成纖維細(xì)胞生長因子23調(diào)控因素及其在蛋雞中的研究進(jìn)展

王榮梅 趙景鵬 王曉鵑 林 海*

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，泰安 271018；2.泰山醫(yī)學(xué)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)院，泰安 271000)

磷在維持家禽的正常生長發(fā)育、骨礦物質(zhì)代謝、家禽生產(chǎn)性能等方面發(fā)揮重要作用，而禽類排泄物中過多磷的排放是引起環(huán)境磷污染的原因之一。機(jī)體磷的穩(wěn)態(tài)主要取決于磷在腸道吸收、腎臟的重吸收與排泄以及細(xì)胞外液與骨骼儲存池之間的不斷交換。成纖維細(xì)胞生長因子23(fibroblast growth factor 23，F(xiàn)GF23)是重要的調(diào)節(jié)血磷穩(wěn)態(tài)的激素，維生素D、甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)也參與了磷代謝的調(diào)控，而FGF23、維生素D、PTH之間存在著復(fù)雜的相互作用[1]。目前關(guān)于FGF23的研究大多集中在哺乳動物，F(xiàn)GF23通過直接或間接作用調(diào)控磷在腎臟、腸道及骨組織中的代謝。FGF23下調(diào)腎臟鈉依賴的磷轉(zhuǎn)運(yùn)載體新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因(NPT)2a及NPT2c的表達(dá)，降低腎臟對磷的重吸收[2]，另外還下調(diào)腸道鈉依賴的磷轉(zhuǎn)運(yùn)載體NPT2b的表達(dá)[3]，降低了腸道磷的吸收，因此，F(xiàn)GF23促進(jìn)磷排出及血磷含量降低。在腫瘤引起的軟骨病患者中，由于腫瘤產(chǎn)生大量的FGF23，引起低磷血癥[4]。染色體顯性遺傳低磷性佝僂病患者的FGF23基因發(fā)生功能獲得性突變，導(dǎo)致FGF23含量升高，從而出現(xiàn)低磷血癥[5-6]。相反，F(xiàn)GF23基因缺失小鼠的血清1,25二羥基維生素D3[1,25(OH)2D3]含量升高，出現(xiàn)高磷血癥及骨骼的異常[7]。由此可見，F(xiàn)GF23在哺乳動物磷代謝方面發(fā)揮重要的作用。最近幾年在蛋雞領(lǐng)域中也開展有關(guān)FGF23的部分研究，本文就FGF23的調(diào)控因素鈣、磷、維生素D、PTH及FGF23在蛋雞中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 FGF23的生物學(xué)特性

人FGF23蛋白質(zhì)由251個氨基酸殘基構(gòu)成，N端帶有24個氨基酸殘基的信號肽，是一種分泌性蛋白質(zhì)，人FGF23在176RxxR179位置存在酶切位點，部分FGF23會被降解為N端及C端的片段，所以血中存在成熟的全段FGF23及其N端和C端的片段[6]。成熟的全段FGF23具有降低血磷生理活性的作用，而FGF23的2個片段沒有降低血磷生理活性的作用[8]。在常染色體顯性遺傳低磷性佝僂病/軟骨病患者中，F(xiàn)GF23發(fā)生錯義突變，在精氨酸(Arg)179與絲氨酸(Ser)180之間抗酶解，循環(huán)中FGF23含量升高，導(dǎo)致患者血磷含量降低[6]。FGF23發(fā)揮生理功能需要形成一個由FGF23、成纖維細(xì)胞生長因子受體及肝素分子構(gòu)成的復(fù)合體，另外，F(xiàn)GF23還需要α-Klotho蛋白作為輔助受體，與該復(fù)合體結(jié)合激活下游Ras/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路以發(fā)揮其生理作用[9]。

2 FGF23表達(dá)的調(diào)控因素

2.1 維生素D

維生素D通過25-羥化酶及1α-羥化酶的作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘?,25(OH)2D3。1,25(OH)2D3結(jié)合維生素D受體(VDR)及視黃醇X受體(RXR)形成異二聚體1,25(OH)2D3-VDR-RXR后，結(jié)合維生素D反應(yīng)元件(VDRE)調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，許多文獻(xiàn)報道VDRE存在于FGF23基因的啟動子區(qū)域[10-11]。VDR敲除小鼠血清中FGF23含量顯著低于野生型小鼠[10,12]，而且該缺陷型小鼠FGF23的表達(dá)的不受1,25(OH)2D3的調(diào)控[12]。在活體上用1,25(OH)2D3處理后，提高了野生型小鼠及hyp小鼠血清中FGF23含量[10]。在小鼠上注射1,25(OH)2D3，24 h后血清中FGF23含量急劇升高，同時顱骨、脛骨中FGF23 mRNA表達(dá)量分別升高57倍、8倍，但是在其他非骨組織，如腎臟、肝臟、腦、空腸、脾臟中，F(xiàn)GF23 mRNA表達(dá)量沒有升高[13]。以上體內(nèi)試驗研究表明，1,25(OH)2D3對可能通過VDR途徑上調(diào)循環(huán)中FGF23的表達(dá)，而且1,25(OH)2D3對FGF23的調(diào)控存在組織特異性。

體外細(xì)胞及組織培養(yǎng)試驗同樣證明1,25(OH)2D3上調(diào)FGF23表達(dá)。1,25(OH)2D3能增加成骨細(xì)胞FGF23 mRNA的表達(dá)量，并上調(diào)成骨細(xì)胞及非成骨細(xì)胞中FGF23啟動子的活性[10]。1,25(OH)2D3刺激原代成熟的成骨細(xì)胞/骨細(xì)胞FGF23的分泌，特別是在高磷的條件下，1,25(OH)2D3極顯著上調(diào)FGF23的表達(dá)[14]。1,25(OH)2D3上調(diào)UMR106細(xì)胞FGF23 mRNA的表達(dá)量[13]，瘦素進(jìn)一步增強(qiáng)了其上調(diào)作用，但白細(xì)胞介素-6(IL-6)減弱了其上調(diào)作用[15]。另外，1,25(OH)2D3還上調(diào)尿毒癥及正常小鼠顱蓋骨器官培養(yǎng)的FGF23 mRNA及蛋白表達(dá)量[16]。這些試驗結(jié)果表明，1,25(OH)2D3上調(diào)骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、成骨樣骨細(xì)胞及體外培養(yǎng)骨組織FGF23 mRNA及蛋白的表達(dá)量，調(diào)控過程中可能還受磷、瘦素、IL-6及細(xì)胞分化程度的影響。

2.2 PTH

在人群、動物及細(xì)胞中的研究大多表明PTH上調(diào)了FGF23的表達(dá)。原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)的患者，PTH分泌增多，血漿FGF23的含量比對照組顯著升高，甲狀旁腺切除之后，血漿PTH及FGF23含量比切除前均顯著降低[17]。晚期的繼發(fā)性高甲狀旁腺功能亢進(jìn)的慢性腎病(CKD)患者，血清FGF23含量與磷含量、鈣磷乘積、PTH含量呈正相關(guān)，完全切除了甲狀旁腺后，血清FGF23含量也降低[18]。用PTH間斷治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松的婦女18個月，血清FGF23含量升高[19]。以上人體試驗研究表明，血清PTH含量與FGF23含量呈正相關(guān)，PTH上調(diào)FGF23的表達(dá)。慢性甲狀旁腺功能減退且高磷血癥的病人血清FGF23的含量升高，這可能是升高的血液磷含量產(chǎn)生負(fù)反饋的結(jié)果[20]。尿毒癥大鼠骨組織中的FGF23 mRNA表達(dá)量及血漿FGF23含量均升高，實行甲狀旁腺切除術(shù)后，血漿FGF23含量降低[21]；而在原發(fā)性高PTH血癥的模型小鼠及PTH注射的野生型小鼠中，血漿FGF23含量及顱骨FGF23 mRNA表達(dá)量均升高[22-23]，同樣，PTH處理成骨樣細(xì)胞UMR106也提高了FGF23 mRNA表達(dá)量[23]。Meir等[24]通過體內(nèi)體外試驗進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，PTH增加FGF23的轉(zhuǎn)錄是由孤兒核受體介導(dǎo)的。以上動物及細(xì)胞試驗結(jié)果同樣表明，PTH上調(diào)FGF23的表達(dá)，但也有與其不一致的報道。給人注射6 h PTH的短期試驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GF23的分泌下降[25]，而用PTH處理的體外培養(yǎng)的大鼠顱蓋骨后，培養(yǎng)基中FGF23蛋白及顱蓋骨FGF23 mRNA的表達(dá)量均沒有變化[16]，其中的原因及機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

2.3 鈣、磷

膳食中的磷是FGF23分泌的一個關(guān)鍵調(diào)控因子，許多試驗表明高磷上調(diào)人和動物FGF23的產(chǎn)生。對健康人群進(jìn)行膳食磷干預(yù)2 d以上，高磷組血清FGF23的含量顯著高于低磷組[26-29]，但血清FGF23含量與鈣含量沒有相關(guān)性[26]。在慢性高血磷的低PTH血癥的病人中，血清FGF23含量與磷含量呈正相關(guān)，表明血清磷直接或間接增加了FGF23的含量[20]。小鼠飼糧中的磷含量從1.65%降低到0.02%維持5 d的時間，導(dǎo)致血清中FGF23含量在7倍的范圍內(nèi)波動，并呈劑量依賴關(guān)系，野生小鼠飼喂0.02%的低磷飼糧與1.00%的高磷飼糧相比，顱骨中FGF23 mRNA表達(dá)量被抑制了85%[30]。以上人群試驗及動物試驗均表明，高磷膳食/飼糧升高血清磷和FGF23含量，血清磷含量與FGF23 mRNA表達(dá)量呈正相關(guān)，但是磷調(diào)控FGF23表達(dá)的具體機(jī)制目前尚不清楚。但也有研究認(rèn)為FGF23含量不受磷含量的調(diào)控，血清磷含量在6 h內(nèi)的急性改變不影響血清中完整的FGF23的含量[31]；而Rendenbach等[32]發(fā)現(xiàn)分別用含有1和4 mmol/L磷酸鈉的培養(yǎng)基處理小鼠原代成骨細(xì)胞6 h，F(xiàn)GF23 mRNA的表達(dá)量沒有改變，其中的原因可能是高磷處理的時間過短不足以引起FGF23表達(dá)的顯著上調(diào)。

目前關(guān)于鈣對FGF23調(diào)控方面的研究還有很多爭議。切除5/6腎臟的大鼠血清FGF23含量與磷含量呈明顯的正相關(guān)，與血清鈣含量呈很弱的負(fù)相關(guān)[12]，而大鼠靜脈注射鈣劑60 min后，血清鈣含量升高，但血清FGF23含量并沒有顯著變化[33]。相反，對原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)病人的研究中發(fā)現(xiàn)，血清中FGF23含量與鈣含量呈正相關(guān)，與血清磷含量關(guān)系不大[17,34]，但也有研究報道甲狀旁腺切除后，血清鈣含量下降到正常水平，但血清FGF23含量沒有顯著變化[34]。在基因敲除及野生型鼠研究中也發(fā)現(xiàn)，血清FGF23含量與鈣含量也存在一定的正相關(guān)。Gcm-/-和Cyp27b1-/-小鼠血清FGF23含量與鈣、1,25(OH)2D3含量呈正相關(guān)，與血清磷含量無相關(guān)[35]。另外，用低鈣飼糧飼喂野生型大鼠發(fā)現(xiàn)，血清FGF23含量與鈣含量呈正相關(guān)，增加飼糧中的鈣10 d，血清鈣含量升高，同時血清FGF23含量也升高，而血清磷含量沒有變化[36]。然而，在野生型、PTH敲除及PTH-鈣敏感受體(CaSR)雙敲除小鼠中又發(fā)現(xiàn)血清FGF23含量與磷、鈣含量及鈣磷乘積呈指數(shù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)(r)值分別為0.58、0.65、0.70[37]。出現(xiàn)以上頗有爭議的結(jié)果可能與采用試驗對象的差異以及鈣、磷、PTH、FGF23、1,25(OH)2D3在體內(nèi)存在復(fù)雜的相互作用有關(guān)。鈣對FGF23的調(diào)控是直接調(diào)控還是通過磷、PTH、1,25(OH)2D3間接進(jìn)行調(diào)控，還需要更深入、更全面的試驗來證實。

3 FGF23在蛋雞中的研究進(jìn)展

磷作為一種常量元素對家禽具有重要的生理功能，但是家禽養(yǎng)殖業(yè)中過多磷的排放也是環(huán)境磷污染的一個來源，而FGF23在哺乳動物中已經(jīng)證明是一個重要的調(diào)節(jié)磷穩(wěn)態(tài)的激素，因此，近年來在蛋雞領(lǐng)域也開展了關(guān)于FGF23的相關(guān)研究。

3.1 蛋雞FGF23蛋白的分子特征

通過對蛋雞FGF23基因測序及生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，蛋雞FGF23由254個氨基酸殘基構(gòu)成，氨基酸序列與人類、小鼠、斑馬魚的一致性分別是57%、58%、37%。蛋雞FGF23的N端存在25個氨基酸殘基構(gòu)成的信號肽，在180RxxR183位置存在酶切位點[38]，據(jù)此推測，蛋雞FGF23也是一個分泌性蛋白，在蛋雞體內(nèi)會被酶切成N端、C端2個片段。

3.2 蛋雞FGF23表達(dá)的組織特異性

在哺乳動物中，F(xiàn)GF23 mRNA在骨組織中表達(dá)量高于其他組織幾十倍，而在肝臟中表達(dá)量極低[39-41]。通過實時熒光定量PCR檢測發(fā)現(xiàn)，蛋雞FGF23 mRNA在各組織中廣泛分布，肝臟中表達(dá)量最高，其次為顱骨、脛骨、股骨、腦、脾臟、十二指腸、空腸、回腸中，心臟及腎臟中表達(dá)量相對較低[38]?？梢姷半uFGF23的組織表達(dá)規(guī)律與哺乳動物有極大的差異。蛋雞FGF23輔助受體α-Klotho的表達(dá)規(guī)律與哺乳動物的相似[38]，在腎臟中表達(dá)量高，由于蛋雞FGF23也是分泌性蛋白，推測腎臟也是蛋雞FGF23作用的一個靶器官。

3.3 蛋雞FGF23表達(dá)的調(diào)控因素

用高磷飼糧(0.80%的有效磷)和低磷飼糧(0.15%的有效磷)飼喂蛋雞11 d，高磷飼糧顯著升高了血清磷含量，但對血清鈣含量沒有顯著影響，高磷飼糧還顯著上調(diào)了脛骨、股骨及顱骨中FGF23 mRNA的表達(dá)量，但是對于肝臟中FGF23 mRNA的表達(dá)量沒有顯著影響[38]。這表明飼糧磷及血清磷含量可能調(diào)控蛋雞骨組織中的FGF23 mRNA表達(dá)量，這與在哺乳動物中的研究結(jié)果一致。血清鈣含量可能沒有參與調(diào)控骨組織中FGF23 mRNA的表達(dá)量。另外，高磷飼糧沒有改變蛋雞肝臟中FGF23 mRNA的表達(dá)量，那么在蛋雞肝臟中高表達(dá)的FGF23受哪些因素的調(diào)控以及FGF23在蛋雞肝臟中發(fā)揮哪些功能，還需要深入的研究。

FGF23中和抗體可以降低慢性腎病小鼠血清FGF23、PTH含量，升高血清磷和1,25(OH)2D3含量[42]。用FGF23的一段抗原肽免疫蛋雞后，蛋雞體內(nèi)及其所產(chǎn)的蛋中含有FGF23中和抗體。蛋雛雞獲得母源FGF23中和抗體后，飼喂缺乏磷的飼糧并沒有降低血清磷含量和骨灰分含量[43]，表明FGF23中和抗體可以降低動物對磷的需要量，而且FGF23中和抗體和飼糧中的植酸酶對飼喂低磷飼糧的蛋雛雞存在累加效應(yīng)[44]，升高了血清磷、1,25(OH)2D3含量及脛跗骨的灰分含量[45]，這進(jìn)一步說明FGF23中和抗體可以增加磷的利用。FGF23中和抗體還可以降低產(chǎn)蛋雞血清FGF23含量，升高血清磷含量，降低磷的排泄[46]。以上在蛋雞中利用FGF23中和抗體進(jìn)行的試驗，表明蛋雞FGF23具有與哺乳動物FGF23相似的促進(jìn)磷排泄的功能。另外，讓人驚奇的是FGF23中和抗體還可以在不影響蛋品質(zhì)的情況下提高蛋殼質(zhì)量[47]，具體的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)與展望

我國是家禽養(yǎng)殖的大國，家禽糞污中的磷對環(huán)境的污染不可忽視。FGF23是一個重要的調(diào)控磷代謝的激素。蛋雞FGF23中和抗體不僅增加磷的利用、減少磷的排泄，而且還可以提高蛋殼品質(zhì)，顯示它具有一定的實際應(yīng)用價值。鈣、磷、維生素D、PTH不同程度調(diào)控哺乳動物FGF23的產(chǎn)生，而蛋雞飼糧中的磷也可以調(diào)控蛋雞骨組織中FGF23的表達(dá)，若通過調(diào)整飼料配方中的鈣、磷、維生素D的含量，在不降低生產(chǎn)性能的情況下降低蛋雞FGF23的產(chǎn)生，減少磷的排放，這將對于減少蛋雞糞便中磷污染具有重要的意義。另外，F(xiàn)GF23在哺乳動物中主要由骨組織產(chǎn)生，而蛋雞肝臟中FGF23 mRNA表達(dá)量最高，且不受飼糧中磷的調(diào)控，表明蛋雞FGF23的表達(dá)具有物種特異性和組織特異性，這與哺乳動物FGF23的表達(dá)規(guī)律明顯不同，所以確定蛋雞不同組織中FGF23表達(dá)調(diào)控規(guī)律及其在不同組織中發(fā)揮的功能需要進(jìn)一步研究，這對于系統(tǒng)、全面弄清FGF23在蛋雞中的生理作用具有重要意義。