廖甄楠 李强 宋卓恒 曹锐 李伟龙, 王洁 戴洪波 栾韶东 胡波尹良红，4

1暨南大学附属第一医院肾内科，广州 510000；2东莞市中医院内十科（肾病），东莞523005；3深圳市龙华区中心医院肾内科，深圳 518110；4广州市恩德氏医疗制品有限公司，广州 510663

急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是一种具有复杂临床表现的综合征，不仅增加患者的病死率，亦对长期预后产生不良影响。AKI在全球住院患者中具有较高的发病率，几乎占重症监护患者的30%～60%［1］。在AKI发生后，血清中成纤维生长因子23（fibroblast growth factor 23，FGF23）水平迅速上升，a-Klotho（以下称“Klotho”）表达下降。这两种指标的变化被认为是预测AKI预后的新型生物预测标志。过去十年中，研究认为FGF23与膜结合型Klotho作为复合受体通过增加磷酸盐排泄并减少1，25-二羟基维生素D3［1，25 dihydroxyvitamin D3，1，25-（OH）2D3］的产生来调节钙磷代谢，从而导致矿物质代谢紊乱，增加慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）的预后风险［2］。然而越来越多的研究发现在AKI发生后及慢性肾衰竭早期，机体钙磷代谢紊乱还未出现时已经观察到FGF23水平上升和Klotho表达下降。FGF23还与铁代谢、促红细胞生成素、炎症等存在双向作用［3］。而可溶性Klotho则独立于FGF23发挥改善足细胞结构、降蛋白尿、调节氧化应激和炎症反应、抑制纤维化、调节钙磷代谢、抑制成骨分化和保护血管等功能。因此，近期观点认为调节FGF23升高和Klotho表达下降的机制与急性炎症、氧化应激、缺血再灌注损伤等因素密切相关。与此同时，相关发现使得FGF23和Klotho不仅作为CKD钙磷代谢紊乱的治疗靶点，还为延缓AKI进展和改善肾脏预后提供了新思路。

FGF23的结构和来源

成纤维细胞生长因子为共享同一个核心区域的多肽家族。在FGF家族成员中，包含3个外显子的FGF23基因编码具有251个氨基酸，前24个氨基酸序列显示FGF23是分泌蛋白的信号肽。FGF23分布于全身血液中，作为介导系统功能的关键激素［4］。目前人血清中可检测到的FGF23包括完整形FGF23（iFGF23）以及C末端FGF23（cFGF23）［5］。

FGF23主要来源于骨细胞和成骨细胞，是钙磷代谢调节的重要激素。FGF23与在多种组织中表达的单次跨膜成纤维生长因子受体结合发挥作用，包括4种不同的成纤维生 长 因 子 受 体 亚 型（FGFR1-4）［6］。其 中FGF23与FGF1-Klotho形成复合受体，介导磷酸钠共转运蛋白（NaPi2a和NaPi2c）在近端肾小管细胞顶膜上的表达减少来增加尿磷酸盐排泄，进而降低血磷。在钙调节方面，FGF23通过降低了25-羟维生素D-1α-羟化酶在肾脏的表达同时增加了25-羟维生素D-24-羟化酶的表达来降低循环中1，25-（OH）2D3含量，间接影响钙吸收［7］。

一直以来，FGF23被证明在CKD患者中表达升高且提示预后不良，可能原因与骨-肾-甲状旁腺代谢轴功能异常有关［8］。甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）和高磷酸水平均被证明为刺激FGF23升高的重要因素。然而不少研究发现FGF23还能在心脏、肝脏和骨髓等组织器官中表达，并独立于Klotho发出信号［9］。结合最近研究结果，铁缺乏、促红细胞生成素和慢性低氧血症与FGF23升高密切相关［10］。可以预测，FGF23调节不仅仅局限于钙磷代谢途径，还通过其他因素影响肾脏预后。

Klotho的结构与功能

Klotho于1997年被发现为与衰老相关的基因［11］。该基因编码一个130 kDa的单程跨膜蛋白，该蛋白由2个胞外域（KL1和KL2）、1个跨膜域和1个短的细胞增塑尾部组成。目前血清中检测到的Klotho主要有2种形式：膜结合型和分泌型［12］。

Klotho在调节矿物质代谢稳态方面起着重要作用。具体而言，膜结合型的Klotho主要在肾脏和脑部表达，主要充当FGF23与FGFR1结合的共受体，协助并放大FGF23的作用效应，而可溶性Klotho则充当内分泌物质，介导多种信号通路以改善足细胞结构、降蛋白尿、调节氧化应激和炎性反应、抑制纤维化、调节钙磷代谢、抑制成骨分化和保护血管功 能 等［7，13］。Klotho在 近 端 小 管 中 通 过 酶 联 转 运 蛋 白（NaPi-2a，NaPi-2c）的糖基修饰来调节钠偶联的磷转运蛋白，从而抑制肾磷的排泄［14］。

在钙代谢方面，Klotho一方面作为维生素D信号通路的抑制剂；另一方面在循环中通过在腔质膜中捕获钙通道来激活瞬时受体阳离子通道亚家族V成员5促进远端肾小管钙的重吸收［15-16］。此外，Klotho增加了Na-K-ATPase 1-亚基的活性，该亚基激活了钠钙交换剂-1的基底外侧钙出口。还有研究证明Klotho可控制肾的钙稳态和调节肾外髓钾通道1。

Klotho被证明是一种细胞保护蛋白，可防御氧化应激和缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI）。炎性细胞因子、尿毒症毒素（如吲哚硫酸盐和对甲酚硫酸盐）、高磷酸盐血症、低1，25-（OH）2D3、氧化应激以及肾素-血管紧张素-醛固酮的激活等因素可下调Klotho表达［17］。过氧化物酶体增殖物激活的受体-γ激动剂、肾素-血管紧张素-睾酮系统阻滞剂和他汀类药物会上调Klotho的表达［18-19］。

FGF23/Klotho在AKI中的表达

1、FGF23在AKI中升高

第1个AKI患者中检测到FGF23明显升高的报告来自Leaf等［20］于2010年发表的病例报告，该病例描述了1例因横纹肌溶解导致AKI的45岁男性，发现其循环中较低水平1，25-（OH）2D3和高水平的PTH，进一步检测患者血浆cFGF23水平升高。研究者认为FGF23水平升高对细胞色素P450 27B1的抑制作用或降低25-羟基维生素D转化率恰好解释患者血清中1，25-（OH）2D3的降低同时伴有PTH升高。随后Leaf等［21］在一项涉及30例AKI患者的对照实验中发现，AKI发生24 h及5 d后患者的FGF23水平显著高于非AKI对照组。FGF23水平与25-羟基维生素D和1，25-二羟基维生素D均呈负相关，与磷酸盐和PTH均呈正相关。证明FGF23是一种矿物质异常的敏感标志且FGF23升高对细胞色素P450 27B1产生抑制作用。然而在这项研究中，肾功能正常的住院患者中FGF23的水平亦有升高。FGF23升高的具体调节机制尚未进行深入研究。

此后研究员们在各种AKI环境中对婴儿、儿童、老年人和成人进行了cFGF23的测量，Zhang等［22］报道了成年重症AKI患者的血浆cFGF23中位数水平显著升高。Brown等［23］的另一项研究证实，FGF23与社区老年人的AKI住院风险较高独立相关。Hanudel等［24］发现轻度AKI患者cFGF23水平升高且比iFGF23持续升高时间更长，可能表示FGF23裂解机制发生调整，但总体支持FGF23在AKI早期即迅速升高，裂解亦显著增加；另外，该研究提出，慢性低氧血症与FGF23升高机制相关。当轻度AKI发生时，FGF23裂解增加，cFGF23快速升高，抑制钙吸收，增加磷排泄。随着AKI进展，FGF23持续升高，作用于其他器官组织靶点，引起慢性炎症和肾单位损伤等，最后导致AKI患者预后不良及高病死率。

2、FGF23在AKI中升高的相关机制

在AKI发生后，大量研究证明FGF23表达升高，先于其他已知的标记物，如中性粒细胞明胶酶相关的脂蛋白和血清肌酐，且FGF23升高伴随着1，25-（OH）2D3表达下降和PTH升高［25］。因此既往观点认为肾损伤继发的PTH升高和高磷酸血症是刺激FGF23的主要因素。然而近期研究显示FGF23的增加可独立于PTH和维生素D信号传导且部分独立于饮食中的磷酸盐增加［26］。FGF23可以在分化的肾小管中异位表达，铁参与了FGF23的代谢调节［27-28］。在氧化应激方面，慢性低氧血症与FGF23表达相关以及较高的cFGF23水平与炎症标志物（IL-6等）升高独立相关［29］。代谢组学研究提出，肾静脉3-磷酸甘油酯（glycerol-3-phosphate，G-3-P）与FGF23升高具有紧密相关性。在小鼠模型中，外源G-3-P通过局部G-3-P酰基转移酶介导溶血磷脂酸合成进而刺激骨髓产生FGF23［30］。一项针对入院后48 h发生AKI的脓毒败血症患者的队列研究发现，患者循环中的FGF23与促红细胞生成素均早期增加，支持促红细胞生成素及其受体参与诱导FGF23在AKI患者循环中高表达的假设［31］。

可以提出，早期cFGF23升高是由于炎症等因素刺激骨细胞分泌增加、肾清除率降低以及裂解增加。随着病情进展，肾小管损伤引起FGF23异位产生增加，同时因肾单位丢失导致矿物质代谢、铁代谢紊乱，正反馈调节FGF23表达。急性炎症渐渐发展为慢性炎症的同时，FGF23表达长期处于高水平状态，进一步预示肾预后不良，其中G-3-P、促红细胞生成素等与FGF23高表达密切相关。

3、Klotho在AKI中的减少

关于Klotho在AKI中表达的意义似乎在不同研究中存在争议，然而多数研究显示Klotho在慢性肾衰竭进展期和AKI中均表达下降［32］。2项研究报道了患有AKI的啮齿动物具有迅速而严重的Klotho蛋白降低并且这种减少在肾脏恢复后是完全可逆的。Hu和Moe［33］诱发不同Klotho水平小鼠的CKD和AKI模型。在AKI模型中，Klotho缺乏小鼠在基线时血浆，肾脏和尿液中的Klotho蛋白水平低于基线。相反，与正常Klotho水平AKI小鼠相比，Klotho过表达小鼠对IRI损伤的抵抗力更高。这些结果表明，Klotho缺乏加剧肾功能损害，Klotho过表达延缓小鼠AKI发展，使Klotho不仅作为一种生物标志物，更有机会作为延缓AKI发展并改善预后的靶向治疗药物。

4、Klotho在急性肾衰竭中降低的作用机制和肾损伤保护作用

在IRI诱导的AKI小鼠模型中，Klotho在短时间内的反应是上调，然后再下降。这表明肾脏损伤并非Klotho下调的唯一因素［34］。促炎细胞因子或氧化应激在细胞死亡前通过调节Klotho启动子甲基化或脱乙酰化而降低Klotho表达。肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）和干扰素-γ降低了培养的肾上皮细胞中Klotho mRNA和蛋白水平外源给予TNF配体超家族成员12（TNFSF12）降低了Klotho的肾脏表达［35-36］。

近期研究发现，Klotho通过抑制炎症反应，减轻氧化应激对肾脏进行保护，有效延缓肾脏纤维化［37］。补充重组Klotho减轻了AKI小鼠模型中升高的凋亡标记和氧化应激，并改善了细胞活力，改善了肾脏纤维化［38］。Klotho过度表达模型通过失活核因子-κB（NF-κB）信号转导刺激巨噬细胞M2极化抑制了尿毒症毒素诱导的炎症反应并减轻小鼠心脏肥大和肾纤维化［39］。其中甲基莲心碱通过抑制NF-κB的活化和上调Klotho的表达减轻AKI模型的肾脏损伤［40］。另外，Nyera等［32］的研究Klotho/Cr和FGF23（包括完整形FGF23和cFGF23）水平2项指标的改变与肾脏损害相关。坏死抑制蛋白1（necrostatin-1）可以通过其抗坏死、抗凋亡、抗炎性抗氧化剂并保留Klotho表达并激活肾脏自噬作用而对抗由顺铂诱导的肾毒性。富氢盐水通过保留Klotho表达并激活肾脏中的自噬而发挥肾脏保护作用。

小结与展望

上述研究阐明，FGF23主要由骨和成骨细胞分泌，在心脏、肝脏和骨髓中均有表达。FGF23通过Klotho的支架作用与FGF受体形成共受体，调节远端肾小管磷排泄增加，钙吸收减少。Klotho被认为具有肾脏保护作用，除了与FGF23形成骨-肾-骨轴对钙磷代谢进行调节，还独立于FGF23发挥改善足细胞结构、降蛋白尿、调节氧化应激和炎症反应、抑制纤维化、调节钙磷代谢、抑制成骨分化和保护血管作用等功能。在AKI中，FGF23迅速升高和Klotho表达下降被认可为肾脏预后不良的敏感生物学标志。FGF23和Klotho表达改变的相关机制仍未有明确定论，但近期各项研究均提及炎症损伤、氧化应激等参与介导这两者与AKI之间的关系，表示肾脏损伤不是FGF23和Klotho调节通路的唯一因素。且有研究提出FGF23可作为AKI启动透析治疗的生物标记［41］。虽然目前仍缺乏大量实验数据支持。实验动物研究显示Klotho过表达状态动物和诱导AKI后给予重组Klotho可加速肾脏恢复，减少肾脏纤维化。

综上所述，FGF23和Klotho在保护AKI患者肾功能、延缓病情进展以及作为生物学标志物方面发挥重要的作用，且作为治疗靶点改善患者肾脏预后方面具有较好的潜力。