FGF23/Klotho在急性腎損傷中的研究進(jìn)展

廖甄楠 李強(qiáng) 宋卓恒 曹銳 李偉龍, 王潔 戴洪波 欒韶東 胡波尹良紅，4

1暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院腎內(nèi)科，廣州 510000；2東莞市中醫(yī)院內(nèi)十科（腎病），東莞523005；3深圳市龍華區(qū)中心醫(yī)院腎內(nèi)科，深圳 518110；4廣州市恩德氏醫(yī)療制品有限公司，廣州 510663

急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）是一種具有復(fù)雜臨床表現(xiàn)的綜合征，不僅增加患者的病死率，亦對(duì)長期預(yù)后產(chǎn)生不良影響。AKI在全球住院患者中具有較高的發(fā)病率，幾乎占重癥監(jiān)護(hù)患者的30%～60%［1］。在AKI發(fā)生后，血清中成纖維生長因子23（fibroblast growth factor 23，F(xiàn)GF23）水平迅速上升，a-Klotho（以下稱“Klotho”）表達(dá)下降。這兩種指標(biāo)的變化被認(rèn)為是預(yù)測(cè)AKI預(yù)后的新型生物預(yù)測(cè)標(biāo)志。過去十年中，研究認(rèn)為FGF23與膜結(jié)合型Klotho作為復(fù)合受體通過增加磷酸鹽排泄并減少1，25-二羥基維生素D3［1，25 dihydroxyvitamin D3，1，25-（OH）2D3］的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)鈣磷代謝，從而導(dǎo)致礦物質(zhì)代謝紊亂，增加慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）的預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)［2］。然而越來越多的研究發(fā)現(xiàn)在AKI發(fā)生后及慢性腎衰竭早期，機(jī)體鈣磷代謝紊亂還未出現(xiàn)時(shí)已經(jīng)觀察到FGF23水平上升和Klotho表達(dá)下降。FGF23還與鐵代謝、促紅細(xì)胞生成素、炎癥等存在雙向作用［3］。而可溶性Klotho則獨(dú)立于FGF23發(fā)揮改善足細(xì)胞結(jié)構(gòu)、降蛋白尿、調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)、抑制纖維化、調(diào)節(jié)鈣磷代謝、抑制成骨分化和保護(hù)血管等功能。因此，近期觀點(diǎn)認(rèn)為調(diào)節(jié)FGF23升高和Klotho表達(dá)下降的機(jī)制與急性炎癥、氧化應(yīng)激、缺血再灌注損傷等因素密切相關(guān)。與此同時(shí)，相關(guān)發(fā)現(xiàn)使得FGF23和Klotho不僅作為CKD鈣磷代謝紊亂的治療靶點(diǎn)，還為延緩AKI進(jìn)展和改善腎臟預(yù)后提供了新思路。

FGF23的結(jié)構(gòu)和來源

成纖維細(xì)胞生長因子為共享同一個(gè)核心區(qū)域的多肽家族。在FGF家族成員中，包含3個(gè)外顯子的FGF23基因編碼具有251個(gè)氨基酸，前24個(gè)氨基酸序列顯示FGF23是分泌蛋白的信號(hào)肽。FGF23分布于全身血液中，作為介導(dǎo)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵激素［4］。目前人血清中可檢測(cè)到的FGF23包括完整形FGF23（iFGF23）以及C末端FGF23（cFGF23）［5］。

FGF23主要來源于骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞，是鈣磷代謝調(diào)節(jié)的重要激素。FGF23與在多種組織中表達(dá)的單次跨膜成纖維生長因子受體結(jié)合發(fā)揮作用，包括4種不同的成纖維生 長 因 子 受 體 亞 型（FGFR1-4）［6］。其 中FGF23與FGF1-Klotho形成復(fù)合受體，介導(dǎo)磷酸鈉共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（NaPi2a和NaPi2c）在近端腎小管細(xì)胞頂膜上的表達(dá)減少來增加尿磷酸鹽排泄，進(jìn)而降低血磷。在鈣調(diào)節(jié)方面，F(xiàn)GF23通過降低了25-羥維生素D-1α-羥化酶在腎臟的表達(dá)同時(shí)增加了25-羥維生素D-24-羥化酶的表達(dá)來降低循環(huán)中1，25-（OH）2D3含量，間接影響鈣吸收［7］。

一直以來，F(xiàn)GF23被證明在CKD患者中表達(dá)升高且提示預(yù)后不良，可能原因與骨-腎-甲狀旁腺代謝軸功能異常有關(guān)［8］。甲狀旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）和高磷酸水平均被證明為刺激FGF23升高的重要因素。然而不少研究發(fā)現(xiàn)FGF23還能在心臟、肝臟和骨髓等組織器官中表達(dá)，并獨(dú)立于Klotho發(fā)出信號(hào)［9］。結(jié)合最近研究結(jié)果，鐵缺乏、促紅細(xì)胞生成素和慢性低氧血癥與FGF23升高密切相關(guān)［10］?？梢灶A(yù)測(cè)，F(xiàn)GF23調(diào)節(jié)不僅僅局限于鈣磷代謝途徑，還通過其他因素影響腎臟預(yù)后。

Klotho的結(jié)構(gòu)與功能

Klotho于1997年被發(fā)現(xiàn)為與衰老相關(guān)的基因［11］。該基因編碼一個(gè)130 kDa的單程跨膜蛋白，該蛋白由2個(gè)胞外域（KL1和KL2）、1個(gè)跨膜域和1個(gè)短的細(xì)胞增塑尾部組成。目前血清中檢測(cè)到的Klotho主要有2種形式：膜結(jié)合型和分泌型［12］。

Klotho在調(diào)節(jié)礦物質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)方面起著重要作用。具體而言，膜結(jié)合型的Klotho主要在腎臟和腦部表達(dá)，主要充當(dāng)FGF23與FGFR1結(jié)合的共受體，協(xié)助并放大FGF23的作用效應(yīng)，而可溶性Klotho則充當(dāng)內(nèi)分泌物質(zhì)，介導(dǎo)多種信號(hào)通路以改善足細(xì)胞結(jié)構(gòu)、降蛋白尿、調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)、抑制纖維化、調(diào)節(jié)鈣磷代謝、抑制成骨分化和保護(hù)血管功 能 等［7，13］。Klotho在 近 端 小 管 中 通 過 酶 聯(lián) 轉(zhuǎn) 運(yùn) 蛋 白（NaPi-2a，NaPi-2c）的糖基修飾來調(diào)節(jié)鈉偶聯(lián)的磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，從而抑制腎磷的排泄［14］。

在鈣代謝方面，Klotho一方面作為維生素D信號(hào)通路的抑制劑；另一方面在循環(huán)中通過在腔質(zhì)膜中捕獲鈣通道來激活瞬時(shí)受體陽離子通道亞家族V成員5促進(jìn)遠(yuǎn)端腎小管鈣的重吸收［15-16］。此外，Klotho增加了Na-K-ATPase 1-亞基的活性，該亞基激活了鈉鈣交換劑-1的基底外側(cè)鈣出口。還有研究證明Klotho可控制腎的鈣穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)腎外髓鉀通道1。

Klotho被證明是一種細(xì)胞保護(hù)蛋白，可防御氧化應(yīng)激和缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）。炎性細(xì)胞因子、尿毒癥毒素（如吲哚硫酸鹽和對(duì)甲酚硫酸鹽）、高磷酸鹽血癥、低1，25-（OH）2D3、氧化應(yīng)激以及腎素-血管緊張素-醛固酮的激活等因素可下調(diào)Klotho表達(dá)［17］。過氧化物酶體增殖物激活的受體-γ激動(dòng)劑、腎素-血管緊張素-睪酮系統(tǒng)阻滯劑和他汀類藥物會(huì)上調(diào)Klotho的表達(dá)［18-19］。

FGF23/Klotho在AKI中的表達(dá)

1、FGF23在AKI中升高

第1個(gè)AKI患者中檢測(cè)到FGF23明顯升高的報(bào)告來自Leaf等［20］于2010年發(fā)表的病例報(bào)告，該病例描述了1例因橫紋肌溶解導(dǎo)致AKI的45歲男性，發(fā)現(xiàn)其循環(huán)中較低水平1，25-（OH）2D3和高水平的PTH，進(jìn)一步檢測(cè)患者血漿cFGF23水平升高。研究者認(rèn)為FGF23水平升高對(duì)細(xì)胞色素P450 27B1的抑制作用或降低25-羥基維生素D轉(zhuǎn)化率恰好解釋患者血清中1，25-（OH）2D3的降低同時(shí)伴有PTH升高。隨后Leaf等［21］在一項(xiàng)涉及30例AKI患者的對(duì)照實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，AKI發(fā)生24 h及5 d后患者的FGF23水平顯著高于非AKI對(duì)照組。FGF23水平與25-羥基維生素D和1，25-二羥基維生素D均呈負(fù)相關(guān)，與磷酸鹽和PTH均呈正相關(guān)。證明FGF23是一種礦物質(zhì)異常的敏感標(biāo)志且FGF23升高對(duì)細(xì)胞色素P450 27B1產(chǎn)生抑制作用。然而在這項(xiàng)研究中，腎功能正常的住院患者中FGF23的水平亦有升高。FGF23升高的具體調(diào)節(jié)機(jī)制尚未進(jìn)行深入研究。

此后研究員們?cè)诟鞣NAKI環(huán)境中對(duì)嬰兒、兒童、老年人和成人進(jìn)行了cFGF23的測(cè)量，Zhang等［22］報(bào)道了成年重癥AKI患者的血漿cFGF23中位數(shù)水平顯著升高。Brown等［23］的另一項(xiàng)研究證實(shí)，F(xiàn)GF23與社區(qū)老年人的AKI住院風(fēng)險(xiǎn)較高獨(dú)立相關(guān)。Hanudel等［24］發(fā)現(xiàn)輕度AKI患者cFGF23水平升高且比iFGF23持續(xù)升高時(shí)間更長，可能表示FGF23裂解機(jī)制發(fā)生調(diào)整，但總體支持FGF23在AKI早期即迅速升高，裂解亦顯著增加；另外，該研究提出，慢性低氧血癥與FGF23升高機(jī)制相關(guān)。當(dāng)輕度AKI發(fā)生時(shí)，F(xiàn)GF23裂解增加，cFGF23快速升高，抑制鈣吸收，增加磷排泄。隨著AKI進(jìn)展，F(xiàn)GF23持續(xù)升高，作用于其他器官組織靶點(diǎn)，引起慢性炎癥和腎單位損傷等，最后導(dǎo)致AKI患者預(yù)后不良及高病死率。

2、FGF23在AKI中升高的相關(guān)機(jī)制

在AKI發(fā)生后，大量研究證明FGF23表達(dá)升高，先于其他已知的標(biāo)記物，如中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)的脂蛋白和血清肌酐，且FGF23升高伴隨著1，25-（OH）2D3表達(dá)下降和PTH升高［25］。因此既往觀點(diǎn)認(rèn)為腎損傷繼發(fā)的PTH升高和高磷酸血癥是刺激FGF23的主要因素。然而近期研究顯示FGF23的增加可獨(dú)立于PTH和維生素D信號(hào)傳導(dǎo)且部分獨(dú)立于飲食中的磷酸鹽增加［26］。FGF23可以在分化的腎小管中異位表達(dá)，鐵參與了FGF23的代謝調(diào)節(jié)［27-28］。在氧化應(yīng)激方面，慢性低氧血癥與FGF23表達(dá)相關(guān)以及較高的cFGF23水平與炎癥標(biāo)志物（IL-6等）升高獨(dú)立相關(guān)［29］。代謝組學(xué)研究提出，腎靜脈3-磷酸甘油酯（glycerol-3-phosphate，G-3-P）與FGF23升高具有緊密相關(guān)性。在小鼠模型中，外源G-3-P通過局部G-3-P?；D(zhuǎn)移酶介導(dǎo)溶血磷脂酸合成進(jìn)而刺激骨髓產(chǎn)生FGF23［30］。一項(xiàng)針對(duì)入院后48 h發(fā)生AKI的膿毒敗血癥患者的隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，患者循環(huán)中的FGF23與促紅細(xì)胞生成素均早期增加，支持促紅細(xì)胞生成素及其受體參與誘導(dǎo)FGF23在AKI患者循環(huán)中高表達(dá)的假設(shè)［31］。

可以提出，早期cFGF23升高是由于炎癥等因素刺激骨細(xì)胞分泌增加、腎清除率降低以及裂解增加。隨著病情進(jìn)展，腎小管損傷引起FGF23異位產(chǎn)生增加，同時(shí)因腎單位丟失導(dǎo)致礦物質(zhì)代謝、鐵代謝紊亂，正反饋調(diào)節(jié)FGF23表達(dá)。急性炎癥漸漸發(fā)展為慢性炎癥的同時(shí)，F(xiàn)GF23表達(dá)長期處于高水平狀態(tài)，進(jìn)一步預(yù)示腎預(yù)后不良，其中G-3-P、促紅細(xì)胞生成素等與FGF23高表達(dá)密切相關(guān)。

3、Klotho在AKI中的減少

關(guān)于Klotho在AKI中表達(dá)的意義似乎在不同研究中存在爭議，然而多數(shù)研究顯示Klotho在慢性腎衰竭進(jìn)展期和AKI中均表達(dá)下降［32］。2項(xiàng)研究報(bào)道了患有AKI的嚙齒動(dòng)物具有迅速而嚴(yán)重的Klotho蛋白降低并且這種減少在腎臟恢復(fù)后是完全可逆的。Hu和Moe［33］誘發(fā)不同Klotho水平小鼠的CKD和AKI模型。在AKI模型中，Klotho缺乏小鼠在基線時(shí)血漿，腎臟和尿液中的Klotho蛋白水平低于基線。相反，與正常Klotho水平AKI小鼠相比，Klotho過表達(dá)小鼠對(duì)IRI損傷的抵抗力更高。這些結(jié)果表明，Klotho缺乏加劇腎功能損害，Klotho過表達(dá)延緩小鼠AKI發(fā)展，使Klotho不僅作為一種生物標(biāo)志物，更有機(jī)會(huì)作為延緩AKI發(fā)展并改善預(yù)后的靶向治療藥物。

4、Klotho在急性腎衰竭中降低的作用機(jī)制和腎損傷保護(hù)作用

在IRI誘導(dǎo)的AKI小鼠模型中，Klotho在短時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)是上調(diào)，然后再下降。這表明腎臟損傷并非Klotho下調(diào)的唯一因素［34］。促炎細(xì)胞因子或氧化應(yīng)激在細(xì)胞死亡前通過調(diào)節(jié)Klotho啟動(dòng)子甲基化或脫乙酰化而降低Klotho表達(dá)。腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）和干擾素-γ降低了培養(yǎng)的腎上皮細(xì)胞中Klotho mRNA和蛋白水平外源給予TNF配體超家族成員12（TNFSF12）降低了Klotho的腎臟表達(dá)［35-36］。

近期研究發(fā)現(xiàn)，Klotho通過抑制炎癥反應(yīng)，減輕氧化應(yīng)激對(duì)腎臟進(jìn)行保護(hù)，有效延緩腎臟纖維化［37］。補(bǔ)充重組Klotho減輕了AKI小鼠模型中升高的凋亡標(biāo)記和氧化應(yīng)激，并改善了細(xì)胞活力，改善了腎臟纖維化［38］。Klotho過度表達(dá)模型通過失活核因子-κB（NF-κB）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)刺激巨噬細(xì)胞M2極化抑制了尿毒癥毒素誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)并減輕小鼠心臟肥大和腎纖維化［39］。其中甲基蓮心堿通過抑制NF-κB的活化和上調(diào)Klotho的表達(dá)減輕AKI模型的腎臟損傷［40］。另外，Nyera等［32］的研究Klotho/Cr和FGF23（包括完整形FGF23和cFGF23）水平2項(xiàng)指標(biāo)的改變與腎臟損害相關(guān)。壞死抑制蛋白1（necrostatin-1）可以通過其抗壞死、抗凋亡、抗炎性抗氧化劑并保留Klotho表達(dá)并激活腎臟自噬作用而對(duì)抗由順鉑誘導(dǎo)的腎毒性。富氫鹽水通過保留Klotho表達(dá)并激活腎臟中的自噬而發(fā)揮腎臟保護(hù)作用。

小結(jié)與展望

上述研究闡明，F(xiàn)GF23主要由骨和成骨細(xì)胞分泌，在心臟、肝臟和骨髓中均有表達(dá)。FGF23通過Klotho的支架作用與FGF受體形成共受體，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)端腎小管磷排泄增加，鈣吸收減少。Klotho被認(rèn)為具有腎臟保護(hù)作用，除了與FGF23形成骨-腎-骨軸對(duì)鈣磷代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)，還獨(dú)立于FGF23發(fā)揮改善足細(xì)胞結(jié)構(gòu)、降蛋白尿、調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)、抑制纖維化、調(diào)節(jié)鈣磷代謝、抑制成骨分化和保護(hù)血管作用等功能。在AKI中，F(xiàn)GF23迅速升高和Klotho表達(dá)下降被認(rèn)可為腎臟預(yù)后不良的敏感生物學(xué)標(biāo)志。FGF23和Klotho表達(dá)改變的相關(guān)機(jī)制仍未有明確定論，但近期各項(xiàng)研究均提及炎癥損傷、氧化應(yīng)激等參與介導(dǎo)這兩者與AKI之間的關(guān)系，表示腎臟損傷不是FGF23和Klotho調(diào)節(jié)通路的唯一因素。且有研究提出FGF23可作為AKI啟動(dòng)透析治療的生物標(biāo)記［41］。雖然目前仍缺乏大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究顯示Klotho過表達(dá)狀態(tài)動(dòng)物和誘導(dǎo)AKI后給予重組Klotho可加速腎臟恢復(fù)，減少腎臟纖維化。

綜上所述，F(xiàn)GF23和Klotho在保護(hù)AKI患者腎功能、延緩病情進(jìn)展以及作為生物學(xué)標(biāo)志物方面發(fā)揮重要的作用，且作為治療靶點(diǎn)改善患者腎臟預(yù)后方面具有較好的潛力。