维生素K在慢性肾脏病-矿物质和骨异常中作用的研究进展▲

2022-05-14罗仕琦唐春梅

广西医学 2022年4期

罗仕琦杨敏曾怡郑帅唐春梅

(昆明医科大学第二附属医院肾内科，云南省昆明市 650032，电子邮箱:18208862268@sina.cn)

【提要】慢性肾脏病(CKD)患者容易出现血管钙化和骨骼代谢异常。目前有研究发现，维生素K是血管壁钙化抑制剂，也是激活涉及凝血功能、细胞凋亡、骨骼矿化和血管健康相关蛋白的关键辅助因子。在CKD病程中，由于饮食限制、肠道功能障碍和维生素K循环障碍，容易出现维生素K缺乏状态。临床研究表明维生素K水平可以被调节，但补充维生素K是否可以改善血管钙化和骨骼代谢尚未明确，CKD患者补充维生素K的获益问题有很大的研究前景。

慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)具有高患病率、低知晓率、低干预率及低控制率的特点，是伴随人口老龄化出现的公共卫生问题[1]。慢性肾脏病-矿物质和骨异常(chronic kidney disease-mineral and bone disorder,CKD-MBD)是指由于CKD所致的矿物质及骨代谢异常综合征，可出现以下1项或多项临床表现[2]：(1)钙、磷、甲状旁腺激素或维生素D代谢异常；(2)骨转化、骨矿化、骨量、骨线性生长或骨强度异常；(3)血管或其他软组织钙化。在CKD早期，患者即可出现CKD-MBD，随之可出现血管钙化等问题，严重者可威胁生命[2]。随着病程进展到终末期肾病(end-stage renal disease,ESRD),CKD患者的骨折风险逐渐增加，可达健康人的4倍[3]。CKD-MBD的发病机制复杂[4]，近年来，Klotho蛋白、成纤维细胞生长因子23、Wnt/β联蛋白(β-catenin)等信号通路成为研究热点，同时也有一些研究表明维生素K在CKD所致的骨骼改变和血管钙化中扮演重要角色[5-6]。本文就维生素K在CKD-MBD中的作用做进一步阐述和探讨。

1 维生素K

维生素K是指一组具有相似化学结构的脂溶性分子，侧链是由数量不同的类异戊二烯残基组成的1,4-萘醌。维生素K的天然形式为维生素K1(叶绿醌)和维生素K2(甲萘醌)，维生素K2有17种类型，其中甲萘醌-4、甲萘醌-7发挥主要作用[7-9]。维生素K在具有谷氨酸残基的蛋白质的γ-羧化反应中充当γ-谷氨酰羧化酶的辅因子。而这类具有谷氨酸残基的蛋白质称为维生素K依赖蛋白(vitamin K-dependent protein,VKDP)，包括生长停滞特异性蛋白6 (growth arrest-specific protein 6,Gas6)、骨钙蛋白和基质羟基谷氨酸蛋白(matrix carboxyl glutamic acid protein，MGP)等，其参与凝血、细胞凋亡的调节以及骨的矿化控制等[7，10-11]。在羧化反应中，γ-谷氨酰羧化酶将谷氨酸残基中的质子去除，然后添加羧基，使维生素K氧化为维生素K环氧化物，羧化的蛋白质中新近羧基化的残基称为羧基谷氨酸(carboxyl glutamic acid,Gla)结构域，上述这些反应可促进VKDP的激活。

饮食中，维生素K主要来源于富含维生素K1的食物，例如植物油和绿色蔬菜(羽衣甘蓝、菠菜、甜菜、球芽甘蓝、香菜、西洋菜、西兰花)；此外，肠道菌群或发酵食品(例如奶酪、凝乳和纳豆)中存在的细菌可以合成维生素K2。食物消化后，维生素K被胆汁盐乳化，进一步以乳糜微粒受体形式被肠细胞吸收，并结合到富含三酰甘油且包含载脂蛋白A和载脂蛋白B48的脂蛋白中，随后进入淋巴系统和血液中，最终被肝脏吸收。在肝脏中，乳糜微粒结合载脂蛋白B100后，通过内吞作用进入肝细胞；在添加或去除载脂蛋白颗粒后，不同的维生素K分子由LDL胆固醇颗粒运输，并通过动脉、软骨和骨骼上的LDL受体被靶细胞和组织捕获[12]。因此直接测定维生素K水平时，其检测结果可受到血脂等多个方面的影响。可以通过使用酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)、高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)和质谱法测定不同形式的维生素K和未羧化/羧化的VKDP水平来间接评估血液中维生素K水平。但血清维生素K和羧化/非羧化VKDP的参考值范围目前尚未确定。MGP属于VKDP中的一种，经过维生素K参与的γ-羧化反应后，MGP从无活性的MGP转化为有活性的MGP，失活的MGP会触发细胞钙化，而有活性的MGP可结合钙从而抑制血管钙化[13]。非磷酸化未羧化的MGP(dephosphorylated-uncarboxylated MGP，dp-ucMGP)属于无活性的MGP，随机对照研究表明，维生素K治疗可降低dp-ucMGP水平[9,14]；而抗维生素K治疗可提升dp-ucMGP水平[15]，停止抗维生素K治疗则会降低dp-ucMGP水平[16]。当dp-ucMGP水平>500 pmol/L时，提示维生素K缺乏[17]。虽然失活的MGP水平可能仅反映血液中维生素K的水平，但通过检测MGP的失活情况评估维生素K的水平是目前一个很好的选择[13]。

2 维生素K缺乏与CKD-MBD

2.1 CKD患者的维生素K水平有学者发现，CKD患者普遍患有亚临床维生素K缺乏症[14]，这表明CKD患者面临维生素K缺乏带来的一系列风险。而CKD患者体内缺乏维生素K，可能与VKDP在发挥抑制钙化作用时消耗大量维生素K有关[17]；此外，针对CKD患者的饮食建议，例如减少摄入高钾食物(包含富含维生素K1的多叶绿色蔬菜)和高磷酸盐食物(包含富含维生素K2的乳制品)，也可能会加剧维生素K缺乏[17]。

维生素K具有亲脂性，因此不能通过透析去除，但是维持性血液透析(maintenance hemodialysis,MHD)患者的维生素K水平总体较低[9]。例如，Westenfeld等[14]报告，MHD患者的dp-ucMGP水平比健康人群高4.5倍，而未羧化的骨钙蛋白(uncarboxylated osteocalcin,uc-OC)水平比健康人群高8.4倍。MHD患者的维生素K水平总体较低可能与患者的饮食方案以及营养素总体摄入不足有关。Cranenburg等[19]评估40例MHD患者的维生素K1和K2摄入量发现，与健康成年人维生素K推荐摄入量200 μg/d相比，这些MHD患者的维生素K平均摄入量较低，仅为140 μg/d；由于饮食摄入有限制，MHD患者体内维生素K存储迅速减少，dp-ucMGP水平增高，最终导致血液中维生素K缺乏。此外，还有研究表明，腹膜透析患者的维生素K水平与MHD患者相似，腹膜透析患者同样存在维生素缺乏[20-21]，这说明CKD患者普遍存在维生素K缺乏。

2.2 维生素K水平和骨骼代谢成骨细胞分泌的骨钙蛋白对于骨骼矿化至关重要。骨钙蛋白也属于VKDP的一种，与MGP需要维生素K羧化一样，骨钙蛋白也需要经维生素K羧化后才具有活性，活化的骨钙蛋白对钙离子具有高亲和力，与钙离子结合后，骨钙蛋白融入骨基质的羟基磷灰石晶体中,从而促进成骨[9]。uc-OC含量与总骨钙蛋白含量的比值常用于反映维生素K水平，当uc-OC含量升高，且uc-OC含量与总骨钙蛋白含量的比值超过20%则提示维生素K缺乏[9]。Voong等[22]报告，分别有29%和93%的MHD患者存在叶绿醌水平降低和uc-OC水平升高，从而被诊断为亚临床维生素K缺乏。另一项研究发现，MHD患者的总骨钙蛋白和uc-OC水平高于健康对照者，如以健康对照者维生素K水平小于第5个百分点定义维生素K缺乏，MHD患者维生素K1缺乏率为11.1%，矫正三酰甘油水平后维生素K1缺乏率为23.5%，维生素K2缺乏率为8.8%，矫正三酰甘油水平后维生素K2缺乏率为14.5%[23]。此外，还有研究结果显示，CKD 3～5期患者血清uc-OC水平与磷酸盐和甲状旁腺激素水平呈正相关，与25-羟维生素D水平呈负相关，这提示uc-OC水平与骨重塑有关[21]。

已有研究表明，血浆中维生素K水平降低，uc-OC含量与总骨钙蛋白含量的比值升高则提示患者具有较高的骨折风险[23-26]，其中维生素K1水平是髋部骨折的重要影响因素[27]。有研究发现，与非维生素K1缺乏的MHD患者相比，维生素K1缺乏的患者患椎体骨折的风险更高(OR=2.94,P<0.05)[23]。有学者发现，在血液透析患者中，uc-OC含量与总骨钙蛋白含量的比值升高与骨折的发生有关，且从未骨折的患者血清维生素K1水平比骨折患者大约高出3倍[28]。由此可见，维生素K水平降低可影响骨骼代谢，从而导致相关并发症(如骨折)的发生。

此外，软骨细胞、破骨细胞及内皮细胞等组织的血管平滑肌细胞均可分泌MGP，MGP经过维生素K羧化后能够紧密结合钙晶体并抑制钙晶体的形成[29]。MGP过表达可抑制破骨细胞分化和骨吸收,且还可抑制破骨的主导因子——活化T细胞的核因子细胞质1的表达[30]。一项队列研究结果显示，在接受肾移植的ESRD患者中，高dp-ucMGP水平与低骨密度水平独立相关，且dp-ucMGP水平高于1 150 nmol/L时，与骨折发生有关(HR=2.21,P<0.05)[5]。以上研究均表明，维生素K水平降低与CKD患者发生骨骼代谢紊乱及相关并发症有关。

2.3 维生素K缺乏和血管钙化血管钙化是一个复杂的过程，涉及多个环节。约有1%的CKD患者会发生血管和软组织钙化，这是ESRD常见的致命并发症，是导致CKD患者预后不良的主要因素[31]。目前临床上主要采用磷酸盐预防和治疗CKD患者的血管钙化并取得一定效果，但尚无兼顾骨-血管轴双向平衡、逆转血管壁钙化的具体治疗方法，因此迫切需要研究出新的治疗方案[32]。

有学者发现，维生素K拮抗剂的使用可导致CKD大鼠模型和CKD患者体内维生素K缺乏和血管钙化[33-35]。McCabe等[33]发现经维生素K拮抗剂华法林治疗的CKD大鼠血管钙化程度比健康大鼠更严重，血管壁的维生素K缺乏可间接表现为血清dp-ucMGP水平的升高。dp-ucMGP是MGP的无活性形式，有研究发现，dp-ucMGP水平与血管钙化呈正相关[34,36]。Delanaye等[37]通过队列研究发现，MHD患者dp-ucMGP水平明显升高，且与动脉钙化评分显著相关。Schurgers等[38]对107例CKD2～5期患者进行分析，发现dp-ucMGP的水平随着CKD分期的升高而升高，并且与腹主动脉钙化评分呈正相关，且随着dp-ucMGP水平的升高，CKD患者全因死亡风险明显升高，全因病死率增加1.5倍。而有活性的MGP是人体内最强的血管钙化抑制剂之一，其可以直接结合钙离子和羟基磷灰石晶体，这些晶体聚集在血管壁内形成复合物，MGP又通过吸引吞噬细胞和巨噬细胞来清除复合物，这一过程发生在局部组织，独立于循环系统[39]。MGP还可调节骨形态发生蛋白2的信号转导，抑制骨形态发生蛋白2与其受体的结合，从而下调骨形态发生蛋白2的表达，减轻骨形态发生蛋白2触发的血管平滑肌细胞向成骨细胞表型转化[40-41]。此外，有研究显示，缺乏MGP的小鼠可发生软组织钙化，而上调血管中MGP的表达可阻止钙化的发生[42]。上述研究表明，维生素K与血管钙化关系密切，维生素K通过影响MGP的表达来影响血管钙化，维生素K缺乏可能增加血管钙化的风险。

3 维生素K治疗CKD-MBD患者的争议

Sasaki等[43]对20名接受激素治疗的肾小球肾炎患者补充甲萘醌4一年，结果发现该干预可预防激素诱发的骨质流失。

一项关于CKD 3b期或4期患者的随机双盲试验结果表明，与使用安慰剂相比，补充维生素K(每天口服维生素K，400 μg/次，1次/d，治疗1年)并不能改善血管僵硬程度或其他血管健康的指标[44]。一项前瞻性随机对照的双盲试验显示，给血液透析或腹膜透析疗程大于3个月的患者补充维生素K(甲萘醌7，360 μg/ d)可改善其维生素K水平，但并未抑制或改变透析患者动脉钙化的进展[45]。而另一项研究发现，补充维生素K可能会改善MGP活化，减少透析患者的动脉钙化[46]。目前对透析患者补充维生素K的大规模研究正在进行中，关于维生素K治疗CKD-MBD患者的疗效及安全性仍有待进一步探讨。