FGF23在慢性肾脏病及矿物质和骨代谢异常中的相关作用

韩 毓,孙 晶,王杨威,王萌萌,苗里宁

(吉林大学第二医院 肾病内科，吉林 长春130041)

成纤维细胞生长因子 23 ( fibroblast growth factor-23，FGF23)是由骨细胞和成骨细胞合成分泌的细胞因子，其在FGF受体(FGFR)及共受体Klotho蛋白的共同参与下，作用于甲状旁腺、肾脏等靶器官，通过促进尿磷排泄及影响维生素D、PTH合成分泌等途径调节钙磷代谢。通过降低血浆FGF23水平，可为慢性肾脏病相关并发症的治疗及长期存活率的提高提供新的治疗思路。本文对FGF23的基本生物学特性、与CKD、CKD-MBD等的相关作用及治疗进行综述。

1 FGF23的结构和生理功能

FGF23由骨细胞和成骨细胞合成和分泌，其基因定位于染色体12p13，编码产物为由251个氨基酸组成的蛋白质，分子量约32kD，属于FGFs中的FGF19亚家族，N端24个氨基酸组成信号肽(1-24氨基酸残基)；中间肽链为FGF家族同源中心区(25-179氨基酸残基)，C端的71个氨基酸为其特有序列(180-251氨基酸残基)[1]。FGF23同源区有特殊的β10-β12片层结构，这一结构减少了类肝素硫酸盐氨基葡聚糖(heparan sul-fate glycosaminoglycan，HSGAG)与 FGF核心区域的结合，使得FGF23容易从组织内释放并进入血液，形成了其内分泌激素的活性特性，通过切除N端24个氨基酸信号肽，经GALNT3酶糖基化处理后，成熟全段FGF23(iFGF23)分泌入血[2]。血液中存在2种FGF23形式：一种为iFGF23，一种为无活性的水解裂解产物，只有全段完整型FGF23可以发挥生物活性参与信号转导。在成熟的FGF23中N端为FGF受体结合位点，C端有Klotho蛋白结合位点。FGF23-FGFR-Klotho蛋白复合物是FGF23发挥钙磷调节作用的结构基础[3]。

Klotho蛋白是由Kuro-o等[4]于1997年发现并命名,由衰老基因Klotho基因编码，多例动物实验证明Klotho基因缺失可导致寿命缩短、动脉硬化、皮肤肌肉萎缩、软组织钙化、骨质疏松等衰老表现，表明其抑制衰老作用。Klotho基因定位于常染色体13q12，编码产物共有α-Klotho、β-Klotho 和 γ-Klotho 3种，α-Klotho主要表达在肾脏、甲状旁腺及脑脉络丛，分为膜型、可溶型及分泌型3种[5]，其中膜型α-Klotho为FGF23信号传导通路的重要基础，膜型α-Klotho 作为 FGF23的共受体，可直接与 FGFR 相结合，FGF23 -FGFR-αKlotho 复合物的亲和力远远高于 FGF23-FGFR 的亲和力。由于α-Klotho主要在肾脏和甲状旁腺中表达，因此提示FGF23调节钙磷的靶器官主要是肾脏及甲状旁腺。人体有FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4四种FGFR受体，Liu S[6]等研究表明在体外，FGF23可以和FGFR1c，FGFR3c和FGFR4结合，而在FGFR3和FGFR4缺失小鼠中，受体缺失并未影响血清磷或1,25(OH)2D水平或NPT2a的表达，同时Ai-Luen Wu[7]等使用FGFR1的选择性抗体激活剂来激活FGFR1，结果证明FGFR1的激活足以诱导成年小鼠中的FGF23表达和相应的低磷血症，表明FGFR1才是参与FGF23生理活动的靶受体。

FGF23 与 FGFR1-αKlotho 结合，形成具有生物学活性的复合物，通过丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase，MAPK)途径而产生级联反应。FGF23发挥生理功能的靶器官主要是肾脏及甲状旁腺：(1)FGF23作用于肾脏近端小管下调编码 1α-羟化酶的 Cyp27b1 基因表达，下调1α-羟化酶，抑制活性维生素 D 的合成;同时上调编码 24-羟化酶的Cyp24a1 基因表达，促进活性维生素 D 的分解[2]。(2)FGF23 能直接抑制近端小管刷状缘 NaPi-2a 和 NaPi-2c 协同转运蛋白的表达，减少磷的重吸收，增加尿磷排泄率[2]，降低血清磷。(3)动物试验和体外数据表明FGF23以α-Klotho依赖性方式作用于甲状旁腺抑制PTH合成和分泌[8]:FGF23可降低 PTH mRNA合成[9];亦作用于甲状旁腺上的维生素 D 受体以及钙敏感受体抑制甲状旁腺细胞增殖;同时可以上调甲状旁腺 Cyp27b1 表达，促进活性维生素D 合成，抑制 PTH。FGF23通过上述方式与维生素D、PTH等共同作用，调节机体磷酸盐代谢水平。

2 FGF23在慢性肾脏病患者中的水平及相关临床意义

研究发现CKD患者的FGF23水平明显高于健康人群[10]，在血磷、PTH、1,25(OH)2D3还未出现异常改变的CKD早期，FGF23就可开始升高。 Isakova T[11]等在对3879例CKD2-4期患者进行研究时发现，在eGFR≥70 ml/min/1.73 m2(早至CKD2期)时，已有33%的患者FGF23水平升高。当eGFR处于50-59 ml/min/1.73 m2时，50%的患者FGF23 升高，而与此同时仅3%的患者是高磷血症，只有22%的患者表现为继发性甲状旁腺功能亢进，当eGFR< 39 ml/min/1.73 m2时高血磷患者首次超过10%。Portale AA等[12]通过对464名CKD患者进行研究亦发现早在GFR 在60-69 ml/min/1.73 m2(即CKD2晚期)时，血浆FGF23水平已显著升高，且对于eGFR每降低10 ml/min/1.73 m2，血浆FGF23增加14%。上述2项研究发现FGF23可早至CKD2期即可明显升高，且早于血磷、PTH、1,25(OH)2D3出现异常改变，表明其对于提示CKD患者出现矿物质和骨代谢异常要较血磷、PTH、1,25(OH)2D3等指标更加灵敏。而在CKD早期阶段，血磷水平未见明显升高，Klotho蛋白的下降迟于FGF23的升高，提示早期FGF23的水平升高可能与原发性FGF23过度上调有关[13]。

在CKD进展期，FGF23随GFR下降而成比例进行性升高[11,12,14]，在CKD晚期呈指数关系升高，至终末期肾脏病阶段(End stage renal disease，ESRD)，可大于正常值的1000倍[15]。FGF23较血磷变化敏感且与eGFR关系密切，可作为CKD进展的预测性指标。较高的血浆FGF-23浓度与CKD患者的全因死亡率的相关，具有独特的死亡预测意义。Kendrick J[16]等通过对1099例晚期CKD患者进行中位随访时间约2.9年的研究中发现，对传统心血管危险因素、矿物质代谢轴的其他成分等多变量调整后，FGF23浓度的最高四分位数患者的死亡风险仍大约增加了两倍。而在另一项前瞻性实验中[17]，FGF23的最高四分位数的死亡风险比最低四分位数的受试者增加6倍。提示血浆FGF-23浓度升高与全因死亡率、心血管事件和进入慢性透析的进展密切相关。在CKD晚期，考虑患者FGF23升高原因主要如下：1)患者肾脏排泄磷减少，钙磷代谢失衡，血磷增高，FGF23代偿性升高。2)随病情进展，GFR下降，FGF23清除减少，导致体内堆积过多。3)肾功能受损，Klotho蛋白表达下降，FGF23抵抗，导致FGF23代偿性升高。

3 FGF23在CKD-MBD的作用

2005年KDIGO指南明确提出CKD-MBD是全身性疾病，常具有下列一个或一个以上表现：1)钙、磷、PTH或维生素D代谢异常；2)骨转化、矿化、骨容量、骨骼线性生长或骨强度的异常；3)血管或其他软组织钙化。FGF23在CKD-MBD中有重要的调节作用。

3.1 FGF23与血磷的关系

血磷与FGF23之间的相互调控是一个复杂而精密的调节过程。国外一项研究中[18]，对健康人群快速注入磷酸钾，血磷快速升高，但6小时后的血清FGF23未见明显变化，同样，给予碳水化合物后，血磷逐渐下降，血清FGF23在这种情况下也没有变化。而与此同时Ferrari等[19]通过对健康志愿者进行严格的饮食干预，发现饮食诱导的血清FGF-23变化与肾小管重吸收磷和血浆骨化三醇水平呈负相关，磷摄入高时，FGF23 水平升高，肾脏对磷的重吸收减少，1，25(OH)2D3水平下降，肠道吸收磷减少;相反，磷摄入低时，肾脏对磷的重吸收增加，同时1，25(OH)2D3水平升高使肠道吸收磷增加。这些结果提示血清磷酸盐的急剧变化，无论是上升还是下降，都不会改变血清FGF23的水平。而长期的磷酸盐负荷改变可影响FGF23水平。FGF23在CKD患者的磷平衡中起重要作用。在CKD后期，由于肾脏功能减退，排泄减少，血磷逐渐升高，导致FGF23反馈性升高，通过抑制近端小管刷状缘上的 NaPi-2a 和 NaPi-2c 协同转运蛋白的表达，减少磷的重吸收，并下调编码 1α-羟化酶的 Cyp27b1 基因表达，上调编码 24-羟化酶的Cyp24a1 基因表达，降低活性维生素D浓度，肠道吸收磷减少，最终达到降磷作用。但在ESRD患者中，即使FGF23大于正常值的1000倍，血磷仍持续偏高，需干预治疗，考虑主要因为FGF23通过减少磷重吸收增加尿磷排泄来达到降磷效果，但在ESRD患者中，eGFR持续下降，尿磷无法排泄，导致FGF23调节路线受阻，且肾功受损，Klotho蛋白生成减少，无法形成具有降磷生物活性的FGF23-FGFR1-αKlotho复合物。

3.2 FGF23与PTH的关系

FGF23以α-Klotho依赖性方式作用于甲状旁腺通过降低PTHmRNA、上调甲状旁腺 Cyp27b1 表达及抑制甲状旁腺细胞增殖等方式抑制PTH合成和分泌。但在CKD患者中尤其是难治性甲状旁腺机能亢进患者中，增高的FGF23与PTH水平一定程度上呈正相关，这可能与CKD患者中甲状旁腺的Klotho蛋白和FGFR1受体的低表达，导致FGF23对PTH的抑制作用相对减弱有关[20]。

而相反PTH可以促进FGF23的合成。相关研究证明PTH通过核受体相关蛋白1(Nurr1)介导FGF23mRNA转录水平的提高，促进FGF23的合成[21]；甲状旁腺切除术可以使继发性甲状旁腺机能亢进患者的FGF23水平显著降低[22]，也从侧面说明PTH在促进FGF23升高方面有正向作用。

FGF23与PTH的关系为精密复杂的负反馈环路，FGF23可抑制PTH的分泌，而PTH可以反馈性促进FGF23的分泌表达，但在CKD患者体内，因高磷、FGF23抵抗等相关因素影响，其负反馈环路也受到一定的复杂的影响。

3.3 FGF23与1,25(OH)2D3的关系

FGF23与1,25(OH)2D3也是一个负反馈调节回路。FGF23抑制1,25(OH)2D3的表达，其可作用于下调编码 1α-羟化酶的 Cyp27b1 基因表达，下调1α-羟化酶，抑制活性维生素 D 的合成;同时上调编码 24-羟化酶的Cyp24a1 基因表达，促进活性维生素 D 的分解，共同作用导致1,25(OH)2D3的减少。而1,25(OH)2D3可以促进FGF23的生成，其机制可能与1,25(OH)2D通过直接刺激成骨细胞中FGF23启动子的维生素D应答元件来增加FGF23的转录有关[23,24]。而对于大多数CKD患者来说，因肾脏1α-羟化酶的减少导致1,25(OH)2D3的减少或者高磷血症的存在，低钙血症成为慢性肾衰的一个特征，需长期使用骨化三醇(活性维生素D)进行治疗，此时1,25(OH)2D3作为一种治疗方式一方面可以提高CKD患者的生存质量减少并发症的发生，但另一方面可增加FGF23的生成，FGF23与患者的心血管并发症与死亡相关事件密切相关，此矛盾需进行大量大样本研究进行分析。

3.4 FGF23与骨代谢

体外研究[25]通过使用腺病毒过表达系统使胎鼠颅骨细胞培养物的成骨细胞发育过程中过表达人FGF23，发现FGF23可独立于对血磷稳态的影响，直接作用于骨细胞，抑制骨细胞分化及骨基质矿化。提示FGF23对骨代谢的影响一方面源于对血磷、PTH、维生素D的作用，一方面为自身直接作用于骨组织抑制骨细胞分化及骨矿化，导致骨软化及骨密度降低。

4 对FGF23的干预治疗

血浆FGF-23水平的升高与CKD患者的全因死亡率、心血管事件和进入慢性透析的进展密切相关，因此降低患者FGF23水平对改善患者预后至关重要。

4.1 减少饮食磷摄入

Ferrari等[19]已证明长期的磷酸盐负荷改变可影响FGF23水平，故限制高磷饮食摄入可有效下降血浆FGF23水平。Burnett[26]通过对66名志愿者进行磷酸盐饮食分组调控亦发现限制磷酸盐饮食可降低FGF23水平。

4.2 磷结合剂

血磷升高是刺激血浆FGF23水平升高的有效因素，因此磷结合剂(碳酸镧、司维拉姆)可通过降低血磷水平，间接有效降低FGF23。近期有研究[27]发现规律血液透析的高磷血症患者口服碳酸镧4周后，血磷、FGF23及Klotho蛋白均有不同程度的下降，在停用碳酸镧改用碳酸钙后血磷及FGF23水平回升，提示碳酸镧有降低FGF23的作用，而碳酸钙对FGF23的作用则需进一步实验去研究。而另一项研究[28]表明在血磷正常的情况下使用司维拉姆治疗6周后，血清FGF23水平亦明显降低且血磷水平未见明显变化，这表明磷结合剂除可通过降磷途径影响FGF23水平外，仍有特殊途径影响FGF23的浓度，这仍需大量实验室研究去验证。

4.3 钙磷协同转运体抑制剂

钠磷协同转运体是体内重要的无机磷转运蛋白，其抑制剂烟酸或烟酰酸可通过抑制肠道型钙磷协同转运体直接阻断磷的吸收，到达有效的降磷手段，一项研究[29]通过给予CKD患者24周烟酸发现其不仅可以降低血磷水平，其FGF23水平与基线相比下降了10.9%，同时PTH水平也有所下降，其有望成为临床一种降磷、降FGF23的新型药物，现已在进行相关临床前研究。

4.4 降低PTH

已知PTH可促进FGF23的生成，故降低PTH可有效降低FGF23浓度。作为拟钙剂，西那卡塞以变构子形式与钙敏感受体跨膜结合，改变构象，增加钙敏感受体对钙的敏感度，降低激活钙敏感受体所需血钙浓度，进而抑制PTH分泌，降低血钙浓度，国内一项[30]对血液透析继发性甲状旁腺机能亢进患者的临床观察发现在使用西那卡塞23周后，其在降低PTH的同时，血FGF23也同时下降，西那卡塞降低血浆FGF23可能与其降低PTH、血磷水平有关。甲状旁腺切除术可以使继发性甲状旁腺机能亢进患者的FGF23水平显著降低[22，31]。

4.5 透析方式选择

对于血液透析患者，不同血液净化方式的选择对FGF23也有不同的影响。血液净化现有血液透析(hemodialysis,HD)、血液灌流(hemoperfusion,HP)、血液透析滤过(hemodiafiltration,HDF)三种模式，国内一项研究[32]将患者分为HD组、HD+HP组、HD+HDF组、HD+HP+HDF组，对4组患者进行治疗3个月前后FGF23进行检测发现， HD+HP 、 HD+HDF 、HD+HP+HDF 组 FGF23 水平均显著下降，且HD+HP+HDF 组较 HD+HP 及 HD+HDF 组下降的更明显，这可能与三种血液净化原理不同有关。HD模式主要通过弥散的方式清除毒素分子，其对肌酐、尿素氮等小分子物质清除效果较好，但对于FGF23这样的中分子物质效果略差。HP模式则利用吸附原理将体内异常升高的大分子毒素进行清除，血液灌流器为人工合成高分子吸附材料大孔吸附树脂，有较高的吸附选择性，但对水、电解质等小分子毒素清除效果差，两者串联使用清除毒素效果更高。HDF模式主要运用对流原理即通过透析膜两侧的压力梯度使毒素随着水的跨膜移动而移动，将其置换液达到较高流速时，其超滤量大，可很好的清除中分子物质。因此对于血液透析患者，可与规律血液透析时，间断应用HP、HDF等模式达到对中分子、大分子物质的清除，帮助患者达到更加充分的透析效果。

5 小结

成纤维细胞因子23的发现具有重要的临床意义，其与多种疾病的发生发展密切相关，FGF23对于CKD进展的预测性、对于CKD患者全因死亡率、心血管事件的标志性，以及其在CKD-MBD中重要的参与性，提示FGF23可作为慢性肾脏病患者的常规检测指标以辅助疾病的诊断及预后，同时其治疗也为CKD患者相关并发症的治疗提供新的方向。