2. 沈阳204医院, 沈阳 110043
2. Shenyang 204 Hospital, Shenyang 110043, China
钙、磷是动物生长、骨骼发育和维持机能所必需的矿物质元素，是骨骼的基本组成成分，它们结合生成的羟基磷灰石构成骨盐。钙、磷代谢是骨矿物质代谢的重要部分，对骨代谢有很大影响，低血磷导致幼龄动物佝偻病、成年家畜和产蛋家禽骨质疏松症；高血磷不仅延迟骨矿化，还引起由磷/钙结晶沉淀导致的异位血管钙化，继发产生和激活趋钙激素，从而间接影响骨形成。铁是一种参与骨代谢的重要矿物质，能够羟基化蛋白质，调节肾脏维生素D分泌[1]，对骨胶原蛋白质合成非常重要，过量和缺乏都会直接或间接影响骨生长[2]。成纤维细胞生长因子23(FGF23) 是近年来发现的激素，它与甲状旁腺素(PTH)和维生素D相互作用，共同保持钙、磷平衡；此外，在一些低磷性骨疾病中，FGF23与铁相互调节，在维持骨矿物质平衡中发挥作用。调控FGF23是一个复杂的多层次的过程，涉及钙、磷、铁、PTH、维生素D、成纤维细胞生长因子受体(FGFR)/成纤维细胞生长因子(FGF)以及蛋白质翻译后修饰，当FGF23的分泌、活性和胞内过程异常时，会引起骨矿物质代谢障碍从而导致各种骨疾病。在实践中，人们已探索出了一些以FGF23为靶点的疗法。本文对FGF23在骨矿物质代谢中的作用及其调控机理的研究进展进行综述。
1 FGF23的生物学特性FGF23属于多肽类激素FGF家族，由成骨细胞和骨细胞合成与分泌，物种间略有差异，就人类而言，基因定位于常染色体12p13，由251个氨基酸组成，相对分子质量为32 ku。血液中存在2种形式:一种是活性全长成熟FGF23，其N端具备FGFR结合位点，C端具备α-Klotho(αKL)的结合位点；另一种是无活性的水解裂解产物，N端FGF23和C端FGF23(cFGF23)。FGFR与FGF23结合的亲和力十分低，需要和αKL结合成复合受体才具有高亲和力，FGF23主要通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/胞外信号调节激酶(ERK)信号通路作用于肾脏和甲状旁腺，与钙、磷和铁等矿物质、维生素D以及PTH等激素相互作用，间接调节骨代谢。
2 FGF23在骨矿物质代谢中的作用和调控 2.1 FGF23与维生素D、PTH、钙和磷FGF23能够降低维生素D的活性，其机制为：一方面下调肾1α-羟化酶(Cyp27b1) 表达，抑制活性维生素D的合成；同时上调维生素D-羟化酶(Cyp24a1) 表达，将活性维生素D转化为活性低的产物。维生素D是调节FGF23的重要因子，能够直接促进FGF23分泌和增强其活性，研究发现给予小鼠维生素D可显著提高血液FGF23含量；在体外培养的成骨细胞中，维生素D可诱导FGF23表达并剂量依赖性增强其启动子活性[3]。
FGF23通过以下方面抑制PTH合成和分泌：作用于甲状旁腺上的维生素D受体以及钙敏感受体抑制甲状旁腺细胞增殖；降低PTH mRNA合成；上调甲状旁腺Cyp27b1表达，促进活性维生素D合成，抑制PTH，甲状旁腺分泌PTH并表达αKL，而FGF23需要与αKL结合并且能抑制PTH，在甲状旁腺和骨之间构成一个潜在负反馈回路，PTH通过它促进骨表达FGF23。研究证明，PTH和其下游孤核受体[核受体相关蛋白1(Nurr1)]处理骨肉瘤细胞系促进了FGF23 mRNA合成[4]；小鼠被高磷饲粮诱导为肾衰竭后，血液FGF23含量显著增高，切除甲状旁腺可降低血液FGF23含量[5]。
血液中钙通过以下方式维持平衡：血液中钙降低促进PTH分泌，PTH作用于远端肾单位促进钙重吸收[6]，同时也增加肾Cyp27b1表达，促进活性维生素D合成，提高血液中钙含量；血液中钙含量升高促进钙、磷在肠道中吸收，通过负反馈回路抑制甲状旁腺PTH分泌，从而降低血液中钙含量。
磷代谢由肠、肾脏和骨组成的内分泌反馈回路进行系统调节，其中肾脏是调节短期血液中磷含量的主要器官。FGF23调控血液中磷含量的机制为：高血液磷含量促进骨分泌FGF23[7]，FGF23作用于肾脏，直接下调近曲小管上皮细胞中的钠磷协同转运蛋白(NaPi)-2a和NaPi-2c含量从而减少磷重吸收；抑制PTH的合成和分泌，间接影响NaPi活性，减少尿中磷的重吸收，增加尿磷排泄；此外，FGF23抑制活性维生素D合成，而磷在肠道的吸收依赖活性维生素D，造成肠磷吸收减少[8]，最终血磷降低。
FGF23与维生素D和PTH相互作用调节钙、磷代谢，降低血液钙和磷含量，反过来，高钙与高磷促进FGF23分泌。添加外源钙小幅增强FGF23的活性，而添加钙通道阻滞剂则抑制FGF23的活性[9]；在低钙并添加能上调FGF23表达的维生素D或磷的体外细胞培养试验中，并不能上调FGF23表达[10]。
2.2 FGF23与铁临床和转化研究表明，铁抑制骨分泌FGF23，缺铁可刺激FGF23转录，使血液FGF23含量升高。孕妇和处于青春期的青少年普遍比正常人群缺铁，更容易患常染色体显性遗传低磷性佝偻病(ADHR)[11]，血液FGF23和cFGF23含量增高且与血液铁含量负相关[12]；对于X连锁低磷性佝偻病(XLH)患者，血液FGF23和cFGF23含量更高，且cFGF23与血液铁含量有显著的负相关性[13]；这些研究表明，尽管ADHR与XLH患者的发病机理不同，但血液cFGF23含量都增高，且与血液铁含量负相关。
2.3 FGF23与FGFR/FGFFGF23的活性和FGF23表达受FGFR调控，研究表明，FGFR1增效剂增强FGF23启动子活性，FGFR1显性负性结构、磷脂酶C和MAPK的抑制剂抑制其启动子活性[14]；用FGFR1的单克隆激活抗体(R1Mab)处理野生型小鼠，提高了血液FGF23含量并引起轻微低磷血症，处理小鼠成骨细胞促进FGF23 mRNA表达和FGF23的分泌，而敲除FGFR1则抑制了FGF23活性[15]。
成纤维细胞生长因子2(FGF2) 与FGFR一起调节骨分泌FGF23，方式分别为：高分子质量FGF2(HMW-FGF2) 激发FGFR1信号传导，低分子质量FGF2激活细胞表面的FGFR。骨过表达HMW-FGF2促进FGF23分泌，引起低磷性佝偻病；HMW-FGF2转基因小鼠的骨髓间质细胞中存在高含量FGF23和矿化内在缺陷，使用FGF23中和抗体、MAPK抑制剂和FGFR酪氨酸激酶抑制剂可以改善[16]。HMW-FGF2基因敲除小鼠，FGF23 mRNA表达减少，血液磷和PTH含量正常，骨矿物质密度增大以及成骨细胞活性增强[17]。
2.4 FGF23与蛋白质翻译后修饰调控FGF23的细胞系统不仅影响FGF23 mRNA表达，而且根据实时状态逐步调节蛋白质翻译后修饰在蛋白质水平进行调控。弗林蛋白酶是一种类枯草杆菌前体蛋白转化酶，能够在FGF23 179位精氨酸(Arg179)和180位丝氨酸(Ser180)之间剪切从而水解FGF23，乙酰-α-D-半乳糖氨基转移酶3(GalNacT3) 特异性识别FGF23 178位苏氨酸(Thr178)，并在此位置催化FGF23 O-糖基化，阻止水解，这对于保持FGF23的稳定和维持其活性非常重要[18-19]。序列相似性家族20成员C(family with sequence similarity 20, member C，FAM20c)在Ser180处磷酸化FGF23，抑制GalNacT3催化FGF23 O-糖基化，使FGF23易被胞内蛋白酶裂解[20]。序列相似性家族20成员A(family with sequence similarity 20, member A，FAM20a)为假激酶，可与FAM20c形成一个功能型复合体增强FAM20c的活性[21]，它们之间的转化能够增强或降低FGF23的活性。
3 以FGF23为靶点治疗骨矿物质代谢障碍疾病的新疗法当FGF23的分泌、活性和胞内过程异常时，能引起骨矿物质代谢障碍从而导致各种遗传性和后天获得性骨疾病。随着对FGF23研究的深入，发现了一些以FGF23为靶点的新疗法，比如抑制FGF23活性治疗与FGF23相关的获得性低磷症间质瘤-肿瘤性骨软化症[22]；FGF23中和抗体几乎完全逆转XLH小鼠低磷性佝偻病表型[23]，给XLH患者注射抗FGF23的单克隆抗体KRN23，患者的生化指标得到了改善，尽管血维生素D提高很多并且持续超过50 d，但没有并发高磷血症，血液和尿中钙含量也维持在正常范围内[24]；ADHR患者缺铁时会出现高血液FGF23含量，患者补铁后，血液中铁、磷、维生素D含量和肾小管最大磷酸盐重吸收力/肾小球滤过率等生化指标得到改善，待血液中铁含量稳定后，逐步减少直至停服佝偻病药和铁，血液FGF23含量恢复正常，低磷血症也得到了改善[25]。
4 小结与展望钙、磷和铁是参与骨代谢重要的矿物质，它们代谢紊乱能引起各种骨疾病。FGF23通过“骨骼-肾脏-甲状旁腺”内分泌轴，全面调节包括钙、磷和铁代谢在内的骨矿物质代谢，同时很多因素也共同影响FGF23的分泌、活性以及胞内过程，已在研究过程中探索出了一些以FGF23为靶点治疗骨矿物质代谢障碍疾病的新疗法，这刷新了人们对骨矿物质代谢的认识，FGF23已经成为目前研究的热点。
畜禽骨矿物质代谢障碍疾病发病率高，危害大，不可小觑，找出发病原因并将其去除十分具有意义，这不仅可以降低普通畜禽的经济损失，而且对于具有较高价值的珍稀野生动物、宠物和特种经济动物具有特殊意义。遗憾的是，目前关于FGF23的研究主要集中在动物模型和人类，对畜禽的研究鲜有报道，而畜禽疾病与人类疾病的发生具有相似性，所以对于广大从事畜禽营养和疾病的研究者来说，可以从以下方面入手来关注FGF23：借鉴已有的研究成果，验证血液FGF23含量与有关骨疾病的相关性，研究其能否作为独立的预测因子；在分子水平对FGF23受体及其作用机制进行深入的理论研究，为准确确定饲粮中钙、磷和铁等矿物质元素和维生素D等维生素的添加量以及治疗骨矿物质代谢障碍疾病提供参考依据。
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