FGF23與CKD患者鈣磷代謝及心血管疾病關系研究進展

閆奇奇 綜述 郝 麗，張 森 審校

近年來，慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)的發病率明顯升高，已經嚴重威脅人類健康。慢性腎臟病患者早期易出現鈣磷代謝紊亂，及時檢測并糾正其紊亂、維持鈣磷代謝平衡對延緩慢性腎臟病進展具有重要意義。研究[1]顯示，成纖維細胞生長因子23(fibroblast growth factor 23，FGF23)可能在CKD 2期即出現升高，先于CKD患者甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)和磷水平的改變，且FGF23是CKD患者發生心血管事件及死亡的獨立危險因素，有效降低FGF23水平或對延緩慢性腎臟病進展、改善患者預后具有重要意義。本文就FGF23基本作用機制、與CKD患者鈣磷代謝及心血管疾病關系做一綜述。

1 FGF23及Klotho蛋白簡介

FGF23是成纖維細胞生長因子家族的一員，是一類主要由骨細胞和成骨細胞產生的多肽。編碼蛋白產物包含251個氨基酸，而分泌型FGF23，即成熟全段 FGF23(iFGF23)分子量約32 ku，包含227個氨基酸。分泌過程中iFGF23可被降解成N末端FGF23(nFGF23)和C末端FGF23(cFGF23)，但只有iFGF23才具有生物活性。nFGF23具有FGF23受體(fibroblast growth factor receptor，FGFR)結合域，可與FGFR結合，cFGF23則可與Klotho蛋白結合。Klotho蛋白包括α-Klotho、β-Klotho和γ-Klotho 3種，其中α-Klotho蛋白主要表達在腎臟及甲狀旁腺，又可分為分泌型α-Klotho蛋白和膜型α-Klotho蛋白。分泌型α-Klotho蛋白作為具有酶活性的內分泌因子發揮作用，而膜型α-Klotho蛋白則作為FGF23與FGFR結合的輔助因子，增強其親和力[2]。

2 FGF23生理機制及對鈣磷代謝的影響

2.1FGF23-Klotho軸腎臟是α-Klotho蛋白的主要表達器官，近幾年有關腎臟FGF23-Klotho軸的研究取得了顯著進展。在近端腎小管，FGF23能夠在Klotho存在時直接激活其上皮細胞中細胞外調節蛋白激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase-1/2，ERK1/2)及血清/糖皮質激素調節激酶1(serum/glucocorticoid-regulated kinase-1，SGK1)，SGK1的激活進一步導致Na+/H+交換調節輔因子1(Na+/H+exchange regulatory cofactor-1，NHERF-1)磷酸化，并隨后抑制鈉依賴性磷酸鹽轉運蛋白2a(NaPi-2a)和鈉依賴性磷酸鹽轉運蛋白2c(NaPi-2c)在細胞膜上的表達。其中FGF23主要通過抑制NaPi-2a表達減少磷酸鹽重吸收，NaPi-2c僅起小部分作用。但有一些動物研究顯示，NaPi-2c無功能動物模型出現不能由NaPi-2a調節恢復的低磷血癥和磷酸鹽排泄增加，而NaPi-2a無功能動物模型卻不會出現上述改變。這可能是由于物種差異引起，其具體機制有待進一步研究[3]。Han et al[4]研究發現敲除近端腎小管FGFR1的小鼠出現了高磷血癥及FGF23抵抗，進一步證實FGF23可直接激活近端腎小管上皮細胞，并提示其受體可能為FGFR1。此外，有動物研究[5]顯示，完全消除FGF23抑制磷酸鹽重吸收的作用必須敲除FGFR1和FGFR4，提示FGFR4也為其受體之一。而NHERF-1是否為SGK1的直接靶目標以及SGK1激活是否可引起NHERF-1下游目標的磷酸化，目前仍尚未明確。此外，FGF23還可在Klotho存在及FGFR1、3、4參與下激活ERK1/2，從而抑制腎臟1α-羥化酶的表達，盡管ERK1/2下游信號通路目前還不清楚。在遠端腎小管，鈣的重吸收受上皮細胞鈣通道瞬時受體電位香草酸亞型5(transient receptor potential vannilloid-5，TRPV5)開放數目調節。研究[6]顯示，FGF23在遠端腎小管獨立于維生素D水平調節TRPV5，使其開放數目增多。其機制主要是FGF23引起ERK1/2、SGK1及WNK4(with-no-lysine kinase 4)激活，而WNK4不僅是TRPV5等膜蛋白胞內轉運的關鍵酶，還是NCC(Na+Cl-cotransporter)表達數量的關鍵調節因子。總的來說，FGF23不僅抑制近端腎小管磷酸鹽重吸收，也通過激活WNK4調節遠端腎小管鈣鈉轉運。

2.2FGF23/OPG軸FGF23在血管平滑肌細胞中的作用機制尚未完全明確，過往研究發現人和小鼠血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)沒有Klotho mRNA表達，FGF23對鈣沉積不起作用。但也有研究[7]顯示Klotho mRNA在小鼠血管平滑肌細胞中表達，FGF23通過細胞外信號調節激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)信號傳導通路促進成骨細胞分化并加速血管鈣化。骨保護素(osteoprotegerin，OPG)是一種調節骨形成和血管鈣化的分泌蛋白，被認為是核因子κB配體的受體激活劑(receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL)的受體。RANKL可通過RANK的激活上調骨形態發生蛋白4(bone morphogenetic protein 4，BMP4)的表達，從而促進血管鈣化。Nakahara et al[8]在體外研究中發現，水平升高的FGF23會在α-Klotho蛋白存在時激活ERK信號傳導并通過FGFR1上調OPG表達，但對RANKL的表達沒有影響。OPG/RANKL表達上調進一步抑制MSX2、RUNX2、BMP2、BMP4及ALP等成骨分化基因的表達，并最終抑制血管鈣化。這是一種新的機制，但OPG基因在FGF23介導下的具體調控機制以及FGF23/OPG軸在體內對血管鈣化的作用尚有待研究。此外，這些研究結果的差異可能與實驗采用的血管平滑肌細胞物種不同、培養條件不同以及細胞傳代次數不同等有關。

2.3FGF23-Klotho軸/RAAS系統阻斷腎素血管緊張素-醛固酮系統(renin angiotensin-aldosterone system，RAAS)可通過降低血壓及尿蛋白、抗纖維化等作用延緩慢性腎臟病進展。RAAS和FGF23-Klotho軸之間存在復雜的相互作用機制。FGF23 升高可下調1α-羥化酶表達，導致1，25(OH)2D3水平下降，腎素分泌增加，腎素血管緊張素系統激活，從而使血管緊張素Ⅱ升高，而血管緊張素Ⅱ可下調Klotho蛋白表達，造成 FGF23抵抗，使FGF23 水平進一步升高[9]。FGF23還可干擾RAAS阻斷劑的藥理作用。此外，有研究[10]表明Klotho蛋白通過抑制Wnt/β Catenin途徑參與調節RAAS的激活。

圖1 腎臟FGF23-Klotho軸示意圖

2.4FGF23對鈣磷代謝的影響腎臟是人體維持水、電解質、無機鹽平衡，排出代謝廢物的重要器官，也是體內1，25(OH)2D3的主要來源。1，25(OH)2D3合成關鍵酶1α-羥化酶主要在近端腎小管上皮細胞表達，并受PTH、FGF23、1，25(OH)2D調節。FGF23是重要的磷酸鹽代謝調節分子，可通過抑制近端腎小管磷酸鹽重吸收調節體內磷酸鹽穩態。CKD患者腎臟清除能力下降，早期即可出現鈣磷代謝紊亂，引起FGF23代償性升高，以減少腎臟磷的重吸收和1，25(OH)2D3的合成，從而維持鈣磷代謝平衡[1]。在CKD晚期，由于腎臟 Klotho合成減少以及靶器官出現FGF23抵抗，高FGF23水平不僅不能有效調節鈣磷平衡，反而出現一系列毒性作用，如甲狀旁腺功能亢進、佝僂病、左心室肥厚、血管鈣化等。

3 FGF23對CKD患者相關靶器官的調節作用

3.1FGF23對甲狀旁腺的作用甲狀旁腺是FGF23的另一靶器官，可表達FGFR及α-Klotho蛋白。其分泌的PTH是機體調節磷代謝的又一重要調節分子。FGF23在甲狀旁腺中的正常生理作用尚未明確，體內外研究表明FGF23可抑制PTH的合成和分泌，但大量實驗數據表明FGF23與PTH呈正相關。這種相互矛盾的結果可能與甲狀旁腺FGFR及α-Klotho蛋白表達下降、細胞增生標志物Ki67上調、甲狀旁腺組織出現FGF23抵抗等有關，其機制有待進一步研究。CKD患者可出現繼發性甲狀旁腺功能亢進(secondary hyperparathyroidism，SHPT)，其機制與FGF23代償性升高從而抑制1，25(OH)2D3的合成，以及隨著CKD進展，FGF23不能有效維持磷平衡以及FGF23-Klotho軸對甲狀旁腺功能的抑制作用減弱有關。

3.2FGF23對骨骼系統的作用在骨骼礦化過程中磷不可或缺，FGF23作為磷代謝調節分子，必然也對骨的發育和功能起到一定作用。FGF23過度表達者可出現低磷血癥、佝僂病/骨軟化等，而FGF23缺乏者可出現高磷、高鈣血癥及嚴重骨疾病等。由于FGF23受DMP1、PHEX蛋白、FAM20C激酶、血清磷水平、硬骨素等局部因素和PTH、1，25(OH)2D3等全身因素調節，其對骨礦化的影響可能是通過多種與磷酸鹽穩態相關的傳導途徑相互作用介導。FGF23作為一種局部信號分子，通過促進骨礦化拮抗物的產生發揮其抑制骨礦化的作用。

4 FGF23對心血管系統的作用

FGF23是CKD患者多種心血管事件的危險因素，對預測CKD患者臨床終點事件有重要價值。有動物實驗表明，FGF23可促進心肌纖維化并加重由心肌梗死或缺血/再灌注引起的舒張功能障礙，這與活性β-連環蛋白和轉化生長因子β的上調有關[11]。

4.1血壓一項對128例CKD患者的臨床研究[12]表明，血清FGF23水平與平均動脈壓呈正相關。這提示，FGF23對反映CKD患者血壓水平及透析治療效果有重要臨床意義。

4.2房顫房顫(atrial fibrillation，AF)在ESRD患者中發病率更高，并增加了CKD患者進展為ESRD的風險。日本一項研究[13]表明FGF23和房顫患病率獨立于腎功能和血清鈣磷代謝調節因子呈U型相關，但其機制尚不明確。

4.3左心室肥厚左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)在CKD患者，尤其是ESRD患者中普遍出現，并與CKD患者心血管事件發生率及死亡率密切相關。多項臨床研究證實FGF23對LVH具有促進作用。但FGF23與其受體結合需α-Klotho蛋白的參與，心肌細胞中沒有α-Klotho蛋白表達，有研究卻發現FGF23仍可導致左心室肥厚，提示FGF23可對心臟產生直接毒性作用。Mitsnefes et al[14]在一項對587例CKD兒童研究中發現，對于eGFR≥45 ml/(min·1.73 m2)的患兒，高FGF23水平與高LVH發生率顯著相關。Leifheit-Nestler et al也在一項對24例終末期腎病患兒的研究中發現CKD患者FGF23水平和LVH呈強正相關，并提示其信號傳導機制可能是FGFR4依賴的PLCγ/鈣依賴磷酸酶/NFAT途徑的級聯型信號傳導，但目前尚缺乏數據證實[15]。

4.4血管鈣化血管鈣化(vascular calcification，VC)在CKD3-5期患者中發病率可達79%，并可用于預測CKD患者死亡率。CKD晚期患者幾乎在所有動脈，包括冠狀動脈中均出現血管內膜及中膜鈣化。FGF23是各階段CKD患者血管鈣化的獨立生物標志物。最近一項在對227例維持性血液透析患者的研究也發現FGF23水平與維持性血液透析患者腹主動脈鈣化程度獨立相關。FGF23在血管鈣化中如何發揮作用尚未完全明確，研究[7]表明，FGF23的增加可促進磷誘導的血管鈣化。Nakahara et al[8]在一項體外研究中發現FGF23抑制成骨細胞基因表達并誘導人主動脈血管平滑肌細胞中骨保護素的表達，提示FGF23可能通過抗血管平滑肌細胞成骨轉化作用抗血管鈣化。

圖2 FGF23對CKD患者相關靶器官的調節作用示意圖

5 降FGF23藥物在延緩慢性腎臟病進展中的應用

FGF23是 CKD患者鈣磷代謝紊亂、血管鈣化、心血管事件的重要生物標志物，也是維持性透析患者死亡的獨立危險因素，可能在CKD 2期即出現升高，先于CKD患者PTH和磷水平的改變[1]。CKD早期FGF23水平代償性升高可維持體內鈣磷代謝平衡，但CKD晚期FGF23水平升高明顯，促使患者出現各種全身并發癥。鑒于FGF23水平升高較早，可早期有效預測CKD患者病情進展，降低FGF23水平可能是延緩慢性腎臟病病情進展，改善預后的有效措施。

5.1降低血磷限制飲食中磷攝入量或使用磷結合劑可以降低FGF23水平[16]。采用不含鈣的磷結合劑司維拉姆可降低CKD患者FGF23水平，盡管還沒有明確的劑量-反應關系。而含鈣的磷結合劑不僅不能降低其水平，甚至可使其水平升高。其機制可能是由于鈣被認為是刺激FGF23合成的次要因子。煙酰胺是磷酸鹽轉運抑制劑，可有效阻斷腸道NaPi-2b的表達，導致磷酸鹽吸收減少，并可有效降低FGF23水平。

此外，近年來研究[17]顯示鐵缺乏可刺激FGF23生成，而對于常染色體顯性低磷血癥性佝僂病以及CKD患者，其FGF23降解功能障礙，最終導致FGF23水平升高。因此，糾正鐵缺乏也可能是有效降低FGF23水平的手段之一。含鐵磷酸鹽結合劑主要包括蔗糖羥基氧化物(sucroferric oxyhydroxide，PA21)和檸檬酸鐵復合物兩種。PA21與FGF23水平下降相關，提示PA21可降低FGF23水平，但其具體機制目前尚未明確。檸檬酸鐵復合物可有效降低非透析CKD患者FGF23水平，在一項對27名鐵缺乏的血液透析患者的為期3個月的研究中發現，檸檬酸鐵復合物降FGF23效果優于司維拉姆，這種作用獨立于血清磷水平[18]。但由于其實驗為短期開放標簽實驗，故長期療效不能肯定。

5.2擬鈣劑一項對49名腹膜透析患者的單中心回顧性研究發現，應用西那卡塞及增加腹膜透析灌注量可降低FGF23水平，提示西那卡塞及特定腹膜透析方案或可有效降低FGF23水平[19]。西那卡塞是一種鈣受體增敏劑，其降低FGF23水平的可能機制一方面是直接作用于骨細胞抑制FGF23合成，一方面是通過激活甲狀旁腺鈣敏感受體降低PTH(已被證實可直接誘導FGF23合成)分泌，從而間接引起FGF23水平下降。

活性維生素D及其類似物已證實可引起FGF23水平升高。Hansen et al[20]研究表明，阿法骨化醇和帕立骨化醇均可使血液透析患者FGF23升高2～3倍，而在清除后恢復基線水平。故避免過度使用活性維生素D及其類似物對降低FGF23水平或可發揮一定作用。

5.3FGF23抗體及FGFR阻斷劑FGF23抗體可明顯降低FGF23水平，但卻可能引起血磷水平升高，增加患者死亡率。故如何在應用FGF23抗體降低CKD患者FGF23水平的同時有效控制磷水平尚有待進一步探索。此外，NVP-BGJ398(一種選擇性FGFR阻斷劑)能在分子信號傳導通路水平上有效阻斷FGFR發揮作用[21]，但如何在抑制FGF23對心臟等器官的毒性作用的同時不影響其正常生理功能尚有待研究。

5.4甲狀旁腺切除術及腎移植對于難治性SHPT，甲狀旁腺切除術是一種有效治療手段。有研究[22]顯示，FGF23水平升高與CKD 5期患者心率變異性降低獨立相關，而成功的甲狀旁腺切除術可以逆轉這些異常指標。腎移植作為終末期腎病的治療手段，也可顯著降低FGF23水平。Coskun et al[23]在一項對106例腎移植患者和30例CKD患者的研究中則發現腎小球濾過率相同時其血清FGF23水平無明顯差異。

6 展望

FGF23作為CKD患者發生心血管事件及死亡的獨立危險因素及預測CKD進展的早期指標，有效降低FGF23水平對延緩慢性腎臟病進展、改善預后具有重要意義。限制磷攝入、降低磷水平、應用擬鈣劑、合理應用活性維生素D、應用FGF23抗體及FGFR阻斷劑等是降低血清FGF23水平的有效措施，但仍有許多問題，如FGF23應控制在何種水平、FGF23抗體和FGFR阻斷劑應用時機及安全性等尚有待更多研究。