维生素K2在慢性肾脏病患者中的应用进展

高清 谭竞

·综述·

维生素K2在慢性肾脏病患者中的应用进展

高清 谭竞

慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)是威胁人类健康的一类重要疾病。全球疾病负担研究合作组织2010估计，全球每年约死亡5 000万人，在1990年其中约有40.3万人死于肾衰竭，这一数值在2010年增长至73.6万，增加了82.3%[1]。CKD患者由于钙磷代谢紊乱、甲状旁腺功能亢进、代谢性酸中毒及维生素D缺乏等导致骨矿化及代谢异常，主要包括高转化性骨病、低转化性骨病及混合性骨病，其中以高转化性骨病最常见，主要特征为骨形成和吸收明显增加，表现为骨质疏松。此外，CKD患者血管平滑肌表型发生变化，使其具有成骨细胞的特性，加之高钙血症，可使钙在血管壁异位沉积，导致血管钙化的发生。大量临床研究显示，高磷血症也是导致血管钙化、瓣膜钙化的一个重要危险因素[2]。在CKD患者的人群研究中显示60%的患者有冠状动脉钙化，且钙化严重程度随肾功能减退而增加[3]。此外，在60%～80%血液透析患者中可发现中度至重度血管钙化。血管钙化使高血压、主动脉瓣狭窄、心肌肥厚、心脏病发作和下肢缺血的风险增加[4]。近年来，从试验和临床研究都发现维生素K尤其是甲基萘醌(维生素K2)在解决以上CKD并发症中有重要作用。

维生素K2是维生素K依赖性蛋白(vitamin K-dependent proteins，VKDP)激活过程中所必需的，作为这些蛋白质翻译后羧化过程中所需γ谷氨酰羧化酶的辅因子，转运γ-羧基谷氨酸上的谷氨酸残基。CKD患者由于肾小球滤过率(glomerular filtration rate，GFR)降低、使用醛固酮拮抗剂、使用保钾利尿剂、代谢性酸中毒等常伴有高钾血症，且随着CKD分期的进展，血钾水平逐渐上升。因此，大多数CKD患者需要限制摄入富含钾的水果和蔬菜、富含磷的乳制品及鱼肉，但是这些食物同时也是维生素K的主要来源。此外，CKD患者中有部分会使用维生素K拮抗剂华法林。因此，CKD患者常存在维生素K的缺乏，特别是在血液透析患者中，维生素K缺乏率高达30%[5]。因此，口服补充维生素K2可能是一个新颖的有效改善CKD患者预后的方法。本综述主要研究维生素K2通过预防骨质疏松、防止血管钙化、改善肾功能来发挥其对CKD患者的保护作用。

一、维生素K

维生素K是一类化学性质相似的脂溶性化合物，它们在起源和功能上不同。维生素K的两种主要形式是叶绿醌(维生素K1)和甲基萘醌(维生素K2)。维生素K2可表示为MK-n(n代表侧链的长度)，其中研究最多的是MK-4和MK-7。MK-4是唯一一种不由细菌合成的维生素K2，主要存在于蛋黄、肉类、肝脏、黄油等动物制品中，MK-7主要由细菌合成，主要存在于纳豆、奶酪、豆腐、酸菜等发酵食品中。维生素K1的主要来源是绿叶蔬菜如羽衣甘蓝、菠菜、生菜和芸苔属植物如甘蓝和花椰菜，其主要积累在肝脏，可催化凝血因子的羧化，而维生素K2更容易被运输到肝外组织参与羧基谷氨酸蛋白(matrix Gla protein，MGP)和骨钙素(osteocalcin，OC)的羧化[6]。临床实践中很少测量维生素K的循环水平，因其测量的复杂性，且血浆中维生素K水平只反映膳食摄入后几小时的水平，并无有意义的指示功能，而真正重要的是活性羧化MGP组织水平[7]，包括动脉壁在内的组织，与维生素K1相比，更倾向于积累的利用维生素K2。有研究比较了在健康志愿者中的维生素K1和MK-7的吸收和功效发现这两种形式都被很好的吸收。MK-7催化骨骼中OC羧化较维生素K1更有效，MK-7在骨骼中有很强的作用主要归功其较长的半衰期，导致其在血清中有较高浓度和稳定的水平[8]。MK-7相比MK-4有较高的生物利用度，对血清中维生素K的增加贡献更大，因此对肝外组织有更重要的作用。一些VKDP可能在骨、血管及一些软组织代谢中发挥作用，研究最多的是OC和MGP。OC羧化后，其更易被成骨细胞分泌，可存储在矿化骨基质中，发挥在骨形成过程中的生理作用。MGP是软组织钙化的抑制剂，因为它能够强烈地结合和抑制钙晶体生长，缺乏维生素K2将导致羧化MGP蛋白下降，进而出现血管钙化。

二、维生素K2与骨质疏松

OC是骨中含量最高的基质蛋白，影响骨骼矿化[9]。OC由成熟的成骨细胞、成牙本质细胞和肥大的软骨细胞所分泌，补充维生素K2可使其产生增加，其在骨中的保存依赖维生素K2所促进的γ-羧化过程。骨矿化过程中，羧化OC中的Glu可能与羟磷灰石结晶相互作用，促进成骨。此外，维生素K2还可促进成骨细胞的活性和数量的增加。在成骨细胞培养基中添加维生素K2使促凋亡因子Fax、Bax和细胞毒因子FasL呈剂量依赖性降低。在成骨细胞培养基中加入MK-4，可观察到潜在分化启动子、生长分化因子15分泌增加及成骨细胞增殖增加。在这项研究中，针对MK-7和维生素K1未观察到这些效应。除了对OC的活化，维生素K2也促进破骨细胞的凋亡减少他们的祖细胞分化和骨重建[10]。这些结果表明，维生素K2可促进成骨细胞的作用，抑制破骨细胞的作用，有利于治疗骨质疏松症。在一项对于骨髓细胞的研究中，补充MK-4而不是维生素K1，可激活碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)和OC，它们分别是早期、晚期成骨细胞分化的标志。在这项研究中还发现，MK-4抑制核因子κB受体活化因子配体表达，促进骨髓中破骨细胞数量减少[11]。

研究表明，维生素K2可降低骨折发病率和未羧化OC(uncarboxylated OC，ucOC)浓度，并增加羧化OC(carboxylated OC，cOC)浓度，提示维生素K对骨代谢有积极作用。胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factors-1，IGF-1)可促进成骨细胞的形成及分化，为研究维生素K2对IGF-1的作用，给绝经后妇女补充钙、维生素D3、维生素K1、维生素K2(MK-7)，观察12个月后骨代谢变化发现补充钙、维生素D3和维生素K2组血清IGF-1浓度高于补充钙、维生素D3组或单独补充钙、维生素D3、维生素K1组[12]。

在动物模型中显示，维生素K2可促进骨量的恢复。维生素K拮抗剂可通过干扰维生素K再生来间接抑制VKDP的羧化[13]。由药物所引起的骨量丢失是临床上一个严重的问题，通过补充维生素K2来预防骨量丢失可能是一个重要的、安全的促进健康的方法。

研究一组使用维生素K拮抗剂泼尼松龙的小鼠来证明维生素K2在骨形成中的作用，给予100 mg·kg-1·d-1泼尼松龙4周后，小鼠骨密度显著下降，给予10 mg·kg-1·d-1或30 mg·kg-1·d-1泼尼松龙，8周后小鼠骨密度也降低。在饮食中补充15 mg/kg维生素K2连续8周，由30 mg/kg泼尼松龙所引起的骨密度减低、矿化表面减少及骨形成减少得到了抑制[14]。抗癫痫药物苯妥因也可引起骨密度显著降低，主要是摄入苯妥因可使血清和骨骼中维生素K2水平降低。联合使用苯妥因和维生素K2可防止骨丢失。腺嘌呤致慢性肾脏病的大鼠，给予华法林治疗后ucOC显著升高而羧化cOC显著降低。在这个研究中，可发现补充维生素K组cOC显著升高[13]。

在一项对19个临床试验的荟萃分析中发现维生素K2可降低骨折发病率和ucOC浓度，并增加羧化OC浓度，提示维生素K对骨代谢有积极作用。大多数与维生素K2或骨代谢相关的研究都是在绝经后妇女中进行的。有学者研究了维生素K1与维生素K2对骨的作用有差异，发现给440例绝经后妇女每天补充5 mg维生素K1，没有防止骨密度降低和较少骨吸收。然而，与安慰剂对照组相比，降低了平均ucOC[风险比=0.45，95%可信区间(0.20，0.98)，P=0.04]，防止骨折的发生。他们认为维生素K1并不能介导增加骨密度或骨转换，而是增加了骨的结构稳定性[15]。在一项随机、双盲、安慰剂对照试验中，对绝经后妇女补充低剂量(1.5 mg)维生素K2(MK-4)，观察其骨健康状态。观察6个月、12个月发现补充维生素K2组ucOC水平明显低于对照组。此外，对照组中，12个月与6个月时骨密度相比，12个月时骨密度更低，而在补充维生素K2组，骨密度并未发现有意义的降低[16]。此外，与维生素K1相比，维生素K2在激活VKDP、增加矿化、减少骨吸收方面有更强的作用。

三、维生素K与血管钙化

钙在血管壁的沉积是一个主动的过程，与骨形成调节过程相似。血管钙化是促钙化因素与抗钙化因素相互作用的结果。MGP是一种强有力的钙化抑制剂，羧化后能够紧密结合并抑制钙晶体的生长，可由软骨细胞、破骨细胞及多种组织的血管平滑肌细胞所分泌[17]。在健康动脉中发现，羧化MGP(carboxylated MGP，cMGP)存在于局部弹力纤维蛋白中，这表明了一种抗血管钙化的机制。维生素K是MGP翻译后γ-羧化过程中的辅助因子，促进其在血管中的活性以防止血管钙化。此外，cMGP也是一种有效的骨形态发生蛋白-2/4(bone morphogenetic protein-2/4，BMP-2/4)抑制剂，BMP-2/4在血管壁可促进血管平滑肌细胞转化为成骨细胞，可导致血管钙化的发生并加速动脉粥样硬化的进展。有学者研究发现未羧化(uncarboxylated MGP，ucMGP)可能是正常人与终末期肾病患者之间区别的一个标记，分别有较低和较高的水平[18]。维生素K2在血管钙化中的作用还与生长抑制因子6(growth arrest specific gene 6，Gas-6)及富含Gla的蛋白(Gla rich protein，GRP)有关。Gas-6需要γ羧化来刺激Bcl-2基因的抗凋亡活性、抑制前凋亡蛋白酶-3，防止由成纤维细胞不足及血管钙化导致的血管平滑肌细胞凋亡。GRP是研究较少的VKDP，可由软骨细胞、成软骨细胞、成骨细胞、骨细胞所分泌，含有大量的Gla残基。在病理性钙化组织中可观察到GRP的聚集，Gla残基与钙之间的关系表明了这种蛋白与血管钙化间的关系[19]。

CKD患者特别是接受血液透析患者普遍存在低维生素K摄入现象[20]。CKD患者中血管钙化的发生率高。因此，血管中激活MGP所需的维生素K的量较多[21]。给CKD患者补充维生素K2似乎是一个可行的办法。口服补充维生素K2可改善血液透析患者维生素依赖性蛋白的羧化状态，且呈剂量依赖性增加。另一种VKDP-GRP也可在CKD患者中发现。无论是在轻度钙化的动脉或在广泛和晚期病变中，均可观察到GRP在血管中膜大量聚集，相反在正常情况下的细胞外基质中无GRP聚集，表明GRP可能与血管系统的病理性钙化过程相关。

华法林是一种维生素K拮抗剂，其使用可导致较高的钙化风险。在一项随机对照研究中，给53例接受血液透析患者补充维生素K2，证明维生素K2在这类患者中的积极作用，他们存在与华法林使用相关的维生素K缺乏。维生素K2的补充剂量分别为每天45 μg、135 μg或360 μg持续6周，可观察到γ-羧化的MGP呈剂量依赖性增加[22]，表明维生素K2对血液透析患者的益处。

在一个对于36 629例志愿者的前瞻性队列研究中，研究摄入维生素K1、维生素K2与外周动脉疾病(peripheral arterial disease，PAD)之间的关系。随访12.1年(标准差2.1年)，发现补充维生素K2可降低PAD的发病风险，而在补充维生素K1组未观察到PAD风险的降低[23]，证明了维生素K2在预防PAD中的作用。

为证明MGP的抗钙化作用，MGP基因敲除小鼠在第一周发生严重血管钙化，在第二个月时死于血管破裂。Kaesler等[24]探讨尿毒症对维生素K循环酶活性的影响，发现在尿毒症大鼠中γ-谷氨酰羧化酶活性降低，导致活化MGP减少。研究表明，补充大剂量维生素K2(30 mg/d MK-4)可预防使用华法林导致的动脉钙化，而补充维生素K1并没有观察到这一作用[25]。

四、维生素K与保护肾功能

MGP广泛表达于肾脏，其免疫反应与皮质肾小囊上皮和肾近端小管相关。动脉壁钙化是肾功能受损的标志，此过程可能累及直径10～500 μm的小动脉[26]。因此，肾脏的微血管特征如肾小球滤过率和微量蛋白尿可能受缺乏维生素K激活的MGP的负面影响，典型代表是循环中的去磷酸化未羧化MGP(desphospho-uncarboxylated matrix Gla protein，dp-ucMGP)。补充维生素K可能是一种有效改善肾脏功能的方法。

研究发现，血浆dp-ucMGP水平越高的患者，肾功能减退越重。当补充维生素K后，dp-ucMGP水平迅速下降，当给予维生素K拮抗剂后，dp-ucMGP水平又迅速上升[27]，表明高水平血浆dp-ucMGP是一种维生素K缺乏的结果。为进一步证明这一结果，进行了一项实验，并试图排除性别、年龄、种族、胰岛素敏感性、心功能等因素的影响，在不同的人群中得到相同的结果。作者发现，在不同的人群中随dp-ucMGP增加，其预计肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)都会减少。根据此结果，作者认为在正常人中，eGFR降低及CKD风险可能随dp-ucMGP水平的升高而增加[28]。多变量调整后比值比结果显示CKD的分期增加与dp-ucMGP加倍有关。例如，以60例健康中年志愿者为对象的一项随机、双盲、安慰剂对照试验显示，补充MK-7可使dp-ucMGP呈剂量依赖性下降；每日分别补充180 μg、360 μg的MK-7，持续12周，分别使循环dp-ucMGP水平下降31%、46%[29]。维生素K可能成为一种新的方法，减少dp-ucMGP，从而发挥改善肾功能的作用。为证明维生素K的肾功能保护作用，有学者开展了组织研究，选取了4例CKD患者和2例健康患者的肾活检组织，分别对cMGP、ucMGP、异位钙化进行染色。3位有钙化的CKD患者可见cMGP和ucMGP相关染色。正常肾组织无钙化、cMGP和ucMGP相关染色[30]。以上实验结果提示MGP可能具有抑制肾组织钙化的作用。因此，补充维生素K可能成为一种促进肾脏健康的新方法。

目前，尚未发现维生素K1和维生素K2的中毒剂量，WHO也表明维生素K没有最大耐受剂量。在人类研究中常用的维生素K2剂量(MK-4)是45 mg/d，可能成为一个保障骨骼和血管健康的策略，CKD患者的维生素K2推荐摄入量还需要更大量样本更全面的研究来获得。

总之，CKD患者特别是长期接受血液透析的患者普遍存在维生素K缺乏，易发生骨质疏松、血管钙化、肾功能减退等表现。维生素K2可能通过预防骨质疏松、减少血管及肾组织钙化、延缓肾功能减退等减少CKD患者的并发症，延缓其疾病进展，发挥对CKD患者的保护作用。

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10.3969/j.issn.1671-2390.2017.05.013

637000 南充，川北医学院附属医院血液内科

谭竞，E-mail：79468064@qq.com

2016-12-27

2017-03-31)