JCI: 磷酸钙颗粒加速CKD进程

慢性肾脏疾病（CKD）是指肾功能在几个月或若干年期间逐渐衰退。这一症状困扰着全球近10%的人口，是长期以来大家广为关注的全球公共卫生问题。CKD的进程可视为肾单位进行性丢失的过程。肾单位丢失除在肾脏疾病中出现，也会发生在自然衰老过程中，并且CKD患者相关的并发症会促进这一进程。有研究表明，过量磷酸盐饮食导致小鼠肾小管损伤以及肾间质纤维化，这是老年人以及CKD患者普遍存在的病理形式，同时高磷血症也是终末期肾病患者的典型症状，以上提示高浓度磷可能会对肾脏功能产生影响。2021年6月，来自日本Jichi Medical University的Makoto Kuro-o教授及其团队于The journal of clinical investigation上发表了题为” Calcium phosphate microcrystals in the renal tubular fluid accelerate chronic kidney disease progression”的工作。这项研究发现过量的磷酸盐摄入会损伤肾脏，并对其机制进行探究。

在前期结果中，作者发现，给予小鼠高磷酸饮食后，会引发肾小管损伤以及间质炎症和纤维化。FGF23蛋白在小鼠高磷饮食过程中表达水平上升，通过抑制近端小管对磷的重吸收从而起到调控磷浓度的作用。因此FGF23蛋白的上升会导致小管液中的磷酸盐浓度增加，将小管细胞暴露在高磷环境，造成损伤。

为验证这一猜想。研究人员通过高磷酸盐培养基处理HK2细胞，明显的降低了细胞活性。并在培养基中发现的大量的磷酸钙颗粒，用去除磷酸钙颗粒的培养基进一步处理细胞，其活力得到恢复。为进一步确认高磷饮食小鼠的小管内是否存在类似的磷酸钙颗粒，通过尾静脉注射OsteoSense，在肾脏皮髓交界处检测到明显的OsteoSense信号。通过FITC-LTL标记近端小管内腔膜，通过体外成像检测到腔内明显的OsteoSense信号。表明磷酸钙颗粒存在于高磷饮食小鼠的近端小管液中，造成小管细胞的损伤。（图1）

图1 肾小管内的磷酸钙颗粒造成小管细胞损伤

为进一步探究磷酸钙颗粒导致肾脏损伤的具体机制，研究人员利用磷酸钙颗粒刺激HK2细胞，并检测其基因表达变化。P-P38、NF-κB以及osteopontin表达水平的增加，提示钙磷颗粒诱发了小管细胞的炎症反应。更长时间的刺激会进一步导致核四周内涵体，溶酶体和自噬体中钙磷颗粒的累积，扰乱内体的运输，造成细胞损伤和死亡。（图2）

图2 磷酸钙颗粒诱导小管炎症反应并扰乱内体运输功能

在小管液中形成钙磷颗粒需要血磷浓度达到一定阈值，FGF23在高磷饮食的小鼠模型中表达上调，提示FGF23与钙磷颗粒的形成有关。因此，研究人员测定高磷饮食小鼠的小管液磷浓度（PTFp），并观察PTFp与FGF23以及小管炎症损伤相关基因表达水平是否存在相关性。当PTFp超过5.18 mg/dL，FGF23表达水平增加并伴随着炎症，纤维化标志物的增加以及肾功能下降。因此研究人员认为FGF23的增加与肾小管损伤有关。（图3）

图3 PTFp与FGF23表达以及肾脏损伤标志物相关性分析

为验证磷酸盐摄入过量导致的肾损伤是否会进一步促进肾单位的丢失。研究人员对比短期和长期高磷饮食小鼠的肾单位数量差异。长期小鼠肾单位数量明显降低。同时，在CKD患者中也能观察到PTFp与FGF23的表达存在明显的正相关，进一步表明FGF23参与调节高磷所导致的肾脏损伤过程。（图4）

图4 高磷酸饮食导致肾单位丢失

基于上述结果，研究人员提出一个肾小管损伤与FGF23相关的作用机制。当磷酸盐摄入过量或者肾单位丢失，会增加其余肾单位的磷酸盐排泄量，这时需要FGF23帮助磷酸盐的排泄，但FGF23的增加会增加PTFp，当达到一定阈值，在管腔内形成磷酸钙颗粒，诱导小管炎症和纤维化的发生，持续小管损伤导致的肾单位丢失会进一步促进FGF23的表达，形成正反馈，导致肾单位的进行性丢失。结论表明，磷酸钙颗粒可能是治疗衰老或CKD进展过程中肾单位丢失的有效靶点。