基于“腎主骨”理論的FGF23-Klotho軸調控Wnt/ β-catenin信號通路與CKD-MBD的關系探討

崔師妍,姜 晨*

(1.天津中醫藥大學第一附屬醫院,天津 300381;2.國家中醫針灸臨床醫學研究中心,天津 300381)

慢性腎臟病-礦物質和骨異常(Chronic kidney disease-mineral and bone disorder,CKD-MBD)主要是由慢性腎臟病導致的礦物質及骨代謝異常綜合征,在臨床上常表現為鈣、磷、甲狀旁腺激素(Parathyroid hormone,PTH)或維生素D的代謝異常;骨轉化、礦化,骨容量,骨線性生長或骨強度異常;血管或其他軟組織的鈣化。目前,慢性腎臟病(Chronic kidney disease,CKD)是全球公共衛生問題,全球約有380萬CKD患者[1]。CKD-MBD是伴隨CKD患者腎功能下降的常見并發癥之一,是 CKD 患者高發病率和高死亡率的主要原因之一[2],嚴重影響了CKD患者生存質量與臨床預后。近期研究發現,其與由骨細胞和成骨細胞分泌的骨成纖維細胞生長因子23(FGF23)及由腎臟高表達的Klotho蛋白、甲狀旁腺激素(PTH) 水平及Wnt/β-catenin通路的異常表達有關,而FGF23-Klotho信號軸將腎臟與骨骼的病理緊密連接,這表明FGF23-Klotho軸與“腎主骨”理論的內涵具有密切聯系。

中醫學“腎主骨”理論認為骨的生理病理特點與腎精的強弱有著密切關系,《素問·上古天真論》言:“腎者主水,受五臟六腑之精而藏之……今五臟皆衰,筋骨解墮”,論述了腎中封藏之精與筋骨正常的生理活動密切相關,若五臟六腑氣血調和充盛,腎精封藏有源則筋骨壯盛,若五臟六腑受損,無精以藏則筋骨軟弱無力,行步不正。《素問·腎氣通天論》載:“腎氣乃傷,高骨乃壞”,提示腎氣衰弱可導致骨骼病變,這與現代醫學所論述CKD患者腎功能下降引起的鈣磷代謝紊亂、PTH分泌失調和維生素D代謝紊亂,可導致CKD患者發生礦物質和骨代謝異常相似,其與中醫學“腎主骨”理論有內在的一致性。

1 中醫學對“腎主骨”理論和CKD-MBD的認識

“腎主骨”理論最早見于《黃帝內經》,其中,《素問·陰陽應象大論》言:“腎主骨生髓”,《素問·六節藏相論篇》亦有論述:“腎者,主蟄,封藏之本,精之處也,其華在發,其充在骨”,表明腎臟與正常的骨骼及骨髓的充養關系密切。在人體正常生理功能維持上,“腎主骨”理論亦發揮著重要作用。例如,《素問·上古天真論》以“女子七歲,腎氣盛,齒更發長……三七,腎氣平均,故真牙生而長極……七七,任脈虛……故形壞而無子也”,以及“丈夫八歲,腎氣實,發長齒更……三八,腎氣平均,筋骨勁強,真牙生而長極……五八,腎氣衰,發墮齒槁……七八,腎藏衰,形體皆極;八八,則齒發去”,論述了人體生長發育及生殖的一般規律,在這一過程中骨骼也產生相應的變化,體現了“腎精”在人體生長發育及骨骼壯衰中的重要作用。若腎臟漸衰,精氣漸少則“形壞”“齒發去”“形體皆極”。《素問·五臟生成篇第十》載:“腎之合骨也,其榮發也,其主脾也”,《中西匯通醫經精》言:“腎藏精,精生髓……髓在骨中,髓足則骨強”,說明腎中之精氣具有生髓充骨的生理功能,亦說明腎與骨之間具有特殊聯系。

中醫學并無CKD-MBD的對應病名,但可將其歸屬于中醫學“骨痿”“骨痹”“虛勞”等范疇,與“腎主骨”理論的病理表現具有內在聯系。張從正所著《儒門事親》述:“筋痹不已,而成骨痹。久而不已,內舍其合。”《素問·痹論篇第四十三》言:“骨痹不已,復感于邪,內舍于腎。”從而可知骨病與腎病關系密切,常可相互影響。腎為先天之本,脾為后天之本,《景岳全書》云:“胃為水谷之海,得后天之氣也,人之始生,本乎精血之原,人之既生,由于水谷之養,非精血無以立形體之基,非水谷無以成形體之壯。”脾之健運,化生精微,腎中精氣亦有賴于水谷精微之充養,方可不斷充盈與成熟,是謂“后天養先天”。《靈樞·五癃津液別》亦有論述:“五谷之精液和合而為膏者,內滲于骨空,補益腦髓。”CKD患者病起常以脾腎虧虛、脾腎陽虛為主要證候表現[3]。脾腎虧虛,失于固攝,精微外瀉而致氣血、骨髓生化無源,故CKD患者臨床常見周身乏力、腰膝酸軟、尿濁、舌淡苔白,脈弦細等癥狀,亦提示“腎精”之充盛離不開后天脾胃運化的水谷之精。脾健腎益,“腎精”充足,腎氣化生有源,則臟腑、經絡、四肢筋骨有養,氣血津液運行輸布協調,以免水濕、痰濁和瘀血等病理產物附著于骨、阻滯于脈絡,避免“骨痿”“骨痹”的發生。《靈樞·本神篇》曰:“精傷則骨酸痿厥”,亦提示精與骨之間存在著密切聯系。腎可接受五臟六腑之精而封藏之,將封藏的“精”“髓”,充養于骨,保持骨成分、結構的正常來維持骨的正常生長發育。“腎精”充足則骨髓充盈,濡養筋骨關節,使骨堅固有力,四肢關節活動自如。若腎虛精虧,氣血、骨髓生化無源,無以充養四肢百骸,易導致骨質疏松、骨折等骨病的發生。基于此,腎中精氣的盛衰與骨骼正常的生理功能密切相關,是導致CKD-MBD的關鍵所在,這與“腎精”的作用及“腎主骨”理論不謀而合。

基于“腎主骨”理論,多數醫家認為CKD-MBD的基本病機包括脾腎虧虛,成骨乏源;久病濁毒內蘊、瘀血阻絡損筋傷骨,屬本虛標實、虛實夾雜之證,強調以益腎、健脾、壯骨、降濁化瘀為主的治療原則。例如,李培旭教授自擬腎衰腎性骨病經驗方(菟絲子、桑寄生、威靈仙、炒白芍各20g,枸杞子、淫羊藿、補骨脂、骨碎補、巴戟天、炒杜仲、當歸各15g,川芎10g)以補腎填精健骨、調補肝腎、強筋壯骨、養血活血止痛,臨床獲得較好療效[4]。楊金鳳等[5]以補腎壯骨湯輔助治療合并腎性骨病的維持性血液透析患者,對照組患者予常規西藥治療,治療組患者在此基礎上加用中藥補腎壯骨湯,結果顯示,治療組患者治療總有效率91.43%,且治療后的血清鈣水平明顯高于對照組,血磷、PTH水平、SCr、BUN水平均顯著低于對照組,差異有統計學意義(P<0.05),提示維持性血液透析配合補腎壯骨湯能較好地改善腎性骨病患者的骨代謝異常和鈣磷代謝紊亂狀況。馬曉燕教授以“肝腎同源”為理論基礎論治腎性骨病,常用熟地、山藥、山茱萸、牡丹皮、茯苓、菟絲子等以滋補肝腎;用續斷、杜仲以補腎強腰;用菊花、鉤藤以平肝潛陽等,臨床應用亦見不凡療效[6]。鄭新教授認為CKD-MBD的病因病機基本特征是“本虛標風”,提出從“風”論治CKD-MBD,對于證屬脾胃虛弱、氣血虧虛的CKD-MBD患者,常采用培土寧風法健脾氣、充腎精、熄內風,常選用黃芪、黨參、白術、當歸、雞血藤等補脾生化氣血,從而使腎精得養,髓海得充而“風”自滅[7]。眾多醫家圍繞“腎主骨”理念,根據病理因素不同,治療以補腎壯骨、益腎健脾、補腎活血等方法,取得較為滿意的臨床療效,體現出從腎論治CKD-MBD的合理性與可行性,是對“腎主骨”理論的進一步驗證和發展。

2 FGF23-Klotho軸、Wnt/β-catenin通路與CKD-MBD的相關性

FGF23是骨源性多肽激素中FGF19亞家族成員,SUGIURA H等[8]通過動物模型發現,FGF23在CKD動物模型中存在不同程度升高,可能與體內磷、PTH、活性維生素D3(1,25(OH)2D3)水平有關。另有學者提出CKD患者體內鈣磷、PTH及維生素D代謝紊亂可刺激FGF23的合成和分泌,并且在CKD早期就可存在FGF23的表達增加[9]。FGF23對磷、PTH及維生素D的合成分泌也具有調控作用[10]：FGF23通過抑制鈉磷協同轉運蛋白Npt2a和Npt2c的產生及腎小管上皮細胞1-α羥化酶(Cyp27b1)的表達,增加近端腎小管對磷酸鹽的重吸收,以此降低血磷水平、減少活性維生素D的生成。ZHANG L N等[11]通過對CKD5期患者行前瞻性觀察研究發現,CKD患者血漿FGF23水平高于健康對照組,而嚴重的繼發性甲狀旁腺功能亢進患者血漿FGF23水平更高。對CKD患者而言,腎小管功能進行性減退,FGF23對血磷的適應調節能力下降,處于失代償的狀態,血磷始終保持較高濃度,促使FGF23再分泌;高水平的FGF23亦使維生素D水平降低,進一步刺激PTH分泌、甲狀旁腺增生,最終導致繼發性甲狀旁腺功能亢進,影響CKD-MBD的進展。

Klotho蛋白是在腎臟中高表達的保護性抗衰老蛋白。在急性腎損傷、腎纖維化、糖尿病腎病等慢性腎病患者中,隨著eGFR的下降,患者全身和腎內Klotho水平急劇下降[12-13]。Klotho蛋白通過與FGF23及成纖維細胞生長因子受體(FGFR)結合,形成高親和力共受體Klotho/FGFR/FGF23復合物,活化FGF23因子,進而激活FGF信號通路[14],從而降低血磷來糾正電解質紊亂,維持骨代謝穩態。近年來,有研究顯示,早期CKD即可發生FGF23-Klotho軸紊亂,表現為血清中Klotho表達降低和FGF23水平增高[15]。CKD患者Klotho的低表達,可導致FGF23與FGFR的親和力下降,FGF23的降磷通路受阻,血清中FGF23、PTH水平持續性升高,從而參與礦物質代謝紊亂、繼發性甲狀旁腺功能亢進、血管鈣化和心臟肥厚等一系列疾病的進展,繼而干擾正常骨形成和吸收過程。KOMABA H等[16]發現骨細胞中存在Klotho,Klotho的骨細胞特異性缺失提升了骨量及骨形成速度,并且對礦物質離子穩態起關鍵作用,但骨細胞中Klotho的這種骨骼效應會隨著腎功能逐漸下降而減弱。這可能是因為CKD-MBD本身的影響或Klotho在骨細胞中下調的影響。

Wnt/β-catenin信號通路通過調節成骨細胞和破骨細胞活性,調控骨形成及骨吸收,是維持骨量的重要因素之一[17]。Wnt/β-catenin可通過T細胞因子(TCF)/淋巴細胞增強因子(LEF)反應元件直接誘導成骨細胞中骨形態發生蛋白BMP-2的表達,增強其轉錄活性,誘導間充質干細胞向成骨細胞分化。Wnt/β-catenin信號亦可激活Wnt靶基因Runx2的表達來調控成骨細胞及軟骨細胞的分化與成熟[18]。Wnt/β-catenin信號通路構成復雜,由眾多受體、抑制劑、激活劑、調節劑、磷酸酶等組成,其中最為關鍵的是β-catenin。β-catenin是維持骨穩態和機械轉導所必需的中心分子,骨細胞中β-catenin的丟失或功能獲得的異常會導致骨量的減少或增加[19]。另有研究表明,CKD患者血清硬化蛋白 (SOST)及Dickkopf 1(DKK1) 均有不同程度升高[20]。SOST、DKK1為β-catenin的靶向作用蛋白,是Wnt通路的主要抑制劑之一,可參與阻止骨形成[21]。

由此可知FGF23、Klotho水平的變化,FGF23-Klotho軸的紊亂,Wnt/β-catenin信號通路的異常表達在一定程度上影響了正常骨代謝,與CKD-MBD聯系密切,是加速CKD-MBD進展的主要因素之一。

3 FGF23-Klotho軸調控Wnt/β-catenin信號通路參與CKD-MBD的進展

有學者稱Wnt/β-catenin通路為腎臟-PTH通路的下游通路[22-23]。隨著CKD患者腎功能進一步減退,FGF23-Klotho軸紊亂,對鈣磷、PTH的調控失代償,導致不同程度的繼發性甲狀旁腺功能亢進,PTH持續處于高水平狀態,進而影響Wnt/β-catenin信號通路的表達。PTH與PTH受體1 (PTHR1) 結合后與低密度脂蛋白受體相關蛋白6(LRP6)形成復合物,通過募集支架蛋白(Axin),抑制糖原合成酶激酶3(GSK-3)對β-catenin的磷酸化,從而穩定β-catenin,激活β-catenin信號[24],刺激Wnt信號通路來參與骨代謝。ROMERO G等[25]發現β-catenin信號的骨形成卷曲蛋白(FZD)的激活需要接頭蛋白(Dvl),而PTH1R中恰好存在Dvl結合基序,PTH1R可不通過Wnt 或 LRP6而直接募集Dvl來激活β-catenin信號通路。PTH還可通過調控SOST、DKK1和β-catenin的表達,影響Wnt/β-catenin信號通路的表達狀態,參與骨代謝的調控。PTH可直接抑制骨SOST的轉錄[26],減少DKK1的表達[27]進而促進Wnt信號傳導,增加成骨細胞的數量。但高水平的PTH和SOST在CKD患者中并存,PTH對SOST的抑制效應或可被進行性下降的腎功能所掩蓋[28]。

PTH尚可通過骨保護素(OPG)/核因子kappaβ受體活化因子(RANK)/核因子kappaβ受體活化因子配體(RANKL)通路間接參與骨吸收的生理和病理過程。成骨細胞和骨細胞中的PTH受體信號可通過增加RANKL的產生[29],減少成骨細胞中OPG的合成[30],增加 RANKL/OPG 比值,增加破骨細胞的募集,提高破骨細胞的活性,從而刺激骨吸收,導致骨礦物質的流失[31-32],這可能是腎性骨病向高轉化型發生的原因之一。OPG既是RANKL的誘餌受體,又是Wnt/βcatenin的靶基因,還是骨吸收的抑制劑[33]。成骨細胞中Wnt/βcatenin的激活會增加OPG表達[34-35],OPG可競爭性阻斷RANKL與RANK結合,降低RANKL/OPG比值,抑制破骨細胞進一步分化成熟,減少骨吸收[36-37],進而調控CKD-MBD的發生、發展。CARRILLO-LPEZ N等[38]發現,FGF23也可直接抑制成骨細胞中Wnt信號通路導致骨質的流失。

綜上,FGF-23/Klotho軸紊亂可影響PTH水平,異常水平的PTH可通過調控Wnt/β-catenin信號通路相關蛋白及OPG/RANK/RANKL通路的RANKL、OPG受體表達調節骨形成和骨吸收,從而參與CKD-MBD的發生、發展進程。腎-骨軸關系簡化圖見圖1。

圖1 腎-骨軸關系簡化圖

4 “腎主骨”理論與FGF23-Klotho軸、Wnt/β-catenin信號通路的聯系

Klotho是一種抗衰老蛋白,最新研究報告顯示,在哺乳動物機體內,若出現Klotho蛋白的缺失,人體立即呈現衰老趨勢,包括骨-腎損傷。這與腎藏精,主生長發育和生殖及骨骼壯衰的生理作用相一致。Klotho蛋白通過與FGF23、FGFR 結合,形成高親和力共受體來參與骨代謝,隨著CKD患者腎功能逐漸下降,Klotho水平也隨之下降,“腎精”逐漸衰減,累及骨的正常代謝從而造成“骨痿”“骨痹”等骨病,因此可以認為Klotho蛋白或為“腎精”的重要成分組成之一[39]。FGF23是重要的調磷因子,隨著CKD患者腎小管功能進行性減退,血磷始終保持較高濃度,促使FGF23過度堆積,這恰與CKD患者素體脾腎虧虛,加之體內水濕停滯、久積成毒成瘀,瘀滯于臟腑、經絡、骨骼的基本病機相契合。Klotho蛋白表達降低可誘導FGF23抵抗,對PTH的作用減弱,促進繼發性甲狀旁腺功能亢進的發生,且高PTH誘導骨釋放磷入血,加重鈣磷代謝紊亂。FGF23-Klotho軸的失衡是導致腎性骨病的主要原因之一,基于中醫學“腎主骨”理論表述該病理機制,即為“腎精”虧虛(Klotho蛋白低表達),臟腑功能失調,引起濁毒內蘊(FGF23的過量蓄積),四肢百骸失于濡養,導致腎“主骨”的異常(異常的骨代謝)。有臨床研究表明,補腎中藥如骨碎補、牛膝、肉蓯蓉、淫羊藿等,可以通過Wnt/β-catenin 信號通路等調節骨形成[40-43],這提示腎臟可通過 Wnt/β-catenin通路起到“主骨”作用。低水平的Klotho,高水平的FGF23、PTH等影響Wnt/β-catenin信號通路活性,從而調控CKD患者骨形成和骨吸收,進而參與CKD-MBD的發生、發展,其主要機制契合中醫“腎主骨”理論內涵。

5 結語

由CKD患者腎功能進行性下降引起的FGF23-Klotho軸紊亂、PTH、鈣磷水平的變化導致了Wnt/β-catenin信號通路活性改變,從而參與CKD-MBD的進程。CKD-MBD的臨床表現不僅僅是異常的骨代謝,亦可表現為心腦血管鈣化,導致心腦血管事件高風險,嚴重威脅CKD患者的生存質量。因此,積極探討CKD-MBD的發病機制并尋求有效的防治方案,對于延緩患者腎臟病進程和改善預后極為重要。中醫學“腎主骨”理論是經典醫學理論之一,其理論內涵與CKD-MBD的骨代謝異常有一定的契合點,且從腎論治CKD-MBD亦是諸多醫家行之有效的治療大法。因此,深化對“腎主骨”理論內涵的認識,進一步挖掘中醫學經典及從腎論治CKD-MBD的具體機制具有較為重要的臨床意義。