血清堿性磷酸酶在慢性腎臟病礦物質(zhì)和骨代謝紊亂發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展

伍金秋，鐘清(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，重慶400016)

近年來慢性腎臟病(CKD)在普通人群中的發(fā)病率呈上升趨勢，其防治已經(jīng)成為重要公共衛(wèi)生問題。CKD礦物質(zhì)及骨代謝紊亂(CKD-MBD)是CKD常見的并發(fā)癥，與CKD患者骨折、心血管事件和病死率升高密切相關。CKD-MBD主要包括生化指標異常、骨代謝異常和血管鈣化。該病起病隱匿，早期無特異性臨床表現(xiàn)，目前以實驗室生化指標及影像學檢查作為主要監(jiān)測手段。骨活檢、骨密度(BMD)、鈣、磷、甲狀旁腺素(PTH)等作為CKD-MBD的監(jiān)測指標，但以上均有不足之處。改善全球腎臟病預后組織頒布的CKD-MBD臨床實踐指南推薦CKD 3期開始監(jiān)測血清鈣、磷、PTH和堿性磷酸酶(ALP)水平。ALP是一種膜結(jié)合的同型二聚體酶，廣泛分布于人體肝臟、骨骼、腸、腎和胎盤等組織，能在堿性環(huán)境下水解磷酸單酯鍵，生成無機磷酸和相應的醇、酚、糖等物質(zhì)。目前有研究認為，ALP與CKD-MBD的發(fā)生發(fā)展關系密切[1]。本文對ALP與CKD患者并發(fā)腎性骨病、心血管疾病、感染及預后的關系進行綜述。

1 ALP概述

ALP包含4種同工酶：胎盤型、腸型、生殖細胞型、組織非特異型(TNALP)。胎盤型、腸型、生殖細胞型僅表達在特定的組織中，占血清總ALP(TALP)的5%左右。TNALP由單個基因編碼，可在多種組織中表達，主要包括骨骼、肝臟和腎臟[2]。在血清中骨特異性ALP(BALP)和肝源性TNALP占TALP的90%以上，其活性大約為1∶1。

BALP是一種由成骨細胞分泌的糖蛋白，該酶在細胞內(nèi)合成時新生的酶蛋白先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖基化，再通過高爾基體轉(zhuǎn)運到細胞膜,通過糖基磷脂酰肌醇嵌合到細胞膜及基質(zhì)小泡表面。在特異性水解酶的作用下，BALP被釋放到血循環(huán)，循環(huán)中BALP水平可以反映成骨細胞的活性[3]。BALP相對半衰期為1～2 d，明顯高于PTH的半衰期(2～5 min)，其晝夜水平變化不明顯。BALP主要經(jīng)肝膽系統(tǒng)排泄，其水平不受腎小球率過濾的影響。BALP有4種亞型：B1、B2、B/I和B1x，其中B1、B2和B/I存在于所有人血清中，而B1x僅見于部分CKD患者。BALP生理性升高主要見于兒童、青少年和孕婦，病理性升高可見于CKD、肝膽疾病、X-連鎖低磷酸鹽血癥、骨惡性腫瘤、惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移等。BALP的主要生理功能是促進體內(nèi)鈣化的發(fā)生[4]。

體內(nèi)鈣化是羥基磷灰石在細胞外基質(zhì)中沉積的過程。成骨細胞及肥大軟骨細胞向類骨質(zhì)釋放基質(zhì)小泡(MV)，MV內(nèi)富含磷脂、ALP、鈣結(jié)合蛋白、膜聯(lián)蛋白、X型膠原等。鈣化過程首先是鈣離子、磷酸鹽在MV中積累，鈣離子可通過膜聯(lián)蛋白形成的鈣通道進入MV內(nèi)，磷酸鹽則通過膜表面的Na-Pi共轉(zhuǎn)運體進入MV內(nèi)，然后鈣離子和磷酸鹽形成非晶體的無定形磷酸鈣，磷脂酰絲氨酸、鈣結(jié)合蛋白可促進鈣磷的沉積，最后形成難溶的羥基磷灰石[5]。而后羥基磷灰石晶體進入細胞外基質(zhì)和膠原纖維之間利用細胞外的鈣和磷酸鹽擴大其沉積范圍，經(jīng)上述過程鈣化可發(fā)生在體內(nèi)骨、軟骨及血管、肌腱、韌帶等軟組織中。細胞外基質(zhì)中的無機焦磷酸鹽(PPi)、基質(zhì)Gla蛋白、磷酸化骨橋蛋白等可抑制羥基磷灰石的形成。

BALP促進鈣化的可能機制：在堿性條件下水解磷酸酯，為羥磷灰石的沉積提供必要的磷酸鹽；將PPi水解為無機磷酸鹽Pi，解除PPi對骨鹽形成的抑制作用，并造成局部Pi與PPi比例失衡而促進鈣化[6]；結(jié)合膠原纖維使MV沿膠原纖維排列，促進羥基磷灰石在細胞外基質(zhì)支架上的增殖；通過去磷酸化作用降低骨橋蛋白的活性，解除其對鈣化的抑制作用[7]。

2 ALP在CKD-MBD發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 腎性骨病 腎性骨病是指是CKD患者由于鈣、磷及生素D代謝障礙，繼發(fā)甲狀腺能亢進、酸堿平衡紊亂、成纖維細胞生長因子23水平升高等因素而引起的骨病。加上CKD患者營養(yǎng)不良、肌病、周圍神經(jīng)病變等因素，導致其骨質(zhì)疏松性骨折的發(fā)生率增加，是CKD患者致殘和死亡的重要原因[8]。根據(jù)骨骼轉(zhuǎn)換速率，腎性骨病可分為高轉(zhuǎn)化性骨病、低轉(zhuǎn)化性骨病、混合性骨病。

骨活檢是診斷腎性骨病的金標準，但由于骨活檢是一種有創(chuàng)檢查方法，且難以進行重復活檢以評價療效，其在臨床中的應用受到限制。因此腎性骨病主要以實驗室指標及影像學檢查為依據(jù)。BMD可以反映骨強度，但對早期骨量減少的診斷不夠靈敏；且骨密度是非動態(tài)及局部性的，難以真實地反映骨轉(zhuǎn)換的發(fā)生。Meta分析提示維持性血液透析患者前臂的BMD在一定程度上可以預測前臂骨折的發(fā)生，但髖骨BMD與髖骨骨折的發(fā)生率并無相關性[9]。故難以通過局部的BMD預測骨折發(fā)生的風險。KDIGO指南指出對于CKD 3～5期患者，不推薦常規(guī)行BMD檢查。繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進在骨轉(zhuǎn)換的發(fā)生中起很大作用，長期以來PTH被認為是腎性骨病的有效診斷及監(jiān)測指標。PTH水平升高多見于高轉(zhuǎn)化性骨病，高轉(zhuǎn)化性骨病是腎性骨病的主要類型。然而近年來隨著磷結(jié)合劑及維生素D的不恰當使用、營養(yǎng)不良、透析不充分、高齡等因素，導致低轉(zhuǎn)化性骨病發(fā)生率升高，甚至高于高轉(zhuǎn)化性骨病。因此PTH對腎性骨病的預測價值低[10]。

BALP由成骨細胞分泌，其水平升高可以反映骨轉(zhuǎn)化的發(fā)生。腎性骨病患者BALP升高的機制可能為鈣營養(yǎng)不良及高磷血癥時，PTH分泌增加，PTH促進骨祖細胞或未成熟成骨細胞增生分化為成熟成骨細胞，并間接抑制成骨細胞凋亡；骨化三醇及鈣缺乏時類骨組織不能鈣化，成骨細胞不能轉(zhuǎn)化為骨細胞而堆積，同時成骨細胞反饋性增生活躍；CKD患者發(fā)生骨質(zhì)疏松骨折時靜止的成骨細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的成骨細胞[11]。上述情況導致成骨細胞分泌BALP，血清中BALP水平升高。因此BALP可以作為骨轉(zhuǎn)換的特異性標志物，從而作為評價骨代謝疾病的重要依據(jù)。

聯(lián)合應用PTH及BALP可更準確地鑒別腎性骨病的類型。研究結(jié)果顯示，iPTH對于高轉(zhuǎn)化性骨病的鑒別具有一定優(yōu)勢，然而BALP及聯(lián)合應用BALP、iPTH對于低轉(zhuǎn)化骨病的鑒別均較iPTH更敏感，故兩者聯(lián)合應用可更好地區(qū)分CKD患者骨轉(zhuǎn)化的類型[12]。

研究發(fā)現(xiàn)，B1x多出現(xiàn)在低轉(zhuǎn)化骨病的CKD患者血清中，B1x與B1、B2、BALP、PTH均呈負相關，與B/I無明顯相關性，而B/I、B1、B2與BALP、PTH水平均呈正相關。血清中檢測到B1x的患者成骨細胞數(shù)量、成骨細胞活性、礦物質(zhì)沉積率、成骨速度均明顯降低，導致患者礦化滯后時間明顯延長，B1x有助于診斷低轉(zhuǎn)化性骨病[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，B1x與髙磷和鈣磷乘積有關，因此推測B1x可能來源于異位鈣化組織[14]，但目前對于B1x的來源及作用機制仍存在爭議。

BALP亦與CKD患者骨折的發(fā)生密切相關。有研究對485例CKD 5期透析患者進行平均39.9個月的隨訪，期間46位患者出現(xiàn)新發(fā)骨折，血清BALP水平升高及BALP升高的趨勢均能夠預測骨折的發(fā)生[15]。然而BMD對于骨折的預測僅限于PTH低水平的女性患者，對于已發(fā)生骨折的患者，BALP活性可反應骨折愈合的能力。有研究發(fā)現(xiàn)，對于新發(fā)骨折患者在相同時間內(nèi)BALP水平較高組骨折線消失及骨痂形成的程度均高于BALP水平較低組[16]。故可通過BALP水平判斷骨折患者的骨形成能力和速度。BALP可作為骨折患者病情監(jiān)測、治療和預后判斷的依據(jù)。

肝膽疾病導致血清TALP水平升高時多伴有其他實驗室指標的異常[17]。CKD患者在排除肝病的情況下血清TALP水平升高主要為BALP升高引起，TALP水平亦可反映骨轉(zhuǎn)化從而預測腎性骨病的發(fā)生。日本一項研究發(fā)現(xiàn)，血清TALP水平與髖關節(jié)骨折的發(fā)生率獨立相關，故TALP在一定程度上亦能預測骨折的發(fā)生[18]。然而對于TALP能否代替BALP作為腎性骨病的監(jiān)測指標仍存在爭議。

2.2 心血管鈣化 心血管事件是CKD患者的主要死因，由心血管事件造成的死亡占總死亡的50%以上。CKD-MBD包含轉(zhuǎn)移性鈣化的發(fā)生，主要為心臟瓣膜和血管的鈣化，其中冠狀動脈鈣化是影響CKD患者臨床預后的主要因素。有研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者隨著腎功能損害程度加重，冠狀動脈狹窄程度也加重[19]。導致CKD患者心血管鈣化風險增加的傳統(tǒng)因素包括糖尿病、血脂代謝異常、炎癥、繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進、高鈣血癥等[20]。動脈鈣化與骨形成和礦化生物過程相似，是異位骨形成的一種。血管平滑肌細胞(VSMC)、微血管周細胞、人主動脈瓣間質(zhì)細胞、多能血管間充質(zhì)祖細胞均具有向成骨細胞分化的潛能[21]，高磷血癥可誘導VSMC發(fā)生表型轉(zhuǎn)換，同時CKD患者氧化低密度脂蛋白升高等因素易加重細胞發(fā)生氧化應激損傷，細胞內(nèi)活性氧產(chǎn)生增加[22]，激活VSMC中成骨轉(zhuǎn)錄因子Runx2表達，通過磷脂酰肌醇3激酶途徑和促分裂原活化蛋白激酶途徑血管平滑肌逐漸轉(zhuǎn)化為成骨細胞，能合成和分泌多種骨形成相關蛋白包括TNALP及基質(zhì)小泡，同時上調(diào)骨黏連蛋白的表達，促進鈣化的發(fā)生[23]。

CKD患者冠狀動脈鈣化多發(fā)生于血管的中層、內(nèi)層。冠狀動脈鈣化積分(CACS)為評估血管鈣化較為準確的方法，但因其射線劑量較大、價格昂貴、普及性不夠高等原因臨床應用并不廣泛[24]。有研究發(fā)現(xiàn)血清ALP水平與CACS密切相關。對153例維持性血液透析患者研究發(fā)現(xiàn)，有137例存在不同程度冠脈鈣化，血清ALP水平與CACS呈中度相關，在控制年齡、性別、血糖、肝功、透析齡等因素后其相關性更顯著。當ALP≥120 IU/L及冠狀動脈鈣化積分≥400分時，其相關性最明顯[25]。血清ALP水平在一定程度上可以反映血管鈣化的發(fā)生及鈣化程度。

ALP水平升高引起的血管鈣化及內(nèi)皮功能紊亂可進一步導致ACS的發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)，血清ALP水平與急性心肌梗死的發(fā)生率呈正相關，進一步分析發(fā)現(xiàn)這部分患者血清水平升高的ALP亞型主要為BALP[26]。對于冠狀動脈支架植入術后的患者，ALP水平升高與支架內(nèi)血栓形成、再發(fā)急性心肌梗死及患者的全因病死率均有關，其機制可能與冠脈鈣化影響內(nèi)皮細胞功能導致再內(nèi)皮化障礙有關[27]。對于CKD合并冠心病的患者，可通過ALP水平預測ACS的發(fā)生風險。

2.3 感染 CKD患者易并發(fā)各種感染，是CKD患者第二大死因。骨組織細胞及免疫細胞之間存在相互作用，成骨細胞分泌的核因子κB受體活化因子配基能調(diào)節(jié)T細胞和樹突狀細胞的生長和功能；破骨細胞在一定條件下可以作為抗原呈遞細胞來活化T細胞，故骨代謝紊亂在一定程度上可影響機體固有免疫系統(tǒng)，導致CKD患者對微生物的易感性增加。CKD患者感染的病原體大多為革蘭陰性菌，細菌裂解所釋放出的脂多糖(LPS)可以結(jié)合免疫細胞表面的Toll樣受體從而引發(fā)一系列炎癥反應，ALP可通過去磷酸化作用降低LPS的活性；炎癥刺激和組織損傷可誘導機體產(chǎn)生的一種有害的細胞外介質(zhì)——ATP，ALP可以通過去磷酸化作用水解ATP從而升高細胞外腺苷水平，具有抗炎和組織保護作用[28]。炎癥狀態(tài)下ALP水平可反應性升高，同時炎癥細胞及凋亡壞死的組織細胞可釋放ALP，導致血清ALP水平升高。

有研究對1 455例CKD 5期腹膜透析患者進行32個月的隨訪，期間共899例住院，最常見的住院病因為感染，有408例；感染相關死亡78例，僅次于心血管疾病。多元回歸分析顯示感染相關住院率及死亡風險在ALP>78 U/L時明顯升高，血清ALP水平與感染相關住院率及病死率獨立相關[29]。故對于合并感染的CKD患者，檢測其ALP水平可判斷感染的嚴重程度及其預后。

2.4 預后 CKD患者并發(fā)骨折、心血管疾病、感染、惡性腫瘤時均可導致死亡風險增加，其均能引起血清ALP水平升高。有研究發(fā)現(xiàn)，ALP水平>150 U/L時與全因病死率的增加呈正相關，而當ALP水平<80 U/L時病死率相對較低，ALP與全因病死率大致呈J形曲線，而PTH與全因病死率則呈U形曲線[30]。研究發(fā)現(xiàn)，相對于ALP<66.0 U/L，ALP>111.1 U/L時全因死亡風險增加42%，心血管死亡風險增加43%，感染死亡風險增加39%[31]。故血清ALP水平可作為CKD患者死亡風險預測的依據(jù)。

總之，血清ALP與BALP在CKD-MBD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。BALP有助于CKD患者腎性骨病的診斷、骨折風險預測及骨折預后判斷。BALP聯(lián)合PTH檢測可更準確地鑒別腎性骨病的類型。ALP在CKD患者骨折及心血管鈣化風險預測、感染程度判斷、死亡風險預測方面均有作用，且其檢測方法方便、價格便宜，可作為監(jiān)測CKD-MBD更好的指標。ALP有望成為CKD-MBD患者治療的新靶點。

參考文獻：

[1] Sardiwal S, Magnusson P, Goldsmith DJ, et al. Bone alkaline phosphatase in CKD-mineral bone disorder[J]. Am J Kidney Dis, 2013,62(4):810-822.

[2] Bover J, Urena P, Aguilar A, et al. Alkaline phosphatases in the complex chronic kidney disease-mineral and bone disorders[J]. Calcif Tissue Int, 2018(6):1-14.

[3] Haarhaus M, Brandenburg V, Kalantarzadeh K, et al. Alkaline phosphatase: a novel treatment target for cardiovascular disease in CKD[J]. Nat Rev Nephrol, 2017,13(7):429-442.

[4] Lomashvili KA, Garg P, Narisawa S, et al. Upregulation of alkaline phosphatase and pyrophosphate hydrolysis: potential mechanism for uremic vascular calcification[J]. Kidney Int, 2008,73(9):1024-1030.

[5] Cui L, Houston DA, Farquharson C, et al. Characterisation of matrix vesicles in skeletal and soft tissue mineralisation[J]. Bone, 2016,87:147-158.

[6] Azpiazu D, Gonzalo S, Gonzálezparra E, et al. Role of pyrophosphate in vascular calcification in chronic kidney disease[J]. Nefrologia, 2017,427:8.

[7] Linder CH, Ekrylander B, Krumpel M, et al. Bone alkaline phosphatase and tartrate-resistant acid phosphatase: potential co-regulators of bone mineralization[J]. Calcif Tissue Int, 2017,101(1):92-101.

[8] Vlachopanos G, Kassimatis T, Kokkona A, et al. Morbidity and mortality of hospitalized hip fractures in chronic hemodialysis[J]. Saudi J Kidney Dis Transpl, 2018,29(1):57-62.

[9] Jamal SA, Hayden JA, Beyene J. Low bone mineral density and fractures in long-term hemodialysis patients: a meta-analysis[J]. Am J Kidney Dis, 2007,49(5):674-681.

[10] Malluche HH, Monierfaugere MC, Blomquist G, et al. Two-year cortical and trabecular bone loss in CKD-5D: biochemical and clinical predictors[J]. Osteoporos Int, 2017,29(1):1-10.

[11] Bergman A, Qureshi AR, Haarhaus M, et al. Total and bone-specific alkaline phosphatase are associated with bone mineral density over time in end-stage renal disease patients starting dialysis[J]. J Nephrol, 2016,30(2):255-262.

[12] Sprague SM, Bellorin-Font E, Jorgetti V, et al. Diagnostic accuracy of bone turnover markers and bone histology in patients with CKD treated by dialysis[J]. Am J Kidney Dis, 2016,67(4):559-566.

[13] Haarhaus M, Monierfaugere MC, Magnusson P, et al. Bone alkaline phosphatase isoforms in hemodialysis patients with low versus non-low bone turnover: a diagnostic test study[J]. Am J Kidney Dis, 2015,66(1):99-105.

[14] Haarhaus M, Fernstr?m A, Magnusson M, et al. Clinical significance of bone alkaline phosphatase isoforms, including the novel B1x isoform, in mild to moderate chronic kidney disease[J]. Nephrol Dial Transplant, 2009,24(11):3382-3389.

[15] Iimori S, Mori Y, Akita W, et al. Diagnostic usefulness of bone mineral density and biochemical markers of bone turnover in predicting fracture in CKD stage 5D patients--a single-center cohort study[J]. Nephrol Dial Transplant, 2012,27(1):345-351.

[16] 陳雪英,竇海霞,安玉美.骨源性堿性磷酸酶與骨折愈合的相關性分析[J].山東醫(yī)藥,2010,50(19):68-69.

[17] Ray L, Nanda SK, Chatterjee A, et al. A comparative study of serum aminotransferases in chronic kidney disease with and without end-stage renal disease: Need for new reference ranges[J]. Int J Appl Basic Med Res, 2015,5(1):31-35.

[18] Maruyama Y, Taniguchi M, Kazama JJ, et al. A higher serum alkaline phosphatase is associated with the incidence of hip fracture and mortality among patients receiving hemodialysis in Japan[J]. Nephrol Dial Transplant, 2014,29(8):1532-1538.

[19] 孫長喜,許靜,杜新平,等.慢性腎臟病患者腎功能狀態(tài)與冠狀動脈病變的關系[J].山東醫(yī)藥,2014,54(33):80-82.

[20] Bundy JD, Chen J, Yang W, et al. Risk factors for progression of coronary artery calcification in patients with chronic kidney disease: The CRIC study[J]. Atherosclerosis, 2018,271:53-60.

[21] 劉鴻昊,徐秋亞,劉超.血管平滑肌細胞鈣化后轉(zhuǎn)化類型的研究[J]. 中西醫(yī)結(jié)合心血管病雜志,2015(18):186-187.

[22] Farrokhi E, Samani KG, Hashemzadeh M, et al. Effect of oxidized low density lipoprotein on the expression of runx2 and SPARC genes in vascular smooth muscle cells[J]. Iran Biomed J, 2015,19(3):160-164.

[23] 邱翠婷,呂安林,李寰,等.鈣磷誘導大鼠血管平滑肌細胞鈣化的機制研究[J].中國循環(huán)雜志,2015,30(1):64-67.

[24] Panh L, Ruidavets JB, Rousseau H, et al. Association between serum alkaline phosphatase and coronary artery calcification in a sample of primary cardiovascular prevention patients[J]. Atherosclerosis, 2017,260:81-86.

[25] Shantouf R, Kovesdy CP, Kim Y, et al. Association of serum alkaline phosphatase with coronary artery calcification in maintenance hemodialysis patients[J]. Clin J Am Soc Nephrol, 2009,4(6):1106-1114.

[26] Iqbal MP, Mehboobali N, Azam I, et al. Association of alkaline phosphatase with acute myocardial infarction in a population with high prevalence of hypovitaminosis D[J]. Clin Chim Acta, 2013,425(6):192-195.

[27] Park JB, Kang DY, Yang HM, et al. Serum alkaline phosphatase is a predictor of mortality, myocardial infarction, or stent thrombosis after implantation of coronary drug-eluting stent[J]. Eur Heart J, 2013,34(12):920-931.

[28] Andersen K, Kesper MS, Marschner JA, et al. Intestinal dysbiosis, barrier dysfunction, and bacterial translocation account for CKD-related systemic inflammation[J]. J Am Soc Nephrol, 2017,28(1):76-83.

[29] Deuk HS, Su-Hyun K, Ok KY, et al. Serum alkaline phosphatase levels predict infection-related mortality and hospitalization in peritoneal dialysis patients[J]. PLoS One, 2016,11(6):e0157361.

[30] Rhee CM, Molnar MZ, Lau WL, et al. Comparative mortality-predictability using alkaline phosphatase and parathyroid hormone in patients on peritoneal dialysis and hemodialysis[J]. Perit Dial Int, 2014,34(7):732.

[31] Sumida K, Molnar MZ, Potukuchi PK, et al. Prognostic significance of pre-end-stage renal disease serum alkaline phosphatase for post-end-stage renal disease mortality in late-stage chronic kidney disease patients transitioning to dialysis[J]. Nephrol Dial Transplant, 2018,33(2):264-273.