維生素K在慢性腎臟病-礦物質和骨異常中作用的研究進展▲

羅仕琦 楊 敏 曾 怡 鄭 帥 唐春梅

(昆明醫科大學第二附屬醫院腎內科，云南省昆明市 650032，電子郵箱:18208862268@sina.cn)

【提要】 慢性腎臟病(CKD)患者容易出現血管鈣化和骨骼代謝異常。目前有研究發現，維生素K是血管壁鈣化抑制劑，也是激活涉及凝血功能、細胞凋亡、骨骼礦化和血管健康相關蛋白的關鍵輔助因子。在CKD病程中，由于飲食限制、腸道功能障礙和維生素K循環障礙，容易出現維生素K缺乏狀態。臨床研究表明維生素K水平可以被調節，但補充維生素K是否可以改善血管鈣化和骨骼代謝尚未明確，CKD患者補充維生素K的獲益問題有很大的研究前景。

慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)具有高患病率、低知曉率、低干預率及低控制率的特點，是伴隨人口老齡化出現的公共衛生問題[1]。慢性腎臟病-礦物質和骨異常(chronic kidney disease-mineral and bone disorder,CKD-MBD)是指由于CKD所致的礦物質及骨代謝異常綜合征，可出現以下1項或多項臨床表現[2]：(1)鈣、磷、甲狀旁腺激素或維生素D代謝異常；(2)骨轉化、骨礦化、骨量、骨線性生長或骨強度異常；(3)血管或其他軟組織鈣化。在CKD早期，患者即可出現CKD-MBD，隨之可出現血管鈣化等問題，嚴重者可威脅生命[2]。隨著病程進展到終末期腎病(end-stage renal disease,ESRD),CKD患者的骨折風險逐漸增加，可達健康人的4倍[3]。CKD-MBD的發病機制復雜[4]，近年來，Klotho蛋白、成纖維細胞生長因子23、Wnt/β聯蛋白(β-catenin)等信號通路成為研究熱點，同時也有一些研究表明維生素K在CKD所致的骨骼改變和血管鈣化中扮演重要角色[5-6]。本文就維生素K在CKD-MBD中的作用做進一步闡述和探討。

1 維生素K

維生素K是指一組具有相似化學結構的脂溶性分子，側鏈是由數量不同的類異戊二烯殘基組成的1,4-萘醌。維生素K的天然形式為維生素K1(葉綠醌)和維生素K2(甲萘醌)，維生素K2有17種類型，其中甲萘醌-4、甲萘醌-7發揮主要作用[7-9]。維生素K在具有谷氨酸殘基的蛋白質的γ-羧化反應中充當γ-谷氨酰羧化酶的輔因子。而這類具有谷氨酸殘基的蛋白質稱為維生素K依賴蛋白(vitamin K-dependent protein,VKDP)，包括生長停滯特異性蛋白6 (growth arrest-specific protein 6,Gas6)、骨鈣蛋白和基質羥基谷氨酸蛋白(matrix carboxyl glutamic acid protein，MGP)等，其參與凝血、細胞凋亡的調節以及骨的礦化控制等[7，10-11]。在羧化反應中，γ-谷氨酰羧化酶將谷氨酸殘基中的質子去除，然后添加羧基，使維生素K氧化為維生素K環氧化物，羧化的蛋白質中新近羧基化的殘基稱為羧基谷氨酸(carboxyl glutamic acid,Gla)結構域，上述這些反應可促進VKDP的激活。

飲食中，維生素K主要來源于富含維生素K1的食物，例如植物油和綠色蔬菜(羽衣甘藍、菠菜、甜菜、球芽甘藍、香菜、西洋菜、西蘭花)；此外，腸道菌群或發酵食品(例如奶酪、凝乳和納豆)中存在的細菌可以合成維生素K2。食物消化后，維生素K被膽汁鹽乳化，進一步以乳糜微粒受體形式被腸細胞吸收，并結合到富含三酰甘油且包含載脂蛋白A和載脂蛋白B48的脂蛋白中，隨后進入淋巴系統和血液中，最終被肝臟吸收。在肝臟中，乳糜微粒結合載脂蛋白B100后，通過內吞作用進入肝細胞；在添加或去除載脂蛋白顆粒后，不同的維生素K分子由LDL膽固醇顆粒運輸，并通過動脈、軟骨和骨骼上的LDL受體被靶細胞和組織捕獲[12]。因此直接測定維生素K水平時，其檢測結果可受到血脂等多個方面的影響?？梢酝ㄟ^使用酶聯免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)、高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)和質譜法測定不同形式的維生素K和未羧化/羧化的VKDP水平來間接評估血液中維生素K水平。但血清維生素K和羧化/非羧化VKDP的參考值范圍目前尚未確定。MGP屬于VKDP中的一種，經過維生素K參與的γ-羧化反應后，MGP從無活性的MGP轉化為有活性的MGP，失活的MGP會觸發細胞鈣化，而有活性的MGP可結合鈣從而抑制血管鈣化[13]。非磷酸化未羧化的MGP(dephosphorylated-uncarboxylated MGP，dp-ucMGP)屬于無活性的MGP，隨機對照研究表明，維生素K治療可降低dp-ucMGP水平[9,14]；而抗維生素K治療可提升dp-ucMGP水平[15]，停止抗維生素K治療則會降低dp-ucMGP水平[16]。當dp-ucMGP水平>500 pmol/L時，提示維生素K缺乏[17]。雖然失活的MGP水平可能僅反映血液中維生素K的水平，但通過檢測MGP的失活情況評估維生素K的水平是目前一個很好的選擇[13]。

2 維生素K缺乏與CKD-MBD

2.1 CKD患者的維生素K水平 有學者發現，CKD患者普遍患有亞臨床維生素K缺乏癥[14]，這表明CKD患者面臨維生素K缺乏帶來的一系列風險。而CKD患者體內缺乏維生素K，可能與VKDP在發揮抑制鈣化作用時消耗大量維生素K有關[17]；此外，針對CKD患者的飲食建議，例如減少攝入高鉀食物(包含富含維生素K1的多葉綠色蔬菜)和高磷酸鹽食物(包含富含維生素K2的乳制品)，也可能會加劇維生素K缺乏[17]。

維生素K具有親脂性，因此不能通過透析去除，但是維持性血液透析(maintenance hemodialysis,MHD)患者的維生素K水平總體較低[9]。例如，Westenfeld等[14]報告，MHD患者的dp-ucMGP水平比健康人群高4.5倍，而未羧化的骨鈣蛋白(uncarboxylated osteocalcin,uc-OC)水平比健康人群高8.4倍。MHD患者的維生素K水平總體較低可能與患者的飲食方案以及營養素總體攝入不足有關。Cranenburg等[19]評估40例MHD患者的維生素K1和K2攝入量發現，與健康成年人維生素K推薦攝入量200 μg/d相比，這些MHD患者的維生素K平均攝入量較低，僅為140 μg/d；由于飲食攝入有限制，MHD患者體內維生素K存儲迅速減少，dp-ucMGP水平增高，最終導致血液中維生素K缺乏。此外，還有研究表明，腹膜透析患者的維生素K水平與MHD患者相似，腹膜透析患者同樣存在維生素缺乏[20-21]，這說明CKD患者普遍存在維生素K缺乏。

2.2 維生素K水平和骨骼代謝 成骨細胞分泌的骨鈣蛋白對于骨骼礦化至關重要。骨鈣蛋白也屬于VKDP的一種，與MGP需要維生素K羧化一樣，骨鈣蛋白也需要經維生素K羧化后才具有活性，活化的骨鈣蛋白對鈣離子具有高親和力，與鈣離子結合后，骨鈣蛋白融入骨基質的羥基磷灰石晶體中,從而促進成骨[9]。uc-OC含量與總骨鈣蛋白含量的比值常用于反映維生素K水平，當uc-OC含量升高，且uc-OC含量與總骨鈣蛋白含量的比值超過20%則提示維生素K缺乏[9]。Voong等[22]報告，分別有29%和93%的MHD患者存在葉綠醌水平降低和uc-OC水平升高，從而被診斷為亞臨床維生素K缺乏。另一項研究發現，MHD患者的總骨鈣蛋白和uc-OC水平高于健康對照者，如以健康對照者維生素K水平小于第5個百分點定義維生素K缺乏，MHD患者維生素K1缺乏率為11.1%，矯正三酰甘油水平后維生素K1缺乏率為23.5%，維生素K2缺乏率為8.8%，矯正三酰甘油水平后維生素K2缺乏率為14.5%[23]。此外，還有研究結果顯示，CKD 3～5期患者血清uc-OC水平與磷酸鹽和甲狀旁腺激素水平呈正相關，與25-羥維生素D水平呈負相關，這提示uc-OC水平與骨重塑有關[21]。

已有研究表明，血漿中維生素K水平降低，uc-OC含量與總骨鈣蛋白含量的比值升高則提示患者具有較高的骨折風險[23-26]，其中維生素K1水平是髖部骨折的重要影響因素[27]。有研究發現，與非維生素K1缺乏的MHD患者相比，維生素K1缺乏的患者患椎體骨折的風險更高(OR=2.94,P<0.05)[23]。有學者發現，在血液透析患者中，uc-OC含量與總骨鈣蛋白含量的比值升高與骨折的發生有關，且從未骨折的患者血清維生素K1水平比骨折患者大約高出3倍[28]。由此可見，維生素K水平降低可影響骨骼代謝，從而導致相關并發癥(如骨折)的發生。

此外，軟骨細胞、破骨細胞及內皮細胞等組織的血管平滑肌細胞均可分泌MGP，MGP經過維生素K羧化后能夠緊密結合鈣晶體并抑制鈣晶體的形成[29]。MGP過表達可抑制破骨細胞分化和骨吸收,且還可抑制破骨的主導因子——活化T細胞的核因子細胞質1的表達[30]。一項隊列研究結果顯示，在接受腎移植的ESRD患者中，高dp-ucMGP水平與低骨密度水平獨立相關，且dp-ucMGP水平高于1 150 nmol/L時，與骨折發生有關(HR=2.21,P<0.05)[5]。以上研究均表明，維生素K水平降低與CKD患者發生骨骼代謝紊亂及相關并發癥有關。

2.3 維生素K缺乏和血管鈣化 血管鈣化是一個復雜的過程，涉及多個環節。約有1%的CKD患者會發生血管和軟組織鈣化，這是ESRD常見的致命并發癥，是導致CKD患者預后不良的主要因素[31]。目前臨床上主要采用磷酸鹽預防和治療CKD患者的血管鈣化并取得一定效果，但尚無兼顧骨-血管軸雙向平衡、逆轉血管壁鈣化的具體治療方法，因此迫切需要研究出新的治療方案[32]。

有學者發現，維生素K拮抗劑的使用可導致CKD大鼠模型和CKD患者體內維生素K缺乏和血管鈣化[33-35]。McCabe等[33]發現經維生素K拮抗劑華法林治療的CKD大鼠血管鈣化程度比健康大鼠更嚴重，血管壁的維生素K缺乏可間接表現為血清dp-ucMGP水平的升高。dp-ucMGP是MGP的無活性形式，有研究發現，dp-ucMGP水平與血管鈣化呈正相關[34,36]。Delanaye等[37]通過隊列研究發現，MHD患者dp-ucMGP水平明顯升高，且與動脈鈣化評分顯著相關。Schurgers等[38]對107例CKD2～5期患者進行分析，發現dp-ucMGP的水平隨著CKD分期的升高而升高，并且與腹主動脈鈣化評分呈正相關，且隨著dp-ucMGP水平的升高，CKD患者全因死亡風險明顯升高，全因病死率增加1.5倍。而有活性的MGP是人體內最強的血管鈣化抑制劑之一，其可以直接結合鈣離子和羥基磷灰石晶體，這些晶體聚集在血管壁內形成復合物，MGP又通過吸引吞噬細胞和巨噬細胞來清除復合物，這一過程發生在局部組織，獨立于循環系統[39]。MGP還可調節骨形態發生蛋白2的信號轉導，抑制骨形態發生蛋白2與其受體的結合，從而下調骨形態發生蛋白2的表達，減輕骨形態發生蛋白2觸發的血管平滑肌細胞向成骨細胞表型轉化[40-41]。此外，有研究顯示，缺乏MGP的小鼠可發生軟組織鈣化，而上調血管中MGP的表達可阻止鈣化的發生[42]。上述研究表明，維生素K與血管鈣化關系密切，維生素K通過影響MGP的表達來影響血管鈣化，維生素K缺乏可能增加血管鈣化的風險。

3 維生素K治療CKD-MBD患者的爭議

Sasaki等[43]對20名接受激素治療的腎小球腎炎患者補充甲萘醌4一年，結果發現該干預可預防激素誘發的骨質流失。

一項關于CKD 3b期或4期患者的隨機雙盲試驗結果表明，與使用安慰劑相比，補充維生素K(每天口服維生素K，400 μg/次，1次/d，治療1年)并不能改善血管僵硬程度或其他血管健康的指標[44]。一項前瞻性隨機對照的雙盲試驗顯示，給血液透析或腹膜透析療程大于3個月的患者補充維生素K(甲萘醌7，360 μg/ d)可改善其維生素K水平，但并未抑制或改變透析患者動脈鈣化的進展[45]。而另一項研究發現，補充維生素K可能會改善MGP活化，減少透析患者的動脈鈣化[46]。目前對透析患者補充維生素K的大規模研究正在進行中，關于維生素K治療CKD-MBD患者的療效及安全性仍有待進一步探討。

4 小 結

CKD患者容易出現血管鈣化和骨骼代謝異常，因受到飲食限制，加上腸道功能改變和維生素K再循環受損，維生素K缺乏在CKD患者中也普遍存在。目前尚無改善血管鈣化，增加骨量的具體治療方法，但調節維生素K是否成為一種新的治療選擇值得進一步研究。