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慢性腎臟疾病（CKD）是指腎功能在幾個月或若干年期間逐漸衰退。這一癥狀困擾著全球近10%的人口，是長期以來大家廣為關(guān)注的全球公共衛(wèi)生問題。CKD的進(jìn)程可視為腎單位進(jìn)行性丟失的過程。腎單位丟失除在腎臟疾病中出現(xiàn)，也會發(fā)生在自然衰老過程中，并且CKD患者相關(guān)的并發(fā)癥會促進(jìn)這一進(jìn)程。有研究表明，過量磷酸鹽飲食導(dǎo)致小鼠腎小管損傷以及腎間質(zhì)纖維化，這是老年人以及CKD患者普遍存在的病理形式，同時高磷血癥也是終末期腎病患者的典型癥狀，以上提示高濃度磷可能會對腎臟功能產(chǎn)生影響。2021年6月，來自日本Jichi Medical University的Makoto Kuro-o教授及其團(tuán)隊于The journal of clinical investigation上發(fā)表了題為”Calcium phosphate microcrystals in the renal tubular fluid accelerate chronic kidney disease progression”的工作。這項研究發(fā)現(xiàn)過量的磷酸鹽攝入會損傷腎臟，并對其機(jī)制進(jìn)行探究。
在前期結(jié)果中，作者發(fā)現(xiàn)，給予小鼠高磷酸飲食后，會引發(fā)腎小管損傷以及間質(zhì)炎癥和纖維化。FGF23蛋白在小鼠高磷飲食過程中表達(dá)水平上升，通過抑制近端小管對磷的重吸收從而起到調(diào)控磷濃度的作用。因此FGF23蛋白的上升會導(dǎo)致小管液中的磷酸鹽濃度增加，將小管細(xì)胞暴露在高磷環(huán)境，造成損傷。
為驗證這一猜想。研究人員通過高磷酸鹽培養(yǎng)基處理HK2細(xì)胞，明顯的降低了細(xì)胞活性。并在培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)的大量的磷酸鈣顆粒，用去除磷酸鈣顆粒的培養(yǎng)基進(jìn)一步處理細(xì)胞，其活力得到恢復(fù)。為進(jìn)一步確認(rèn)高磷飲食小鼠的小管內(nèi)是否存在類似的磷酸鈣顆粒，通過尾靜脈注射OsteoSense，在腎臟皮髓交界處檢測到明顯的OsteoSense信號。通過FITC-LTL標(biāo)記近端小管內(nèi)腔膜，通過體外成像檢測到腔內(nèi)明顯的OsteoSense信號。表明磷酸鈣顆粒存在于高磷飲食小鼠的近端小管液中，造成小管細(xì)胞的損傷。（圖1）
圖1 腎小管內(nèi)的磷酸鈣顆粒造成小管細(xì)胞損傷
為進(jìn)一步探究磷酸鈣顆粒導(dǎo)致腎臟損傷的具體機(jī)制，研究人員利用磷酸鈣顆粒刺激HK2細(xì)胞，并檢測其基因表達(dá)變化。P-P38、NF-κB以及osteopontin表達(dá)水平的增加，提示鈣磷顆粒誘發(fā)了小管細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。更長時間的刺激會進(jìn)一步導(dǎo)致核四周內(nèi)涵體，溶酶體和自噬體中鈣磷顆粒的累積，擾亂內(nèi)體的運(yùn)輸，造成細(xì)胞損傷和死亡。（圖2）
圖2 磷酸鈣顆粒誘導(dǎo)小管炎癥反應(yīng)并擾亂內(nèi)體運(yùn)輸功能
在小管液中形成鈣磷顆粒需要血磷濃度達(dá)到一定閾值，F(xiàn)GF23在高磷飲食的小鼠模型中表達(dá)上調(diào)，提示FGF23與鈣磷顆粒的形成有關(guān)。因此，研究人員測定高磷飲食小鼠的小管液磷濃度（PTFp），并觀察PTFp與FGF23以及小管炎癥損傷相關(guān)基因表達(dá)水平是否存在相關(guān)性。當(dāng)PTFp超過5.18 mg/dL，F(xiàn)GF23表達(dá)水平增加并伴隨著炎癥，纖維化標(biāo)志物的增加以及腎功能下降。因此研究人員認(rèn)為FGF23的增加與腎小管損傷有關(guān)。（圖3）
圖3 PTFp與FGF23表達(dá)以及腎臟損傷標(biāo)志物相關(guān)性分析
為驗證磷酸鹽攝入過量導(dǎo)致的腎損傷是否會進(jìn)一步促進(jìn)腎單位的丟失。研究人員對比短期和長期高磷飲食小鼠的腎單位數(shù)量差異。長期小鼠腎單位數(shù)量明顯降低。同時，在CKD患者中也能觀察到PTFp與FGF23的表達(dá)存在明顯的正相關(guān)，進(jìn)一步表明FGF23參與調(diào)節(jié)高磷所導(dǎo)致的腎臟損傷過程。（圖4）
圖4 高磷酸飲食導(dǎo)致腎單位丟失
基于上述結(jié)果，研究人員提出一個腎小管損傷與FGF23相關(guān)的作用機(jī)制。當(dāng)磷酸鹽攝入過量或者腎單位丟失，會增加其余腎單位的磷酸鹽排泄量，這時需要FGF23幫助磷酸鹽的排泄，但FGF23的增加會增加PTFp，當(dāng)達(dá)到一定閾值，在管腔內(nèi)形成磷酸鈣顆粒，誘導(dǎo)小管炎癥和纖維化的發(fā)生，持續(xù)小管損傷導(dǎo)致的腎單位丟失會進(jìn)一步促進(jìn)FGF23的表達(dá)，形成正反饋，導(dǎo)致腎單位的進(jìn)行性丟失。結(jié)論表明，磷酸鈣顆粒可能是治療衰老或CKD進(jìn)展過程中腎單位丟失的有效靶點。