血清碱性磷酸酶在慢性肾脏病矿物质和骨代谢紊乱发生发展中作用的研究进展

伍金秋，钟清(重庆医科大学附属第一医院，重庆400016)

近年来慢性肾脏病(CKD)在普通人群中的发病率呈上升趋势，其防治已经成为重要公共卫生问题。CKD矿物质及骨代谢紊乱(CKD-MBD)是CKD常见的并发症，与CKD患者骨折、心血管事件和病死率升高密切相关。CKD-MBD主要包括生化指标异常、骨代谢异常和血管钙化。该病起病隐匿，早期无特异性临床表现，目前以实验室生化指标及影像学检查作为主要监测手段。骨活检、骨密度(BMD)、钙、磷、甲状旁腺素(PTH)等作为CKD-MBD的监测指标，但以上均有不足之处。改善全球肾脏病预后组织颁布的CKD-MBD临床实践指南推荐CKD 3期开始监测血清钙、磷、PTH和碱性磷酸酶(ALP)水平。ALP是一种膜结合的同型二聚体酶，广泛分布于人体肝脏、骨骼、肠、肾和胎盘等组织，能在碱性环境下水解磷酸单酯键，生成无机磷酸和相应的醇、酚、糖等物质。目前有研究认为，ALP与CKD-MBD的发生发展关系密切[1]。本文对ALP与CKD患者并发肾性骨病、心血管疾病、感染及预后的关系进行综述。

1 ALP概述

ALP包含4种同工酶：胎盘型、肠型、生殖细胞型、组织非特异型(TNALP)。胎盘型、肠型、生殖细胞型仅表达在特定的组织中，占血清总ALP(TALP)的5%左右。TNALP由单个基因编码，可在多种组织中表达，主要包括骨骼、肝脏和肾脏[2]。在血清中骨特异性ALP(BALP)和肝源性TNALP占TALP的90%以上，其活性大约为1∶1。

BALP是一种由成骨细胞分泌的糖蛋白，该酶在细胞内合成时新生的酶蛋白先在内质网糖基化，再通过高尔基体转运到细胞膜,通过糖基磷脂酰肌醇嵌合到细胞膜及基质小泡表面。在特异性水解酶的作用下，BALP被释放到血循环，循环中BALP水平可以反映成骨细胞的活性[3]。BALP相对半衰期为1～2 d，明显高于PTH的半衰期(2～5 min)，其昼夜水平变化不明显。BALP主要经肝胆系统排泄，其水平不受肾小球率过滤的影响。BALP有4种亚型：B1、B2、B/I和B1x，其中B1、B2和B/I存在于所有人血清中，而B1x仅见于部分CKD患者。BALP生理性升高主要见于儿童、青少年和孕妇，病理性升高可见于CKD、肝胆疾病、X-连锁低磷酸盐血症、骨恶性肿瘤、恶性肿瘤骨转移等。BALP的主要生理功能是促进体内钙化的发生[4]。

体内钙化是羟基磷灰石在细胞外基质中沉积的过程。成骨细胞及肥大软骨细胞向类骨质释放基质小泡(MV)，MV内富含磷脂、ALP、钙结合蛋白、膜联蛋白、X型胶原等。钙化过程首先是钙离子、磷酸盐在MV中积累，钙离子可通过膜联蛋白形成的钙通道进入MV内，磷酸盐则通过膜表面的Na-Pi共转运体进入MV内，然后钙离子和磷酸盐形成非晶体的无定形磷酸钙，磷脂酰丝氨酸、钙结合蛋白可促进钙磷的沉积，最后形成难溶的羟基磷灰石[5]。而后羟基磷灰石晶体进入细胞外基质和胶原纤维之间利用细胞外的钙和磷酸盐扩大其沉积范围，经上述过程钙化可发生在体内骨、软骨及血管、肌腱、韧带等软组织中。细胞外基质中的无机焦磷酸盐(PPi)、基质Gla蛋白、磷酸化骨桥蛋白等可抑制羟基磷灰石的形成。

BALP促进钙化的可能机制：在碱性条件下水解磷酸酯，为羟磷灰石的沉积提供必要的磷酸盐；将PPi水解为无机磷酸盐Pi，解除PPi对骨盐形成的抑制作用，并造成局部Pi与PPi比例失衡而促进钙化[6]；结合胶原纤维使MV沿胶原纤维排列，促进羟基磷灰石在细胞外基质支架上的增殖；通过去磷酸化作用降低骨桥蛋白的活性，解除其对钙化的抑制作用[7]。

2 ALP在CKD-MBD发生发展中的作用

2.1 肾性骨病 肾性骨病是指是CKD患者由于钙、磷及生素D代谢障碍，继发甲状腺能亢进、酸碱平衡紊乱、成纤维细胞生长因子23水平升高等因素而引起的骨病。加上CKD患者营养不良、肌病、周围神经病变等因素，导致其骨质疏松性骨折的发生率增加，是CKD患者致残和死亡的重要原因[8]。根据骨骼转换速率，肾性骨病可分为高转化性骨病、低转化性骨病、混合性骨病。

骨活检是诊断肾性骨病的金标准，但由于骨活检是一种有创检查方法，且难以进行重复活检以评价疗效，其在临床中的应用受到限制。因此肾性骨病主要以实验室指标及影像学检查为依据。BMD可以反映骨强度，但对早期骨量减少的诊断不够灵敏；且骨密度是非动态及局部性的，难以真实地反映骨转换的发生。Meta分析提示维持性血液透析患者前臂的BMD在一定程度上可以预测前臂骨折的发生，但髋骨BMD与髋骨骨折的发生率并无相关性[9]。故难以通过局部的BMD预测骨折发生的风险。KDIGO指南指出对于CKD 3～5期患者，不推荐常规行BMD检查。继发性甲状旁腺功能亢进在骨转换的发生中起很大作用，长期以来PTH被认为是肾性骨病的有效诊断及监测指标。PTH水平升高多见于高转化性骨病，高转化性骨病是肾性骨病的主要类型。然而近年来随着磷结合剂及维生素D的不恰当使用、营养不良、透析不充分、高龄等因素，导致低转化性骨病发生率升高，甚至高于高转化性骨病。因此PTH对肾性骨病的预测价值低[10]。

BALP由成骨细胞分泌，其水平升高可以反映骨转化的发生。肾性骨病患者BALP升高的机制可能为钙营养不良及高磷血症时，PTH分泌增加，PTH促进骨祖细胞或未成熟成骨细胞增生分化为成熟成骨细胞，并间接抑制成骨细胞凋亡；骨化三醇及钙缺乏时类骨组织不能钙化，成骨细胞不能转化为骨细胞而堆积，同时成骨细胞反馈性增生活跃；CKD患者发生骨质疏松骨折时静止的成骨细胞转变为活跃的成骨细胞[11]。上述情况导致成骨细胞分泌BALP，血清中BALP水平升高。因此BALP可以作为骨转换的特异性标志物，从而作为评价骨代谢疾病的重要依据。

联合应用PTH及BALP可更准确地鉴别肾性骨病的类型。研究结果显示，iPTH对于高转化性骨病的鉴别具有一定优势，然而BALP及联合应用BALP、iPTH对于低转化骨病的鉴别均较iPTH更敏感，故两者联合应用可更好地区分CKD患者骨转化的类型[12]。

研究发现，B1x多出现在低转化骨病的CKD患者血清中，B1x与B1、B2、BALP、PTH均呈负相关，与B/I无明显相关性，而B/I、B1、B2与BALP、PTH水平均呈正相关。血清中检测到B1x的患者成骨细胞数量、成骨细胞活性、矿物质沉积率、成骨速度均明显降低，导致患者矿化滞后时间明显延长，B1x有助于诊断低转化性骨病[13]。另有研究发现，B1x与髙磷和钙磷乘积有关，因此推测B1x可能来源于异位钙化组织[14]，但目前对于B1x的来源及作用机制仍存在争议。

BALP亦与CKD患者骨折的发生密切相关。有研究对485例CKD 5期透析患者进行平均39.9个月的随访，期间46位患者出现新发骨折，血清BALP水平升高及BALP升高的趋势均能够预测骨折的发生[15]。然而BMD对于骨折的预测仅限于PTH低水平的女性患者，对于已发生骨折的患者，BALP活性可反应骨折愈合的能力。有研究发现，对于新发骨折患者在相同时间内BALP水平较高组骨折线消失及骨痂形成的程度均高于BALP水平较低组[16]。故可通过BALP水平判断骨折患者的骨形成能力和速度。BALP可作为骨折患者病情监测、治疗和预后判断的依据。

肝胆疾病导致血清TALP水平升高时多伴有其他实验室指标的异常[17]。CKD患者在排除肝病的情况下血清TALP水平升高主要为BALP升高引起，TALP水平亦可反映骨转化从而预测肾性骨病的发生。日本一项研究发现，血清TALP水平与髋关节骨折的发生率独立相关，故TALP在一定程度上亦能预测骨折的发生[18]。然而对于TALP能否代替BALP作为肾性骨病的监测指标仍存在争议。

2.2 心血管钙化 心血管事件是CKD患者的主要死因，由心血管事件造成的死亡占总死亡的50%以上。CKD-MBD包含转移性钙化的发生，主要为心脏瓣膜和血管的钙化，其中冠状动脉钙化是影响CKD患者临床预后的主要因素。有研究发现，CKD患者随着肾功能损害程度加重，冠状动脉狭窄程度也加重[19]。导致CKD患者心血管钙化风险增加的传统因素包括糖尿病、血脂代谢异常、炎症、继发性甲状旁腺功能亢进、高钙血症等[20]。动脉钙化与骨形成和矿化生物过程相似，是异位骨形成的一种。血管平滑肌细胞(VSMC)、微血管周细胞、人主动脉瓣间质细胞、多能血管间充质祖细胞均具有向成骨细胞分化的潜能[21]，高磷血症可诱导VSMC发生表型转换，同时CKD患者氧化低密度脂蛋白升高等因素易加重细胞发生氧化应激损伤，细胞内活性氧产生增加[22]，激活VSMC中成骨转录因子Runx2表达，通过磷脂酰肌醇3激酶途径和促分裂原活化蛋白激酶途径血管平滑肌逐渐转化为成骨细胞，能合成和分泌多种骨形成相关蛋白包括TNALP及基质小泡，同时上调骨黏连蛋白的表达，促进钙化的发生[23]。

CKD患者冠状动脉钙化多发生于血管的中层、内层。冠状动脉钙化积分(CACS)为评估血管钙化较为准确的方法，但因其射线剂量较大、价格昂贵、普及性不够高等原因临床应用并不广泛[24]。有研究发现血清ALP水平与CACS密切相关。对153例维持性血液透析患者研究发现，有137例存在不同程度冠脉钙化，血清ALP水平与CACS呈中度相关，在控制年龄、性别、血糖、肝功、透析龄等因素后其相关性更显著。当ALP≥120 IU/L及冠状动脉钙化积分≥400分时，其相关性最明显[25]。血清ALP水平在一定程度上可以反映血管钙化的发生及钙化程度。

ALP水平升高引起的血管钙化及内皮功能紊乱可进一步导致ACS的发生。有研究发现，血清ALP水平与急性心肌梗死的发生率呈正相关，进一步分析发现这部分患者血清水平升高的ALP亚型主要为BALP[26]。对于冠状动脉支架植入术后的患者，ALP水平升高与支架内血栓形成、再发急性心肌梗死及患者的全因病死率均有关，其机制可能与冠脉钙化影响内皮细胞功能导致再内皮化障碍有关[27]。对于CKD合并冠心病的患者，可通过ALP水平预测ACS的发生风险。

2.3 感染 CKD患者易并发各种感染，是CKD患者第二大死因。骨组织细胞及免疫细胞之间存在相互作用，成骨细胞分泌的核因子κB受体活化因子配基能调节T细胞和树突状细胞的生长和功能；破骨细胞在一定条件下可以作为抗原呈递细胞来活化T细胞，故骨代谢紊乱在一定程度上可影响机体固有免疫系统，导致CKD患者对微生物的易感性增加。CKD患者感染的病原体大多为革兰阴性菌，细菌裂解所释放出的脂多糖(LPS)可以结合免疫细胞表面的Toll样受体从而引发一系列炎症反应，ALP可通过去磷酸化作用降低LPS的活性；炎症刺激和组织损伤可诱导机体产生的一种有害的细胞外介质——ATP，ALP可以通过去磷酸化作用水解ATP从而升高细胞外腺苷水平，具有抗炎和组织保护作用[28]。炎症状态下ALP水平可反应性升高，同时炎症细胞及凋亡坏死的组织细胞可释放ALP，导致血清ALP水平升高。

有研究对1 455例CKD 5期腹膜透析患者进行32个月的随访，期间共899例住院，最常见的住院病因为感染，有408例；感染相关死亡78例，仅次于心血管疾病。多元回归分析显示感染相关住院率及死亡风险在ALP>78 U/L时明显升高，血清ALP水平与感染相关住院率及病死率独立相关[29]。故对于合并感染的CKD患者，检测其ALP水平可判断感染的严重程度及其预后。

2.4 预后 CKD患者并发骨折、心血管疾病、感染、恶性肿瘤时均可导致死亡风险增加，其均能引起血清ALP水平升高。有研究发现，ALP水平>150 U/L时与全因病死率的增加呈正相关，而当ALP水平<80 U/L时病死率相对较低，ALP与全因病死率大致呈J形曲线，而PTH与全因病死率则呈U形曲线[30]。研究发现，相对于ALP<66.0 U/L，ALP>111.1 U/L时全因死亡风险增加42%，心血管死亡风险增加43%，感染死亡风险增加39%[31]。故血清ALP水平可作为CKD患者死亡风险预测的依据。

总之，血清ALP与BALP在CKD-MBD的发生发展中起重要作用。BALP有助于CKD患者肾性骨病的诊断、骨折风险预测及骨折预后判断。BALP联合PTH检测可更准确地鉴别肾性骨病的类型。ALP在CKD患者骨折及心血管钙化风险预测、感染程度判断、死亡风险预测方面均有作用，且其检测方法方便、价格便宜，可作为监测CKD-MBD更好的指标。ALP有望成为CKD-MBD患者治疗的新靶点。

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