攝入200 μg MK-7,一年后隨訪發(fā)現(xiàn)補充維生素K2組患者uc-MGP下降了47%，而安慰劑組uc-MGP上升了12%。另外，還有一些試驗評估了MK-7作為CKD和絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松患者治療的可行性。結(jié)果表明，MK-7可以通過增加骨礦物質(zhì)含量(BMC)和骨礦物質(zhì)密度(BMD)以增強骨強度[33-34]。關(guān)于維生素K的補充對CKD-MBD患者血管鈣化以及骨質(zhì)量下降治療的臨床實驗較少，目前正在進行的課題是一項丹麥的研究，題為“維生素K2(MK7)對透析患者心血管和骨骼疾病的影響：一種前瞻性的、隨機的安慰劑對照的雙盲實驗(NCT02976246)，對血液透析或腹膜透析患者補充維生素K2(MK-7, 360 μg/d)，并使用脈沖波速技術(shù)來檢查維生素K2對動脈硬化的影響，并使用雙能X線來評估骨密度。

4 總結(jié)

維生素K是激活涉及凝血、凋亡、骨骼礦化和血管健康的蛋白質(zhì)的關(guān)鍵輔助因子，活化的OC和MGP在CKD-MBD患者的骨骼和血管健康中起著重要作用。實際上CKD是一種天然的維生素K缺乏模型，這是由于在這些患者中普遍存在飲食限制、腸道功能改變、菌群失調(diào)和維生素K循環(huán)吸收利用障礙。臨床數(shù)據(jù)[22,33]表明，增加維生素K尤其是維生素K2的攝入量可以降低骨折風(fēng)險、影響血管鈣化進程，從而推測CKD患者是否可以從補充維生素K中受益，改善骨骼質(zhì)量、減少血管鈣化和降低死亡率。目前，應(yīng)進行進一步的臨床試驗以確定這種方案的可行性。另外，還需要標(biāo)準(zhǔn)化測量維生素K水平的方法以及確定補充維生素的最佳濃度范圍。