成纖維細胞生長因子23與慢性腎臟病關系的研究進展

廖柄清，劉欣武，趙成波，王潤秀

（1.贛南醫學院2018級碩士研究生；2.贛南醫學院第一附屬醫院腎內科，江西 贛州 341000）

慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）正成為日益突出的健康問題，其在我國的患病率為10.8%［1］。礦物質代謝紊亂、心血管事件、內分泌系統失調等作為CKD 患者常見的并發癥，不僅嚴重影響CKD 患者的長期預后而且明顯增加CKD 患者的死亡率。成纖維細胞生長因子23（FGF23）是一種調節磷酸鹽和維生素D 代謝的骨源性激素，FGF23 濃度隨著腎小球濾過率（GFR）的降低而逐漸增加，與健康個體相比，終末期腎?。‥SRD）患者的FGF23濃度可以高1 000 倍［2］。目前認為，FGF23 升高是CKD 患者進展至終末期腎病和死亡的獨立危險因素，與慢性腎臟病的發展和預后有密切的關系。本文就FGF23 的生物學特性及其在CKD 疾病進展中所發揮的作用進行綜述。并簡要討論其在慢性腎臟疾病中潛在的未來作用。

1 FGF23的生物學特性

1.1 FGF23 的分子結構FGF23 最早于2000 年在人類被鑒定成功。FGF23 是成纖維細胞生長因子（FGFs）家族中的成員，FGFs 由包含120 個高保守氨基酸殘基的核心區、多變的N 末端及C 末端殘基組成［3］。家族中至少包含22 個成員［4］，其又被分成7個亞家族，FGF23 歸屬于FGF19 亞家族。FGF23 由骨細胞和成骨細胞合成和分泌，此外，在骨髓靜脈竇的內皮細胞和周細胞、胸腺、淋巴結、中樞室旁核中也有FGF23 分布，在其他器官的血管床中則缺如［5-6］，其 基因 定位 于 染色 體12p13，與FGF19 及FGF21 基因產物有著24%和22%的氨基酸相似性。FGF23 是由251 個氨基酸組成的內源性的蛋白，分子量約32kD。N端有24個氨基酸組成信號肽；中間肽鏈為FGF 家族同源中心區，C 端的71 個氨基酸為其特有序列［7］，在氨基末端具有FGF受體位點，羧基末端具有Klotho 蛋白的結合位點，這是FGF23 行使其功能的分子結構基礎。在人的循環血液中可測得FGF23 有兩種形式，分別是全段完整型FGF23（iFGF23）和 無 活 性 的C 末 端FGF23（cFGF23），cFGF23 是iFGF23 裂解后的產物，只有完整的全長FGF23 被認為能夠激活FGFR/αKlotho 復合物和下游信號通路［8］。

1.2 FGF23 相關受體FGF23的作用由FGF受體（FGFR）介導，FGFR 分四種類型，即FGFR1、FGFR2、FGFR3、FGFR4，其中對于FGFR1-3 膜外D3 結構域的不同的剪切方式又形成了特異性的b 段和c 段受體同工型［9］。FGF23可與多種FGFR 結合，但是親和力較低，需要在輔因子αKlotho 蛋白的幫助下才能激活信號傳導通路，LIU S 等［10］研究表明，在體外FGF23 可以和FGFR1c，FGFR3c 和FGFR4 結合，但在體內FGF23 發揮效應所活化的確切受體亞型目前仍不明確。在FGFR3和FGFR4缺失小鼠中，受體缺失并未影響血磷或1，25（OH）2-VitD3水平，同時WU A L 等［11］使用FGFR1 的選擇性抗體激活劑來激活FGFR1，結果顯示FGFR1受體的激活足以誘導成年小鼠中的FGF23 表達并引起低磷血癥，這說明FGFR1可能是參與FGF23生理活動的主要靶受體。

1.3 FGF23 與Klotho 蛋白Klotho 基因是在1997年發現的，當時偶然沉默該基因的小鼠患上了早老性綜合癥［12］，該基因主要在腎遠曲小管、甲狀旁腺、脈絡叢中表達。之后另外兩個旁系同源基因，βKlotho［13］和γKlotho［14］也被發現，從此Klotho基因編碼產物被分為αKlotho、βKlotho、γKlotho 3 種。αKlotho在腎臟、甲狀旁腺、大腦和其他器官中均有高表達，但在其他器官中表達較少［12］。αKlotho 分為膜結合型、可溶型及分泌型3 種［15］，膜結合型αKlotho 為FGF23 信號傳導通路的重要基礎。膜結合型αKlotho 由2 個重復序列（Kl1 和Kl2）組成，主要表達在遠端小管和近端小管，在內髓收集管也有少量表達，FGF23 的n 端和αKlotho 的KL2 結構域與FGFR相互作用，FGF23的c端與KL1和KL2結構域形成的囊袋結合，形成活性的三元受體復合物［16］，以完成調節腎臟的磷酸鹽、鈉和鈣的再吸收、1，25（OH）2-VitD3代謝、血管緊張素轉換酶2 的表達等工作［17］。膜Klotho 作為FGF23 受體的共復制因子，增加了FGF23 受體的特異性，穩定FGF/FGFR 結合，并增強了Klotho 依賴性FGF23 的作用［18］。但在幾年前，人們發現FGFR4——一種定位于心臟和大血管受體亞型，可以在無需Klotho 蛋白的作用下調節FGF23活動［19］。

2 FGF23與礦物質代謝

從魚類到人類的所有脊椎動物中，FGF23/FGFR/αKlotho 三元復合物的一個既定功能是協調骨骼礦物質代謝和腎臟對磷酸鹽的處理［20］。FGF23 一方面可直接調節鈣、磷的體內代謝，一方面可以與1，25（OH）2-VitD3、甲狀旁腺激素（PTH）共同構成骨—腎—甲狀旁腺內分泌軸，對體內礦物質調節發揮重要作用。

2.1 FGF23 對鈣、磷代謝的直接調節磷酸鹽的跨細胞轉運有賴于鈉磷協同轉運體（NaPi）的促進作用，NaPi-2a 和NaPi-2c 主要表達于在腎近端小管的上皮細胞的頂膜，而NaPi-2b 主要表達于腸上皮細胞。在近端腎小管中，FGF23 與FGFR-αKlotho 復合物結合，直接激活細胞外信號調節激酶ERK1/2 和血清/糖皮質激素調節激酶SGK-1信號。隨后，SGK-1磷酸化Na+/H+交換調節輔因子（NHERF）-1，下調關鍵的磷酸鈉協同轉運蛋白NaPi-2a 的膜表達，從而導致尿磷排泄增加［21-24］。而在遠端腎小管中，FGF23信號通路通過（ERK）1/2 和（SGK）-1 直接激活WNK4，WNK4 激活后增加膜上皮鈣通道TRPV5 和大量的氯化鈉轉運蛋白NCC，增加鈣和鈉在遠端腎單位的吸收［25］。

2.2 FGF23對鈣、磷代謝的間接調節1，25（OH）2-VitD3可增加腸上皮細胞中NaPi-2b 的表達，進而促進磷的吸收，并可通過與nVDR 結合（nuclearVitamin D Receptor）的經典基因途徑促進腸上皮細胞的鈣磷吸收［26］，同時增強PTH 的破骨作用，從而升高血鈣、血磷，1，25（OH）2-VitD3還能抑制PTH 基因轉錄及甲狀旁腺細胞增殖。PTH 主要作用于腎臟和骨骼，在腎臟一方面可提高lα-羥化酶的活性進而促進1，25（OH）2-VitD3合成，一方面在近端小管可抑制NaPi 依賴的磷吸收而增加尿磷排泄，在遠端小管可以促進鈣的重吸收而減少尿鈣的排泄，在骨骼則起破骨作用使骨鈣入血。而FGF23 則可以通過調節1，25（OH）2-VitD3、PTH來間接影響鈣磷代謝。

2.2.1 FGF23 與1，25（OH）2-VitD3FGF23 可以抑制腎近端小管CYP27B1并增強CYP24A1表達［27］，CYP27B1 和CYP24A1 分別編碼1α-羥化酶和24-羥化酶［前者是維生素D 在腎羥基化的重要酶，后者則是1，25（OH）2D 代謝的重要酶］從而導致1，25（OH）2-VitD3水平進一步下降。而1，25（OH）2-VitD3可以促進FGF23 的生成，1，25（OH）2-VitD3通過作用于細胞上的維生素D 受體（VCR），介導VCR 與視黃醇X 受體（RXR）形成二聚體，該二聚體可結合于FGF23 基因上游啟動因子，而后促進FGF23 的生成［27］。

2.2.2 FGF23 與PTH體外和體內試驗均證明，FGF23-FGFR1-αKlotho 復合物可作用于甲狀旁腺，降低PTHmRNA 及抑制甲狀旁腺細胞增殖以抑制PTH 合成與分泌，而且FGF23 還可上調甲狀旁腺細胞1α-羥化酶表達，增加局部1，25（OH）2-VitD3合成，以抑制PTH 合成［28］。相反，PTH 可以通過核受體相關蛋白1（Nurr1）提高FGF23mRNA 轉錄水平，以促進FGF23的合成［29］。

3 FGF23與CKD 相關并發癥

3.1 FGF23 與鈣磷代謝紊亂許多研究顯示血FGF23 水平在CKD 早期（CKD1-CKD3 期）即開始升高［30］，而此時血磷、鈣、PTH 仍處于正常范圍內，這被可能是機體為維持系統性磷平衡而做出的適應性代償性反應［31-32］。但隨著CKD 進展，FGF23 可升高數十倍甚至上千倍，一方面，腎小球濾過率下降致FGF23排泄減少，且隨著CKD 進展，Klotho、FGFR表 達 減 弱［33］使FGF23 不 能 形 成FGF23/FGFR/aKlotho 三元復合物以發揮降磷作用，進一步正反饋地促使FGF23 異常升高；另一方面，腎小球濾過率下降使腎臟排磷的能力減弱，FGF23 及PTH 促進腎臟排磷的作用不足以抵消腎小球濾過率降低引起的磷排泄下降，升高的血磷又可刺激PTH 及FGF23 上升，大量升高的FGF23 進一步引起1，25（OH）2-VitD3減少。這一些列復雜的連鎖反應造成了CKD晚期患者鈣、磷、1，25（OH）2-VitD3及PTH的代謝紊亂。

3.2 FGF23 與甲狀旁腺功能亢進CKD 患者FGF23的升高與甲狀旁腺功能亢進也有密不可分的聯系，首先，大量升高的FGF23引起1，25（OH）2-VitD3的缺乏，故此時1，25（OH）2-VitD3不能有效抑制PTH基因轉錄及甲狀旁腺細胞增殖；其次，Klotho 表達水平隨著GFR 的降低而降低［33］，KRAJISNIK T等［34］發現CKD 晚期患者甲狀旁腺組織中Klotho 和FGFR1表達均下降，表明CKD 晚期由于甲狀旁腺組織中Klotho 和FGFR1 的減少使得Klotho/FGF23 軸信號中斷，從而削弱了FGF23 對PTH 合成的抑制作用，使得PTH進一步升高。

3.3 FGF23與心血管并發癥

3.3.1 FGF23 與血管病變幾十年來，血液透析（HD）患者死亡的主要原因是心血管疾病，其中血管鈣化（VC）和內皮損傷是關鍵的潛在過程。DONATE-CORREA J 等［35］發現鈣化血管中FGF23的基因表達水平高于發生未鈣化病變的血管樣本，且觀察到FGFR1 和FGFR3 在鈣化斑塊中表達。這些水平的增加是直接促進鈣化過程的發展，還是對血管病變的防御，仍是一個有爭議的問題。JIMBO R等［36］的數據顯示，在沒有Klotho缺乏癥的情況下，暴露于FGF23 可通過促進尿毒癥大鼠主動脈環的成骨細胞轉分化而增強磷誘導的血管鈣化。而令人困惑的是，SCIALLA 等［37］卻發現無論培養基中的磷酸鹽濃度如何以及是否添加了外源可溶性klotho，FGF23 對VSMCs 的磷攝取或磷誘導的鈣化沒有影響。同時，ZHU D 等［38］報道了FGF23 可通過細胞外信號調節激酶途徑對小鼠VSMCs 的血管保護作用。顯然，需要更多的研究來闡明FGF23 在CKD 血管鈣化發病機制中的確切作用。MELISSA VERKAIK等［39］發現FGF23 阻斷可防止CKD 誘導的內皮功能障礙，且FGF23 引起內皮功能障礙可能與高FGF23濃度引起的不對稱性二甲基精氨酸（ADMA）水平升高有關。因為ADMA 可競爭性抑制內源性一氧化氮合酶（NOS）以減少NO的生成，并抑制內皮祖細胞的繁殖進而引起血管內皮損傷。ADMA通過蛋白水解被釋放，通過腎臟排泄被消除，但更多的是通過二甲基精氨酸二甲基氨基水解酶（DDAH）代謝降解，而DDAH 受活性氧（ROS）轉錄后抑制，最近的研究表明，FGF23 可誘導內皮細胞產生ROS［40］。所以不排除FGF23 通過間接抑制ADMA 的降解而損傷血管內皮細胞，但需要進一步的研究來證明。

3.3.2 FGF23 與尿毒癥心肌病尿毒癥心肌病在CKD 患者中極為常見，是該人群中心血管事件發病率和死亡率增加的重要因素，在CKD 患者的臨床研究表明，血清FGF23 水平與心血管疾?。ㄓ绕涫切募》屎瘢┗疾÷手g存在顯著的相關性。FGF23 在尿毒癥心肌病的病理生理學中起重要作用，FGF23已被證明可以在無需輔因子Klotho的參與下誘導孤立的新生大鼠心室心肌細胞肥厚性增長，激活大量可引起肥大的基因，包括α-actinin，α-MHC，β-MHC、ANP 和腦利鈉肽（BNP），而這些作用似乎是由鈣調神經磷酸酶/NFAT 途徑介導的［41-42］。GRABNER A等［43］發現在高磷飲食（誘導FGF23 上調）的小鼠中，FGFR4 敲除可防止左室肥厚（LVH）和纖維化的發展，而在接受5/6 部分腎切除術的大鼠中施用特定的抗FGFR4 抗體可減輕心肌病的發展，可見FGF23似乎依賴于FGFR4 的激活來介導鈣調神經磷酸酶/NFAT 信號級聯，進而引起心肌的肥厚及纖維化。同時，B?CKMANN I 等［44］在5/6 部分腎切除大鼠的心室肌細胞和成纖維細胞中觀察到FGF23 刺激RAAS 基因的表達并誘導NGAL 介導的鹽皮質激素受體激活，提示FGF23 可能還可能通過介導心臟局部RAAS 的激活并促進心肌肥厚和纖維化，然而其潛在的分子機制尚不清楚，需要更多地研究加以探索。

3.3.3 FGF23 與瓣膜鈣化心臟瓣膜鈣化是CKD患者心血管事件的重要危險因素之一。心臟瓣膜鈣化不但可引起瓣膜狹窄或關閉不全，還可導致心律失常、心肌缺血，甚至心源性猝死。甘露等［45］通過分析維持性血液透析患者FGF23 與心血管系統并發癥的關系發現血清FGF23 升高的患者心瓣膜異位鈣化發生率約是其他患者的3 倍；付玉玲等［46］通過研究持續非臥床腹膜透析患者FGF23 及可溶性Klotho水平與心臟瓣膜鈣化的關系發現高水平的FGF23及低水平的可溶性Klotho 是心臟瓣膜動脈鈣化的獨立危險因素，并指出今后FGF23 和可溶性Klotho 可能成為為預防及治療心臟瓣膜鈣化的生物靶點。但目前腎臟病患者FGF23 誘導心臟瓣膜鈣化的機制仍未明確，可能是通過影響鈣磷代謝間接引起，這有待今后進一步研究。

3.4 FGF23 與腎性貧血CKD 中的貧血是一個由紅細胞生成障礙、鐵缺乏、炎癥等多因素作用的結果。FGF23 在貧血中具有多效性作用，有研究［47-48］發現CKD 患者的高循環FGF23 水平可引起腎促紅細胞生成素（EPO）分泌減少，在經FGF23 信號傳導阻斷處理的正常小鼠和5/6 部分腎切除小鼠中，其血清EpomRNA 的表達均升高，然而FGF23 的這種作用需要什么樣的細胞內信號通路還不清楚；除此之外，還發現在5/6 腎切除小鼠模型中，單次腹膜內注射FGF23阻斷肽提高了紅細胞細胞周期的G2/M期的類紅細胞比例，且伴隨著紅細胞凋亡的頻率降低。鐵是血紅蛋白合成的主要原料，鐵缺乏在CKD患者中也很普遍，這主要歸因于這些患者中炎癥的存在［49］，促炎細胞因子（如IL-6，IL-1b，TNF-α）水平升高將導致鐵調素的上調，鐵調素反過來會抑制腸內鐵的吸收，進而導致貧血，而用FGF23 阻斷肽抑制FGF23 信號傳導可顯著減少這些炎癥標記物及鐵調素表達［48］?？偟膩碚f，FGF23 可通過以下方式導致腎性貧血：（1）減少了腎臟中EPO 的分泌；（2）直接減少紅細胞在其細胞周期的G2/M 期中的比例，并增強了紅細胞的凋亡；（3）增強了炎癥環境，繼而促進了鐵調素的過量并導致對鐵的吸收的限制。

3.5 FGF23 與炎癥在CKD 患者中，已發現FGF23 水平與炎癥和氧化應激標志物（如IL-6，CRP，TNF-α）以及蛋白質產物的高級氧化顯著相關［50］。SINGH 等［51］通過體外實驗和FGF23 過量的各種動物模型揭示，FGF23 可以直接靶向作用于肝臟以增強炎癥環境。肝臟細胞在哺乳動物中具有高水平的FGFR4 表達，并且αKlotho 表達缺乏，在高血清FGF23 水平刺激下，FGF23 與肝細胞表面的FGFR4 結合以激活PLCγ/鈣調神經磷酸酶/NFAT 信號傳導，導致IL-6 和CRP 的合成和分泌增加，而在予以FGFR4 進行藥理抑制后，這些炎癥標志物含量可得到改善。此外，FGF23還可通過FRS2a/Ras/Raf/MEK/ERK 信號通路以獨立于αKlotho的方式影響巨噬細胞并刺激腫瘤壞死因子α（TNF-α）的表達［52］，由于巨噬細胞高表達FGFR1，所以這種作用可能是由FGFR1 介導的。除了這些研究以外，KATO S等［53］提 出許 多 促炎 基因受FGF23 的調 控，因 為FGF23 誘導的細胞因子產生主要歸因于NFAT 激活，而NFAT 可誘導各種細胞因子基因（如TNF-α，IL-2，IL-4和IL-6）。相反的，各種急性和慢性炎癥也可直接促進FGF23 的產生。研究表明，在野生型小鼠中腹膜內注射熱滅活布魯氏菌或IL-1 會造成骨中FGF23mRNA 水平和血清C 端FGF23 蛋白水平增加10 倍［54］；同樣，IL-6 已被證明是FGF23 的新型調節劑［55］，在急性和慢性炎癥狀態下，IL-6通過可溶性IL-6 受體（sIL-6R）介導的反式信號傳導誘導信號轉導子和轉錄激活因子3（STAT3）的磷酸化，從而增強了FGF23 從骨骼的合成和分泌；GLOSSE 等［56］研究結果表明，在利用腎臟和腎外炎癥的動物模型進行研究中，高濃度的TNF-α 會以劑量依賴的方式提高UMR106 細胞中FGF23 的產生。所以可以推測，FGF23 和炎性細胞因子互相誘導表達，從而形成一個惡性循環，加重CKD 患者多組織臟器的病變。如果是這樣，針對相關細胞因子的靶向治療不僅可能具有抗炎作用，而且還可以降低循環中的FGF23 濃度，這將使CKD患者很大程度上獲益。

綜上所述，在CKD 患者中，高水平的FGF23 與鈣磷代謝紊亂、甲狀旁腺功能亢進、心血管病變、貧血、炎癥等多種CKD 并發癥有著聯系。盡管對這些發病機制的探索才剛剛開始，但這些發現為CKD 的病理生理機制提供了新的和重要的見解，并可能為CKD 的臨床干預提供新的治療選擇。但是需要進一步的研究來闡明FGF23 多效性作用的機制，并進一步確定FGF23 是否是一個可改變的危險因素和治療干預的潛在目標。這可能有助于降低CKD 患者多種并發癥的發病率和死亡率，從而優化CKD 的治療。