Klotho-FGF23轴在慢性肾脏病中的研究进展

黄芳 王洁

【关键词】  成纤维细胞生长因子23;Klotho;慢性肾脏病

中图分类号： R692    文献标志码： A    DOI： 10.3969/j.issn.1003-1383.2021.08.014

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）是危害全球的公共衛生问题，临床中缺乏根治CKD的特异性方案，为CKD寻找新的靶点，是目前临床关注的重点。骨细胞与成骨细胞可大量分泌成纤维细胞生长因子23（fibroblast growth factor-23，FGF23），其作用机制是加快机体排泄尿磷，调节血磷水平[1～2]。随着疾病进展，肾小管对磷的重吸收下降，以及肾小球滤过磷降低而发生高磷血症，表明FGF23与高磷血症的发生密切相关[3]。FGF23及其受体活化需Klotho蛋白辅助，Klotho蛋白可进一步提高FGF23及其受体的亲和力，同时Klotho可作为体液因子加快肾脏中磷排泄。此外还有研究发现Klotho是急性肾损伤的保护因子之一[4]。因此，Klotho-FGF23轴是肾脏钙磷代谢的重要信号通路之一，参与CKD发生，基于Klotho-FGF23轴的生物学特征、与肾间质纤维化和骨矿物质代谢及后期并发症的关系等方面展开综述，有可能为临床中治疗及药物开放提供新思路。

1 Klotho和FGF23的生物学特征

1.1 Klotho的生物学特征

Klotho是1014个氨基酸构成的单次跨膜蛋白质，其相对分子量为130 000，基因定位在人类常染色体13q12中[5]。在肾脏的远曲小管、甲状旁腺细胞、脑内脉络丛上皮细胞中有Klotho表达，其生物学作用有两种：①与FGF23结合并介导机体中钙、磷代谢平衡，作为膜结合型;②作为分泌型，可调控细胞凋亡、调节氧化应激与炎症、介导离子转运并提高骨骼肌力等不同方面的作用。Klotho受体表达易受生物活性肽、甲状旁腺激素、生长因子、转录因子、炎症及氧化应激等多方面因素的影响[6]。综上，说明Klotho蛋白在调节CKD患者的钙磷平衡、氧化应激及抗炎等方面有关键作用。

1.2 FGF23的生物学特征

FGF23是251个氨基酸构建的蛋白质，其相对分子量为32 000，基因定位在人类常染色体12p13中，是成纤维细胞生长因子家族中的成员，来源于骨细胞、成骨细胞合成及分泌[7]。临床动物实验发现，敲除小鼠的FGF23基因后，由于钙磷代谢失衡小鼠生长延缓、皮肤呈现萎缩状态、骨密度减弱且异位血管呈现钙化;而FGF23过表达时，小鼠尿中检测出大量磷，甚至还会出现甲状腺功能亢进，易诱发低磷血症、佝偻病、骨软化等并发症[8]。综上，提示FGF23可影响血磷水平及肾功能。

2 Klotho和FGF23与肾间质纤维化及骨矿物质代谢的关系

2.1 Klotho与肾间质纤维化的关系

Klotho蛋白参与抑制肾间质纤维化来发挥保护肾脏作用，肾间质纤维化后临床中观察到Klotho蛋白呈现低表达，推测可能是由于肾组织发生病理性改变。研究发现，肾组织中的Klotho蛋白表达量与肾小球硬化、肾间质纤维化严重程度密切相关，采用内源性刺激与外源性大量补充Klotho蛋白，能够有效延缓肾间质纤维化发生发展[9]。相似研究发现，肾脏细胞经过氧化应激作用后造成肾脏出现病理变化，为延缓病理进展，Klotho蛋白刺激超氧化物歧化酶活化而降低活性氧簇，改善氧化应激，降低细胞死亡，维持肾脏细胞的正常功能与状态，说明Klotho蛋白在肾间质纤维化中可通过多方面作用来避免疾病进一步恶化，对肾脏发挥一定的保护作用[10]。综上，Klotho蛋白是评估CKD患者肾间质纤维化的有效指标，临床可深入开展体内外研究来进一步验证Klotho蛋白作为诊断、通路及靶向治疗位点的作用。

2.2 Klotho与钙、磷、甲状旁腺激素的关系

1，23（OH）2D3、Klotho蛋白及FGF23间具有互通的机理，是维持机体磷酸盐代谢均衡状态的重要因素，也是近年来临床研究的热点，在细胞膜中的Klotho蛋白与靶分子有机结合，达到对身体中钙、磷代谢的影响，FGF23同样是Klotho膜蛋白的关键靶向分子，减弱维生素D生物合成及细胞对磷元素的重吸收，加快尿磷排泄，从而降低血管钙化发生率[11]。临床还有研究发现，Klotho蛋白可抑制近端小管中有关蛋白的表达，发挥抑制肾脏重吸收磷的目的，调控高表达的磷水平[12]。相似研究发现，Klotho蛋白并非单纯作用于肾脏调节磷吸收，还可通过调节肠道细胞中有关蛋白的表达而阻止肠道吸收磷，降低机体尿磷及血磷浓度[13]。综上，Klotho蛋白浓度表达异常会严重影响机体钙磷代谢平衡。

肾脏作为枢纽承载着调节机体水、电解质及矿物质代谢的器官，在CKD疾病进展发生衰竭后，肾小球滤过随之减弱，FGF23异常出现高表达，导致肾小管正常大量吸收钙、磷而无法维持钙磷代谢平衡状态。由于FGF23需要Klotho蛋白辅助实现与受体的结合，活化Klotho依赖型途径，参与甲状旁腺细胞膜中维生素D的代谢，促使甲状旁腺细胞增殖受限，出现钙磷介导的生理变化[14]。因此，甲状旁腺激素的合成及分泌同样受Klotho蛋白的影响。

2.3 FGF23与肾间质纤维化的关系

CKD发展到肾衰竭后呈现的病理变化即为肾间质纤维化，表现为肾间质内细胞、胶原成分大量集中，同时出现肾小管扩张、形态萎缩，小管附近毛细血管减弱，肾进行性损伤，肾小球滤过率下降而加速肾纤维化，并且FGF23水平高表达表明CKD患者疾病恶化，甚至可能有心血管事件发生，与死亡等不良预后相关[15]。因此，推测调节FGF23表达对肾小管间质纤维化发生发展及不良并发症的出现具有一定关系。

2.4 FGF23与钙、磷、甲状旁腺激素的关系

磷是临床中公认的对FGF23表达具有正向调节作用的微量元素。目前对磷与FGF23水平的有关研究指出，健康人长时间大量摄入高磷酸盐后造成血清中FGF23水平升高，而采用低磷饮食的患者FGF23水平下降，从而说明，磷对FGF23表达的介导作用需较长时间，并非在短期中就出现显著变化[16]。活性维生素D是介导FGF23的关键因子。临床报道指出血钙与FGF23呈正相关，FGF23对血钙的刺激条件是：①血清中钙≥8 mg/dL;②长时间持续作用。符合上述2个条件后，FGF23水平会升高，说明高钙血症可介导FGF23大量分泌[17]。临床进一步开展动物试验发现，高钙血症可通过调节非维生素D通路来刺激FGF23分泌与合成[18]。因此，患者出现高钙血症后，FGF23浓度改变与钙浓度密切相关。

甲状腺作为FGF23关键的靶器官，FGF23与甲状旁腺激素相互作用，作为经典的负反馈环路，在本身是甲亢疾病的CKD患者中检测到其血清中FGF23水平升高，而随着CKD进展机体中矿物质及FGF23呈现低表达。临床大量研究发现，CKD初期时甲状旁腺激素并无显著改变，而机体中的FGF23表达水平已高达常人的2～3倍[19]。说明在CKD发病初期时，FGF23可作为敏感性指标预测疾病。

3 Klotho-FGF23轴是矿物质代谢的关键调节器

3.1 Klotho-FGF23轴与磷代谢

机体中存在大量的元素，而磷是机体含量最高的元素之一，其以无机化形式在摄入、排泄及沉淀的路径分别到达肠道、肾脏、骨骼中。近年来研究发现甲状旁腺激素、1，25（OH）2D3及FGF23在磷代謝中具有重要作用[20]。血磷呈现高表达是预测心血管相关疾病的独立危险因素，Klotho-FGF23轴是初期评估血磷的关键指标。经临床研究发现，Klotho蛋白介导血磷代谢时发挥关键作用，并且可以通过介导相关的转运蛋白NaPi2a等影响血磷水平下降;而在机体中的高表达及缺少则会限制FGF23对血磷的作用[21]。综上，Klotho-FGF23轴与磷代谢平衡变化密切相关，但具体的作用机制需深入研究。

3.2 Klotho-FGF23轴与维生素D代谢

动物实验报道，Klotho-FGF23轴与维生素D间存在互通且互相影响的作用，机体中的FGF23表达与1，25（OH）2D3水平变化密切相关。FGF23可与大量基因作用参与调节维生素D代谢，如发现FGF23与FGFRs-Klotho结合可影响编码1-羟化酶Cyp27b1基因表达，降低维生素D的合成作用，并增强24-羟化酶的Cyp24al基因表达，促进机体中活性维生素D大量分解，从而刺激成骨细胞中内源性FGF23mRNA表达[22]。综上，Klotho-FGF23轴与维生素D代谢互相作用，互相影响。

3.3 Klotho-FGF23轴与甲状旁腺激素

甲状旁腺激素在维持机体血钙、磷水平，调节血液中钙质稳定性等方面起关键作用。临床已证实，甲状旁腺激素与FGF23间相互调控而通过Klotho及FGF受体结合产生功能复合体，并且通过多条信号通路发挥传导作用[23]。综上，Klotho-FGF23轴与甲状旁腺激素在除上述机理作用外，同样与机体内循环系统等相关。

4 Klotho-FGF23轴与慢性肾脏病后期并发症的关系

4.1 Klotho-FGF23轴与慢性肾脏病骨代谢异常

Klotho-FGF23轴表达与CKD继发骨质疏松密切相关。现有大量研究发现，骨代谢水平与FGF23表达高低息息相关。临床经过动物模型，检测小鼠静脉血发现其血清维生素D呈现低表达，而FGF23过表达，且伴佝偻病、骨软化等并发症，说明FGF23异常表达后严重影响骨代谢[24]。在骨代谢中Klotho联合FGF23蛋白共同对骨形成、代谢及重建发挥的作用是介导血磷、1，25（OH）2D3及甲状旁腺激素等间接调控发生的。综上，Klotho-FGF23轴参与了CKD骨代谢疾病的发生，其主要受血磷、维生素D及甲状旁腺激素调控，临床中应对相关机制深入探索，旨在为临床防治提供参考。

4.2 Klotho-FGF23轴与慢性肾脏病血管钙化

CKD患者血管钙化表现为内膜钙化与中层钙化两种，临床中CKD患者的两种钙化会同时存在，并且还会出现在相同血管中，但目前关于Klotho-FGF23轴与血管钙化的相关研究发现，可能是由于机体甲状旁腺激素及钙离子过量等共同作用产生，其具体机制及表达水平仍未有准确定论[25]。研究发现CKD3～5期患者其血浆FGF23与冠脉钙化积分密切相关;而另一项研究同样发现CKD透析患者中FGF23呈现高表达，与冠状动脉、主动脉及外周血管密切相关[26]。但目前关于Klotho-FGF23轴与血管钙化的研究仍处于初期阶段。

4.3 Klotho-FGF23轴与慢性肾脏病心血管疾病

最新研究发现，CKD患者易受到心血管疾病相关因素的影响，如高血压、高血脂及肥胖、心肌酶谱异常等[27]。在CKD患者肾小球滤过<60 mL/min时，排除相关的混杂因素后，FGF23呈现高表达的患者病死率升高[28]。Klotho蛋白在FGF23及钙磷代谢中是关键辅助因子，所以推测FGF23及钙磷代谢对心肌生长及功能具有一定的影响，并且已报道Klotho对血管钙化具有保护作用，Klotho阻滞TRPC6通道后，介导心脏中异常的钙离子信号可以减少心肌肥大事件发生[29～30]。虽然Klotho-FGF23轴在某种程度上对CKD心血管疾病具有一定的调控作用，但目前对于相关机制仍未有确切报道。

5 Klotho-FGF23轴在临床中的应用展望

Klotho-FGF23轴信号通路与CKD钙磷、甲状旁腺激素平衡密切相关，与CKD后期并发症有紧密联系，促使Klotho-FGF23轴有可能成为CKD疾病防治的靶点。目前，临床中除了抗FGF23抗体外，已有能干扰Klotho-FGF23轴的小分子抑制剂介导FGF23作用，FGF23功能过剩与缺失均会诱发高磷血症。结合现有文献资料已证实激活FGF23需要依赖Klotho途径，所以为临床防治CKD及有关疾病提供新的方向。既往临床研究重点是FGF23对CKD及并发症的调控，以研发针对FGF23的治疗为主要方向，但目前发现还可以介导Klotho表达及改变FGF23相关受体，调节Klotho-FGF23通路的生理平衡。与FGF23对比，开发以Klotho-FGF23轴为靶点的治疗方案目前仍在基础研究中，如构建Klotho过达标转基因小鼠，验证了介导该因子可促进肾脏线粒体细胞功能恢复，减少肾脏细胞凋亡，发挥保护肾脏的作用。虽目前发现Klotho-FGF23轴对治疗CKD及相关并发症具有重大潜力，但关于该通路及其机制方面仍处于起步研究阶段，Klotho-FGF23轴对下游通路及相关表型的影响仍在探索中，所以Klotho-FGF23轴作为CKD治疗靶点的效果及安全性，还需要临床大量研究来进一步验证。

6 小結

CKD作为临床中高发疾病，对患者的健康及生活质量有严重影响。随着Klotho-FGF23轴的发现及其对相关机制的研究，Klotho-FGF23轴与肾间质纤维化、磷钙代谢、甲状旁腺激素及CKD相关并发症都密切相关，从而证实了Klotho-FGF23轴有可能成为治疗CKD的新靶点，为治疗提供新思路。但由于目前关于以Klotho-FGF23轴切入治疗CKD方案有待更多、更广泛的实验及临床研究，从本文的论述中可以更深入地掌握该通路对CKD发病的影响，对临床展开CKD诊断及防治具有促进作用。

参 考 文 献

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（收稿日期：2021-01-18 修回日期：2021-02-28）

（編辑：潘明志）