成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23與急性腎損傷

許書添 綜述 劉志紅 審校

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23(fibroblast growth factor 23，F(xiàn)GF-23)最初是在遺傳性或獲得性低磷血癥(常染色體顯性低磷酸鹽性佝僂病，ADHR)和腫瘤誘導(dǎo)骨軟化癥患者中發(fā)現(xiàn)其與高磷酸鹽尿密切相關(guān)[1-2]。既往研究發(fā)現(xiàn)FGF-23通過增加腎臟尿磷酸鹽排泄以及減少25羥維生素D活化酶(1-α活化酶)表達(dá)而起效[3]。最近研究發(fā)現(xiàn)FGF-23在慢性腎臟病(CKD)中起磷調(diào)節(jié)激素樣作用，且在CKD和終末期腎病(ESRD)患者中顯著升高，已經(jīng)成為CKD和ESRD臨床不良預(yù)后的重要生物標(biāo)志物[4-6]。本文就急性腎損傷(AKI)與FGF-23關(guān)系作一綜述，重點(diǎn)闡述FGF-23在AKI中的變化、機(jī)制及其影響因素。

AKI患者FGF-23水平的變化

血液循環(huán)中存在兩種形式的FGF-23:全段FGF-23(iFGF-23)和蛋白酶裂解后C端片段FGF-23(CFGF-23)。ELISA檢測(cè)C端FGF-23可代表全部CFGF-23和iFGF-23，因?yàn)榭贵w檢測(cè)了C端FGF-23內(nèi)的抗原表位。因此，用ELISA檢測(cè)FGF-23的C端片段即代表循環(huán)中所有的CFGF-23和iFGF-23(單位RU/ml)[7]。盡管iFGF-23升高的時(shí)間要遲于CFGF-23，但其對(duì)于腎臟病理的預(yù)測(cè)更加特異，是AKI后不良預(yù)后的可靠生物標(biāo)志物；且其水平更能反映體內(nèi)激素水平，也更能反映其生物活性效應(yīng)[8]。

過去十年，大量臨床觀察和實(shí)驗(yàn)室研究均表明FGF-23是CKD的生物標(biāo)志物，F(xiàn)GF-23甚至比血清肌酐(SCr)、1,25(OH)2維生素D、甲狀旁腺激素(PTH)及血磷升高更早[9-11]。另外，F(xiàn)GF-23也是CKD進(jìn)程中不良事件的預(yù)估因子，因?yàn)镕GF-23增加與疾病快速進(jìn)展到ESRD及心血管事件發(fā)病率和病死率相關(guān)[12-15]。與心血管事件的危險(xiǎn)分層和CKD病情進(jìn)展相比，有關(guān)AKI患者循環(huán)中FGF-23研究的數(shù)量偏少[16-21]。首次報(bào)道AKI患者FGF-23水平升高是在一例橫紋肌溶解癥患者[22]，該患者濫用藥物后出現(xiàn)AKI，磷酸肌酸激酶(CPK)顯著升高，出現(xiàn)低鈣血癥和高磷血癥。第七天SCr達(dá)到頂峰后恢復(fù)正常，同時(shí)檢測(cè)患者血清FGF-23有升高現(xiàn)象。

隨后，一項(xiàng)來(lái)自內(nèi)科重癥監(jiān)護(hù)病房(ICU)僅有12例AKI患者的小型臨床研究印證這一研究結(jié)果[16]。該橫斷面研究顯示：AKI患者中循環(huán)中CFGF-23水平高于對(duì)照組(中位數(shù)：1 948 RU/mlvs252 RU/ml)。CFGF-23水平與高磷血癥并不相關(guān)。由于是回顧性研究，且不論是AKI組還是對(duì)照組病例，F(xiàn)GF-23血漿采樣時(shí)間點(diǎn)均不一致(原則上是在最接近SCr峰值或入院時(shí)即抽血)，研究也沒有給出FGF-23抽血時(shí)間的任何信息，因而無(wú)法得出FGF-23水平變化的時(shí)間曲線。除了內(nèi)科ICU的AKI患者外，心臟術(shù)后AKI的患者也同樣觀察到CFGF-23水平升高[20]，且能夠觀察到術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后CFGF-23動(dòng)態(tài)變化情況，在滿足AKI標(biāo)準(zhǔn)(SCr≥基線值的1.5倍)并持續(xù)上升48h的所有患者中，在心臟手術(shù)后24h其CFGF-23水平開始顯著增加。同樣該組研究人員采用葉酸誘導(dǎo)小鼠AKI動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)CFGF-23水平在AKI誘導(dǎo)1h后開始升高，甚至早于中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)載脂蛋白(NGAL)和SCr，而iFGF-23在AKI誘導(dǎo)2h后升高[20]。由于在誘導(dǎo)AKI后1h未能檢測(cè)iFGF-23，所以不清楚CFGF-23升高是否早于iFGF-23。

高水平FGF-23預(yù)示AKI高風(fēng)險(xiǎn)

在排除CKD后，Ali等[19]檢測(cè)19例接受體外循環(huán)手術(shù)的患兒術(shù)前和術(shù)后的血液樣本。結(jié)果表明：與未發(fā)生AKI患兒相比，在心臟術(shù)后發(fā)生AKI的患兒CFGF-23表達(dá)都增加，且若術(shù)前CFGF-23>86 RU/ml，術(shù)后發(fā)生AKI的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)是術(shù)前低于該值患兒的2倍。心臟術(shù)后AKI的受試者工作曲線(ROC)描繪曲線下面積值為0.8，說明術(shù)前CFGF-23可作為兒科患者心臟手術(shù)后AKI發(fā)生的預(yù)測(cè)因素。Leaf等[23]檢測(cè)心臟病患者術(shù)前、術(shù)后第1天及第3天血CFGF-23水平發(fā)現(xiàn)，不管術(shù)前患者是否存在CKD，與未發(fā)生AKI的患者相比，發(fā)生AKI患者血FGF-23均顯著升高，最高平均可達(dá)術(shù)前4倍。其次，AKI的嚴(yán)重性與血CFGF-23水平呈正比，重度AKI患者[指血SCr升高≥基線值2倍或需要腎臟替代治療(RRT)]術(shù)后血FGF-23升高是術(shù)前的10倍，術(shù)后第1天達(dá)到40倍。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，AKI患者CFGF-23的升高與礦物質(zhì)代謝物如PTH、磷酸鹽及維生素D代謝物并無(wú)直接關(guān)系。

為了明確老年人頻繁罹患AKI而住院的新危險(xiǎn)因素，Brown等[21]在一組心血管健康研究隊(duì)列中篩選了3 241例無(wú)基礎(chǔ)腎臟病的社區(qū)老年人，測(cè)量并分析CFGF-23(包括iFGF-23和CFGF-23總和)與年度AKI事件發(fā)生率的關(guān)聯(lián)。平均隨訪10年，其中119例(3.7%)受試者因AKI而住院。AKI住院診斷標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)第九版國(guó)際疾病分類臨床修訂版(ICD-9-CM)，且AKI為原發(fā)疾病。以最低四分位數(shù)作為參考標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)整腎臟疾病參數(shù)比如估算腎小球?yàn)V過率(eGFR)和尿中白蛋白/SCr比值后，CFGF-23最高四分位數(shù)(>100 RU/ml)使得AKI入院風(fēng)險(xiǎn)升高2倍。與之相似的是，早期eGFR用于判定AKI住院風(fēng)險(xiǎn)也是從血清胱抑素C推斷而來(lái)。但是，CFGF-23在54～100 RU/ml時(shí)，F(xiàn)GF-23和AKI住院風(fēng)險(xiǎn)不存在線性關(guān)系，尤其是在校正心血管和腎臟疾病參數(shù)等混雜因素后。只有當(dāng)CFGF-23水平>100 RU/ml后，F(xiàn)GF-23水平才與這群社區(qū)老年人AKI住院高風(fēng)險(xiǎn)一致且獨(dú)立相關(guān)。

高水平FGF-23預(yù)示AKI結(jié)局不良

一項(xiàng)分別納入30例AKI和30例非AKI患者病例對(duì)照研究，在AKI發(fā)生24h內(nèi)以及5d后檢測(cè)CFGF-23表達(dá)水平[17]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)入院時(shí)AKI患者CFGF-23水平顯著高于對(duì)照組(1 471 RU/mlvs263 RU/ml)，但AKI患者5d后的CFGF-23下降至正常459 RU/ml，提示CFGF-23為短暫性升高。但是內(nèi)科ICU中的AKI患者和對(duì)照組的CFGF-23水平都要高于兩者在普通病房時(shí)(1 893 RU/ml 和322 RU/mlvs710 RU/ml和205 RU/ml)。ICU中的非AKI患者FGF-23高于普通病房，意味著危重內(nèi)科非手術(shù)患者FGF-23升高不依賴AKI發(fā)生，此結(jié)果與心臟術(shù)后非AKI患者相似[20]。該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了重癥和大手術(shù)患者在全身炎癥或應(yīng)激條件下循環(huán)中iFGF-23或CFGF-23升高，可能與存在亞臨床腎臟低灌注或中毒有關(guān)。此外，非AKI患者CFGF-23水平可因由于個(gè)體基礎(chǔ)疾病嚴(yán)重性而不同，且臨床疾病的多樣性導(dǎo)致FGF-23參考閾值可能不一致，勢(shì)必對(duì)CFGF-23成為AKI的生物標(biāo)志物提出了挑戰(zhàn)。然而，Hanudel等[24]發(fā)現(xiàn)兒童心臟術(shù)后并發(fā)慢性低氧血癥也能刺激FGF-23表達(dá)增加，說明FGF-23升高與應(yīng)激反應(yīng)可能互為因果關(guān)系；其次，術(shù)后2h血液再灌注后，患者升高的iFGF-23回到基線，但CFGF-23在術(shù)后24h內(nèi)仍保持較高水平，因此推測(cè)CFGF-23可能是活性單位，由于研究病例有限，仍需更多的臨床病例及基礎(chǔ)研究加以佐證。

CFGF-23水平越高，意味著患者死亡率或RRT率越高。研究發(fā)現(xiàn)FGF-23水平在最高三分位時(shí)，近70%的AKI患者死亡或需要RRT[17]。另外，循環(huán)CFGF-23水平與膿毒癥嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，因?yàn)槟摱拘孕菘嘶颊哐獫{FGF-23水平最高[18]。Leaf等[25]采用前瞻性隊(duì)列研究檢測(cè)350例ICU患者入住24h內(nèi)尿及血FGF-23變化情況，了解FGF-23水平與AKI發(fā)生率和病死率的關(guān)系，結(jié)果表明尿和血FGF-23與AKI和死亡顯著相關(guān)，AKI和死亡患者尿FGF-23平均是對(duì)照組的3.9倍，且FGF-23在死亡或RRT的患者中顯著升高(分別為3 376 RU/ml和404 RU/ml)，入選研究時(shí)FGF-23最高三分位數(shù)約70%的AKI患者死亡或需要RRT，且高FGF-23水平與AKI嚴(yán)重程度或并發(fā)癥發(fā)生(RRT/死亡/長(zhǎng)時(shí)間住院)獨(dú)立相關(guān)。

FGF-23升高的機(jī)制

一般而言，患者出現(xiàn)腎功能衰竭時(shí)，血磷水平才升高，而危重癥和RRT患者的血磷卻下降。然而，發(fā)生AKI后，尤其是GFR≥30 ml/min時(shí)血磷等礦物質(zhì)代謝物質(zhì)幾乎不受影響，為何循環(huán)中FGF-23會(huì)升高呢？Christov等[20]把葉酸注入小鼠腹腔而制造AKI動(dòng)物模型，隨后發(fā)現(xiàn)AKI小鼠骨中FGF-23表達(dá)水平增加2倍，表明循環(huán)中FGF-23來(lái)源于骨。小鼠基因敲除PTH和維生素D信號(hào)途徑研究發(fā)現(xiàn)，AKI時(shí)骨FGF-23的升高并不依賴與PTH和維生素D信號(hào)途徑。此外，低磷飲食誘導(dǎo)AKI發(fā)生前血磷水平較低，但并不能減輕AKI后高磷血癥，且未改善損傷，也不減少鼠葉酸模型中FGF-23水平[20]。但是該研究沒有檢測(cè)骨中的FGF-23產(chǎn)生，因此不能排除磷刺激FGF-23產(chǎn)生中的作用，尤其是低磷飲食喂養(yǎng)小鼠中血磷依舊升高的AKI。

將外源性iFGF-23蛋白注射入AKI小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)外源性iFGF-23清除時(shí)間為22 min，明顯短于正常小鼠的33 min，說明腎臟FGF-23清除率受損或具有其他途徑有助于增加循環(huán)中FGF-23水平[20]。由于本實(shí)驗(yàn)并未闡述循環(huán)中升高FGF-23是iFGF-23還是CFGF-23，因此無(wú)法得出循環(huán)中FGF-23升高是由于iFGF-23和(或)CFGF-23的腎清除率下降的結(jié)論。因此AKI中循環(huán)FGF-23的腎清除仍有待進(jìn)一步探討。

另一個(gè)重要的問題是在骨外是否存在FGF-23異位表達(dá)或分泌。Zanchi等[26]在代謝綜合征模型ZDF大鼠的腎臟近端和遠(yuǎn)端小管中發(fā)現(xiàn)FGF-23的mRNA，而在消瘦的大鼠中并未發(fā)現(xiàn)。隨著衰老的加劇，循環(huán)中FGF-23水平顯著增加，而FGF-23共受體蛋白的α-Klotho mRNA和蛋白在ZDF大鼠的腎臟中逐漸減少。在該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑可以減輕蛋白尿和腎損傷、維持血磷穩(wěn)態(tài)、減少FGF-23表達(dá)及改善α-Klotho表達(dá)。但是這些實(shí)驗(yàn)均也不能表明FGF-23下降或αKlotho升高與腎功能或形態(tài)學(xué)改善有因果關(guān)系。

總之，AKI中FGF-23產(chǎn)生的主要機(jī)制包括(圖1)：(1)不明原因?qū)е鹿羌?xì)胞產(chǎn)生的FGF-23增多，且不依賴于PTH或維生素D信號(hào)途徑調(diào)節(jié)或低磷飲食；(2)損傷的腎小管異位分泌；(3)FGF-23的腎臟清除率下降。

圖1 急性腎損傷FGF-23升高機(jī)制的模式圖[36]FGF-23：成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23；iFGF-23:全段FGF-23；CFGF-23：蛋白酶裂解后C端FGF-23；(1)不明原因?qū)е鹿羌?xì)胞產(chǎn)生的FGF-23增多，且不依賴于甲狀旁腺激素或維生素D信號(hào)途徑調(diào)節(jié)或低磷飲食；(2)損傷的腎小管異位分泌；(3)FGF-23的腎臟清除率下降

FGF-23升高的影響因素

FGF-23經(jīng)典調(diào)控者包括活性維生素D、PTH和磷。正常條件下，活性維生素D可促進(jìn)胃腸道吸收鈣磷，血鈣升高與活性維生素D共同抑制甲狀旁腺分泌PTH，PTH負(fù)反饋調(diào)節(jié)腎臟，導(dǎo)致尿鈣排泄增加，從而維持鈣平衡。然而，PTH下降，尿磷排泄減少，活性維生素D促進(jìn)胃腸道吸收磷，最后導(dǎo)致血磷升高，F(xiàn)GF-23分泌增加，最終抑制活性維生素D合成。這就是經(jīng)典的激素負(fù)反饋調(diào)節(jié)環(huán)路：活性維生素D增加—FGF-23升高—活性維生素下降。CKD中FGF-23水平增加與腎功能的惡化導(dǎo)致尿磷排泄減少和血磷潴留有密切相關(guān)。CKD早期FGF-23由骨細(xì)胞分泌產(chǎn)生，患腎也可產(chǎn)生FGF-23[27]。盡管已有研究表明PTH可促進(jìn)骨細(xì)胞分泌FGF-23從而提高循環(huán)中FGF-23的濃度[28-29]，但CKD患者FGF-23升高早于PTH，這至少表明FGF-23不受PTH的調(diào)控[11]?？傊?，PTH對(duì)FGF-23的影響不明確。

除了上述三種物質(zhì)是FGF-23的調(diào)控者，瘦素和雌激素亦可刺激骨分泌FGF-23[30-31]。最近研究發(fā)現(xiàn)鐵可以調(diào)節(jié)體內(nèi)的FGF-23的代謝[32]。補(bǔ)鐵與FGF-23升高和血磷下降相關(guān)，且與骨折風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)[33]。Wolf等[34]發(fā)現(xiàn)缺鐵性貧血女性患者CFGF-23水平升高。同樣在FGF-23基因敲入且低鐵飲食的ADHR突變基因工程小鼠動(dòng)物模型上證實(shí)缺鐵可致FGF-23水平的升高[35]。該動(dòng)物模型誘導(dǎo)缺鐵刺激骨細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和生成FGF-23，同時(shí)發(fā)現(xiàn)野生型FGF-23蛋白酶裂解增加從而降低iFGF-23，最終抑制iFGF-23生物活性。由于ADHR患者的FGF-23對(duì)蛋白裂解酶的有抵抗性，故而該患者循環(huán)中iFGF-23及其生物活性升高。最后，研究者提出這樣的假設(shè)：與ADHR一樣，缺鐵的CKD患者FGF-23酶切減少、生成增加[34]。

小結(jié)：FGF-23升高不僅導(dǎo)致AKI發(fā)生，也是RRT患者生存時(shí)間和病死率的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，其作為潛在性生物標(biāo)志物對(duì)于AKI早期診斷具有重要意義。然而，仍需要深入研究來(lái)區(qū)分CFGF-23和iFGF-23，并評(píng)估FGF-23能否成為AKI不良預(yù)后的預(yù)測(cè)因子。除了明確FGF-23診斷和預(yù)后判斷價(jià)值外，有關(guān)FGF-23升高的病理生理機(jī)制以及生物效應(yīng)仍有待進(jìn)一步證實(shí)，為FGF-23臨床應(yīng)用提供廣泛的基礎(chǔ)研究證據(jù)。