成纤维细胞生长因子23调控因素及其在蛋鸡中的研究进展

王荣梅 赵景鹏 王晓鹃 林 海*

(1.山东农业大学动物科技学院，泰安 271018；2.泰山医学院运动医学与康复学院，泰安 271000)

磷在维持家禽的正常生长发育、骨矿物质代谢、家禽生产性能等方面发挥重要作用，而禽类排泄物中过多磷的排放是引起环境磷污染的原因之一。机体磷的稳态主要取决于磷在肠道吸收、肾脏的重吸收与排泄以及细胞外液与骨骼储存池之间的不断交换。成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor 23，FGF23)是重要的调节血磷稳态的激素，维生素D、甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)也参与了磷代谢的调控，而FGF23、维生素D、PTH之间存在着复杂的相互作用[1]。目前关于FGF23的研究大多集中在哺乳动物，FGF23通过直接或间接作用调控磷在肾脏、肠道及骨组织中的代谢。FGF23下调肾脏钠依赖的磷转运载体新霉素磷酸转移酶基因(NPT)2a及NPT2c的表达，降低肾脏对磷的重吸收[2]，另外还下调肠道钠依赖的磷转运载体NPT2b的表达[3]，降低了肠道磷的吸收，因此，FGF23促进磷排出及血磷含量降低。在肿瘤引起的软骨病患者中，由于肿瘤产生大量的FGF23，引起低磷血症[4]。染色体显性遗传低磷性佝偻病患者的FGF23基因发生功能获得性突变，导致FGF23含量升高，从而出现低磷血症[5-6]。相反，FGF23基因缺失小鼠的血清1,25二羟基维生素D3[1,25(OH)2D3]含量升高，出现高磷血症及骨骼的异常[7]。由此可见，FGF23在哺乳动物磷代谢方面发挥重要的作用。最近几年在蛋鸡领域中也开展有关FGF23的部分研究，本文就FGF23的调控因素钙、磷、维生素D、PTH及FGF23在蛋鸡中的研究进展进行综述。

1 FGF23的生物学特性

人FGF23蛋白质由251个氨基酸残基构成，N端带有24个氨基酸残基的信号肽，是一种分泌性蛋白质，人FGF23在176RxxR179位置存在酶切位点，部分FGF23会被降解为N端及C端的片段，所以血中存在成熟的全段FGF23及其N端和C端的片段[6]。成熟的全段FGF23具有降低血磷生理活性的作用，而FGF23的2个片段没有降低血磷生理活性的作用[8]。在常染色体显性遗传低磷性佝偻病/软骨病患者中，FGF23发生错义突变，在精氨酸(Arg)179与丝氨酸(Ser)180之间抗酶解，循环中FGF23含量升高，导致患者血磷含量降低[6]。FGF23发挥生理功能需要形成一个由FGF23、成纤维细胞生长因子受体及肝素分子构成的复合体，另外，FGF23还需要α-Klotho蛋白作为辅助受体，与该复合体结合激活下游Ras/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路以发挥其生理作用[9]。

2 FGF23表达的调控因素

2.1 维生素D

维生素D通过25-羟化酶及1α-羟化酶的作用转变为有活性的1,25(OH)2D3。1,25(OH)2D3结合维生素D受体(VDR)及视黄醇X受体(RXR)形成异二聚体1,25(OH)2D3-VDR-RXR后，结合维生素D反应元件(VDRE)调节基因转录，许多文献报道VDRE存在于FGF23基因的启动子区域[10-11]。VDR敲除小鼠血清中FGF23含量显著低于野生型小鼠[10,12]，而且该缺陷型小鼠FGF23的表达的不受1,25(OH)2D3的调控[12]。在活体上用1,25(OH)2D3处理后，提高了野生型小鼠及hyp小鼠血清中FGF23含量[10]。在小鼠上注射1,25(OH)2D3，24 h后血清中FGF23含量急剧升高，同时颅骨、胫骨中FGF23 mRNA表达量分别升高57倍、8倍，但是在其他非骨组织，如肾脏、肝脏、脑、空肠、脾脏中，FGF23 mRNA表达量没有升高[13]。以上体内试验研究表明，1,25(OH)2D3对可能通过VDR途径上调循环中FGF23的表达，而且1,25(OH)2D3对FGF23的调控存在组织特异性。

体外细胞及组织培养试验同样证明1,25(OH)2D3上调FGF23表达。1,25(OH)2D3能增加成骨细胞FGF23 mRNA的表达量，并上调成骨细胞及非成骨细胞中FGF23启动子的活性[10]。1,25(OH)2D3刺激原代成熟的成骨细胞/骨细胞FGF23的分泌，特别是在高磷的条件下，1,25(OH)2D3极显著上调FGF23的表达[14]。1,25(OH)2D3上调UMR106细胞FGF23 mRNA的表达量[13]，瘦素进一步增强了其上调作用，但白细胞介素-6(IL-6)减弱了其上调作用[15]。另外，1,25(OH)2D3还上调尿毒症及正常小鼠颅盖骨器官培养的FGF23 mRNA及蛋白表达量[16]。这些试验结果表明，1,25(OH)2D3上调骨细胞、成骨细胞、成骨样骨细胞及体外培养骨组织FGF23 mRNA及蛋白的表达量，调控过程中可能还受磷、瘦素、IL-6及细胞分化程度的影响。

2.2 PTH

在人群、动物及细胞中的研究大多表明PTH上调了FGF23的表达。原发性甲状旁腺功能亢进的患者，PTH分泌增多，血浆FGF23的含量比对照组显著升高，甲状旁腺切除之后，血浆PTH及FGF23含量比切除前均显著降低[17]。晚期的继发性高甲状旁腺功能亢进的慢性肾病(CKD)患者，血清FGF23含量与磷含量、钙磷乘积、PTH含量呈正相关，完全切除了甲状旁腺后，血清FGF23含量也降低[18]。用PTH间断治疗绝经后骨质疏松的妇女18个月，血清FGF23含量升高[19]。以上人体试验研究表明，血清PTH含量与FGF23含量呈正相关，PTH上调FGF23的表达。慢性甲状旁腺功能减退且高磷血症的病人血清FGF23的含量升高，这可能是升高的血液磷含量产生负反馈的结果[20]。尿毒症大鼠骨组织中的FGF23 mRNA表达量及血浆FGF23含量均升高，实行甲状旁腺切除术后，血浆FGF23含量降低[21]；而在原发性高PTH血症的模型小鼠及PTH注射的野生型小鼠中，血浆FGF23含量及颅骨FGF23 mRNA表达量均升高[22-23]，同样，PTH处理成骨样细胞UMR106也提高了FGF23 mRNA表达量[23]。Meir等[24]通过体内体外试验进一步发现，PTH增加FGF23的转录是由孤儿核受体介导的。以上动物及细胞试验结果同样表明，PTH上调FGF23的表达，但也有与其不一致的报道。给人注射6 h PTH的短期试验发现，FGF23的分泌下降[25]，而用PTH处理的体外培养的大鼠颅盖骨后，培养基中FGF23蛋白及颅盖骨FGF23 mRNA的表达量均没有变化[16]，其中的原因及机制还需要进一步研究。

2.3 钙、磷

膳食中的磷是FGF23分泌的一个关键调控因子，许多试验表明高磷上调人和动物FGF23的产生。对健康人群进行膳食磷干预2 d以上，高磷组血清FGF23的含量显著高于低磷组[26-29]，但血清FGF23含量与钙含量没有相关性[26]。在慢性高血磷的低PTH血症的病人中，血清FGF23含量与磷含量呈正相关，表明血清磷直接或间接增加了FGF23的含量[20]。小鼠饲粮中的磷含量从1.65%降低到0.02%维持5 d的时间，导致血清中FGF23含量在7倍的范围内波动，并呈剂量依赖关系，野生小鼠饲喂0.02%的低磷饲粮与1.00%的高磷饲粮相比，颅骨中FGF23 mRNA表达量被抑制了85%[30]。以上人群试验及动物试验均表明，高磷膳食/饲粮升高血清磷和FGF23含量，血清磷含量与FGF23 mRNA表达量呈正相关，但是磷调控FGF23表达的具体机制目前尚不清楚。但也有研究认为FGF23含量不受磷含量的调控，血清磷含量在6 h内的急性改变不影响血清中完整的FGF23的含量[31]；而Rendenbach等[32]发现分别用含有1和4 mmol/L磷酸钠的培养基处理小鼠原代成骨细胞6 h，FGF23 mRNA的表达量没有改变，其中的原因可能是高磷处理的时间过短不足以引起FGF23表达的显著上调。

目前关于钙对FGF23调控方面的研究还有很多争议。切除5/6肾脏的大鼠血清FGF23含量与磷含量呈明显的正相关，与血清钙含量呈很弱的负相关[12]，而大鼠静脉注射钙剂60 min后，血清钙含量升高，但血清FGF23含量并没有显著变化[33]。相反，对原发性甲状旁腺功能亢进病人的研究中发现，血清中FGF23含量与钙含量呈正相关，与血清磷含量关系不大[17,34]，但也有研究报道甲状旁腺切除后，血清钙含量下降到正常水平，但血清FGF23含量没有显著变化[34]。在基因敲除及野生型鼠研究中也发现，血清FGF23含量与钙含量也存在一定的正相关。Gcm-/-和Cyp27b1-/-小鼠血清FGF23含量与钙、1,25(OH)2D3含量呈正相关，与血清磷含量无相关[35]。另外，用低钙饲粮饲喂野生型大鼠发现，血清FGF23含量与钙含量呈正相关，增加饲粮中的钙10 d，血清钙含量升高，同时血清FGF23含量也升高，而血清磷含量没有变化[36]。然而，在野生型、PTH敲除及PTH-钙敏感受体(CaSR)双敲除小鼠中又发现血清FGF23含量与磷、钙含量及钙磷乘积呈指数相关，相关系数(r)值分别为0.58、0.65、0.70[37]。出现以上颇有争议的结果可能与采用试验对象的差异以及钙、磷、PTH、FGF23、1,25(OH)2D3在体内存在复杂的相互作用有关。钙对FGF23的调控是直接调控还是通过磷、PTH、1,25(OH)2D3间接进行调控，还需要更深入、更全面的试验来证实。

3 FGF23在蛋鸡中的研究进展

磷作为一种常量元素对家禽具有重要的生理功能，但是家禽养殖业中过多磷的排放也是环境磷污染的一个来源，而FGF23在哺乳动物中已经证明是一个重要的调节磷稳态的激素，因此，近年来在蛋鸡领域也开展了关于FGF23的相关研究。

3.1 蛋鸡FGF23蛋白的分子特征

通过对蛋鸡FGF23基因测序及生物信息学分析发现，蛋鸡FGF23由254个氨基酸残基构成，氨基酸序列与人类、小鼠、斑马鱼的一致性分别是57%、58%、37%。蛋鸡FGF23的N端存在25个氨基酸残基构成的信号肽，在180RxxR183位置存在酶切位点[38]，据此推测，蛋鸡FGF23也是一个分泌性蛋白，在蛋鸡体内会被酶切成N端、C端2个片段。

3.2 蛋鸡FGF23表达的组织特异性

在哺乳动物中，FGF23 mRNA在骨组织中表达量高于其他组织几十倍，而在肝脏中表达量极低[39-41]。通过实时荧光定量PCR检测发现，蛋鸡FGF23 mRNA在各组织中广泛分布，肝脏中表达量最高，其次为颅骨、胫骨、股骨、脑、脾脏、十二指肠、空肠、回肠中，心脏及肾脏中表达量相对较低[38]。可见蛋鸡FGF23的组织表达规律与哺乳动物有极大的差异。蛋鸡FGF23辅助受体α-Klotho的表达规律与哺乳动物的相似[38]，在肾脏中表达量高，由于蛋鸡FGF23也是分泌性蛋白，推测肾脏也是蛋鸡FGF23作用的一个靶器官。

3.3 蛋鸡FGF23表达的调控因素

用高磷饲粮(0.80%的有效磷)和低磷饲粮(0.15%的有效磷)饲喂蛋鸡11 d，高磷饲粮显著升高了血清磷含量，但对血清钙含量没有显著影响，高磷饲粮还显著上调了胫骨、股骨及颅骨中FGF23 mRNA的表达量，但是对于肝脏中FGF23 mRNA的表达量没有显著影响[38]。这表明饲粮磷及血清磷含量可能调控蛋鸡骨组织中的FGF23 mRNA表达量，这与在哺乳动物中的研究结果一致。血清钙含量可能没有参与调控骨组织中FGF23 mRNA的表达量。另外，高磷饲粮没有改变蛋鸡肝脏中FGF23 mRNA的表达量，那么在蛋鸡肝脏中高表达的FGF23受哪些因素的调控以及FGF23在蛋鸡肝脏中发挥哪些功能，还需要深入的研究。

FGF23中和抗体可以降低慢性肾病小鼠血清FGF23、PTH含量，升高血清磷和1,25(OH)2D3含量[42]。用FGF23的一段抗原肽免疫蛋鸡后，蛋鸡体内及其所产的蛋中含有FGF23中和抗体。蛋雏鸡获得母源FGF23中和抗体后，饲喂缺乏磷的饲粮并没有降低血清磷含量和骨灰分含量[43]，表明FGF23中和抗体可以降低动物对磷的需要量，而且FGF23中和抗体和饲粮中的植酸酶对饲喂低磷饲粮的蛋雏鸡存在累加效应[44]，升高了血清磷、1,25(OH)2D3含量及胫跗骨的灰分含量[45]，这进一步说明FGF23中和抗体可以增加磷的利用。FGF23中和抗体还可以降低产蛋鸡血清FGF23含量，升高血清磷含量，降低磷的排泄[46]。以上在蛋鸡中利用FGF23中和抗体进行的试验，表明蛋鸡FGF23具有与哺乳动物FGF23相似的促进磷排泄的功能。另外，让人惊奇的是FGF23中和抗体还可以在不影响蛋品质的情况下提高蛋壳质量[47]，具体的机制还需要进一步研究。

4 小结与展望

我国是家禽养殖的大国，家禽粪污中的磷对环境的污染不可忽视。FGF23是一个重要的调控磷代谢的激素。蛋鸡FGF23中和抗体不仅增加磷的利用、减少磷的排泄，而且还可以提高蛋壳品质，显示它具有一定的实际应用价值。钙、磷、维生素D、PTH不同程度调控哺乳动物FGF23的产生，而蛋鸡饲粮中的磷也可以调控蛋鸡骨组织中FGF23的表达，若通过调整饲料配方中的钙、磷、维生素D的含量，在不降低生产性能的情况下降低蛋鸡FGF23的产生，减少磷的排放，这将对于减少蛋鸡粪便中磷污染具有重要的意义。另外，FGF23在哺乳动物中主要由骨组织产生，而蛋鸡肝脏中FGF23 mRNA表达量最高，且不受饲粮中磷的调控，表明蛋鸡FGF23的表达具有物种特异性和组织特异性，这与哺乳动物FGF23的表达规律明显不同，所以确定蛋鸡不同组织中FGF23表达调控规律及其在不同组织中发挥的功能需要进一步研究，这对于系统、全面弄清FGF23在蛋鸡中的生理作用具有重要意义。