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腹膜透析患者血清成纖維細(xì)胞生長因子23的變化及意義

2014-04-05 11:08綜述毛慧娟審校
腎臟病與透析腎移植雜志 2014年6期
關(guān)鍵詞:血鈣酸中毒清除率

劉 思 綜述 毛慧娟 審校

成纖維細(xì)胞生長因子(FGF23)的來源、代謝及功能

FGF23的來源與代謝FGF23是含251個氨基酸的糖蛋白,分子量32 kD,主要由骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞表達(dá),在唾液腺等組織亦少許表達(dá),編碼基因定位于染色體12p13,包括3個外顯子、2個內(nèi)顯子。完整的FGF23在176RxxR179位置降解為N末端與C末端FGF23(cFGF23),在FGF23降解前,C末端為FGF23與klotho蛋白結(jié)合產(chǎn)生下游信號進(jìn)而發(fā)揮生理功能的部位[1]。

FGF23的體內(nèi)代謝過程及具體機(jī)制尚未明確。FGF23的裂解酶作用于FGF23分子中的序列R176H177T178R179/S180可降解FGF23,其機(jī)制可能與序列相似家族成員20C(Fam20C)有關(guān)。研究提示Fam20C磷酸化FGF23在180位的絲氨酸,抑制多肽N-乙酰氨基半乳糖轉(zhuǎn)移酶3(GalNAc-T3)對FGF23第178位的蘇氨酸的氧糖基化作用,促進(jìn)FGF23的裂解、失活[2]。人Fam20C突變后或鼠Fam20敲除后,均出現(xiàn)低磷血癥伴全段FGF23(iFGF23)增加,提示Fam20C的正常表達(dá)有利于機(jī)體維持FGF23穩(wěn)態(tài)和磷穩(wěn)態(tài)。

Smith等[3]發(fā)現(xiàn)全段與C端FGF23的比值(iFGF23:cFGF23)一定程度上反應(yīng)特定人群體內(nèi)FGF23的產(chǎn)生與降解情況。健康者和CKD 3~5期患者血樣中都檢出cFGF23,健康者的檢出率更高,而CKD患者體內(nèi)FGF23降解能力下降,iFGF23聚積。Shimada等[1]應(yīng)用全段和C段FGF23檢測試劑盒分別檢測腹膜透析(PD)患者血樣發(fā)現(xiàn),PD患者體內(nèi)幾乎只存在有生物活性的iFGF23,未發(fā)現(xiàn)FGF23的C末端或N末端片段。至今尚無其他研究得出類似結(jié)果,故慢性腎臟病(CKD)或終木期腎病(ESRD)患者體內(nèi)是否只存在iFGF23仍待考證。

FGF23的生理功能及其作用機(jī)制目前認(rèn)為FGF23主要生理功能是增加腎臟的磷排泄, FGF23通過下調(diào)腎近曲小管上皮細(xì)胞內(nèi)的鈉磷轉(zhuǎn)運(yùn)體2a(NPT2a)和NPT2c的表達(dá),減少原尿中磷的重吸收。另一方面FGF23下調(diào)1α羥化酶、減少1,25(OH)2D合成,減少腸道磷吸收。

FGF23與FGFR親和力低,與FGFR-α-klotho復(fù)合物親和力明顯增高,故FGF23發(fā)揮生理作用與α-klotho蛋白密切相關(guān)。既往研究認(rèn)為FGF23必須依賴klotho蛋白而發(fā)揮作用[4],但Faul等[5]首次通過離體試驗(yàn)及動物實(shí)驗(yàn)表明FGF23對心臟有不依賴klotho蛋白的直接作用,血液FGF23水平增高可導(dǎo)致左心室肥厚、心肌重構(gòu)。

FGF23的改變及影響因素

CKD患者血清FGF23水平的改變在CKD病程中,當(dāng)腎臟磷清除能力下降,F(xiàn)GF23水平相應(yīng)增高以維持血磷正常,甚至在CKD 2期、血磷正常的患者,就可發(fā)現(xiàn)FGF23水平的升高,故FGF23水平可更早地預(yù)測CKD及透析并發(fā)癥的發(fā)生。

透析對FGF23的清除作用目前已證實(shí)有多種血液凈化方式不同程度地清除ESRD患者體內(nèi)的FGF23。高通量血液透析(HFD)對FGF23有一定清除作用[治療后(56.07±26.63) ng/Lvs治療前(85.53±40.54) ng/L下降,P<0.01][6]。On-line透析濾過(OL-HDF)對FGF23的清除作用優(yōu)于普通HFD(平均FGF23下降率OL-HDF 55.7%±25.2%vsHFD 36.2%±28.6%,P=0.001)[7]。血液灌流對FGF23也有一定清除作用(治療前879.5±97.23 ng/Lvs治療后823.5±89.05 ng/L,P=0.0264)[8]。一項橫斷面研究顯示,每天短時血液透析(HD)患者的血FGF23水平較常規(guī)透析患者低[823 RU/ml(263~2 169 RU/ml)vs2 521 RU/ml(909~5 556 RU/ml)],提示每天短時透析亦是降低FGF23水平的方法之一[9]。

那么PD對FGF23有無清除作用?對有殘余腎功能的10例PD患者的研究發(fā)現(xiàn),血FGF23水平與尿FGF23水平正相關(guān)(r=0.92,P<0.001),與PD流出液FGF23水平有正相關(guān)趨勢(r=0.6,P=0.06)。據(jù)此我們可以明確,PD對FGF23有一定清除能力,且清除FGF23的多少可能與血FGF23水平相關(guān)。通過檢測PD患者的血、尿及PD流出液標(biāo)本中FGF23水平,計算出PD患者的平均腎臟FGF23清除率0.2 ml/min(0.1~0.3 ml/min),平均PD FGF23清除率0.8 ml/min(0.5~1.8 ml/min),平均總FGF23清除率1.2 ml/min[10]。

但PD對FGF23的清除能力是否能代償PD患者喪失的那部分腎臟清除FGF23的能力?Larsson等[11]在一項研究中納入6例健康志愿者,他們的血FGF23平均水平(38±8) RU/ml,與Jonsson等[12]的數(shù)據(jù)相近[(55±50) RU/ml]。假設(shè)腎功能正常的健康志愿者平均尿量2 L/d,則其腎臟FGF23清除率為1.1 ml/min。與PD患者腎臟和腹膜總的清除率相當(dāng)[10]。

上述數(shù)據(jù)提示腹膜存在清除FGF23的能力,PD患者對FGF23的總清除速率基本能達(dá)到健康志愿者的腎臟清除速率。但由于ESRD患者體內(nèi)多種促FGF23生成因素及機(jī)體對FGF23降解減少,造成PD患者血FGF23水平明顯高于健康人群。

PD患者血FGF23水平的影響因素

透析齡、殘余腎功能、腎磷清除率和高磷血癥透析齡增加、殘余腎功能下降、腎臟磷清除率下降和持續(xù)高磷血癥是導(dǎo)致血FGF23水平增高的重要因素。另有多項研究發(fā)現(xiàn)PD患者血FGF23水平與殘腎功能負(fù)相關(guān),與血磷水平正相關(guān),與腎臟磷清除率無關(guān)[13]。

擬鈣劑及維生素D治療擬鈣劑西那卡塞能降低CKD患者的血FGF23水平,其機(jī)制之一可能是通過降低甲狀旁腺激素(PTH)水平來降低各期CKD患者的FGF23水平。以PD患者為研究對象進(jìn)行的一項多中心隨機(jī)對照研究,將PD患者隨機(jī)納入西那卡塞組(每日予西那卡塞和維生素D)和對照組(每日予維生素D)治療12周,發(fā)現(xiàn)西那卡塞組FGF23水平明顯降低,對照組無明顯改變,排除混雜因素后發(fā)現(xiàn)西那卡塞能降低血FGF23的水平,且該作用獨(dú)立于血鈣、磷、甲狀旁腺激素、維生素D水平的改變[14]。

維生素D治療對FGF23水平的影響是多方面的。FGF23的轉(zhuǎn)錄啟動受一種維生素D信號傳導(dǎo)相關(guān)反應(yīng)元件的影響。在維生素D受體缺失鼠,即使予高磷食物,仍無法檢出血FGF23[15]。在1α羥化酶缺失鼠,也不能檢出到血FGF23[16]。上述研究表明,體內(nèi)維生素D的存在及其生理功能的正常是FGF23生成的必備條件。那么補(bǔ)充維生素D是否增加FGF23的產(chǎn)生?有研究發(fā)現(xiàn)活性維生素D水平增加可使CKD患者FGF23的水平升高,但對于基線FGF23水平較低,補(bǔ)充活性維生素D后FGF23輕度升高的CKD患者,生存預(yù)期較長[17]。

鐵劑治療人體內(nèi)缺鐵環(huán)境可刺激機(jī)體FGF23的合成及分泌增加。Deger等[18]證實(shí),在規(guī)律PD及HD的CKD患者中,鐵劑的應(yīng)用與血FGF23水平負(fù)相關(guān),鐵劑治療或可通過降低FGF23水平改善患者的骨代謝。

鐵劑對FGF23水平產(chǎn)生影響的機(jī)制未明,據(jù)上述各項研究結(jié)果我們推測健康人正常骨細(xì)胞處于鐵缺乏的體內(nèi)環(huán)境時,F(xiàn)GF23的合成及分泌增加,同時機(jī)體適應(yīng)性地適當(dāng)增加FGF23的裂解,維持體內(nèi)FGF23穩(wěn)態(tài)及磷穩(wěn)態(tài);而PD患者的鐵缺乏狀態(tài),與高磷血癥等其他因素共同刺激FGF23合成,同時FGF23降解減少,造成PD患者體內(nèi)iFGF23水平明顯較高。鐵劑治療或可降低PD患者或所有CKD患者的FGF23水平。

糖尿病及胰島素抵抗既往研究提示合并糖尿病的CKD患者血FGF23水平低于無糖尿病的CKD患者[19]。最近針對PD患者的研究中也發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象,合并糖尿病的PD患者的血FGF23水平較無糖尿病的PD患者低[20]。根據(jù)PD患者基線FGF23水平,將其分為高FGF23水平組與低FGF23水平組,發(fā)現(xiàn)高FGF23水平組患者中糖尿病患病率更低[21]。 糖尿病或胰島素抵抗與FGF23水平之間的相互作用機(jī)制目前未明確,有學(xué)者曾提出假設(shè),糖尿病患者常存在無動力性骨病,使FGF23的生成受影響[21],但未見相關(guān)研究結(jié)果支持該假設(shè)。

血鈣水平在維生素D受體(VDR)敲除的小鼠,幾乎無法檢出血FGF23,高鈣飲食喂養(yǎng)4周后血鈣水平上升伴隨血FGF23水平明顯上升,提示血鈣可能通過非VDR依賴的途徑調(diào)節(jié)FGF23水平[15]。用三種不同的飼養(yǎng)方案喂養(yǎng)腎功能正常大鼠6周,發(fā)現(xiàn)低鈣低維生素D正常磷的食物、低鈣低維生素D高磷的食物均使大鼠出現(xiàn)低鈣血癥伴高甲狀旁腺激素(PTH)、高維生素D水平,兩組血磷水平與正常飲食的對照組無區(qū)別,但低鈣低維生素D正常磷組FGF23水平較對照組下降,低鈣低維生素D高磷組FGF23水平與正常飲食組無差別[22]。而在出現(xiàn)繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)的腎5/6切除的大鼠模型,高磷食物喂養(yǎng)使大鼠出現(xiàn)低鈣血癥伴高PTH血癥、高FGF23血癥,說明高磷飲食可導(dǎo)致腎功能不全的大鼠出現(xiàn)低鈣血癥伴高磷血癥,此時低鈣血癥不能降低FGF23水平。且多因素回歸分析后發(fā)現(xiàn)血鈣水平與FGF23水平獨(dú)立正相關(guān)[22]。這說明在磷供給正常情況下,低鈣血癥可導(dǎo)致腎功能正常大鼠FGF23水平降低;而磷供給高于正常水平時,低鈣血癥不能使FGF23水平下降,無論腎功能是否正常、是否出現(xiàn)高磷血癥。

在正常小鼠、PTH基因敲除小鼠和PTH基因-鈣敏感受體基因雙敲除鼠,腹膜注射葡萄糖酸鈣連續(xù)7d后, 小鼠FGF23水平隨血鈣水平升高而升高[23]。但Gravesen等[24]經(jīng)大鼠腹膜注射葡萄糖酸鈣(升高血鈣)或乙二醇四乙酸(降低血鈣)后60 min內(nèi)取血樣檢測發(fā)現(xiàn),大鼠出現(xiàn)急性高鈣血癥或低鈣血癥不會影響FGF23的水平。故推測,在一段較長時間內(nèi)維持高鈣血癥,體內(nèi)FGF23水平將有所上升,但僅數(shù)小時的高鈣血癥不會引起FGF23水平的明顯改變。但目前尚無明確的研究提示CKD患者長期高鈣飲食或上調(diào)血鈣水平可導(dǎo)致FGF23水平上升。

α-klotho水平活性維生素D是α-klotho的上調(diào)因子,隨著CKD患者活性維生素D的減少,klotho的合成表達(dá)亦減少。故CKD早期患者FGF23的增加通過減少維生素D的生成間接地減少α-klotho的合成。那么α-klotho水平是否對FGF23水平亦有影響?目前未有明確的研究結(jié)果說明這一點(diǎn)。據(jù)以往研究報道,F(xiàn)GF23的生理作用之一是直接抑制甲狀旁腺分泌PTH,下調(diào)維生素D水平、血磷水平 ,間接升高循環(huán)PTH,總體作用是使PTH水平下降。當(dāng)CKD患者疾病逐漸進(jìn)展,活性維生素D水平漸降低,甲狀旁腺klotho 低表達(dá),F(xiàn)GF23對PTH的抑制作用弱化,可進(jìn)一步誘發(fā)FGF23抵抗、刺激FGF23合成增加[25]。我們推測,α-klotho持續(xù)低水平可誘發(fā)機(jī)體FGF23抵抗,進(jìn)一步通過某種機(jī)制刺激FGF23的分泌合成增加。

代謝性酸中毒腎功能正常志愿者口服氯化銨7d后,體內(nèi)形成慢性代謝性酸中毒的環(huán)境,此時機(jī)體鈣、磷排泄分?jǐn)?shù)增加,出現(xiàn)低磷血癥、低鈣血癥,伴血FGF23水平下降,口服補(bǔ)充磷劑后血FGF23可回復(fù)正常[26]。提示腎功能正常的人體內(nèi),代謝性酸中毒的環(huán)境導(dǎo)致的低磷血癥可引起機(jī)體負(fù)反饋調(diào)節(jié)而減少骨細(xì)胞或成骨細(xì)胞合成、分泌FGF23。

CKD患者常存在不同程度的酸中毒,酸中毒對骨細(xì)胞活性有影響。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在偏酸性環(huán)境中培養(yǎng)24h或48h的新生小鼠顱骨細(xì)胞較中性環(huán)境中產(chǎn)生更多的FGF23 ,培養(yǎng)基質(zhì)中亦有更高水平的FGF23-mRNA;同樣分別在偏酸性環(huán)境及中性環(huán)境中培養(yǎng)小鼠原始顱骨成骨細(xì)胞6h后,檢測到前者環(huán)境中有更多的FGF23-mRNA及FGF23分子[27]。這說明體外偏酸性環(huán)境是FGF23產(chǎn)生的促進(jìn)因素。

據(jù)此推測,CKD患者腎功能及磷排泄能力下降,同時骨細(xì)胞或成骨細(xì)胞長期受代謝性酸中毒的環(huán)境影響,機(jī)體不能像腎功能正常者一樣完成“代謝性酸中毒-磷排泄增加-FGF23水平下降”的反饋過程,長期代謝酸中毒成為促進(jìn)FGF23生成的因素之一。若推測成立,則碳酸氫鈉的應(yīng)用或可通過改善酸性環(huán)境、弱化酸中毒對骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞的刺激作用,從而降低血FGF23水平。

血清中高水平FGF23對PD患者的影響

FGF23與心血管鈣化關(guān)于FGF23水平與血管鈣化的關(guān)系,既往在透析前患者或HD患者中的研究存在不一致的結(jié)果。大多數(shù)研究提示FGF23是CKD 2~5期患者及HD患者發(fā)生血管鈣化的獨(dú)立危險因素。血清FGF23水平與患者冠狀動脈,主動脈鈣化程度正相關(guān)[28]。但也有研究認(rèn)為CKD患者的FGF23水平與血管鈣化無明確相關(guān)關(guān)系。如Asicioglu等[29]用CT對1 501例CKD患者進(jìn)行冠狀動脈及主動脈鈣化評分發(fā)現(xiàn),基線FGF23水平與冠脈鈣化或主動脈鈣化無關(guān);在細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)人或鼠的血管平滑肌均不表達(dá)FGF23受體或其共受體klotho,且FGF23不能影響血管平滑肌的鈣攝入及血管鈣化的發(fā)生,即使在高磷環(huán)境下,F(xiàn)GF23及可溶性klotho不能誘導(dǎo)血管鈣化。

目前單獨(dú)針對PD患者血管鈣化與FGF23水平的研究較少且結(jié)果不一致。有學(xué)者通過骨盆X線攝片及計算血管鈣化積分發(fā)現(xiàn)PD患者血清FGF23水平與血管鈣化程度呈正相關(guān)[30]。國內(nèi)學(xué)者發(fā)現(xiàn),CAPD患者FGF23水平高于正常,其中有心瓣膜鈣化的患者血清FGF23水平高于無鈣化組,F(xiàn)GF23高水平者發(fā)生鈣化的危險度增加4.22倍[31]。但Kim等[21]根據(jù)PD患者基線FGF23水平,將其分為高水平組和低FGF23水平組,發(fā)現(xiàn)組間脈搏波傳播速度及腹主動脈鈣化程度無統(tǒng)計學(xué)差異。上述研究結(jié)果不一致的原因之一,可能是分析FGF23水平與血管鈣化關(guān)系時未排除糖尿病或胰島素抵抗的影響。

目前比較PD與各種HD方式對FGF23的清除能力及對心血管鈣化發(fā)生率影響的研究較少。Srivaths等[32]調(diào)查了PD與HD治療ESRD兒童患者的心臟鈣化情況發(fā)現(xiàn),合并心臟鈣化的透析患兒血FGF23水平及血磷水平均高于無心臟鈣化患兒,其中PD患兒FGF23水平低于HD患兒,心臟鈣化患病率(2/17)亦低于HD(9/21)患兒。提示兒童透析患者,PD可能更有利于患兒維持低FGF23水平、減少心臟鈣化等相關(guān)并發(fā)癥。

FGF23與繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)(SHPT)多項研究表明FGF23是ESRD發(fā)生SHPT的獨(dú)立預(yù)測因子,也是預(yù)測并發(fā)輕度SHPT的長期透析患者發(fā)展成難治性SHPT的有效指標(biāo),可用于評估CKD患者SHPT的發(fā)展、預(yù)測活性維生素D治療效果[25]。目前暫無單獨(dú)針對FGF23與長期PD患者SHPT相關(guān)關(guān)系的研究報道。

FGF23與免疫功能Bacchetta等[33]研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)GF23除抑制腎臟1,25(OH)2D的合成外,同時可抑制健康志愿者的外周血單核細(xì)胞、PD患者PD液中單核細(xì)胞合成1,25(OH)2D的能力,同時影響單核細(xì)胞對1,25(OH)2D的細(xì)胞內(nèi)應(yīng)答過程。1,25(OH)2D是單核細(xì)胞發(fā)揮非特異性免疫作用的有效刺激因素,因此猜測FGF23的這一作用是CKD患者易發(fā)生感染的決定性因素之一。關(guān)于FGF23水平與PD患者感染的發(fā)生或與PD相關(guān)腹膜炎的關(guān)系,尚未見相關(guān)報道。

小結(jié):PD透析齡、殘余腎功能、血磷水平、維生素D及擬鈣劑應(yīng)用、血鈣水平、代謝性酸中毒、鐵劑的應(yīng)用及是否合并糖尿病或胰島素抵抗與長期PD患者血清FGF23水平密切相關(guān)。多數(shù)研究認(rèn)為高血清FGF23水平有增加CKD患者及PD患者發(fā)生心臟瓣膜及血管鈣化風(fēng)險,但有部分研究提出相反觀念。既往研究表明高水平FGF23與HD患者并發(fā)SHPT密切相關(guān),目前暫未見單獨(dú)針對發(fā)生SHPT的PD患者的研究。FGF23還可能通過影響腎外維生素D合成及維生素D在單核細(xì)胞等非特異免疫相關(guān)細(xì)胞內(nèi)應(yīng)答過程,減弱機(jī)體免疫功能、增加感染風(fēng)險。臨床應(yīng)關(guān)注并積極干預(yù)PD患者血清FGF23的水平。

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