FGF23、klotho在慢性肾脏病患者心血管疾病中的作用

曾鹏廷 综述，钟 清 审校

(重庆医科大学附属第一医院肾内科 400016)

FGF23、klotho在慢性肾脏病患者心血管疾病中的作用

曾鹏廷 综述，钟 清 审校

(重庆医科大学附属第一医院肾内科 400016)

慢性肾张病；心血管疾病；成纤维生长因子23；klotho

慢性肾脏病(CKD)尤其是终末期肾病(ESRD)患者面临着病死率增加的风险，而这一风险主要来至心血管事件。在ESRD患者中，心血管疾病的死亡风险是健康者的10～100倍。内皮功能紊乱、血管僵硬、左心室肥厚、血管钙化等这些因素导致心血管系统结构和功能紊乱，促进心血管疾病发生与发展。以往的观点认为高磷、低钙、维生素D缺乏、继发性甲状旁腺功能亢进是导致CKD患者心血管疾病(CVD)高发的主要因素，而成纤维生长因子23(FGF23)、klotho蛋白的发现彻底改变了这一观点。现有的观点认为，FGF23、klotho蛋白的协同作用是导致CKD患者CVD高发的直接因素。

1 FGF23

FGF23是成纤维细胞生长因子(FGFs)家族中的一员，由150～300个氨基酸组成[1]。FGF23是调节磷、维生素D代谢的骨分泌激素，通过激活钙调磷酸酶/核转录因子而使心脏肥厚，是调节磷、维生素D代谢的重要骨分泌激素之一[2]；其主要通过形成FGFR23-klotho 复合物后作用于肾脏、甲状腺等靶器官产生效应：在肾脏，FGF23与成纤维生长因子受体(FGFR)、klotho结合后可减少2a 和 2c型钠磷共转运体的表达而促使尿磷排泄；同时，FGF23 还可通过抑制Cyp27b1刺激1,25(OH)2-维生素D3的产生和通过增加Cyp24 抑制1,25(OH)2-维生素D3的活性来降低血中1,25(OH)2-维生素D3的水平[3]；此外，FGF23还可抑制血管紧张素转化酶的表达，使RAS激活、抑制膜型klotho(α-klotho)，同时也可能抑制水溶性klotho的分泌[4]。

2 klotho蛋白

是一种单向跨膜蛋白，可表达于肾脏(主要部位)、心脏、大脑、甲状旁腺，包括膜型和分泌型；α-klotho是FGF23的协同受体，可促进肾脏磷的排泄和抑制活性维生素D的合成[5]。分泌型klotho蛋白(sklotho蛋白)是一种体液调节因子，可不依赖于FGF23独立发挥多种作用，如调节多种离子通道和转运蛋白的活性[6]。已有研究证实，在CKD患者中，klotho蛋白对肾脏具有保护作用；klotho蛋白的缺乏会造成严重的肾损害和纤维化、加速血管的钙化[5]。而在一人工造模的动脉粥样硬化的动物实验中发现，过度表达klotho蛋白可改善内皮细胞功能，增加一氧化氮(NO)合成，降低血压，因此klotho缺乏会加速血管钙化，而其过度表达会抑制血管钙化[7]。在CKD早期klotho表达便有降低，且与早期血FGF23的升高有关[5]。而尿klotho蛋白的减少也成为CKD患者病情进展的最早期标志物之一[6]。

3 FGF23、klotho与CKD

FGF23和klotho在CKD患者的共同作用表现在调节矿物质代谢、参与心血管疾病的发生和死亡[7]。FGF23和klotho蛋白是骨-肾-甲状旁腺轴的主要成分，二者在矿物质-骨代谢障碍(MBD)中的主要是促进磷排泄和抑制活性维生素D合成；由于FGF23和维生素D可分别下调和上调klotho蛋白的表达。因此高水平的FGF23和低水平的维生素D可进一步减少肾脏和甲状旁腺klotho蛋白表达。而甲状旁腺klotho蛋白表达减少会使FGF23失去对甲状旁腺激素(PTH)分泌的抑制作用导致PTH升高；同时klotho蛋白表达降低会增强肾脏和甲状旁腺对FGF23的抵抗，进一步升高FGF23和降低维生素D水平，同时增加PTH分泌；此外，血管紧张素Ⅱ可减少klotho蛋白表达，因此血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)可促进klotho蛋白表达水平的恢复，从而中断升高的FGF23和降低的活性维生素D引起反馈性PTH升高的这一恶性循；由此可知，FGF23和klotho与CKD病情进展及其并发症密切相关，尤其是矿物质代谢障碍，这就提示FGF23和klotho蛋白可作为CKD患者新的生物指标和治疗目标[6]。

4 FGF23、klotho与CVD

已有大量的研究显示，FGF23是心血管疾病高发病率和病死率升高的独立危险因素之一。FGF23可通过某种特定的机制引起血管钙化、动脉硬化、心室肥厚与纤维化等病理改变，引起心室重塑、心律失常、充血性心力衰竭，但其致病作用离不开klotho蛋白的作用。

4.1 FGF23、klotho与左心室肥厚 心脏不表达αklotho，因此FGF23对心血管系统的致病作用是通过形成αklotho/FGFR1复合物实现的，具体激活心肌细胞哪种FGFR同源体仍不清楚[2]。在ESRD的患者中，由于肾功能的减退和甲状旁腺FGFR1-klotho复合物表达的下调，血FGF23失去了依赖klotho蛋白而产生的生理病理效应；因此，FGF23可能不依赖于klotho，而对心血管系统产生毒性作用[8]；心室肥厚与纤维化可能通过以下机制实现：(1)FGF23抑制肾脏血管紧张素转化酶Ⅱ的表达使RAS激活[4],再通过多种效应在心血管疾病的发病率和病死率中起效应，如血压的升高、压力感受器功能不良、交感激活、持续的动脉硬化、内皮功能不良、纤溶系统的抑制和左心室肥厚[9]。据此推定，ACEI或许可以干扰FGF23引起的心室重塑；在稳定性缺血性心脏病患者中，使用ACEI治疗不仅可改善肾功能，还可使患者获得显著的心血管受益[10]。(2)通过脂质运载蛋白2(LCN2)、β-转化生长因子(TGF-β)、α-肿瘤坏死因子信号通路实现对FGF23的转录和激活[4]。研究显示血透患者的FGF23与各种炎症介质密切相关，在矫正炎症介质后血管钙化可得到缓解[11]。(3)骨保护素(OPG)升高。从CKD 3期起OPG和FGF23均有升高，二者与左心室受损、血压升高和贫血程度密切相关；由此表明二者在骨骼重塑和心血管事件发生中均扮演重要角色[12]。

一项对444例2～4期的CKD患者的前瞻性研究发现：sklotho动脉硬化和失代偿期的心力衰竭没有关系，而FGF23与失代偿期心力衰竭有明显的相关性；同时发现血FGF23水平与左心室射血分数(LVEF)和左心室质量(LVM)的密切相关[13]。研究者们通过对100例未行血液透析的CKD患者研究发现：血FGF23水平而不是αklotho水平与LVEF和LVM有显著的相关性，即使在矫正年龄、性别、估算肾小球率过滤、血浆PTH和25(OH)-维生素D3后这一结论仍然成立[14]。Agarwal等[15]对不同程度肾功能受损的患者及klotho受体敲除小鼠的研究也证实了这一观点，并且发现FGF23每上升一个标准差，EF值则下降1%；但在eGFR>60 mL·min-1·1.73 m-2时，FGF23与左心室向心性和偏心性的肥厚并无密切联系，仅在eGFR <60 mL·min-1·1.73 m-2时才与向心性的心室肥厚相关；与klotho受体敲除的野生型小鼠相比，后者并未表现出心室肥厚和心室射血分数的下降。据此，在尚无肾实质损害时，FGF23并不在心室重塑和功能障碍发生中起主要作用，且其作用的发生离不开klotho协同受体的作用。

左心室肥厚多见于CKD中晚期患者，Seifert等[16]发现CKD早期也存在进展性左心室肥厚；虽然早期klotho水平有所减低，但与LVM/Ht无相关性；相反，FGF23/klotho的比值与LVM/Ht的改变有显著的联系；而klotho 蛋白表达的减少会使FGF23信号转导发生异常，这可能与进展性的左心室肥厚相关。此外，Yang等[17]发现，用klotho治疗后可阻断硫酸吲哚酚致氧化应激、抑制P38、阻断蛋白激酶C的作用而效降低左心室肥厚的发生率。

4.2 FGF23、klotho与房颤 FGF23所致的左心室肥厚可能导致房颤、心室舒张及左房功能不良，是导致充血性心衰和心律失常的重要原因。在MESA和CHS的研究中发现，在矫正各种潜在混杂因素后，循环FGF23每升高2倍，房颤事件的发生风险分别增加41%、30%；在MESA研究中，血磷与房颤联系密切，而在调整FGF23后，eGFR与房颤事件的发生均有部分改善[18]。在以仓鼠心房肌细胞为模型的研究中发现，FGF23是通过调节钙转运调控蛋白使钙平衡紊乱而引发心律失常的[19]。健康人klotho水平较透析患者高，因此高水平的klotho可能对房颤有保护作用[20]。

4.3 FGF23、klotho与血管钙化 血管钙化是CKD患者常见心血管系统并发症，是钙磷在心血管组织的病理性沉积，其机制与骨骼的矿化类似：长期的高磷可刺激血管平滑肌细胞向类骨样细胞转化，促使骨蛋白表达增加、细胞外基质矿化[21]。在对α-klotho+小鼠模型的研究中发现，钙化动脉上有FGF23的异位性表达，或许可解释FGF23与心血管死亡风险有关[22]。但新近研究发现，在CKD2-4期的患者中并未发现血FGF23与冠状动脉钙化有相关性[23]。因此，FGF23能否作为血管钙化的生物指标或是其致病因素目前仍然存在着较大的争议。

CKD患者的慢性代谢性应激因素会使血管klotho蛋白缺乏，局部血管klotho蛋白有两种功能：血管钙化的内源性抑制剂和血管FGF23信号协同分子[24]。Six等[25]以大鼠主动脉环、人静脉内皮细胞、人血管平滑肌细胞为研究对象，发现升高的klotho和FGF23可刺激主动脉环收缩、血管平滑肌细胞氧化应激物产生，同时klotho蛋白能部分逆转FGF23引起的血管收缩，促使主动脉舒张(二者可能是通过增加NO分泌而实现)，增加人静脉内皮细胞NO的产生；而磷、klotho、FGF23三者同时作用不仅可增加NO类物质的产生，还可抑制血管的舒张(可能是由于增加ROS类物质)。因此，klotho可通过刺激NO产生而减轻P和FGF23引起的血管收缩，在一定程度上保护血管。此外，维生素D受体激活剂可恢复klotho的表达和揭示其潜在的抗钙化效应[24]。

5 总 结

综上所述，血浆高水平FGF23和低水平klotho是终末期肾脏病患者心血管事件高发病率和高死亡风险的独立危险因素，二者主要通过形成FgfR-klotho复合物，介导RAS系统激活、炎症介质产生、升高血骨保护素水平、氧化应激等机制增加心血管疾病(如血管钙化、左心室肥厚、房颤、心力衰竭等)的发生率。因此，一方面，可将其作为早期诊断CKD、预测肾脏疾病进展和临床试验的替代标志物，另一方面也提示临床可通过一定的干预手段来降低FGF23、增加klotho含量，从而降低CKD患者心血管系统的疾病的风险。

[1]Itoh N,Ornitz DM.Fibroblast growth factors:from molecular evolution to roles in development,metabolism and disease[J].J Biochem,2011,149(2):121-130.

[2]Itoh N,Ohta H.Pathophysiological roles of FGF signaling in the heart[J].Front Physiol,2013,4:247.

[3]Shimada T,Hasegawa H,Yamazaki Y,et al.FGF-23 is a potent regulator of vitamin D metabolism and phosphate homeostasis[J].J Bone Miner Res,2004,19(3):429-435.

[4]Dai B,David V,Martin A,et al.A comparative transcriptome analysis identifying FGF23 regulated genes in the kidney of a mouse CKD model[J].PLoS One,2012,7(9):e44161.

[5]Zununi Vahed S,Nikasa P,Ardalan M.Klotho and renal fibrosis[J].Nephrourol Mon,2013,5(5):946-948.

[6]John GB,Cheng CY,Kuro-o M.Role of klotho in aging,phosphate metabolism,and CKD[J].Am J Kidney Dis,2011,58(1):127-134.

[7]Gutiérrez OM.Fibroblast growth factor 23,klotho and disordered mineral metabolism in chronic kidney disease:unraveling the intricate tapestry of events and implications for therapy[J].J Ren Nutr,2013,23(3):250-254.

[8]Komaba H,Fukagawa M.The role of FGF23 in CKD--with or without klotho[J].Nat Rev Nephrol,2012,8(8):484-490.

[9]Arnlov J,Carlsson AC,Sundstrom J,et al.Serum FGF23 and risk of cardiovascular events in relation to mineral metabolism and cardiovascular pathology[J].Clin J Am SocNephrol,2013,8(5):781-786.

[10]Udell JA,Morrow DA,Jarolim P,et al.Fibroblast growth factor-23,cardiovascular prognosis,and benefit of angiotensin-converting enzyme inhibition in stable ischemic heart disease[J].J Am Coll Cardiol,2014,63(22):2421-2428.

[11]Nasrallah MM,El-Shehaby AR,Osman NA,et al.The Association between Fibroblast Growth Factor-23 and Vascular Calcification Is Mitigated by Inflammation Markers[J].Nephron Extra,2013,3(1):106-112.

[12]Dzgoeva FU,Gatagonova TM,Bestaeva TL,et al.Osteoprotegerin and fibroblast growth factor 23 in the development of cardiovascular events in chronic kidney disease[J].Ter Arkh,2014,86(6):63-69.

[13]Seiler S,Rogacev KS,Roth HJ,et al.Associations of FGF-23 and sKlotho with cardiovascular outcomes among patients with CKD stages 2-4[J].Clin J Am Soc Nephrol,2014,9(6):1049-1058.

[14]Shibata K,Fujita S,Morita H,et al.Association between circulating fibroblast growth factor 23,α-klotho,and the left ventricular ejection fraction and left ventricular mass in cardiology inpatients[J].PLoS One,2013,8(9):e73184.

[15]Agarwal I,Ide N,Ix JH,et al.Fibroblast growth factor-23 and cardiac structure and function[J].J Am Heart Assoc,2014,3(1):e000584.

[16]Seifert ME,De Las Fuentes L,Ginsberg C,et al.Left ventricular mass progression despite stable blood pressure and kidney function in stage 3 chronic kidney diseas[J].Am J Nephrol,2014,39(5):392-399.

[17]Yang K,Wang C,Nie L,et al.Klotho Protects Against Indoxyl Sulphate-Induced Myocardial Hypertrophy[J].J Am Soc Nephrol,2015,26(10):2434-2446.

[18]Mathew JS,Sachs MC,Katz R,et al.Fibroblast Growth Factor-23 and incident atrial fibrillation:the Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis(MESA)and the Cardiovascular Health Study(CHS)[J].Circulation,2014,130(4):298-307.

[19]Kao YH,Chen YC,Lin YK,et al.FGF-23 dysregulates calcium homeostasis and electrophysiological properties in HL-1 atrial cells[J].Eur J Clin Invest,2014,44(8):795-801.

[20]Nowak A,Friedrich B,Artunc F,et al.Prognostic value and link to atrial fibrillation of soluble klotho and FGF23 in hemodialysis patients[J].PLoS One,2014,9(7):e100688.

[21]Speer MY,Yang HY,Brabb T,et al.Smooth muscle cells give rise to osteochondrogenic precursors and chondrocytes in calcifying arteries[J].Circ Res,2009,104(6):733-741.

[22]Nabeshima Y,Washida M,Tamura M,et al.Calpain 1 inhibitor BDA-410 ameliorates α-klotho-deficiency phenotypes resembling human aging-related syndromes[J].Sci Rep,2014,4:5847.

[23]Scialla JJ,Lau WL,Reilly MP,et al.Chronic Renal Insufficiency Cohort Study Investigators.Fibroblast growth factor 23 is not associated with and does not induce arterial calcification[J].Kidney Int,2013,83(6):1159-1168.

[24]Lim K,Lu TS,Molostvov G,et al.Vascular Klotho deficiency potentiates the development of human artery calcification and mediates resistance to fibroblast growth factor 23[J].Circulation,2012,125(18):2243-2255.

[25]Six I,Okazaki H,Gross P,et al.Direct,acute effects of Klotho and FGF23 on vascular smooth muscle and endothelium[J].PLoS One,2014,9(4):e93423.

曾鹏廷(1990-)，住院医师，在读硕士，主要从事狼疮，血管钙化的研究。

� 述·

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.05.040

R446.11+12

A

1671-8348(2017)05-0697-04

2016-07-30

2016-09-28)