慢性腎臟病骨礦物質(zhì)代謝紊亂FGF23的血管鈣化機(jī)制

朱冬燕，陳 向，曹亞南，魏雅娟 綜述 任永強(qiáng) 審校

慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)，尤其是終末期腎臟病(end-stage renal disease，ESRD)患者面臨死亡風(fēng)險(xiǎn)增加，這些死亡風(fēng)險(xiǎn)大多數(shù)來(lái)源于心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)[1]。在終末期腎臟病患者人群中，心血管死亡風(fēng)險(xiǎn)是健康人群的10～100倍[2]。心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變，如血管內(nèi)皮功能紊亂、動(dòng)脈硬化、左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)及血管鈣化(vascular calcification)，都促使心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加。像高血壓、高脂血癥、糖尿病這些傳統(tǒng)心血管危險(xiǎn)因素不能完全解釋CKD患者心血管疾病高發(fā)病率的原因。在一般人群中干預(yù)這些傳統(tǒng)心血管危險(xiǎn)因素，并不能降低CKD患者的死亡率[3]。然而，研究發(fā)現(xiàn)在慢性腎臟病骨礦物質(zhì)代謝紊亂(CKD-mineral and bone disorder, CKD-MBD)中出現(xiàn)的甲狀旁腺功能亢進(jìn)、維生素D缺乏，這些相關(guān)的非傳統(tǒng)因素，有可能可以用來(lái)解釋CKD患者心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加的原因。

成纖維細(xì)胞因子23(fibroblast growth factor23，F(xiàn)GF23)是新近發(fā)現(xiàn)的一種新型調(diào)節(jié)磷代謝的細(xì)胞因子。研究發(fā)現(xiàn)在CKD-MBD的最早期就可以檢測(cè)到血清FGF23水平升高[4]。另外，一項(xiàng)隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者FGF23濃度升高的出現(xiàn)時(shí)間要早于PTH、1,25(OH)2D、血清磷水平升高的時(shí)間[5]。其他一些臨床及實(shí)驗(yàn)研究都支持FGF23是CKD-MBD中重要的調(diào)節(jié)因子這一想法。Jessica等[6]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23水平與心血管事件的發(fā)生率及死亡風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)，目前考慮FGF23可能是影響CKD患者CVD的非傳統(tǒng)因素之一。筆者將圍繞FGF23在CKD-MBD血管鈣化機(jī)制中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 FGF23的生理學(xué)作用

FGF23是由骨原細(xì)胞和成骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生的一種32-ku(251氨基酸)的蛋白。這表明骨組織不僅作為靶器官，還可以作為內(nèi)分泌組織，與其他組織一同參與礦物質(zhì)的代謝平衡。FGF23通過(guò)作用于腎組織中的受體復(fù)合物Klotho-FGFR1，引起高磷酸尿來(lái)減少鈣的生成[7]。Klotho蛋白是一種主要表達(dá)在腎臟遠(yuǎn)端小管的Ⅰ型跨膜蛋白，也表達(dá)于甲狀旁腺細(xì)胞和腦脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞[8,9]，是結(jié)合和激活FGF23受體所必須的輔受體[10]。有學(xué)者認(rèn)為FGFR與Klotho的協(xié)調(diào)作用共同構(gòu)成了FGF23受體。與單獨(dú)的FGFR相比，Klotho-FGFR復(fù)合物可提高FGF23與其受體結(jié)合的親和力和特異性[11]。通過(guò)轉(zhuǎn)基因方法Klotho蛋白缺失的小鼠和FGF23基因剔除的小鼠同樣出現(xiàn)血磷增高和1,25(OH)2D增高。但FGF23與Klotho的相互作用尚不明確。

FGF23的生理功能是調(diào)節(jié)血磷與1,25(OH)2D水平。FGF23可以通過(guò)抑制腎臟近曲小管上皮細(xì)胞刷狀緣上的鈉-磷協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(sodium-phosphate cotransporter proteins, NaPi)Ⅱa和Ⅱc的內(nèi)移和降解來(lái)增加尿磷的排泄，從而減少磷的重吸收。Shimada等[12]觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23轉(zhuǎn)基因小鼠在血磷降低、尿磷增加的同時(shí)，近端腎小管NaPi-Ⅱa蛋白的表達(dá)顯著降低，而小鼠血中甲狀旁腺激素水平并無(wú)增加。研究表明，F(xiàn)GF23是通過(guò)下調(diào)編碼1α-羥化酶的CYP27B1基因表達(dá)來(lái)抑制維生素D的合成，同時(shí)上調(diào)編碼24-羥化酶的CYP24A1基因表達(dá)來(lái)促進(jìn)活性維生素D的分解[13]。這一過(guò)程，不依賴(lài)于1,25(OH)2D/維生素D受體系統(tǒng)。

甲狀旁腺被認(rèn)為是FGF23的另一個(gè)靶器官，作用調(diào)節(jié)甲狀旁腺激素(parathyroid hormone, PTH)的合成與分泌[14]。然而，F(xiàn)GF23是否能升高或降低PTH仍然存在一些爭(zhēng)議。Ben-Dov等[15]首次報(bào)道甲狀旁腺是FGF23的靶器官。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)大鼠甲狀旁腺組織中的FGF23可以抑制PTH分泌和PTH基因表達(dá)。另外一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)[16]。然而，伴有繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)的CKD患者伴隨血清FGF23高水平，這一結(jié)果與FGF23可以抑制PTH分泌的作用相矛盾。這種現(xiàn)象，可能是由于尿毒癥存在FGF23抵抗?fàn)顟B(tài)，這種可能性在尿毒癥大鼠模型中被證實(shí)[17]。

2 FGF23在CKD中的代謝

白冰等[18]應(yīng)用酶聯(lián)免疫分析法檢測(cè)65例CKD3-5期未透析患者與15名健康對(duì)照組全段FGF23、Klotho和1,25(OH)2D3水平，研究結(jié)果顯示CKD患者血清FGF23水平隨腎功能下降而逐漸升高。在CKD的中早期，F(xiàn)GF23水平是正常的2～5倍。在腎功能進(jìn)一步下降時(shí)，F(xiàn)GF23水平可以高達(dá)正常水平的100倍以上[19]。FGF23的升高早于血清磷、PTH、1,25(OH)2D水平改變的時(shí)間[20]。在CKD早期階段FGF23水平就已經(jīng)升高的原因目前還尚未明確，可能的主要原因是損傷的腎臟有效容積減少，為了排泄飲食中攝入的過(guò)量磷而出現(xiàn)代償反應(yīng)，導(dǎo)致磷潴留。還有可能原因是循環(huán)中FGF23分泌增加、清除減少。CKD患者Klotho缺乏或者是活性維生素D的使用，都會(huì)增加血清FGF23水平[21]。

3 CKD中的血管鈣化的機(jī)制

與一般人群比較，CKD患者具有較高的心血管疾病的發(fā)病率和病死率，血管鈣化是CKD心血管事件高發(fā)的主要原因之一。血管鈣化主要是指鈣磷結(jié)晶在心血管系統(tǒng)中的病理性沉積[22]。CKD患者廣泛的血管中膜鈣化造成動(dòng)脈的僵硬度增加，順應(yīng)性下降，增加了左心室負(fù)荷，導(dǎo)致左心室肥厚。隨著研究的深入，現(xiàn)已明確血管鈣化并非是簡(jiǎn)單的鈣磷被動(dòng)沉積于血管壁的過(guò)程，而是由細(xì)胞介導(dǎo)的受到高度調(diào)控的抑制因素與促進(jìn)因素相互作用出現(xiàn)的復(fù)雜病理生理過(guò)程。其中，高血磷被認(rèn)為是CKD患者血管鈣化的關(guān)鍵因素。越來(lái)越多的證據(jù)表明，高磷血癥與CKD中冠狀動(dòng)脈、外周動(dòng)脈和心臟瓣膜的鈣化均相關(guān)[23]。

血管鈣化的分子機(jī)制與骨骼礦化過(guò)程相似。血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)向成骨樣細(xì)胞轉(zhuǎn)分化促進(jìn)了骨相關(guān)蛋白的表達(dá)和誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)礦化[24]。在體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磷酸鹽誘導(dǎo)血管鈣化同時(shí)加速VSMCs的成骨轉(zhuǎn)化[25]。細(xì)胞外磷酸鹽通過(guò)鈉磷協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(人類(lèi)PIT1、嚙齒動(dòng)物PIT1和PTH2)來(lái)上調(diào)成骨基因例如Runx2、Msx2、Osx以及堿性磷酸酶、骨橋蛋白的表達(dá)，來(lái)介導(dǎo)VSMCs向成骨軟骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化[26]。

4 FGF23與血管鈣化

一些小型臨床研究發(fā)現(xiàn)，高水平FGF23與血管鈣化相關(guān)。不管是在維持性血液透析人群，還是CKD保守治療人群中，血清FGF23水平升高都被認(rèn)為是導(dǎo)致死亡率增高的危險(xiǎn)因素[27]。研究表明，F(xiàn)GF23不僅是ESRD患者發(fā)生心血管事件的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，而且也是早期CKD患者和普遍人群發(fā)生心血管疾病的危險(xiǎn)因素。FGF23水平對(duì)CKD患者發(fā)生臨床終點(diǎn)事件有重要的預(yù)測(cè)意義[28]。

近期，在一項(xiàng)關(guān)于CKD3-5期患者的前瞻性研究中，隨訪(fǎng)(35±3)個(gè)月后發(fā)現(xiàn)血清FGF23水平與冠狀動(dòng)脈鈣化評(píng)分明顯正相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)有62.5%敏感性和75.9%特異性。在這項(xiàng)研究中，回歸分析結(jié)果顯示，F(xiàn)GF23水平與嚴(yán)重的冠狀動(dòng)脈鈣化(評(píng)分>400)一同可作為全因死亡率的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[29]。在心血管死亡率高的CKD患者中，心臟瓣膜鈣化是一個(gè)共同發(fā)現(xiàn)[30]。在一項(xiàng)關(guān)于150例輕度至中度CKD糖尿病患者研究顯示，高FGF23水平是二尖瓣鈣化的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子和心血管死亡率的危險(xiǎn)因素[31]。王曉鴻等[32]研究顯示，F(xiàn)GF23與頸動(dòng)脈內(nèi)膜-中層厚度(IMT)嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，且獨(dú)立于其他已知的危險(xiǎn)因素，如年齡、糖尿病、高磷血癥等。Desjardins等[33]對(duì)142例CKD2-5期患者的觀(guān)察研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23水平升高與動(dòng)脈鈣化指數(shù)呈正相關(guān)，與CKD分期和年齡無(wú)關(guān)。

研究顯示，CKD晚期高水平的FGF23與患者血管內(nèi)皮損傷、動(dòng)脈粥樣硬化、左心室肥厚及心功能減退等顯著相關(guān)[34]。Faul等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23的升高，與超聲心動(dòng)圖測(cè)定的射血分?jǐn)?shù)減少，左室重量分?jǐn)?shù)增高、向心性和離心性左室肥大發(fā)生率增高呈正相關(guān)。升高的FGF23可誘導(dǎo)劑量相關(guān)的心室肌層面積增加，并激活促肥大基因，F(xiàn)GFR阻斷劑可阻斷FGF23介導(dǎo)的心肌肥大，提示阻斷效應(yīng)是通過(guò)表達(dá)于心肌細(xì)胞的FGFR介導(dǎo)的[36]。FGF23或Klotho活性改變影響左心室心肌重構(gòu)及血管鈣化。由此得出，F(xiàn)GF23可以直接對(duì)心臟和血管產(chǎn)生毒性作用，或者通過(guò)1,25(OH)2D2的缺乏間接發(fā)揮作用。

除了FGF23，它的共受體Klotho也被廣泛研究在心血管疾病的潛在作用。現(xiàn)有資料表明，F(xiàn)GF23與Klotho之間存在緊密的病理生理聯(lián)系。腎功能下降的早期，可能由于腎臟生成Klotho減少，導(dǎo)致Klotho循環(huán)水平下降，Klotho的下降反饋性的促進(jìn)了FGF23的分泌，來(lái)抑制繼發(fā)性外周血管阻力增加。這說(shuō)明至少有一些CKD的心血管疾病可能是繼發(fā)于Klotho活性減少出現(xiàn)的。實(shí)際上，Klotho以膜結(jié)合形式和可溶性形式(s-Klotho)存在。循環(huán)中的s-Klotho來(lái)源于TM-Klotho脫落，是一種可溶性的分泌蛋白，來(lái)負(fù)責(zé)Klotho全身性的、具體的、獨(dú)立于FGF23的效應(yīng)。CKD患者循環(huán)s-Klotho水平低于正常人，在CKD2期就可以檢測(cè)到它的減少。s-Klotho與腎小球?yàn)V過(guò)率(eGFR)、血清鈣正相關(guān)，與血清磷、PTH和FGF23水平負(fù)相關(guān)[37]。

5 總結(jié)和展望

FGF23的發(fā)現(xiàn)具有重要意義，不僅改變了我們對(duì)于CKD-MBD的理解，而且揭示了腎臟、甲狀旁腺、小腸和骨骼之間復(fù)雜的串聯(lián)和內(nèi)分泌負(fù)反饋環(huán)路。在過(guò)去的10年中，越來(lái)越多的臨床數(shù)據(jù)顯示FGF23與CVD的聯(lián)系，近期轉(zhuǎn)化研究顯示CKD中FGF23和CVD可能存在直接的病理生理的聯(lián)系。很多國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)血中FGF23水平的升高是CKD患者心臟結(jié)構(gòu)、收縮及舒張功能改變、血管內(nèi)皮功能異常、動(dòng)脈粥樣硬化形成及血管鈣化的相關(guān)因素，盡管FGF23與血清鈣、磷等形成復(fù)雜的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但FGF23對(duì)心血管系統(tǒng)的影響?yīng)毩⒂谘邂}、磷水平，與心血管事件的發(fā)生及死亡風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)。降低飲食磷攝入、應(yīng)用擬鈣劑、合理應(yīng)用活性維生素D是降低體內(nèi)FGF23水平可行的干預(yù)措施。因此，通過(guò)加強(qiáng)或抑制FGF23活性，從而對(duì)CKD-MBD發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行臨床干預(yù)，建立新的治療途徑來(lái)降低心血管事件風(fēng)險(xiǎn)，有助于改善CKD患者的預(yù)后。

【參考文獻(xiàn)】

[1] Go A S, Glenn M. Chronic kidney disease and the risk of death, cardiovascular events, and hospitalization [J]. N Engl J Med, 2004, 351(13): 1296-1305.

[2] Foley R N, Parfrey P S, Sarnak M J. Clinical epidemiology of cardiovascular disease in chronic renal disease [J]. Am J Kidney Dis, 2005, 101(3):112-119.

[3] Wanner C, Krane W, M?rz W,etal. Atrovastatin in patients with type 2 diabetes mellitus undergoing hemodialysis [J]. N Engl J Med, 2005, 353(2): 238-248.

[4] Evenepoel P, Meijers B, Viaene L,etal. Fibroblast growth factor-23 in early chronic kidney disease: additional support in favor of a phosphate-centric paradigm for the pathogenesis of secondary hyperparathyroidism [J]. Clin J Am Soc Nephrol, 2010, 5(7): 1268-1276.

[5] Isakova T, Wahl P, Vargas G S,etal. Fibroblast growth factor 23 is elevated before parathyroid hormone and phosphate in chronic kidney disease [J]. Kidney Int, 2011, 79(12): 1370-1378.

[6] Kendrick J, Cheung A K, Kaufman J S,etal. FGF-23 associates with death, cardiovascular events, and initiation of chronic chronic dialysis [J]. J Am Soc Nephrol, 2011, 22(10): 1913-1922.

[7] Shimada T, Hasegawa H, Yamazaki Y,etal. FGF-23 is a potent regulator of vitamin D metabolism and phosphate homeostasis [J]. J Bone Miner Res, 2004, 19: 429-435.

[[8]] Eswarakumar Y P, Lax I, Schlissinger J. Cellular signaling by fibroblast growth factor receptor [J]. Cytokine and Growth Factor Reviews, 2005, 16(2): 139-149.

[[9]] Yu X, Ibrahimi O A, Goetz R,etal. Analysis of the biochemical mechanisms for the endocrine actions of fibroblast growth factor-23 [J]. Endocrinology, 2005, 146(11): 4647-4656.

[10] Yamazaki M, Ozono K, Okada T,etal. Both FGF23 and extracellular phosphate active Raf/MEK/ERK pathway via FGF receptors in HEK293 cells [J]. Journal of Cellular Biochemistry, 2010, 111(5): 1210-1221.

[11] Nitta K, Nagano N, Tsuchiya K. Fibroblast growth factor23/Klotho axis in chronic kidney disease [J]. Nephron Clin Pract, 2014, 128(1): 1-10.

[12] Shimada T, Kakitani M, Yamaaki Y,etal. Targeted ablation of FGF23 demonstrates an essential physiological role of FGF-23 in phosphate and vitamin D metabolism [J]. Journal of Clinical Investigation, 2004, 113(4): 561-568.

[13] Takaiwa K, Nagano N, Nitta K. Klotho/FGF23 Axis in CKD [J]. Contrib Nephrol, 2015, 185: 56-65.

[14] Komaba H, Fukagawa M. FGF23-parathyroid interaction: implications in chronic kidney disease [J]. Kidney Int, 2010, 77(4): 292-298.

[15] Ben-Dov I Z, Galitzer H, Lavi-Moshayoff T,etal. The parathyroid is a target organ for FGF23 in rats [J]. Joural of Clinical Investigation, 2007, 117(12): 4003-4008.

[16] Isakova T, Xie H, Yang W,etal. Fibroblast growth factor 23 and risks of mortality and end-stage renal disease in patients with chronic kidney disease [J]. JAMA, 2011, 305 (23): 2432-2439.

[17] Hofman-Bang J, Martuseviciene G, Santini M A,etal. Increased parathyroid expression of Klotho in uremic rats [J]. Kidney Int, 2010, 78(11): 1119-1127.

[18] 白 冰, 王彩麗,呂 麗，等. 慢性腎臟病患者血管鈣化與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23-Klotho軸的關(guān)系 [J]. 國(guó)際移植與血液凈化雜志, 2017,15(2): 17-22.

[19] Quarles L D. Role of FGF23 in vitamin D and phosphate metabolism: Implications in chronic kidney disease [J]. Exp Cell Res, 2012, 318(9): 1040-1048.

[20] Tsuchiya K, Nagano N, Nitta K. Klotho/FGF23 Axis in CKD [J]. Contrib Nephrol, 2015, 185: 56-65.

[21] Hasegawa H, Nagano N, Urakawa, I,etal. Direct evidence for a causative role of FGF23 in the abnormal renal phosphate handling and vitamin D metabolism in rats with early-stage chronic kidney disease [J]. Kidney Int, 2010, 78(10): 975-980.

[22] Shanahan C M, Crouthamel M H, Kapustin A,etal. Arterial calcification in chronic kidney disease: key roles for calcium and phosphate [J]. Circulation Research, 2011, 109(6): 697-711.

[23] Adeney K L, Siscovick D S, Ix J H,etal. Association of serum phosphate with vascular and valvular calcification in moderate CKD [J]. Journal of the American Society of Nephrology, 2009, 20(1): 381-387.

[24] Li X, Yang H.-Y, Mckee CE,etal. Role of the sodium-dependent phosphate cotransporter, Pit-1, in vascular smooth muscle cell calcification [J]. Circulation Research, 2009, 104(6):733-741.

[25] Speer M Y, Yang H Y, Brabb T,etal. Smooth muscle cells give rise to osteochondrogenic precursors and chondrocytes in calcifying arteries [J]. Circulation Research, 2009, 104(6): 733-741.

[26] Villa-Bellosta R, Bogaert Y E, Levi M,etal. Characterization of phosphate transport in rat vascular smooth muscle cells: implications for vascular calcification [J]. Arteriosclerosis Thrombosis and Vascular Biology, 2007, 27(5): 1030-1036.

[27] Isakova T, Wahl P, Vargas G S,etal. Fibroblast growth factor 23 is elevated before parathyroid hormone and phosphate in chronic kidney disease [J]. Kidney Int, 2011, 79: 1370-1378.

[28] Lee X Y, Ng H Y, Chiu T T,etal. Association of bone-derived biomarkers with vascular calcification in chronic hemodialysis patients [J]. Clin Clim Acta, 2016, 452(15): 38-43.

[29] Zhang M, Yan J, Zhu M,etal. Fibroblast growth factor 23 predicts coronary calcification and poor prognosis in patients with chronic kidney disease stages 3-5D [J]. Ann Clin Lab Sci, 2015, 45:17-22.

[30] Raggi P, Bellasi A, Gamboa C,etal. All-cause mortality in hemodialysis patients with heart valve calcification [J]. Clin J Am Soc Nephrol, 2011, 6: 1991-1995.

[31] Silva A P, Gundlach K, Büchel J,etal. Low magnesium levels and FGF23 dysregulation predict mitral valve calcification as well as intima media thickness in predialysis diabetic patients [J]. Int J Endocrinol, 2015, 2015: Article ID: 308190.

[32] 王曉鴻, 呂寶軍, 熊重祥, 等. 血液透析患者血漿FGF23水平與頸動(dòng)脈粥樣硬化關(guān)系的研究 [J]. 中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合腎病雜志，2011, 12(4): 321-323.

[33] Desjardins L, Liabeuf S, Renard C,etal. FGF23 is independently acciated with vascular calcification but not bone mineral density inpatients at various CKD stages [J]. Osteoporos Int, 2012, 23(7): 2017-2025.

[34] Sapir-Korren R, Livshits G. Bone mineralization in regulated by signaling cross talk between molecular factors of local and systemic origin: The role of fibroblast growth factor 23 [J]. Biofactors, 2014, 40(6): 555-568.

[35] Faul C, Anlaral A P, Oskouei B,etal. FGF23 induces left ventricular hypertrophy [J]. J Clin invest, 2011, 121(11):N4393-4408.

[36] Negri A L. Fibroblast growth factor 23：Associations with cardiovascular disease and mortality in chronic kidney disease [J]. Int Urol Nephrol, 2014, 46(1): 9-17.

[37] Di Marco G S, Renter S, Kentrup D,etal. Treatment of established left ventricular hypertrophy with fibroblast growth factor receptor blocked in an animal model of CKD [J]. Nephrol Dial Transplant, 2014, 29(1): 2028-2035.