邱丹丹 綜述 蔣 松 審校

·腎臟病基礎(chǔ)·

慢性腎臟病甲狀旁腺激素代謝異常的研究進展

邱丹丹 綜述 蔣 松 審校

繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(SHPT)是慢性腎臟病(CKD)常見的并發(fā)癥之一。隨著腎小球濾過率的下降，循環(huán)中甲狀旁腺激素(PTH)水平逐漸升高。CKD患者的PTH分泌和代謝紊亂，以及靶器官對PTH反應(yīng)性降低在SHPT的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，近年來其相關(guān)機制也得到進一步闡明。由于CKD患者PTH代謝和功能異常，PTH作為CKD預(yù)后判斷標(biāo)志物的價值仍存在爭議。本文將對CKD患者存在的PTH代謝異常及其可能機制進行綜述。

慢性腎臟病 甲狀旁腺素 代謝異常 翻譯后修飾 低反應(yīng)性

慢性腎臟病-礦物質(zhì)和骨異常(CKD-MBD)是由慢性腎臟病(CKD)導(dǎo)致的礦物質(zhì)及骨代謝異常綜合征。繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(SHPT)是CKD-MBD常見的并發(fā)癥之一。如果不加干預(yù)，將加速CKD的進展，導(dǎo)致骨損傷和軟組織的鈣化[1]。CKD患者體內(nèi)存在的甲狀旁腺激素(PTH)分泌和代謝紊亂，以及靶器官對PTH反應(yīng)性降低在SHPT的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，近年來其相關(guān)機制也得到進一步闡明。本文將對CKD患者存在的PTH代謝和作用異常及其可能機制進行綜述。

PTH的生理代謝和信號通路

PTH是由84個氨基酸組成的單鏈激素，主要由甲狀旁腺主細胞合成并儲存于分泌顆粒中。PTH的合成和分泌主要受細胞外鈣離子濃度的調(diào)節(jié)。高鈣血癥時PTH分泌減少，且分泌的PTH以裂解片段居多；反之，低鈣血癥可促進PTH分泌，并以有活性的全長PTH(1-84)為主。甲狀旁腺分泌的全長PTH及其片段會在腎臟和肝臟中進一步代謝[2]，PTH片段的半衰期長于PTH(1-84)，因此血液中的PTH是由全長PTH及其裂解片段組成的混合物。

PTH的受體及其介導(dǎo)的信號通路

PTH通過與PTH/PTHrP 1型受體(PTH1R)結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。PTH1R主要在骨骼和腎臟表達，是一種7次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體。當(dāng)PTH的N-末端與PTH1R的胞外域結(jié)合后可進一步激活下游多條細胞內(nèi)信號通路，包括蛋白激酶A(PKA)和蛋白激酶C(PKC)通路。PTH分泌的負反饋調(diào)節(jié)或者受體的脫敏-內(nèi)化過程可導(dǎo)致PTH1R信號的終止[3-4]。在成骨細胞和骨細胞中還發(fā)現(xiàn)了可與C-末端PTH裂解片段(C-PTH)特異結(jié)合的受體C-PTHR，C-PTH同C-PTHR結(jié)合后的主要作用可能是拮抗PTH/PTH1R信號通路的活性[5-6]。

PTH的靶器官

骨骼 PTH在維持鈣離子穩(wěn)態(tài)和骨重建中發(fā)揮重要作用。當(dāng)機體出現(xiàn)低鈣血癥時，PTH可在數(shù)分鐘到數(shù)小時內(nèi)，促進鈣離子從骨骼可交換池和骨溶解中快速釋放；在骨重建過程中，PTH可以使鈣離子的釋放持續(xù)到數(shù)天時間。

多種旁分泌和內(nèi)分泌信號參與骨重建過程，其中PTH起關(guān)鍵作用。持續(xù)PTH刺激可促進骨吸收，間斷性給予PTH則引起骨量增加。持續(xù)性給予PTH刺激在成骨和骨細胞中可引起核因子κB(NF-κB)受體激活蛋白配體(RANKL)表達增加，RANKL可促進破骨細胞的生成，而RANKL的抑制分子——骨保護素(OPG)則可抑制破骨細胞的生成，當(dāng)RANKL/OPG比值增高時，引起破骨細胞增多，骨吸收反應(yīng)增強。而間斷性給予PTH刺激則可抑制骨細胞中Wnt拮抗分子骨硬化蛋白的表達，激活成骨細胞中經(jīng)典Wnt/β- catenin通路，促進骨合成[4](圖1)。

圖1 PTH與骨代謝[7]PTH與成骨和骨細胞中的PTH1R結(jié)合，可直接激活Wnt信號通路，也可通過抑制Wnt拮抗分子骨硬化蛋白的表達間接激活Wnt信號通路，促進骨合成。PTH的長期刺激可導(dǎo)致RANKL/OPG比值增加，破骨細胞增多，骨吸收反應(yīng)增強；PTH：甲狀旁腺激素；FZD：卷曲蛋白;LRP：低密度脂蛋白受體;OPG：骨保護素;PKA：蛋白激酶A;RANKL：核因子κB受體激活蛋白配體

腎臟 PTH/PTH1R可通過激活遠端小管特異離子通道如TRPV5，促進鈣離子重吸收；此外也可在近曲小管通過PKA和PKC途徑調(diào)節(jié)鈉磷共轉(zhuǎn)運蛋白，促進尿磷的排泄。同時，PTH還可刺激腎臟中1,25-二羥維生素D的合成，從而促進腸道對鈣和磷的吸收[3]。

PTH的檢測方法

60年代出現(xiàn)了第一代PTH檢測方法，該方法使用單個抗體識別PTH的C-末端(如53～84位氨基酸)或中段區(qū)域(如44～68位氨基酸)，因此該方法無法區(qū)別全長PTH(1-84)和其各種裂解片段，很快被臨床淘汰。80年代中期，出現(xiàn)了第二代PTH檢測方法，即全段PTH(iPTH)檢測方法。由于該方法已實現(xiàn)自動化分析并且耗時較短，目前在臨床上廣泛使用。該技術(shù)采用兩個免疫親和力的抗體，一個與PTH的C-末端結(jié)合，一個與N-末端結(jié)合。不同試劑盒的N-末端結(jié)合抗體可與15～20位或26～32位中的氨基酸結(jié)合，因此可能同PTH(7-84)產(chǎn)生不同的交叉反應(yīng)，導(dǎo)致測得的結(jié)果存在較大的差異，并且高估了實際PTH(1-84)的濃度。第三代PTH檢測方法，也稱為“whole” PTH(wPTH)檢測方法，采用的N-末端結(jié)合抗體可特異性結(jié)合1～4位氨基酸，避免與PTH(7-84)發(fā)生交叉反應(yīng)，可以有效檢測體內(nèi)活性PTH水平。但是由于第三代檢測技術(shù)目前只能通過人工檢測，過程耗時較長，加上并無證據(jù)表明第三代檢測結(jié)果提供了更好的臨床信息，因此尚未在臨床上推廣[8]。近年來發(fā)現(xiàn)液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，可對PTH 1至13位氨基酸肽段進行定量分析，以此作為PTH(1-84)的替代指標(biāo)，結(jié)果顯示，該方法具有較好的分析性能和線性關(guān)系[9-10]，但是由于該類方法具有低通量的特點，目前只局限于實驗室研究。

慢性腎臟病時PTH的代謝異常及其機制

慢性腎功能不全隊列(CRIC)研究結(jié)果顯示，當(dāng)估算的腎小球濾過率(eGFR)下降到46.9 ml/(min·1.73 m2)時，PTH濃度開始顯著上升[11]。在晚期CKD患者中，SHPT是常見的并發(fā)癥之一。

雖然SHPT患者血PTH水平常遠遠高于原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進，但其骨骼和腎臟表型卻不完全相同。原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進主要表現(xiàn)為1,25-二羥維生素D正常高值、高鈣血癥和高骨轉(zhuǎn)化，而繼發(fā)于CKD的SHPT則表現(xiàn)為血鈣濃度降低，1，25-二羥維生素D水平下降等現(xiàn)象，部分患者還可出現(xiàn)低轉(zhuǎn)化型腎性骨病，提示盡管CKD患者PTH水平升高，但PTH的作用并未相應(yīng)增加，這可能同CDK患者存在的PTH代謝紊亂、翻譯后異常修飾和終末器官對PTH反應(yīng)性降低有關(guān)(圖2)。

圖2 CKD對PTH代謝和信號通路的影響[7]慢性腎臟病(CKD)可從多方面影響甲狀旁腺激素(PTH)的代謝和信號通路：①甲狀旁腺細胞增生，維生素D受體(VDR)和鈣敏感受體(CaSR)表達下調(diào)，導(dǎo)致PTH合成和分泌增加；②C-PTH片段堆積；③PTH翻譯后異常修飾；④PTH片段對PTH(1-84)的競爭性抑制；⑤PTH1R表達下調(diào)；⑥PTH1R功能紊亂；⑦抑制性或競爭性下游信號。cAMP:環(huán)磷酸腺苷;FGF-23:成纖維細胞生長因子23;FGFR1:成纖維細胞生長因子受體1; LPS:脂多糖;PhosR:磷敏感受體

PTH代謝紊亂 多項研究證明，隨著腎功能的下降，體內(nèi)PTH(7-84)水平逐漸增加[12-14]，在血液透析患者中PTH(7-84)的比例可達50%[12]。PTH(7-84)的生物學(xué)作用不同于PTH(1-84)。動物實驗表明，在大鼠甲狀旁腺中，PTH(7-84)可抑制由低鈣血癥引起的PTH(1-84)分泌，并降低血鈣濃度[15]。同樣在高骨轉(zhuǎn)化的透析患者中也可觀察到，PTH(7-84)可以拮抗活性PTH介導(dǎo)的血鈣升高[16]。此外，小鼠體外研究證實，PTH(7-84)可抑制骨吸收[6]。這些作用可能由C-PTHR受體介導(dǎo)[6]，也可能源于PTH1R受體對PTH(7-84)的低反應(yīng)性[17]。

PTH翻譯后異常修飾 在生理和疾病狀態(tài)下，當(dāng)體內(nèi)的蛋白翻譯后修飾發(fā)生改變，其生物學(xué)功能也隨之發(fā)生變化。在CKD患者中已發(fā)現(xiàn)多種關(guān)鍵蛋白(包括白蛋白、促紅細胞生成素、低密度脂蛋白以及膠原蛋白)發(fā)生了氨甲酰化或糖基化等翻譯后異常修飾[18]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，CKD患者體內(nèi)的PTH可發(fā)生氧化反應(yīng)，第8位蛋氨酸殘基氧化可導(dǎo)致PTH的二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使其不能與受體PTH1R結(jié)合，從而失去生物學(xué)活性。高分辨率的液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠準確地定量血清樣本中氧化的PTH[19]。

終末器官對PTH反應(yīng)性降低 在CKD患者中，骨骼和腎臟對PTH的反應(yīng)逐漸減弱。其發(fā)生機制十分復(fù)雜，衰老、炎癥、高脂血癥引起的氧化應(yīng)激、C-末端PTH片段堆積、尿毒癥環(huán)境及尿毒癥毒素均可引起終末器官對PTH的低反應(yīng)性。此外，PTH1R表達下降以及紊亂的PTH信號通路也參與了此過程[20]。

CKD時，PTH1R表達下調(diào)。多個動物實驗表明，在腎功能衰竭時骨骼[21-22]和腎小管上皮細胞[23]中的PTH1R mRNA和蛋白表達均下調(diào)。臨床研究也發(fā)現(xiàn)終末期腎病患者的成骨細胞中PTH1R mRNA表達下降[24]。目前PTH1R對配體反應(yīng)性降低或表達下調(diào)的機制仍不清楚，但多項研究認為C- PTH片段堆積和細胞內(nèi)氧化應(yīng)激可能是其主要機制[15,25-26]。

在CKD時，PTH1R競爭性下游信號通路紊亂，PTH介導(dǎo)的骨合成和骨吸收作用受到影響。CKD患者可出現(xiàn)骨硬化蛋白和OPG水平升高，1,25-二羥維生素D和Klotho水平下降[27]。多囊腎jck小鼠模型中，一方面骨細胞中骨硬化蛋白的表達顯著增加，促進骨骼生成的Wnt/β-catenin 通路受到抑制，另一方面RANKL/OPG比值增加，破骨細胞活性增強[28]。在透析前CKD患者中同樣也能觀察到，隨著腎功能的下降，血OPG和骨硬化蛋白水平逐漸升高[29]。

CKD患者PTH水平變化的臨床意義

雖然在原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進患者血PTH水平和骨結(jié)局(骨轉(zhuǎn)化、骨質(zhì)疏松、骨折)之間存在線性相關(guān)，但在CKD患者由于PTH代謝和信號通路異常，血PTH水平與患者死亡率之間的關(guān)系則較為復(fù)雜。一些研究認為血透患者iPTH水平升高可增加死亡風(fēng)險[30-31]，也有研究認為兩者沒有明顯相關(guān)性[32]，此外還有研究報道兩者呈U型相關(guān)，iPTH水平升高或降低均可增加患者的死亡風(fēng)險[33]。一項納入47個隊列(n=837 644)的大型meta分析顯示，CKD患者中PTH水平與死亡和心血管事件發(fā)生風(fēng)險的相關(guān)性均很弱[34]。

PTH水平持續(xù)升高，是CKD患者礦物質(zhì)和骨代謝紊亂的主要特征之一。盡管CKD患者體內(nèi)PTH水平遠遠高于正常值，但PTH片段堆積以及PTH1R對配體反應(yīng)性降低可導(dǎo)致患者出現(xiàn)低轉(zhuǎn)化型腎性骨病[27，35]。最近的橫斷面研究表明，血液透析患者的外周動脈疾病與低骨轉(zhuǎn)化以及骨骼對PTH的低反應(yīng)性有關(guān)[20]。因此PTH低反應(yīng)性可能是引起CKD患者發(fā)生低轉(zhuǎn)化型骨病和血管疾病的主要原因之一。

小結(jié)：CKD患者體內(nèi)存在PTH代謝和功能異常，體內(nèi)堆積的PTH裂解片段可發(fā)揮與全長PTH(1-84)不同或相反的生物學(xué)效應(yīng)；此外，CKD時PTH發(fā)生的翻譯后異常修飾，可改變PTH與其受體的結(jié)合能力。PTH受體表達下調(diào)可能是CKD患者發(fā)生終末器官對PTH反應(yīng)性降低的潛在原因，但其具體機制尚未完全闡明。由此可見，PTH檢測方法不應(yīng)只局限于明確PTH(1-84)的濃度，還應(yīng)發(fā)展可以獨立測定PTH不同片段和翻譯后異常修飾形態(tài)的檢測技術(shù)，這將有助于更好地理解CKD時PTH作用異常的具體機制，從而更加有效地指導(dǎo)臨床個體化的治療。

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(本文編輯 凡 心 書 實)

Advances in mechanisms of parathyroid hormone metabolic abnormality in chronic kidney disease

QIUDandan，JIANGSong

NationalClinicalResearchCenterofKidneyDisease,JinlingHospital,NanjingUniversitySchoolofMedicine,Nanjing,210016,China

Secondary hyperparathyroidism (SHPT) is one of the common complications of chronic kidney disease (CKD). Circulating parathyroid hormone (PTH) was elevated secondary to the decline of glomerular filtration rate. Abnormal secretion and metabolism of PTH, along with end-organ hyporesponsiveness to PTH in CKD played a critical role in the development of SHPT. The relative mechanism had been further clarified recently. However, there are controversies about PTH as a prognostic biomarker in CKD due to its metabolic and functional abnormity. This article will summarize recent studies about abnormal metabolism and function of PTH and the potential mechanism in CKD patients.

chronic kidney disease parathyroid hormone metabolic abnormity post-translational modification hyporesponsiveness

10.3969/cndt.j.issn.1006-298X.2017.02.016

國家自然科學(xué)基金(81500548)；江蘇科技計劃項目(BE2016747)

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院腎臟科 國家腎臟疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 全軍腎臟病研究所(南京，210016)

2016-12-13