張?jiān)?，?萍，馬 蘭，王麗平，王秋軍，林 琳

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院老年病科，哈爾濱 150000)

骨質(zhì)疏松和血管鈣化均為伴隨衰老而發(fā)病率增高的退行性疾病，受多種因素影響。隨著社會(huì)人口老齡化，兩者已成為嚴(yán)重威脅我國(guó)人口健康的高發(fā)疾病。骨質(zhì)疏松癥是一種全身代謝性骨病，以骨量減少和骨超微結(jié)構(gòu)破壞為特征，可導(dǎo)致骨脆性增加，甚至骨折。血管鈣化是指血管壁上出現(xiàn)鈣鹽沉積，其發(fā)生與心腦血管疾病的進(jìn)展密切相關(guān)。既往認(rèn)為，骨質(zhì)疏松和血管鈣化沒(méi)有聯(lián)系，且兩者共存時(shí)，除了年齡是共同因素外，均有各自獨(dú)立的發(fā)病機(jī)制。然而近年來(lái)，涌現(xiàn)出許多關(guān)于骨質(zhì)疏松和動(dòng)脈硬化共同發(fā)病機(jī)制的研究報(bào)道，并提出骨-血管軸的概念[1]。血管鈣化的形成過(guò)程是一個(gè)與骨發(fā)育相似的主動(dòng)的、可預(yù)防和可逆轉(zhuǎn)的高度可調(diào)控的生物學(xué)過(guò)程，血管鈣化和骨質(zhì)礦化擁有許多解剖和病理生理上的共同特征，血管鈣化不僅僅是一個(gè)鈣和磷酸鹽沉積及吸收的被動(dòng)過(guò)程，而且是使鈣及磷酸鹽高度有序組織的骨礦沉積的過(guò)程。近年來(lái)的熱點(diǎn)研究機(jī)制主要包括RANK/RANKL/OPG系統(tǒng)、氧化的脂質(zhì)、胎球蛋白A、循環(huán)的鈣化細(xì)胞以及成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)23/Klotho軸等。本文主要闡述FGF23/Klotho在骨質(zhì)疏松與血管鈣化共病機(jī)制中的研究進(jìn)展。

1 FGF23/Klotho軸與血管鈣化

1.1 FGF23和Klotho的生物學(xué)特性

FGF23是FGF的家族成員，其基因定位于染色體12p13，由骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞分泌后，在Klotho蛋白富集處發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。FGF23被認(rèn)為是預(yù)測(cè)血管鈣化起因發(fā)展及鈣化程度的標(biāo)志，近來(lái)出現(xiàn)的一些證據(jù)表明FGF23水平與動(dòng)脈僵硬度、 血管內(nèi)皮功能紊亂及嚴(yán)重的全身動(dòng)脈硬化顯著相關(guān)[2,3]。

Klotho基因是由 Matsumura 等發(fā)現(xiàn)的位于13q12染色體上的一種新型基因，由5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子組成，主要在腎小管、腦脈絡(luò)膜、垂體及甲狀旁腺等處表達(dá)[4]。Klotho蛋白包括膜鑲嵌型和分泌型兩類[5]。膜鑲嵌型Klotho可作為FGF23的共受體調(diào)節(jié)腎臟磷酸鹽的分泌及活性維生素D[1，25-dihydroxy vitamin D3，1，25(OH)2D3]的合成。分泌型Klotho蛋白是一種類似于內(nèi)分泌因子的多功能蛋白，可參與心血管疾病，且已被證實(shí)能改善血管內(nèi)皮功能障礙及延遲血管鈣化[6]。

FGF23與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體(fibroblast growth factor receptor，F(xiàn)GFR)親和力較低，而膜鑲嵌型Klotho蛋白可與多種FGFR結(jié)合成復(fù)合物，參與 FGF23的調(diào)控。Klotho基因缺乏可使FGF-23與其受體的親和力下降，導(dǎo)致 FGF-23無(wú)法調(diào)節(jié)磷的代謝[7]。人體內(nèi)Klotho蛋白的表達(dá)部位是目前已知的FGF23的靶器官，所以有學(xué)者提出Klotho-FGFR的共表達(dá)決定了FGF23作用的組織特異性[8]。

1.2 FGF23/Klotho與血管鈣化的作用機(jī)制

高血壓、糖尿病、高脂血癥等都是與心血管事件相關(guān)的血管鈣化的危險(xiǎn)因素，但礦物質(zhì)在脈管系統(tǒng)的積累對(duì)于血管鈣化也是同等重要的。研究表明低濃度的血清Klotho與血管功能障礙及血管鈣化有關(guān)[9]。FGF23/Klotho可以通過(guò)以下機(jī)制參與血管鈣化：(1)FGF23/Klotho可以劑量依賴性地磷酸化細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)1/2，并促進(jìn)磷誘導(dǎo)的鈣沉積，使血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)表型發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致血管鈣化；(2)FGF23通過(guò)鈉磷協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-2a(sodium-phosphate cotransporter proteins-2a，NaPi-2a)、NaPi-2b和NaPi-2c介導(dǎo)VSMC向成骨軟骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化；(3)FGF23通過(guò)1，25(OH)2D3及甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)水平調(diào)節(jié)血清鈣磷濃度，從而誘導(dǎo)血管鈣化。

Klotho和FGF是FGF23發(fā)揮作用所必需的信號(hào)分子，F(xiàn)GF在主動(dòng)脈及VSMC均有表達(dá)，而Klotho在主動(dòng)脈表達(dá)。VSMC是血管鈣化細(xì)胞類型中最重要的一種，其在鈣化的環(huán)境中會(huì)發(fā)生表型轉(zhuǎn)變，比如向破-成骨細(xì)胞、骨細(xì)胞轉(zhuǎn)變，且高磷酸鹽會(huì)加速這種轉(zhuǎn)化[10]。有研究表明[11]，ERK1/2 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)于離體實(shí)驗(yàn)中FGF23促進(jìn)大鼠VSMC的鈣化是必須的。FGF23本身并不影響鈣化，但它能促進(jìn)高磷誘導(dǎo)的大鼠主動(dòng)脈鈣沉積。正常VSMC由于Klotho的缺乏，F(xiàn)GF23不能磷酸化ERK1/2，也不能促進(jìn)鈣沉積，但在Klotho過(guò)表達(dá)的VSMC，F(xiàn)GF23可以磷酸化ERK1/2，并促進(jìn)磷誘導(dǎo)的鈣沉積。所以在不存在Klotho缺陷的情況下，F(xiàn)GF23可通過(guò)促進(jìn)VSMC向成骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化進(jìn)而促進(jìn)高磷誘導(dǎo)的血管鈣化。

體內(nèi)磷代謝主要是通過(guò)腸、骨、甲狀旁腺和腎之間的相互協(xié)調(diào)。大部分磷酸鹽在腎臟的排泄主要通過(guò)近端小管上皮細(xì)胞上NaPi-2a和NaPi-2c介導(dǎo)的重吸收。FGF23可直接或間接調(diào)控NaPi活性，進(jìn)而影響磷酸鹽平衡。當(dāng)血磷水平升高時(shí)，F(xiàn)GF23可在Klotho蛋白富集的甲狀旁腺、腎臟等處發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，直接抑制近端小管刷狀緣上NaPi-2a和NaPi-2c協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，從而減少磷的重吸收[12]。另一方面，F(xiàn)GF23還可通過(guò)抑制1，25(OH)2D3，促進(jìn)尿磷排泄，誘導(dǎo)磷的負(fù)平衡[13]。

血清FGF23水平與冠狀動(dòng)脈鈣化的相關(guān)性獨(dú)立于血清磷酸鹽水平[14]。FGF23/Klotho軸參與血管鈣化部分是由于1，25(OH)2D3的缺乏，F(xiàn)GF23可參與調(diào)節(jié)維生素D合成。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，給嚙齒類動(dòng)物靜脈注射重組FGF23 后，血漿中1，25(OH)2D3水平會(huì)明顯降低[15]。FGF23通過(guò)與FGFR和Klotho結(jié)合，下調(diào)編碼1α-羥化酶的Cyp27b1基因表達(dá)，抑制維生素D的合成，上調(diào)編碼24-羥化酶的Cyp24a1基因表達(dá)，促進(jìn)1，25(OH)2D3的分解。相反，1，25(OH)2D3可刺激骨組織中FGF23的表達(dá)。但是1，25(OH)2D3抑制血管鈣化的作用是通過(guò)分泌型Klotho來(lái)衡量的[16]。Klotho和FGFR均可在甲狀旁腺組織表達(dá)。FGF23與甲狀旁腺上的FGFR-Klotho復(fù)合物結(jié)合，通過(guò)活化絲裂原活化蛋白激酶旁路發(fā)揮對(duì)甲狀旁腺合成的調(diào)控作用[17]。

2 FGF23/Klotho與骨質(zhì)疏松

骨組織由破骨細(xì)胞吸收舊骨和成骨細(xì)胞生成新骨取代完成骨的轉(zhuǎn)換，其中骨代謝生化指標(biāo)發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[18]。骨質(zhì)疏松為多病因作用的結(jié)果，有研究表明，患有心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)的個(gè)體在骨質(zhì)流失中面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)，并且發(fā)生骨折的危險(xiǎn)性更高[19]。另一方面，低骨量的個(gè)體在遭遇心血管事件時(shí)相對(duì)于骨量正常者死亡率更高[20]。FGF23缺陷小鼠表現(xiàn)出過(guò)早老化的表現(xiàn)(如動(dòng)脈硬化、骨量減少、骨質(zhì)疏松、軟組織鈣化、肺氣腫、性腺機(jī)能減退或全身性器官萎縮等)[21]。這與Klotho基因表達(dá)缺陷小鼠的表現(xiàn)有明顯相似性。多變量線性回歸分析表明[22]，可溶性aKlotho(sKlotho)與衰老和低水平FGF23顯著相關(guān)，且在各種并發(fā)癥和患者狀態(tài)中只有骨質(zhì)疏松影響sKlotho和FGF23水平。FGF23與Klotho缺陷小鼠出現(xiàn)的過(guò)早衰表現(xiàn)可能是兩者的共同調(diào)節(jié)通路受到破壞的結(jié)果。FGF23被認(rèn)為主要是通過(guò)FGFR調(diào)控血磷，1，25(OH)2D3和PTH間接影響骨代謝指標(biāo)和骨的形成與重建。

FGF23作用于Klotho-FGFR復(fù)合物(即FGF23共受體)發(fā)揮其生物學(xué)作用。這也部分解釋了Klotho敲除小鼠與FGF23敲除小鼠表型相似的原因。骨細(xì)胞合成的FGF23可在腎小管上皮細(xì)胞中特異性結(jié)合FGFR1、3、4并與Klotho形成復(fù)合物來(lái)抑制腎臟中磷的重吸收，調(diào)節(jié)血磷平衡，間接影響骨骼的礦化。若Klotho缺乏，F(xiàn)GF23與FGFR親和力降低，會(huì)導(dǎo)致FGFR磷酸化抑制，從而使骨基質(zhì)礦化能力下降。FGF23過(guò)度表達(dá)還可抑制成骨細(xì)胞分化，這說(shuō)明FGF23不僅參與鈣磷代謝調(diào)節(jié)，也可能參與骨質(zhì)疏松癥發(fā)生發(fā)展的過(guò)程調(diào)節(jié)，在骨質(zhì)疏松發(fā)病機(jī)制中起著十分重要的作用。此外，1，25(OH)2D3和PTH也可影響鈣磷代謝指標(biāo)。國(guó)外研究表明[23]，患甲狀旁腺功能亢進(jìn)癥的男性其骨轉(zhuǎn)換生化標(biāo)志物會(huì)明顯升高，且伴有顯著骨丟失。

Klotho和FGF23的產(chǎn)生均受到多種因素調(diào)節(jié)[24]，如：高磷飲食增高FGF23血清水平；慢性高磷血癥與FGF23高水平相關(guān)；1，25(OH)2D3可增加循環(huán)的FGF23，也可增加腎臟Klotho基因表達(dá)；人類血清FGF23與PTH相關(guān)。

FGF23與1，25(OH)2D3和PTH之間均可形成經(jīng)典的負(fù)反饋環(huán)路：體內(nèi)維生素D可誘導(dǎo)FGF23的產(chǎn)生，相反FGF23在Klotho的輔助下可抑制維生素D的合成和促進(jìn)維生素D的分解，從而調(diào)控維生素 D的代謝平衡。升高PTH可誘導(dǎo)FGF23表達(dá)增加，但FGF23也可抑制PTH的合成和分泌，這一負(fù)反饋環(huán)路易受到體內(nèi)系統(tǒng)和局部復(fù)雜因素的干擾。FGF23和Klotho的主要作用是血磷和維生素D3的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)以及產(chǎn)生骨礦化等生物學(xué)效應(yīng)，這提示上述各因素與原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生發(fā)展有一定相關(guān)性。

3 FGF23/Klotho軸與血管鈣化及骨質(zhì)疏松的共同機(jī)制

骨質(zhì)疏松癥與血管鈣化是系統(tǒng)性病癥，均隨著年齡的增長(zhǎng)而發(fā)生發(fā)展[25]。流行病研究結(jié)果提示骨質(zhì)疏松和血管鈣化密切相關(guān)[26]。血管鈣化不但能引起心腦腎的病理變化，而且能造成骨組織的病理變化，表現(xiàn)為骨礦物質(zhì)含量下降，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。鈣磷代謝對(duì)血管鈣化及骨代謝的影響是深遠(yuǎn)的。甲狀旁腺素和維生素D是參與鈣磷兩種礦物質(zhì)代謝的重要激素，兩者在鈣、磷酸鹽代謝平衡及維持骨骼健康中扮演重要的角色。甲狀旁腺和維生素D與腎臟和骨骼之間相互存在由FGF23/Klotho介導(dǎo)的負(fù)反饋環(huán)路，構(gòu)建了調(diào)節(jié)磷酸鹽內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的骨骼-腎臟-甲狀旁腺內(nèi)分泌軸[27]。處于中心位置的FGF23/Klotho通過(guò)參與調(diào)節(jié)磷酸鹽代謝，從而影響血管鈣化及骨質(zhì)疏松。

綜上所述，F(xiàn)GF23/Klotho是健康和疾病中礦物質(zhì)代謝的重要調(diào)節(jié)者[28]。由FGF23/Klotho調(diào)節(jié)的鈣磷代謝紊亂是骨質(zhì)疏松和血管鈣化發(fā)生的共同途徑，但具體機(jī)制仍有待我們進(jìn)一步研究。從基因多態(tài)性及FGF23、Klotho及FGF23/Klotho軸等多角度研究骨質(zhì)疏松和血管鈣化，可為骨質(zhì)疏松和動(dòng)脈硬化性疾病的防治提供新靶點(diǎn)，也可幫助我們闡明衰老的分子機(jī)制及內(nèi)在本質(zhì)，從而更好地指導(dǎo)易感基因人群預(yù)防及治療骨質(zhì)疏松和血管鈣化，為延長(zhǎng)人類壽命奠定基礎(chǔ)。

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