成纤维细胞生长因子23与慢性肾脏病关系的研究进展

廖柄清，刘欣武，赵成波，王润秀

（1.赣南医学院2018级硕士研究生；2.赣南医学院第一附属医院肾内科，江西 赣州 341000）

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）正成为日益突出的健康问题，其在我国的患病率为10.8%［1］。矿物质代谢紊乱、心血管事件、内分泌系统失调等作为CKD 患者常见的并发症，不仅严重影响CKD 患者的长期预后而且明显提高CKD 患者的死亡率。成纤维细胞生长因子23（Fibroblast growth factor 23，FGF23）是一种调节磷酸盐和维生素D 代谢的骨源性激素，FGF23 浓度随着肾小球滤过率（GFR）的降低而逐渐增加，与健康个体相比，终末期肾病（ESRD）患者的FGF23 浓度可以高1 000 倍［2］。目前认为，FGF23升高是CKD 患者进展至终末期肾病和死亡的独立危险因素，与慢性肾脏病的发展和预后有着密切的关系。本文将围绕FGF23 的生物学特性及其在CKD 疾病进展中所发挥的作用进行综述，并简要讨论其在慢性肾脏疾病中潜在的作用。

1 FGF23的生物学特性

1.1 FGF23 的分子结构FGF23 最早于2000 年在人类被鉴定成功。FGF23 是成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGFs）家族中的成员，FGFs由包含120 个高保守氨基酸残基的核心区、多变的N 末端及C 末端残基组成［3］。家族中至少包含22 个成 员［4］，其 又被分 成7 个 亚 家族，FGF23 归 属于FGF19亚家族。FGF23由骨细胞和成骨细胞合成和分泌，此外，在骨髓静脉窦的内皮细胞和周细胞、胸腺、淋巴结、中枢室旁核中也有FGF23 分布，在其他器官的血管床中则缺如［5-6］，其基因定位于染色体12p13，与FGF19 及FGF21 基因产物有着24%和22%的氨基酸相似性。FGF23 是由251 个氨基酸组成的内源性的蛋白，分子量约32 kD。N 端有24 个氨基酸组成信号肽，中间肽链为FGF 家族同源中心区，C 端的71个氨基酸为其特有序列［7］，在氨基末端具有FGF 受体位点，羧基末端具有Klotho 蛋白的结合位点，这是FGF23 行使其功能的分子结构基础。在人的循环血液中测得FGF23 有两种形式，分别是全段完整型FGF23（iFGF23）和无活性的C末端FGF23（cFGF23），cFGF23是iFGF23 裂解后的产物，只有完整的全长FGF23 被认为能够激活FGFR/αKlotho 复合物和下游信号通路［8］。

1.2 FGF23 相关受体FGF23的作用由FGF受体（Fibroblast growth factor receptor，FGFR）介导，FGFR分4种类型，即FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4，其中对于FGFR1-3 膜外D3 结构域的不同的剪切方式又形成了特异性的b 段和c 段受体同工型［9］。FGF23可与多种FGFR 结合，但是亲和力较低，需要在辅因子αKlotho 蛋白的帮助下才能激活信号传导通路，LIU S 等［10］研究表明，在体外FGF23 可以和FGFR1c，FGFR3c 和FGFR4 结合，但在体内FGF23 发挥效应所活化的确切受体亚型目前仍不明确。在FGFR3和FGFR4缺失小鼠中，受体缺失并未影响血磷或1，25（OH）2-VitD3水平，同时WU A L 等［11］使用FGFR1的选择性抗体激活剂来激活FGFR1，结果显示FGFR1 受体的激活足以诱导成年小鼠中的FGF23表达并引起低磷血症，这说明FGFR1 可能是参与FGF23生理活动的主要靶受体。

1.3 FGF23 与Klotho 蛋白Klotho 基因是在1997年发现的，当时偶然沉默该基因的小鼠患上了早老性综合征［12］，该基因主要在肾远曲小管、甲状旁腺、脉络丛中表达。之后另外两个旁系同源基因，βKlotho［13］和γKlotho［14］也被发现，从此Klotho基因编码产物被分为αKlotho、βKlotho、γKlotho3种。αKlotho在肾脏、甲状旁腺、大脑和其他器官中均有高表达，但在其他器官中表达较少［12］。αKlotho 分为膜结合型、可溶型及分泌型3种［15］，膜结合型αKlotho为FGF23信号传导通路的重要基础。膜结合型αKlotho 由2个重复序列（Kl1 和Kl2）组成，主要在远端小管和近端小管表达，在内髓收集管也有少量表达，FGF23的n 端和αKlotho 的KL2 结构域与FGFR 相互作用，FGF23 的c 端与KL1 和KL2 结构域形成的囊袋结合，形成活性的三元受体复合物［16］，以完成调节肾脏的磷酸盐、钠和钙的再吸收、1，25（OH）2-VitD3代谢、血管紧张素转换酶2 的表达等工作［17］。膜Klotho 作为FGF23 受体的共复制因子，增加了FGF23 受体的特异性，稳定FGF/FGFR 结合，并增强了Klotho 依赖性FGF23 的作用［18］。但在几年前，人们发现FGFR4——一种定位于心脏和大血管受体亚型，可以在无需Klotho 蛋白的作用下调节FGF23活动［19］。

2 FGF23与矿物质代谢

从鱼类到人类的所有脊椎动物中，FGF23/FGFR/αKlotho 三元复合物的一个既定功能是协调骨骼矿物质代谢和肾脏对磷酸盐的处理［20］。FGF23一方面可直接调节钙、磷的体内代谢，一方面可以与1，25（OH）2-VitD3、甲状旁腺激素（PTH）共同构成骨—肾—甲状旁腺内分泌轴，对体内矿物质调节发挥重要作用。

2.1 FGF23 对钙、磷代谢的直接调节磷酸盐的跨细胞转运有赖于钠磷协同转运体（NaPi）的促进作用，NaPi-2a 和NaPi-2c 主要表达于在肾近端小管的上皮细胞的顶膜，而NaPi-2b 主要表达于肠上皮细胞。在近端肾小管中，FGF23 与FGFR-αKlotho 复合物结合，直接激活细胞外信号调节激酶ERK1/2 和血清/糖皮质激素调节激酶SGK-1信号。随后，SGK-1磷酸化Na+/H+交换调节辅因子（NHERF）-1，下调关键的磷酸钠协同转运蛋白NaPi-2a 的膜表达，从而导致尿磷排泄增加［21-24］。而在远端肾小管中，FGF23信号通路通过（ERK）1/2和（SGK）-1直接激活WNK4，WNK4 激活后增加膜上皮钙通道TRPV5 和大量的氯化钠转运蛋白NCC，增加钙和钠在远端肾单位的吸收［25］。

2.2 FGF23对钙、磷代谢的间接调节1，25（OH）2-VitD3可增加肠上皮细胞中NaPi-2b 的表达，进而促进磷的吸收，并可通过与nVDR 结合（nuclearVitamin D Receptor）的经典基因途径促进肠上皮细胞的钙磷吸收［26］，同时增强PTH 的破骨作用，从而升高血钙、血磷，1，25（OH）2-VitD3还能抑制PTH 基因转录及甲状旁腺细胞增殖。PTH 主要作用于肾脏和骨骼，在肾脏一方面可提高lα-羟化酶的活性进而促进1，25（OH）2-VitD3合成，一方面在近端小管可抑制NaPi 依赖的磷吸收而增加尿磷排泄，在远端小管可以促进钙的重吸收而减少尿钙的排泄，在骨骼则起破骨作用使骨钙入血。而FGF23 则可以通过调节1，25（OH）2-VitD3、PTH来间接影响钙磷代谢。

2.2.1 FGF23 与1，25（OH）2-VitD3FGF23 可以抑制肾近端小管CYP27B1并增强CYP24A1表达［27］，CYP27B1和CYP24A1分别编码1α-羟化酶和24-羟化酶［前者是维生素D在肾羟基化的重要酶，后者则是1，25（OH）2D代谢的重要酶］从而导致1，25（OH）2-VitD3水平进一步下降。而1，25（OH）2-VitD3可以促进FGF23的生成，1，25（OH）2-VitD3通过作用于细胞上的维生素D 受体（VCR），介导VCR 与视黄醇X 受体（RXR）形成二聚体，该二聚体可结合于FGF23 基因上游启动因子，而后促进FGF23的生成［27］。

2.2.2 FGF23 与PTH体外和体内试验均证明，FGF23-FGFR1-αKlotho 复合物可作用于甲状旁腺，降低PTHmRNA 及抑制甲状旁腺细胞增殖以抑制PTH 合成与分泌，而且FGF23 还可上调甲状旁腺细胞1α-羟化酶表达，增加局部1，25（OH）2-VitD3合成，以抑制PTH 合成［28］。相反，PTH 可以通过核受体相关蛋白1（Nurr1）提高FGF23mRNA 转录水平，以促进FGF23的合成［29］。

3 FGF23与CKD 相关并发症

3.1 FGF23 与钙磷代谢紊乱许多研究显示血FGF23 水平在CKD 早期（CKD1-CKD3 期）即开始升高［30］，而此时血磷、钙、PTH 仍处于正常范围内，这被可能是机体为维持系统性磷平衡而做出的适应性代偿性反应［31-32］。但随着CKD 进展，FGF23 可升高数十倍甚至上千倍，一方面，肾小球滤过率下降致FGF23排泄减少，且随着CKD进展，Klotho、FGFR表 达 减 弱［33］使FGF23 不 能 形 成FGF23/FGFR/aKlotho 三元复合物以发挥降磷作用，进一步正反馈地促使FGF23 异常升高；另一方面，肾小球滤过率下降使肾脏排磷的能力减弱，FGF23 及PTH 促进肾脏排磷的作用不足以抵消肾小球滤过率引起的磷排泄下降，升高的血磷又可刺激PTH 及FGF23 上升，大量升高的FGF23进一步引起1，25（OH）2-VitD3减少。这一系列复杂的连锁反应造成了CKD晚期患者钙、磷、1，25（OH）2-VitD3及PTH的代谢紊乱。

3.2 FGF23与甲状旁腺功能亢进CKD患者FGF23的升高与甲状旁腺功能亢进也有密不可分的联系，首先，大量升高的FGF23引起1，25（OH）2-VitD3的缺乏，故此时1，25（OH）2-VitD3不能有效抑制PTH基因转录及甲状旁腺细胞增殖；其次，Klotho 表达水平随着GFR 的降低而降低［33］，KRAJISNIK T 等［34］发现CKD 晚期患者甲状旁腺组织中Klotho 和FGFR1 表达均下降，表明CKD 晚期由于甲状旁腺组织中Klotho和FGFR1的减少使得Klotho/FGF23轴信号中断，从而削弱了FGF23 对PTH 合成的抑制作用，使得PTH进一步升高。

3.3 FGF23与心血管并发症

3.3.1 FGF23 与血管病变几十年来，血液透析患者死亡主要原因是心血管疾病，其中血管钙化和内皮损伤是关键的潜在过程。DONATE-CORREA J等［35］发现钙化血管中FGF23 的基因表达水平高于发生未钙化病变的血管样本，且观察到FGFR1 和FGFR3在钙化斑块中表达。这些水平的增加是直接促进钙化过程的发展，还是对血管病变的防御，仍是一个有争议的问题。JIMBO R 等［36］的数据显示，在没有Klotho 缺乏症的情况下，暴露于FGF23 可通过促进尿毒症大鼠主动脉环的成骨细胞转分化而增强磷诱导的血管钙化。而令人困惑的是，SCIALLA等［37］却发现无论培养基中的磷酸盐浓度如何以及是否添加了外源可溶性Klotho，FGF23 对VSMCs 的磷摄取或磷诱导的钙化没有影响。同时，ZHU D等［38］报道了FGF23 可通过细胞外信号调节激酶途径对小鼠VSMCs 的血管保护作用。显然，需要更多的研究来阐明FGF23 在CKD 血管钙化发病机制中的确切作用。VERKAIK M 等［39］发现FGF23 阻断可防止CKD 诱导的内皮功能障碍，且FGF23 引起内皮功能障碍可能与高FGF23 浓度引起的不对称性二甲基精氨酸（ADMA）水平升高有关。因为ADMA 可竞争性抑制内源性一氧化氮合酶（NOS）以减少NO的生成，并抑制内皮祖细胞的繁殖进而引起血管内皮损伤。ADMA 通过蛋白水解被释放，通过肾脏排泄被消除，但更多的是通过二甲基精氨酸二甲基氨基水解酶（DDAH）代谢降解，而DDAH 受活性氧（ROS）转录后抑制，最近的研究表明，FGF23可诱导内皮细胞产生ROS［40］。所以不排除FGF23 通过间接抑制ADMA 的降解而损伤血管内皮细胞，但需要进一步的研究来证明。

3.3.2 FGF23 与尿毒症心肌病尿毒症心肌病在CKD 患者中极为常见，是该人群中心血管事件发病率和死亡率增加的重要因素，在CKD 患者的临床研究表明，血清FGF23 水平与心血管疾病（尤其是心肌肥厚）患病率之间存在显著的相关性。FGF23 在尿毒症心肌病的病理生理学中起重要作用，FGF23已被证明可以在无需辅因子Klotho的参与下诱导孤立的新生大鼠心室心肌细胞肥厚性增长，激活大量可引起肥大的基因，包括α-actinin、α-MHC、β-MHC、ANP和脑利钠肽（BNP），而这些作用似乎是由钙调神经磷酸酶/NFAT 途径介导的［41-42］。GRABNER A 等［43］发现在高磷饮食（诱导FGF23 上调）的小鼠中，FGFR4 敲除可防止左室肥厚（LVH）和纤维化的发展，而在接受5/6部分肾切除术的大鼠中施用特定的抗FGFR4抗体可减轻心肌病的发展，可见FGF23似乎依赖于FGFR4的激活来介导钙调神经磷酸酶/NFAT信号级联，进而引起心肌的肥厚及纤维化。同时，BÖCKMANN I 等［44］在5/6 部分肾切除大鼠的心室肌细胞和成纤维细胞中观察到FGF23刺激RAAS基因的表达并诱导NGAL 介导的盐皮质激素受体激活，提示FGF23可能还通过介导心脏局部RAAS的激活并促进心肌肥厚和纤维化，然而其潜在的分子机制尚不清楚，需要更多地研究加以探索。

3.3.3 FGF23 与瓣膜钙化心脏瓣膜钙化是CKD患者心血管事件的重要危险因素之一。心脏瓣膜钙化不但可引起瓣膜狭窄或关闭不全，还可导致心律失常、心肌缺血，甚至心源性猝死。甘露等［45］通过分析维持性血液透析患者FGF23 与心血管系统并发症的关系发现血清FGF23 升高的患者心瓣膜异位钙化发生率约是其他患者的3 倍；付玉玲等［46］通过研究持续非卧床腹膜透析患者FGF23 及可溶性Klotho水平与心脏瓣膜钙化的关系发现高水平的FGF23及低水平的可溶性Klotho 是心脏瓣膜动脉钙化的独立危险因素，并指出今后FGF23 和可溶性Klotho 可能成为为预防及治疗心脏瓣膜钙化的生物靶点。但目前肾脏病患者FGF23 诱导心脏瓣膜钙化的机制仍未明确，可能是通过影响钙磷代谢间接引起，这有待今后进一步研究。

3.4 FGF23 与肾性贫血CKD 中的贫血是一个由红细胞生成障碍、铁缺乏、炎症等多因素作用的结果。FGF23 在贫血中具有多效性作用，有研究［47-48］发现CKD 患者的高循环FGF23 水平可引起肾促红细胞生成素（EPO）分泌减少，在经FGF23 信号传导阻断处理的正常小鼠和5/6 部分肾切除小鼠中，其血清EpomRNA 的表达均升高，然而FGF23 的这种作用需要怎样的细胞内信号通路还不清楚；除此之外，还发现在5/6 肾切除小鼠模型中，单次腹膜内注射FGF23 阻断肽提高了红细胞细胞周期的G2/M 期的类红细胞比例，且伴随着红细胞凋亡的频率降低。铁是血红蛋白合成的主要原料，铁缺乏在CKD患者中也很普遍，这主要归因于这些患者中炎症的存在［49］，促炎细胞因子（如IL-6，IL-1b，TNF-α）水平升高将导致铁调素的上调，铁调素反过来会抑制肠内铁的吸收，进而导致贫血，而用FGF23 阻断肽抑制FGF23 信号传导可显著减少这些炎症标记物及铁调素表达［48］。总的来说，FGF23 可通过以下方式导致肾性贫血：（1）减少了肾脏中EPO 的分泌；（2）直接减少红细胞在其细胞周期的G2/M 期中的比例，并增强了红细胞的凋亡；（3）增强了炎症环境，继而促进了铁调素的过量并导致对红细胞生成的铁的限制。

3.5 FGF23 与炎症在CKD 患者中，已发现FGF23 水平与炎症和氧化应激标志物（如IL-6，CRP，TNF-α）以及蛋白质产物的高级氧化显著相关［50］。SINGH 等［51］通过体外实验和FGF23 过量的各种动物模型揭示，FGF23 可以直接靶向作用于肝脏以增强炎症环境。肝脏细胞在哺乳动物中具有高水平的FGFR4 表达，并且αKlotho 表达缺乏，在高血清FGF23 水平刺激下，FGF23 与肝细胞表面的FGFR4 结合以激活PLCγ/钙调神经磷酸酶/NFAT 信号传导，导致IL-6 和CRP 的合成和分泌增加，而在予以FGFR4 进行药理抑制后，这些炎症标志物含量可得到改善。此外，FGF23还可通过FRS2a/Ras/Raf/MEK/ERK 信号通路以独立于αKlotho的方式影响巨噬细胞并刺激肿瘤坏死因子α（TNF-α）的表达［52］，由于巨噬细胞高表达FGFR1，所以这种作用可能是由FGFR1 介导的。除了这些研究以外，KATO S等［53］提出 许 多促 炎基因 受FGF23 的 调 控，因为FGF23 诱导的细胞因子产生主要归因于NFAT 激活，而NFAT 可诱导各种细胞因子基因（如TNF-α，IL-2，IL-4和IL-6）。相反的，各种急性和慢性炎症也可直接促进FGF23 的产生。研究表明，在野生型小鼠腹膜内注射热灭活布鲁氏菌或IL-1 会造成骨中FGF23mRNA 水平和血清C 端FGF23 蛋白水平增加10 倍［54］；同样，IL-6 已被证明是FGF23 的新型调节剂［55］，在急性和慢性炎症状态下，IL-6 通过可溶性IL-6 受体（sIL-6R）介导的反式信号传导诱导信号转导子和转录激活因子3（STAT3）的磷酸化，从而增强了FGF23 从骨骼的合成和分泌；GLOSSE 等［56］在利用肾脏和肾外炎症的动物模型进行研究中发现，高浓度的TNF-α会以剂量依赖的方式提高UMR106细胞中FGF23 的产生。所以可以推测，FGF23 和炎性细胞因子互相诱导表达，从而形成一个恶性循环，加重CKD 患者多组织脏器的病变。如果是这样，针对相关细胞因子的靶向治疗不仅可能具有抗炎作用，而且还可以降低循环中的FGF23 浓度，这将使CKD患者很大程度上获益。

4 结 语

综上所述，在CKD 患者中，高水平的FGF23 与钙磷代谢紊乱、甲状旁腺功能亢进、心血管病变、贫血、炎症等多种并发症有着联系。尽管对这些发病机制的探索才刚刚开始，但这些发现为CKD 的病理生理机制提供了新的和重要的见解，并可能为CKD的临床干预提供新的治疗方案。但是需要进一步的研究来阐明FGF23 多效性作用的机制，并进一步确定FGF23 是否是一个可改变的危险因素和治疗干预的潜在目标。这可能有助于降低CKD 患者多种并发症的发病率和死亡率，从而优化CKD 的治疗。