Klotho-FGF23軸在慢性腎臟病中的研究進展

黃芳 王潔

【關鍵詞】 ?成纖維細胞生長因子23;Klotho;慢性腎臟病

中圖分類號： R692?? ?文獻標志碼： A?? ?DOI： 10.3969/j.issn.1003-1383.2021.08.014

慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）是危害全球的公共衛生問題，臨床中缺乏根治CKD的特異性方案，為CKD尋找新的靶點，是目前臨床關注的重點。骨細胞與成骨細胞可大量分泌成纖維細胞生長因子23（fibroblast growth factor-23，FGF23），其作用機制是加快機體排泄尿磷，調節血磷水平[1～2]。隨著疾病進展，腎小管對磷的重吸收下降，以及腎小球濾過磷降低而發生高磷血癥，表明FGF23與高磷血癥的發生密切相關[3]。FGF23及其受體活化需Klotho蛋白輔助，Klotho蛋白可進一步提高FGF23及其受體的親和力，同時Klotho可作為體液因子加快腎臟中磷排泄。此外還有研究發現Klotho是急性腎損傷的保護因子之一[4]。因此，Klotho-FGF23軸是腎臟鈣磷代謝的重要信號通路之一，參與CKD發生，基于Klotho-FGF23軸的生物學特征、與腎間質纖維化和骨礦物質代謝及后期并發癥的關系等方面展開綜述，有可能為臨床中治療及藥物開放提供新思路。

1 Klotho和FGF23的生物學特征

1.1 Klotho的生物學特征

Klotho是1014個氨基酸構成的單次跨膜蛋白質，其相對分子量為130 000，基因定位在人類常染色體13q12中[5]。在腎臟的遠曲小管、甲狀旁腺細胞、腦內脈絡叢上皮細胞中有Klotho表達，其生物學作用有兩種：①與FGF23結合并介導機體中鈣、磷代謝平衡，作為膜結合型;②作為分泌型，可調控細胞凋亡、調節氧化應激與炎癥、介導離子轉運并提高骨骼肌力等不同方面的作用。Klotho受體表達易受生物活性肽、甲狀旁腺激素、生長因子、轉錄因子、炎癥及氧化應激等多方面因素的影響[6]。綜上，說明Klotho蛋白在調節CKD患者的鈣磷平衡、氧化應激及抗炎等方面有關鍵作用。

1.2 FGF23的生物學特征

FGF23是251個氨基酸構建的蛋白質，其相對分子量為32 000，基因定位在人類常染色體12p13中，是成纖維細胞生長因子家族中的成員，來源于骨細胞、成骨細胞合成及分泌[7]。臨床動物實驗發現，敲除小鼠的FGF23基因后，由于鈣磷代謝失衡小鼠生長延緩、皮膚呈現萎縮狀態、骨密度減弱且異位血管呈現鈣化;而FGF23過表達時，小鼠尿中檢測出大量磷，甚至還會出現甲狀腺功能亢進，易誘發低磷血癥、佝僂病、骨軟化等并發癥[8]。綜上，提示FGF23可影響血磷水平及腎功能。

2 Klotho和FGF23與腎間質纖維化及骨礦物質代謝的關系

2.1 Klotho與腎間質纖維化的關系

Klotho蛋白參與抑制腎間質纖維化來發揮保護腎臟作用，腎間質纖維化后臨床中觀察到Klotho蛋白呈現低表達，推測可能是由于腎組織發生病理性改變。研究發現，腎組織中的Klotho蛋白表達量與腎小球硬化、腎間質纖維化嚴重程度密切相關，采用內源性刺激與外源性大量補充Klotho蛋白，能夠有效延緩腎間質纖維化發生發展[9]。相似研究發現，腎臟細胞經過氧化應激作用后造成腎臟出現病理變化，為延緩病理進展，Klotho蛋白刺激超氧化物歧化酶活化而降低活性氧簇，改善氧化應激，降低細胞死亡，維持腎臟細胞的正常功能與狀態，說明Klotho蛋白在腎間質纖維化中可通過多方面作用來避免疾病進一步惡化，對腎臟發揮一定的保護作用[10]。綜上，Klotho蛋白是評估CKD患者腎間質纖維化的有效指標，臨床可深入開展體內外研究來進一步驗證Klotho蛋白作為診斷、通路及靶向治療位點的作用。

2.2 Klotho與鈣、磷、甲狀旁腺激素的關系

1，23（OH）2D3、Klotho蛋白及FGF23間具有互通的機理，是維持機體磷酸鹽代謝均衡狀態的重要因素，也是近年來臨床研究的熱點，在細胞膜中的Klotho蛋白與靶分子有機結合，達到對身體中鈣、磷代謝的影響，FGF23同樣是Klotho膜蛋白的關鍵靶向分子，減弱維生素D生物合成及細胞對磷元素的重吸收，加快尿磷排泄，從而降低血管鈣化發生率[11]。臨床還有研究發現，Klotho蛋白可抑制近端小管中有關蛋白的表達，發揮抑制腎臟重吸收磷的目的，調控高表達的磷水平[12]。相似研究發現，Klotho蛋白并非單純作用于腎臟調節磷吸收，還可通過調節腸道細胞中有關蛋白的表達而阻止腸道吸收磷，降低機體尿磷及血磷濃度[13]。綜上，Klotho蛋白濃度表達異常會嚴重影響機體鈣磷代謝平衡。

腎臟作為樞紐承載著調節機體水、電解質及礦物質代謝的器官，在CKD疾病進展發生衰竭后，腎小球濾過隨之減弱，FGF23異常出現高表達，導致腎小管正常大量吸收鈣、磷而無法維持鈣磷代謝平衡狀態。由于FGF23需要Klotho蛋白輔助實現與受體的結合，活化Klotho依賴型途徑，參與甲狀旁腺細胞膜中維生素D的代謝，促使甲狀旁腺細胞增殖受限，出現鈣磷介導的生理變化[14]。因此，甲狀旁腺激素的合成及分泌同樣受Klotho蛋白的影響。

2.3 FGF23與腎間質纖維化的關系

CKD發展到腎衰竭后呈現的病理變化即為腎間質纖維化，表現為腎間質內細胞、膠原成分大量集中，同時出現腎小管擴張、形態萎縮，小管附近毛細血管減弱，腎進行性損傷，腎小球濾過率下降而加速腎纖維化，并且FGF23水平高表達表明CKD患者疾病惡化，甚至可能有心血管事件發生，與死亡等不良預后相關[15]。因此，推測調節FGF23表達對腎小管間質纖維化發生發展及不良并發癥的出現具有一定關系。

2.4 FGF23與鈣、磷、甲狀旁腺激素的關系

磷是臨床中公認的對FGF23表達具有正向調節作用的微量元素。目前對磷與FGF23水平的有關研究指出，健康人長時間大量攝入高磷酸鹽后造成血清中FGF23水平升高，而采用低磷飲食的患者FGF23水平下降，從而說明，磷對FGF23表達的介導作用需較長時間，并非在短期中就出現顯著變化[16]。活性維生素D是介導FGF23的關鍵因子。臨床報道指出血鈣與FGF23呈正相關，FGF23對血鈣的刺激條件是：①血清中鈣≥8 mg/dL;②長時間持續作用。符合上述2個條件后，FGF23水平會升高，說明高鈣血癥可介導FGF23大量分泌[17]。臨床進一步開展動物試驗發現，高鈣血癥可通過調節非維生素D通路來刺激FGF23分泌與合成[18]。因此，患者出現高鈣血癥后，FGF23濃度改變與鈣濃度密切相關。

甲狀腺作為FGF23關鍵的靶器官，FGF23與甲狀旁腺激素相互作用，作為經典的負反饋環路，在本身是甲亢疾病的CKD患者中檢測到其血清中FGF23水平升高，而隨著CKD進展機體中礦物質及FGF23呈現低表達。臨床大量研究發現，CKD初期時甲狀旁腺激素并無顯著改變，而機體中的FGF23表達水平已高達常人的2～3倍[19]。說明在CKD發病初期時，FGF23可作為敏感性指標預測疾病。

3 Klotho-FGF23軸是礦物質代謝的關鍵調節器

3.1 Klotho-FGF23軸與磷代謝

機體中存在大量的元素，而磷是機體含量最高的元素之一，其以無機化形式在攝入、排泄及沉淀的路徑分別到達腸道、腎臟、骨骼中。近年來研究發現甲狀旁腺激素、1，25（OH）2D3及FGF23在磷代謝中具有重要作用[20]。血磷呈現高表達是預測心血管相關疾病的獨立危險因素，Klotho-FGF23軸是初期評估血磷的關鍵指標。經臨床研究發現，Klotho蛋白介導血磷代謝時發揮關鍵作用，并且可以通過介導相關的轉運蛋白NaPi2a等影響血磷水平下降;而在機體中的高表達及缺少則會限制FGF23對血磷的作用[21]。綜上，Klotho-FGF23軸與磷代謝平衡變化密切相關，但具體的作用機制需深入研究。

3.2 Klotho-FGF23軸與維生素D代謝

動物實驗報道，Klotho-FGF23軸與維生素D間存在互通且互相影響的作用，機體中的FGF23表達與1，25（OH）2D3水平變化密切相關。FGF23可與大量基因作用參與調節維生素D代謝，如發現FGF23與FGFRs-Klotho結合可影響編碼1-羥化酶Cyp27b1基因表達，降低維生素D的合成作用，并增強24-羥化酶的Cyp24al基因表達，促進機體中活性維生素D大量分解，從而刺激成骨細胞中內源性FGF23mRNA表達[22]。綜上，Klotho-FGF23軸與維生素D代謝互相作用，互相影響。

3.3 Klotho-FGF23軸與甲狀旁腺激素

甲狀旁腺激素在維持機體血鈣、磷水平，調節血液中鈣質穩定性等方面起關鍵作用。臨床已證實，甲狀旁腺激素與FGF23間相互調控而通過Klotho及FGF受體結合產生功能復合體，并且通過多條信號通路發揮傳導作用[23]。綜上，Klotho-FGF23軸與甲狀旁腺激素在除上述機理作用外，同樣與機體內循環系統等相關。

4 Klotho-FGF23軸與慢性腎臟病后期并發癥的關系

4.1 Klotho-FGF23軸與慢性腎臟病骨代謝異常

Klotho-FGF23軸表達與CKD繼發骨質疏松密切相關。現有大量研究發現，骨代謝水平與FGF23表達高低息息相關。臨床經過動物模型，檢測小鼠靜脈血發現其血清維生素D呈現低表達，而FGF23過表達，且伴佝僂病、骨軟化等并發癥，說明FGF23異常表達后嚴重影響骨代謝[24]。在骨代謝中Klotho聯合FGF23蛋白共同對骨形成、代謝及重建發揮的作用是介導血磷、1，25（OH）2D3及甲狀旁腺激素等間接調控發生的。綜上，Klotho-FGF23軸參與了CKD骨代謝疾病的發生，其主要受血磷、維生素D及甲狀旁腺激素調控，臨床中應對相關機制深入探索，旨在為臨床防治提供參考。

4.2 Klotho-FGF23軸與慢性腎臟病血管鈣化

CKD患者血管鈣化表現為內膜鈣化與中層鈣化兩種，臨床中CKD患者的兩種鈣化會同時存在，并且還會出現在相同血管中，但目前關于Klotho-FGF23軸與血管鈣化的相關研究發現，可能是由于機體甲狀旁腺激素及鈣離子過量等共同作用產生，其具體機制及表達水平仍未有準確定論[25]。研究發現CKD3～5期患者其血漿FGF23與冠脈鈣化積分密切相關;而另一項研究同樣發現CKD透析患者中FGF23呈現高表達，與冠狀動脈、主動脈及外周血管密切相關[26]。但目前關于Klotho-FGF23軸與血管鈣化的研究仍處于初期階段。

4.3 Klotho-FGF23軸與慢性腎臟病心血管疾病

最新研究發現，CKD患者易受到心血管疾病相關因素的影響，如高血壓、高血脂及肥胖、心肌酶譜異常等[27]。在CKD患者腎小球濾過<60 mL/min時，排除相關的混雜因素后，FGF23呈現高表達的患者病死率升高[28]。Klotho蛋白在FGF23及鈣磷代謝中是關鍵輔助因子，所以推測FGF23及鈣磷代謝對心肌生長及功能具有一定的影響，并且已報道Klotho對血管鈣化具有保護作用，Klotho阻滯TRPC6通道后，介導心臟中異常的鈣離子信號可以減少心肌肥大事件發生[29～30]。雖然Klotho-FGF23軸在某種程度上對CKD心血管疾病具有一定的調控作用，但目前對于相關機制仍未有確切報道。

5 Klotho-FGF23軸在臨床中的應用展望

Klotho-FGF23軸信號通路與CKD鈣磷、甲狀旁腺激素平衡密切相關，與CKD后期并發癥有緊密聯系，促使Klotho-FGF23軸有可能成為CKD疾病防治的靶點。目前，臨床中除了抗FGF23抗體外，已有能干擾Klotho-FGF23軸的小分子抑制劑介導FGF23作用，FGF23功能過剩與缺失均會誘發高磷血癥。結合現有文獻資料已證實激活FGF23需要依賴Klotho途徑，所以為臨床防治CKD及有關疾病提供新的方向。既往臨床研究重點是FGF23對CKD及并發癥的調控，以研發針對FGF23的治療為主要方向，但目前發現還可以介導Klotho表達及改變FGF23相關受體，調節Klotho-FGF23通路的生理平衡。與FGF23對比，開發以Klotho-FGF23軸為靶點的治療方案目前仍在基礎研究中，如構建Klotho過達標轉基因小鼠，驗證了介導該因子可促進腎臟線粒體細胞功能恢復，減少腎臟細胞凋亡，發揮保護腎臟的作用。雖目前發現Klotho-FGF23軸對治療CKD及相關并發癥具有重大潛力，但關于該通路及其機制方面仍處于起步研究階段，Klotho-FGF23軸對下游通路及相關表型的影響仍在探索中，所以Klotho-FGF23軸作為CKD治療靶點的效果及安全性，還需要臨床大量研究來進一步驗證。

6 小結

CKD作為臨床中高發疾病，對患者的健康及生活質量有嚴重影響。隨著Klotho-FGF23軸的發現及其對相關機制的研究，Klotho-FGF23軸與腎間質纖維化、磷鈣代謝、甲狀旁腺激素及CKD相關并發癥都密切相關，從而證實了Klotho-FGF23軸有可能成為治療CKD的新靶點，為治療提供新思路。但由于目前關于以Klotho-FGF23軸切入治療CKD方案有待更多、更廣泛的實驗及臨床研究，從本文的論述中可以更深入地掌握該通路對CKD發病的影響，對臨床展開CKD診斷及防治具有促進作用。

參 考 文 獻

[ 1] ??YAMADA S，GIACHELLI C M.Vascular calcification in CKD-MBD：Roles for phosphate，FGF23，and Klotho[J].Bone，2017，100：87-93.

[ 2] ??FELSENFELD A J，LEVINE B S，RODRIGUEZ M.Pathophysiology of calcium，phosphorus，and magnesium dysregulation in chronic kidney disease[J].Semin Dial，2015，28（6）：564-577.

[ 3] ??LU X，HU M C.Klotho/FGF23 axis in chronic kidney disease and cardiovascular disease[J].Kidney Dis：Basel，2017，3（1）：15-23.

[ 4] ???ZOU D，WU W，HE Y，et al.The role of Klotho in chronic kidney disease[J].BMC Nephrol，2018，19（1）：285.

[ 5] ??BERGMARK B A，UDELL J A，MORROW D A，et al.Klotho，fibroblast growth factor-23，and the renin-angiotensin system - an analysis from the PEACE trial[J].Eur J Heart Fail，2019，21（4）：462-470.

[ 6] ??DARYADEL A，BETTONI C，HAIDER T，et al.Erythropoietin stimulates fibroblast growth factor 23 （FGF23） in mice and men[J].Pflugers Arch，2018，470（10）：1569-1582.

[ 7] ??HU S J，WANG D，ZHANG R，et al.Effect of Ronghuang Granule on serum FGF23，FGFRs and Klotho in non-dialysis patients with CKD-MBD and kidney deficiency and damp-heat syndrome[J].J South Med Univ，2018，38（12）：1427-1432.

[ 8] ??D'ARRIGO G，PIZZINI P，CUTRUPI S，et al.FGF23 and the PTH response to paricalcitol in chronic kidney disease[J].Eur J Clin Invest，2020，50（2）：e13196.

[ 9] ??ADEMA A Y，VAN ITTERSUM F J，HOENDEROP J G，et al.Reduction of oxidative stress in chronic kidney disease does not increase circulating α-Klotho concentrations[J].PLoS One，2016，11（1）：e0144121.

[10] ??LIN H H，LIOU H H，WU M S，et al.Long-term sevelamer treatment lowers serum fibroblast growth factor 23 accompanied with increasing serum Klotho levels in chronic haemodialysis patients[J].Nephrology （Carlton），2014，19（11）：672-678.

[11] ??KURO-O M.The FGF23 and Klotho system beyond mineral metabolism[J].Clin Exp Nephrol，2017，21（Suppl 1）：64-69.

[12] ??ANDRUKHOVA O，BAYER J，SCH？倝 LER C，et al.Klotho lacks an FGF23-independent role in mineral homeostasis[J].J Bone Miner Res，2017，32（10）：2049-2061.

[13] ??MUOZ-CASTAEDA J R，RODELO-HAAD C，PENDON-RUIZ DE MIER M V，et al.Klotho/FGF23 and wnt signaling as important players in the comorbidities associated with chronic kidney disease[J].Toxins （Basel），2020，12（3）：E185.

[14] ??IMEL E A，BIGGIN A，SCHINDELER A，et al.FGF23，hypophosphatemia，and emerging treatments[J].JBMR Plus，2019，3（8）：e10190.

[15] ??GOHIL A，IMEL E A.FGF23 and associated disorders of phosphate wasting[J].Pediatr Endocrinol Rev，2019，17（1）：17-34.

[16] ??BERGWITZ C， JPPNER H. Regulation of phosphate homeostasis by PTH， vitamin D， and FGF23[J]. Annu Rev Med，2010，61：91-104.

[17] ??HAFFNER D，LEIFHEIT-NESTLER M. Extrarenal effects of FGF23[J]. Pediatr Nephrol，2017，32（5）：753-765.

[18] ??KINOSHITA Y，FUKUMOTO S.X-linked hypophosphatemia and FGF23-related hypophosphatemic diseases：prospect for new treatment[J].Endocr Rev，2018，39（3）：274-291.

[19] ??INOUE D.Rickets/osteomalacia.action of FGF23[J].Clin Calcium，2018，28（10）：1335-1342.

[20] ??KAWAI M.The FGF23/Klotho axis in the regulation of mineral and metabolic homeostasis[J].Horm Mol Biol Clin Investig，2016，28（1）：55-67.

[21] ??KINOSHITA S，KAWAI M.The FGF23/KLOTHO regulatory network and its roles in human disorders[J].Vitam Horm，2016，101：151-174.

[22] ??DESBIENS L C，SIDIB ？ A，UNG R V，et al.FGF23-Klotho axis，bone fractures，and arterial stiffness in dialysis：a case-control study[J].Osteoporos Int，2018，29（10）：2345-2353.

[23] ??TRANAEUS LINDBLAD Y，OLAUSON H，VAVILIS G，et al.The FGF23-Klotho axis and cardiac tissue Doppler imaging in pediatric chronic kidney disease-a prospective cohort study[J].Pediatr Nephrol，2018，33（1）：147-157.

[24] ??SHIMADA T， KAKITANI M， YAMAZAKI Y， et al. Targeted ablation of Fgf23 demonstrates an essential physiological role of FGF23 in phosphate and vitamin D metabolism[J]. J Clin Invest， 2018，113（4）：561-568.

[25] ??KURO-O M.Molecular mechanisms underlying accelerated aging by defects in the FGF23-Klotho system[J].Int J Nephrol，2018，2018：9679841.

[26] ?KALAITZIDIS R G，DUNI A，SIAMOPOULOS K C.Klotho，the Holy Grail of the kidney：from salt sensitivity to chronic kidney disease[J].Int Urol Nephrol，2016，48（10）：1657-1666.

[27] ??BR L，GRO？倝????? MANN C，GEKLE M，et al.Calcineurin inhibitors regulate fibroblast growth factor 23 （FGF23） synthesis[J].Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol，2017，390（11）：1117-1123.

[28] ??NEYRA J A，HU M C，MOE O W.Klotho in clinical nephrology：diagnostic and therapeutic implications[J].Clin J Am Soc Nephrol，2020，16（1）：162-176.

[29] ??GEMBILLO G，CERNARO V，SILIGATO R，et al.Protective role of vitamin D in renal tubulopathies[J].Metabolites，2020，10（3）：E115.

[30] ??RIOS R，PINEDA C，LOPEZ I，et al.Phosphorus restriction does not prevent the increase in fibroblast growth factor 23 elicited by high fat diet[J].PLoS One，2018，13（6）：e0198481.

（收稿日期：2021-01-18 修回日期：2021-02-28）

（編輯：潘明志）