成纤维细胞生长因子23与急性肾损伤

许书添 综述 刘志红 审校

成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor 23，FGF-23)最初是在遗传性或获得性低磷血症(常染色体显性低磷酸盐性佝偻病，ADHR)和肿瘤诱导骨软化症患者中发现其与高磷酸盐尿密切相关[1-2]。既往研究发现FGF-23通过增加肾脏尿磷酸盐排泄以及减少25羟维生素D活化酶(1-α活化酶)表达而起效[3]。最近研究发现FGF-23在慢性肾脏病(CKD)中起磷调节激素样作用，且在CKD和终末期肾病(ESRD)患者中显著升高，已经成为CKD和ESRD临床不良预后的重要生物标志物[4-6]。本文就急性肾损伤(AKI)与FGF-23关系作一综述，重点阐述FGF-23在AKI中的变化、机制及其影响因素。

AKI患者FGF-23水平的变化

血液循环中存在两种形式的FGF-23:全段FGF-23(iFGF-23)和蛋白酶裂解后C端片段FGF-23(CFGF-23)。ELISA检测C端FGF-23可代表全部CFGF-23和iFGF-23，因为抗体检测了C端FGF-23内的抗原表位。因此，用ELISA检测FGF-23的C端片段即代表循环中所有的CFGF-23和iFGF-23(单位RU/ml)[7]。尽管iFGF-23升高的时间要迟于CFGF-23，但其对于肾脏病理的预测更加特异，是AKI后不良预后的可靠生物标志物；且其水平更能反映体内激素水平，也更能反映其生物活性效应[8]。

过去十年，大量临床观察和实验室研究均表明FGF-23是CKD的生物标志物，FGF-23甚至比血清肌酐(SCr)、1,25(OH)2维生素D、甲状旁腺激素(PTH)及血磷升高更早[9-11]。另外，FGF-23也是CKD进程中不良事件的预估因子，因为FGF-23增加与疾病快速进展到ESRD及心血管事件发病率和病死率相关[12-15]。与心血管事件的危险分层和CKD病情进展相比，有关AKI患者循环中FGF-23研究的数量偏少[16-21]。首次报道AKI患者FGF-23水平升高是在一例横纹肌溶解症患者[22]，该患者滥用药物后出现AKI，磷酸肌酸激酶(CPK)显著升高，出现低钙血症和高磷血症。第七天SCr达到顶峰后恢复正常，同时检测患者血清FGF-23有升高现象。

随后，一项来自内科重症监护病房(ICU)仅有12例AKI患者的小型临床研究印证这一研究结果[16]。该横断面研究显示：AKI患者中循环中CFGF-23水平高于对照组(中位数：1 948 RU/mlvs252 RU/ml)。CFGF-23水平与高磷血症并不相关。由于是回顾性研究，且不论是AKI组还是对照组病例，FGF-23血浆采样时间点均不一致(原则上是在最接近SCr峰值或入院时即抽血)，研究也没有给出FGF-23抽血时间的任何信息，因而无法得出FGF-23水平变化的时间曲线。除了内科ICU的AKI患者外，心脏术后AKI的患者也同样观察到CFGF-23水平升高[20]，且能够观察到术前、术中和术后CFGF-23动态变化情况，在满足AKI标准(SCr≥基线值的1.5倍)并持续上升48h的所有患者中，在心脏手术后24h其CFGF-23水平开始显著增加。同样该组研究人员采用叶酸诱导小鼠AKI动物模型发现CFGF-23水平在AKI诱导1h后开始升高，甚至早于中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(NGAL)和SCr，而iFGF-23在AKI诱导2h后升高[20]。由于在诱导AKI后1h未能检测iFGF-23，所以不清楚CFGF-23升高是否早于iFGF-23。

高水平FGF-23预示AKI高风险

在排除CKD后，Ali等[19]检测19例接受体外循环手术的患儿术前和术后的血液样本。结果表明：与未发生AKI患儿相比，在心脏术后发生AKI的患儿CFGF-23表达都增加，且若术前CFGF-23>86 RU/ml，术后发生AKI的相对风险是术前低于该值患儿的2倍。心脏术后AKI的受试者工作曲线(ROC)描绘曲线下面积值为0.8，说明术前CFGF-23可作为儿科患者心脏手术后AKI发生的预测因素。Leaf等[23]检测心脏病患者术前、术后第1天及第3天血CFGF-23水平发现，不管术前患者是否存在CKD，与未发生AKI的患者相比，发生AKI患者血FGF-23均显著升高，最高平均可达术前4倍。其次，AKI的严重性与血CFGF-23水平呈正比，重度AKI患者[指血SCr升高≥基线值2倍或需要肾脏替代治疗(RRT)]术后血FGF-23升高是术前的10倍，术后第1天达到40倍。进一步分析发现，AKI患者CFGF-23的升高与矿物质代谢物如PTH、磷酸盐及维生素D代谢物并无直接关系。

为了明确老年人频繁罹患AKI而住院的新危险因素，Brown等[21]在一组心血管健康研究队列中筛选了3 241例无基础肾脏病的社区老年人，测量并分析CFGF-23(包括iFGF-23和CFGF-23总和)与年度AKI事件发生率的关联。平均随访10年，其中119例(3.7%)受试者因AKI而住院。AKI住院诊断标准是根据第九版国际疾病分类临床修订版(ICD-9-CM)，且AKI为原发疾病。以最低四分位数作为参考标准及调整肾脏疾病参数比如估算肾小球滤过率(eGFR)和尿中白蛋白/SCr比值后，CFGF-23最高四分位数(>100 RU/ml)使得AKI入院风险升高2倍。与之相似的是，早期eGFR用于判定AKI住院风险也是从血清胱抑素C推断而来。但是，CFGF-23在54～100 RU/ml时，FGF-23和AKI住院风险不存在线性关系，尤其是在校正心血管和肾脏疾病参数等混杂因素后。只有当CFGF-23水平>100 RU/ml后，FGF-23水平才与这群社区老年人AKI住院高风险一致且独立相关。

高水平FGF-23预示AKI结局不良

一项分别纳入30例AKI和30例非AKI患者病例对照研究，在AKI发生24h内以及5d后检测CFGF-23表达水平[17]。结果发现入院时AKI患者CFGF-23水平显著高于对照组(1 471 RU/mlvs263 RU/ml)，但AKI患者5d后的CFGF-23下降至正常459 RU/ml，提示CFGF-23为短暂性升高。但是内科ICU中的AKI患者和对照组的CFGF-23水平都要高于两者在普通病房时(1 893 RU/ml 和322 RU/mlvs710 RU/ml和205 RU/ml)。ICU中的非AKI患者FGF-23高于普通病房，意味着危重内科非手术患者FGF-23升高不依赖AKI发生，此结果与心脏术后非AKI患者相似[20]。该研究结果强调了重症和大手术患者在全身炎症或应激条件下循环中iFGF-23或CFGF-23升高，可能与存在亚临床肾脏低灌注或中毒有关。此外，非AKI患者CFGF-23水平可因由于个体基础疾病严重性而不同，且临床疾病的多样性导致FGF-23参考阈值可能不一致，势必对CFGF-23成为AKI的生物标志物提出了挑战。然而，Hanudel等[24]发现儿童心脏术后并发慢性低氧血症也能刺激FGF-23表达增加，说明FGF-23升高与应激反应可能互为因果关系；其次，术后2h血液再灌注后，患者升高的iFGF-23回到基线，但CFGF-23在术后24h内仍保持较高水平，因此推测CFGF-23可能是活性单位，由于研究病例有限，仍需更多的临床病例及基础研究加以佐证。

CFGF-23水平越高，意味着患者死亡率或RRT率越高。研究发现FGF-23水平在最高三分位时，近70%的AKI患者死亡或需要RRT[17]。另外，循环CFGF-23水平与脓毒症严重程度呈正相关，因为脓毒性休克患者血浆FGF-23水平最高[18]。Leaf等[25]采用前瞻性队列研究检测350例ICU患者入住24h内尿及血FGF-23变化情况，了解FGF-23水平与AKI发生率和病死率的关系，结果表明尿和血FGF-23与AKI和死亡显著相关，AKI和死亡患者尿FGF-23平均是对照组的3.9倍，且FGF-23在死亡或RRT的患者中显著升高(分别为3 376 RU/ml和404 RU/ml)，入选研究时FGF-23最高三分位数约70%的AKI患者死亡或需要RRT，且高FGF-23水平与AKI严重程度或并发症发生(RRT/死亡/长时间住院)独立相关。

FGF-23升高的机制

一般而言，患者出现肾功能衰竭时，血磷水平才升高，而危重症和RRT患者的血磷却下降。然而，发生AKI后，尤其是GFR≥30 ml/min时血磷等矿物质代谢物质几乎不受影响，为何循环中FGF-23会升高呢？Christov等[20]把叶酸注入小鼠腹腔而制造AKI动物模型，随后发现AKI小鼠骨中FGF-23表达水平增加2倍，表明循环中FGF-23来源于骨。小鼠基因敲除PTH和维生素D信号途径研究发现，AKI时骨FGF-23的升高并不依赖与PTH和维生素D信号途径。此外，低磷饮食诱导AKI发生前血磷水平较低，但并不能减轻AKI后高磷血症，且未改善损伤，也不减少鼠叶酸模型中FGF-23水平[20]。但是该研究没有检测骨中的FGF-23产生，因此不能排除磷刺激FGF-23产生中的作用，尤其是低磷饮食喂养小鼠中血磷依旧升高的AKI。

将外源性iFGF-23蛋白注射入AKI小鼠体内，发现外源性iFGF-23清除时间为22 min，明显短于正常小鼠的33 min，说明肾脏FGF-23清除率受损或具有其他途径有助于增加循环中FGF-23水平[20]。由于本实验并未阐述循环中升高FGF-23是iFGF-23还是CFGF-23，因此无法得出循环中FGF-23升高是由于iFGF-23和(或)CFGF-23的肾清除率下降的结论。因此AKI中循环FGF-23的肾清除仍有待进一步探讨。

另一个重要的问题是在骨外是否存在FGF-23异位表达或分泌。Zanchi等[26]在代谢综合征模型ZDF大鼠的肾脏近端和远端小管中发现FGF-23的mRNA，而在消瘦的大鼠中并未发现。随着衰老的加剧，循环中FGF-23水平显著增加，而FGF-23共受体蛋白的α-Klotho mRNA和蛋白在ZDF大鼠的肾脏中逐渐减少。在该实验模型中发现，血管紧张素转化酶抑制剂可以减轻蛋白尿和肾损伤、维持血磷稳态、减少FGF-23表达及改善α-Klotho表达。但是这些实验均也不能表明FGF-23下降或αKlotho升高与肾功能或形态学改善有因果关系。

总之，AKI中FGF-23产生的主要机制包括(图1)：(1)不明原因导致骨细胞产生的FGF-23增多，且不依赖于PTH或维生素D信号途径调节或低磷饮食；(2)损伤的肾小管异位分泌；(3)FGF-23的肾脏清除率下降。

图1 急性肾损伤FGF-23升高机制的模式图[36]FGF-23：成纤维细胞生长因子23；iFGF-23:全段FGF-23；CFGF-23：蛋白酶裂解后C端FGF-23；(1)不明原因导致骨细胞产生的FGF-23增多，且不依赖于甲状旁腺激素或维生素D信号途径调节或低磷饮食；(2)损伤的肾小管异位分泌；(3)FGF-23的肾脏清除率下降

FGF-23升高的影响因素

FGF-23经典调控者包括活性维生素D、PTH和磷。正常条件下，活性维生素D可促进胃肠道吸收钙磷，血钙升高与活性维生素D共同抑制甲状旁腺分泌PTH，PTH负反馈调节肾脏，导致尿钙排泄增加，从而维持钙平衡。然而，PTH下降，尿磷排泄减少，活性维生素D促进胃肠道吸收磷，最后导致血磷升高，FGF-23分泌增加，最终抑制活性维生素D合成。这就是经典的激素负反馈调节环路：活性维生素D增加—FGF-23升高—活性维生素下降。CKD中FGF-23水平增加与肾功能的恶化导致尿磷排泄减少和血磷潴留有密切相关。CKD早期FGF-23由骨细胞分泌产生，患肾也可产生FGF-23[27]。尽管已有研究表明PTH可促进骨细胞分泌FGF-23从而提高循环中FGF-23的浓度[28-29]，但CKD患者FGF-23升高早于PTH，这至少表明FGF-23不受PTH的调控[11]。总之，PTH对FGF-23的影响不明确。

除了上述三种物质是FGF-23的调控者，瘦素和雌激素亦可刺激骨分泌FGF-23[30-31]。最近研究发现铁可以调节体内的FGF-23的代谢[32]。补铁与FGF-23升高和血磷下降相关，且与骨折风险增加相关[33]。Wolf等[34]发现缺铁性贫血女性患者CFGF-23水平升高。同样在FGF-23基因敲入且低铁饮食的ADHR突变基因工程小鼠动物模型上证实缺铁可致FGF-23水平的升高[35]。该动物模型诱导缺铁刺激骨细胞转录和生成FGF-23，同时发现野生型FGF-23蛋白酶裂解增加从而降低iFGF-23，最终抑制iFGF-23生物活性。由于ADHR患者的FGF-23对蛋白裂解酶的有抵抗性，故而该患者循环中iFGF-23及其生物活性升高。最后，研究者提出这样的假设：与ADHR一样，缺铁的CKD患者FGF-23酶切减少、生成增加[34]。

小结：FGF-23升高不仅导致AKI发生，也是RRT患者生存时间和病死率的独立危险因素，其作为潜在性生物标志物对于AKI早期诊断具有重要意义。然而，仍需要深入研究来区分CFGF-23和iFGF-23，并评估FGF-23能否成为AKI不良预后的预测因子。除了明确FGF-23诊断和预后判断价值外，有关FGF-23升高的病理生理机制以及生物效应仍有待进一步证实，为FGF-23临床应用提供广泛的基础研究证据。