FGF23在慢性腎臟病及礦物質和骨代謝異常中的相關作用

韓 毓,孫 晶,王楊威,王萌萌,苗里寧

(吉林大學第二醫院 腎病內科，吉林 長春130041)

成纖維細胞生長因子 23 ( fibroblast growth factor-23，FGF23)是由骨細胞和成骨細胞合成分泌的細胞因子，其在FGF受體(FGFR)及共受體Klotho蛋白的共同參與下，作用于甲狀旁腺、腎臟等靶器官，通過促進尿磷排泄及影響維生素D、PTH合成分泌等途徑調節鈣磷代謝。通過降低血漿FGF23水平，可為慢性腎臟病相關并發癥的治療及長期存活率的提高提供新的治療思路。本文對FGF23的基本生物學特性、與CKD、CKD-MBD等的相關作用及治療進行綜述。

1 FGF23的結構和生理功能

FGF23由骨細胞和成骨細胞合成和分泌，其基因定位于染色體12p13，編碼產物為由251個氨基酸組成的蛋白質，分子量約32kD，屬于FGFs中的FGF19亞家族，N端24個氨基酸組成信號肽(1-24氨基酸殘基)；中間肽鏈為FGF家族同源中心區(25-179氨基酸殘基)，C端的71個氨基酸為其特有序列(180-251氨基酸殘基)[1]。FGF23同源區有特殊的β10-β12片層結構，這一結構減少了類肝素硫酸鹽氨基葡聚糖(heparan sul-fate glycosaminoglycan，HSGAG)與 FGF核心區域的結合，使得FGF23容易從組織內釋放并進入血液，形成了其內分泌激素的活性特性，通過切除N端24個氨基酸信號肽，經GALNT3酶糖基化處理后，成熟全段FGF23(iFGF23)分泌入血[2]。血液中存在2種FGF23形式：一種為iFGF23，一種為無活性的水解裂解產物，只有全段完整型FGF23可以發揮生物活性參與信號轉導。在成熟的FGF23中N端為FGF受體結合位點，C端有Klotho蛋白結合位點。FGF23-FGFR-Klotho蛋白復合物是FGF23發揮鈣磷調節作用的結構基礎[3]。

Klotho蛋白是由Kuro-o等[4]于1997年發現并命名,由衰老基因Klotho基因編碼，多例動物實驗證明Klotho基因缺失可導致壽命縮短、動脈硬化、皮膚肌肉萎縮、軟組織鈣化、骨質疏松等衰老表現，表明其抑制衰老作用。Klotho基因定位于常染色體13q12，編碼產物共有α-Klotho、β-Klotho 和 γ-Klotho 3種，α-Klotho主要表達在腎臟、甲狀旁腺及腦脈絡叢，分為膜型、可溶型及分泌型3種[5]，其中膜型α-Klotho為FGF23信號傳導通路的重要基礎，膜型α-Klotho 作為 FGF23的共受體，可直接與 FGFR 相結合，FGF23 -FGFR-αKlotho 復合物的親和力遠遠高于 FGF23-FGFR 的親和力。由于α-Klotho主要在腎臟和甲狀旁腺中表達，因此提示FGF23調節鈣磷的靶器官主要是腎臟及甲狀旁腺。人體有FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4四種FGFR受體，Liu S[6]等研究表明在體外，FGF23可以和FGFR1c，FGFR3c和FGFR4結合，而在FGFR3和FGFR4缺失小鼠中，受體缺失并未影響血清磷或1,25(OH)2D水平或NPT2a的表達，同時Ai-Luen Wu[7]等使用FGFR1的選擇性抗體激活劑來激活FGFR1，結果證明FGFR1的激活足以誘導成年小鼠中的FGF23表達和相應的低磷血癥，表明FGFR1才是參與FGF23生理活動的靶受體。

FGF23 與 FGFR1-αKlotho 結合，形成具有生物學活性的復合物，通過絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑而產生級聯反應。FGF23發揮生理功能的靶器官主要是腎臟及甲狀旁腺：(1)FGF23作用于腎臟近端小管下調編碼 1α-羥化酶的 Cyp27b1 基因表達，下調1α-羥化酶，抑制活性維生素 D 的合成;同時上調編碼 24-羥化酶的Cyp24a1 基因表達，促進活性維生素 D 的分解[2]。(2)FGF23 能直接抑制近端小管刷狀緣 NaPi-2a 和 NaPi-2c 協同轉運蛋白的表達，減少磷的重吸收，增加尿磷排泄率[2]，降低血清磷。(3)動物試驗和體外數據表明FGF23以α-Klotho依賴性方式作用于甲狀旁腺抑制PTH合成和分泌[8]:FGF23可降低 PTH mRNA合成[9];亦作用于甲狀旁腺上的維生素 D 受體以及鈣敏感受體抑制甲狀旁腺細胞增殖;同時可以上調甲狀旁腺 Cyp27b1 表達，促進活性維生素D 合成，抑制 PTH。FGF23通過上述方式與維生素D、PTH等共同作用，調節機體磷酸鹽代謝水平。

2 FGF23在慢性腎臟病患者中的水平及相關臨床意義

研究發現CKD患者的FGF23水平明顯高于健康人群[10]，在血磷、PTH、1,25(OH)2D3還未出現異常改變的CKD早期，FGF23就可開始升高。 Isakova T[11]等在對3879例CKD2-4期患者進行研究時發現，在eGFR≥70 ml/min/1.73 m2(早至CKD2期)時，已有33%的患者FGF23水平升高。當eGFR處于50-59 ml/min/1.73 m2時，50%的患者FGF23 升高，而與此同時僅3%的患者是高磷血癥，只有22%的患者表現為繼發性甲狀旁腺功能亢進，當eGFR< 39 ml/min/1.73 m2時高血磷患者首次超過10%。Portale AA等[12]通過對464名CKD患者進行研究亦發現早在GFR 在60-69 ml/min/1.73 m2(即CKD2晚期)時，血漿FGF23水平已顯著升高，且對于eGFR每降低10 ml/min/1.73 m2，血漿FGF23增加14%。上述2項研究發現FGF23可早至CKD2期即可明顯升高，且早于血磷、PTH、1,25(OH)2D3出現異常改變，表明其對于提示CKD患者出現礦物質和骨代謝異常要較血磷、PTH、1,25(OH)2D3等指標更加靈敏。而在CKD早期階段，血磷水平未見明顯升高，Klotho蛋白的下降遲于FGF23的升高，提示早期FGF23的水平升高可能與原發性FGF23過度上調有關[13]。

在CKD進展期，FGF23隨GFR下降而成比例進行性升高[11,12,14]，在CKD晚期呈指數關系升高，至終末期腎臟病階段(End stage renal disease，ESRD)，可大于正常值的1000倍[15]。FGF23較血磷變化敏感且與eGFR關系密切，可作為CKD進展的預測性指標。較高的血漿FGF-23濃度與CKD患者的全因死亡率的相關，具有獨特的死亡預測意義。Kendrick J[16]等通過對1099例晚期CKD患者進行中位隨訪時間約2.9年的研究中發現，對傳統心血管危險因素、礦物質代謝軸的其他成分等多變量調整后，FGF23濃度的最高四分位數患者的死亡風險仍大約增加了兩倍。而在另一項前瞻性實驗中[17]，FGF23的最高四分位數的死亡風險比最低四分位數的受試者增加6倍。提示血漿FGF-23濃度升高與全因死亡率、心血管事件和進入慢性透析的進展密切相關。在CKD晚期，考慮患者FGF23升高原因主要如下：1)患者腎臟排泄磷減少，鈣磷代謝失衡，血磷增高，FGF23代償性升高。2)隨病情進展，GFR下降，FGF23清除減少，導致體內堆積過多。3)腎功能受損，Klotho蛋白表達下降，FGF23抵抗，導致FGF23代償性升高。

3 FGF23在CKD-MBD的作用

2005年KDIGO指南明確提出CKD-MBD是全身性疾病，常具有下列一個或一個以上表現：1)鈣、磷、PTH或維生素D代謝異常；2)骨轉化、礦化、骨容量、骨骼線性生長或骨強度的異常；3)血管或其他軟組織鈣化。FGF23在CKD-MBD中有重要的調節作用。

3.1 FGF23與血磷的關系

血磷與FGF23之間的相互調控是一個復雜而精密的調節過程。國外一項研究中[18]，對健康人群快速注入磷酸鉀，血磷快速升高，但6小時后的血清FGF23未見明顯變化，同樣，給予碳水化合物后，血磷逐漸下降，血清FGF23在這種情況下也沒有變化。而與此同時Ferrari等[19]通過對健康志愿者進行嚴格的飲食干預，發現飲食誘導的血清FGF-23變化與腎小管重吸收磷和血漿骨化三醇水平呈負相關，磷攝入高時，FGF23 水平升高，腎臟對磷的重吸收減少，1，25(OH)2D3水平下降，腸道吸收磷減少;相反，磷攝入低時，腎臟對磷的重吸收增加，同時1，25(OH)2D3水平升高使腸道吸收磷增加。這些結果提示血清磷酸鹽的急劇變化，無論是上升還是下降，都不會改變血清FGF23的水平。而長期的磷酸鹽負荷改變可影響FGF23水平。FGF23在CKD患者的磷平衡中起重要作用。在CKD后期，由于腎臟功能減退，排泄減少，血磷逐漸升高，導致FGF23反饋性升高，通過抑制近端小管刷狀緣上的 NaPi-2a 和 NaPi-2c 協同轉運蛋白的表達，減少磷的重吸收，并下調編碼 1α-羥化酶的 Cyp27b1 基因表達，上調編碼 24-羥化酶的Cyp24a1 基因表達，降低活性維生素D濃度，腸道吸收磷減少，最終達到降磷作用。但在ESRD患者中，即使FGF23大于正常值的1000倍，血磷仍持續偏高，需干預治療，考慮主要因為FGF23通過減少磷重吸收增加尿磷排泄來達到降磷效果，但在ESRD患者中，eGFR持續下降，尿磷無法排泄，導致FGF23調節路線受阻，且腎功受損，Klotho蛋白生成減少，無法形成具有降磷生物活性的FGF23-FGFR1-αKlotho復合物。

3.2 FGF23與PTH的關系

FGF23以α-Klotho依賴性方式作用于甲狀旁腺通過降低PTHmRNA、上調甲狀旁腺 Cyp27b1 表達及抑制甲狀旁腺細胞增殖等方式抑制PTH合成和分泌。但在CKD患者中尤其是難治性甲狀旁腺機能亢進患者中，增高的FGF23與PTH水平一定程度上呈正相關，這可能與CKD患者中甲狀旁腺的Klotho蛋白和FGFR1受體的低表達，導致FGF23對PTH的抑制作用相對減弱有關[20]。

而相反PTH可以促進FGF23的合成。相關研究證明PTH通過核受體相關蛋白1(Nurr1)介導FGF23mRNA轉錄水平的提高，促進FGF23的合成[21]；甲狀旁腺切除術可以使繼發性甲狀旁腺機能亢進患者的FGF23水平顯著降低[22]，也從側面說明PTH在促進FGF23升高方面有正向作用。

FGF23與PTH的關系為精密復雜的負反饋環路，FGF23可抑制PTH的分泌，而PTH可以反饋性促進FGF23的分泌表達，但在CKD患者體內，因高磷、FGF23抵抗等相關因素影響，其負反饋環路也受到一定的復雜的影響。

3.3 FGF23與1,25(OH)2D3的關系

FGF23與1,25(OH)2D3也是一個負反饋調節回路。FGF23抑制1,25(OH)2D3的表達，其可作用于下調編碼 1α-羥化酶的 Cyp27b1 基因表達，下調1α-羥化酶，抑制活性維生素 D 的合成;同時上調編碼 24-羥化酶的Cyp24a1 基因表達，促進活性維生素 D 的分解，共同作用導致1,25(OH)2D3的減少。而1,25(OH)2D3可以促進FGF23的生成，其機制可能與1,25(OH)2D通過直接刺激成骨細胞中FGF23啟動子的維生素D應答元件來增加FGF23的轉錄有關[23,24]。而對于大多數CKD患者來說，因腎臟1α-羥化酶的減少導致1,25(OH)2D3的減少或者高磷血癥的存在，低鈣血癥成為慢性腎衰的一個特征，需長期使用骨化三醇(活性維生素D)進行治療，此時1,25(OH)2D3作為一種治療方式一方面可以提高CKD患者的生存質量減少并發癥的發生，但另一方面可增加FGF23的生成，FGF23與患者的心血管并發癥與死亡相關事件密切相關，此矛盾需進行大量大樣本研究進行分析。

3.4 FGF23與骨代謝

體外研究[25]通過使用腺病毒過表達系統使胎鼠顱骨細胞培養物的成骨細胞發育過程中過表達人FGF23，發現FGF23可獨立于對血磷穩態的影響，直接作用于骨細胞，抑制骨細胞分化及骨基質礦化。提示FGF23對骨代謝的影響一方面源于對血磷、PTH、維生素D的作用，一方面為自身直接作用于骨組織抑制骨細胞分化及骨礦化，導致骨軟化及骨密度降低。

4 對FGF23的干預治療

血漿FGF-23水平的升高與CKD患者的全因死亡率、心血管事件和進入慢性透析的進展密切相關，因此降低患者FGF23水平對改善患者預后至關重要。

4.1 減少飲食磷攝入

Ferrari等[19]已證明長期的磷酸鹽負荷改變可影響FGF23水平，故限制高磷飲食攝入可有效下降血漿FGF23水平。Burnett[26]通過對66名志愿者進行磷酸鹽飲食分組調控亦發現限制磷酸鹽飲食可降低FGF23水平。

4.2 磷結合劑

血磷升高是刺激血漿FGF23水平升高的有效因素，因此磷結合劑(碳酸鑭、司維拉姆)可通過降低血磷水平，間接有效降低FGF23。近期有研究[27]發現規律血液透析的高磷血癥患者口服碳酸鑭4周后，血磷、FGF23及Klotho蛋白均有不同程度的下降，在停用碳酸鑭改用碳酸鈣后血磷及FGF23水平回升，提示碳酸鑭有降低FGF23的作用，而碳酸鈣對FGF23的作用則需進一步實驗去研究。而另一項研究[28]表明在血磷正常的情況下使用司維拉姆治療6周后，血清FGF23水平亦明顯降低且血磷水平未見明顯變化，這表明磷結合劑除可通過降磷途徑影響FGF23水平外，仍有特殊途徑影響FGF23的濃度，這仍需大量實驗室研究去驗證。

4.3 鈣磷協同轉運體抑制劑

鈉磷協同轉運體是體內重要的無機磷轉運蛋白，其抑制劑煙酸或煙酰酸可通過抑制腸道型鈣磷協同轉運體直接阻斷磷的吸收，到達有效的降磷手段，一項研究[29]通過給予CKD患者24周煙酸發現其不僅可以降低血磷水平，其FGF23水平與基線相比下降了10.9%，同時PTH水平也有所下降，其有望成為臨床一種降磷、降FGF23的新型藥物，現已在進行相關臨床前研究。

4.4 降低PTH

已知PTH可促進FGF23的生成，故降低PTH可有效降低FGF23濃度。作為擬鈣劑，西那卡塞以變構子形式與鈣敏感受體跨膜結合，改變構象，增加鈣敏感受體對鈣的敏感度，降低激活鈣敏感受體所需血鈣濃度，進而抑制PTH分泌，降低血鈣濃度，國內一項[30]對血液透析繼發性甲狀旁腺機能亢進患者的臨床觀察發現在使用西那卡塞23周后，其在降低PTH的同時，血FGF23也同時下降，西那卡塞降低血漿FGF23可能與其降低PTH、血磷水平有關。甲狀旁腺切除術可以使繼發性甲狀旁腺機能亢進患者的FGF23水平顯著降低[22，31]。

4.5 透析方式選擇

對于血液透析患者，不同血液凈化方式的選擇對FGF23也有不同的影響。血液凈化現有血液透析(hemodialysis,HD)、血液灌流(hemoperfusion,HP)、血液透析濾過(hemodiafiltration,HDF)三種模式，國內一項研究[32]將患者分為HD組、HD+HP組、HD+HDF組、HD+HP+HDF組，對4組患者進行治療3個月前后FGF23進行檢測發現， HD+HP 、 HD+HDF 、HD+HP+HDF 組 FGF23 水平均顯著下降，且HD+HP+HDF 組較 HD+HP 及 HD+HDF 組下降的更明顯，這可能與三種血液凈化原理不同有關。HD模式主要通過彌散的方式清除毒素分子，其對肌酐、尿素氮等小分子物質清除效果較好，但對于FGF23這樣的中分子物質效果略差。HP模式則利用吸附原理將體內異常升高的大分子毒素進行清除，血液灌流器為人工合成高分子吸附材料大孔吸附樹脂，有較高的吸附選擇性，但對水、電解質等小分子毒素清除效果差，兩者串聯使用清除毒素效果更高。HDF模式主要運用對流原理即通過透析膜兩側的壓力梯度使毒素隨著水的跨膜移動而移動，將其置換液達到較高流速時，其超濾量大，可很好的清除中分子物質。因此對于血液透析患者，可與規律血液透析時，間斷應用HP、HDF等模式達到對中分子、大分子物質的清除，幫助患者達到更加充分的透析效果。

5 小結

成纖維細胞因子23的發現具有重要的臨床意義，其與多種疾病的發生發展密切相關，FGF23對于CKD進展的預測性、對于CKD患者全因死亡率、心血管事件的標志性，以及其在CKD-MBD中重要的參與性，提示FGF23可作為慢性腎臟病患者的常規檢測指標以輔助疾病的診斷及預后，同時其治療也為CKD患者相關并發癥的治療提供新的方向。