FGF-23过表达经磷介导引起中枢神经系统和心血管系统功能异常

摘要

成纤维细胞生长因子(FGF)-23属于FGF-19亚科，是多肽激素FGF家族的新成员。FGF-23蛋白由251个氨基酸残基组成，其氨基端的24个氨基酸形成信号肽，因此，FGF-23属于分泌型蛋白。作为重要的调磷因子，FGF-23过表达能导致低磷血症。磷是体内许多生理过程中必不可少的元素，磷的降低会导致细胞能量代谢和递质功能异常，长期重度低磷血症对心、脑功能产生明显影响。另外，FGF-23还可与FGF受体(FGFR)结合发挥其直接作用。体外研究证实FGF-23与FGFRl-3的c亚型以及FGFR4结合并激活受体，在体内则需要Klotho蛋白作为辅助受体。原位杂交结果表明FGF-23 tuRNA在成年小鼠丘脑腹外侧核表达，提示FGF-23参与脑的正常生理功能。目前，对FGF-23的研究热点主要集中在其调磷机制上，而对肾、骨以外的器官的研究报道较少。 为了研究FGF-23过表达在中枢神经系统(CNS)和心血管系统(CvS)中的作用，我们利用功能分析、组织形态学和分子生物学的方法，比较分析了8周龄同窝过表达人FGF-23(R176Q)的转基因(TG)和野生型(WT)小鼠的CNS和CVS的表型差异。 在CNS，Morris水迷宫检测结果显示，TG小鼠的空间学习记忆功能明显降低，说明FGF-23过表达能够对CNS的功能产生影响。电生理学结果表明，给予高频强直刺激不能诱导TG小鼠海马CA1区兴奋性突触后电位的增加，提示FGF-23过表达引起长时程增强诱导障碍。胆碱乙酰转移酶(ChAT)免疫组化染色发现，TG小鼠基底前脑ChAT阳性细胞数目较WT小鼠明显降低。这些结果提示海马突触可塑性受损以及基底前脑胆碱能神经元数目的减少可能与学习记忆功能障碍有关。对脑的整体观察没有发现脑形态的异常。通过增殖细胞核抗原(PCNA)、Caspase-3免疫组化染色，没有发现PCNA和Caspase-3阳性细胞数目在TG小鼠和WT小鼠之间存在明显差异，说明FGF-23过表达没有对神经细胞增殖和凋亡产生明显影响。神经元特异性核蛋白(NeuN)和钙结合蛋白D-28k免疫组化结果显示，TG小鼠与WT小鼠相比，NeuN阳性结构以及钙结合蛋白D-28k阳性产物面积无明显差异，提示FGF-23过表达对神经元的成熟以及向中间神经元和投射神经元的分化无明显影响。胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和髓鞘碱性蛋白(MBP)免疫组化结果显示，GFAP和MBP阳性结构在TG小鼠与WT小鼠之间无明显差异，提示FGF-23过表达也不影响星形胶质细胞和少突胶质细胞的分化。 在CVS，尾动脉血压检测结果发现TG小鼠收缩压显著降低，说明FGF-23过表达也引起了CVS功能异常。放免检测发现，血浆儿茶酚胺和肾素一血管紧张素系统(RAS)水平上调。超声心动图检查结果揭示，TG小鼠左心室肥大，但心功能没有明显变化。离体主动脉环实验结果显示，TG小鼠主动脉环对去甲肾上腺素和血管紧张素Ⅱ的收缩反应性下降，而对KCl的收缩反应性不变，说明FGF-23过表达导致血管对缩血管药物的反应性降低。实时荧光定量RT-PCR研究数据显示，与WT小鼠相比，TG小鼠的主动脉肾上腺素能受体al的三种亚型和血管紧张素Ⅱ受体1AmRNA在TG小鼠主动脉的表达水平显著降低，提示FGF-23过表达导致缩血管相关分子受体下调。这些结果说明FGF-23过表达引起了收缩压的降低；低血压的形成和持续可能与血管顺应性降低、肾上腺素能受体α1和血管紧张素Ⅱ受体1A的减少有关；低血压导致机体出现保护性反应，表现在左心室代偿性肥大、血浆儿茶酚胺和RAS水平上调。 为了明确FGF-23过表达引起的CNS和CVS功能异常是通过磷介导，还是通过FGFR-klotho复合受体介导，我们对3周龄同窝过表达人FGF-23(R176Q)的。TG和WT小鼠进行为期5周的高磷饮食(含1.25％磷)喂养，并对CNS和CVS的表型进行了分析。结果表明，给予高磷饮食后，TG小鼠的低磷血症得到改善，脑和心血管系统的表型也得到了矫正。 根据我们的研究结果，我们得出以下结论：(1)FGF-23过表达能够引起CNS和CVS功能异常，导致空间学习记忆功能降低和低血压；(2)FGF-23过表达对空间学习记忆功能和血压的影响是通过低磷血症介导，而不是通过其CNS和CVS中的受体介导的直接作用的结果。

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论文说明：缩写词

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引言

第一部分FGF-23过表达经磷介导引起中枢神经系统功能异常

材料与方法

结果

1.FGF-23过表达对血清磷水平的影响

2.FGF－23过表达对空间学习记忆能力的影响

3.FGF－23过表达对海马长时程增强的影响

4.FGF－23过表达对脑形态发生的影响

5.FGF－23过表达对神经细胞增殖和凋亡的影响

6.FGF－23过表达对神经元发育成熟和分化的影响

7.FGF-23过表达对神经胶质细胞分化的影响

8.高磷饮食能够改善FGF－23过表达导致的重度低磷血症

9.高磷饮食能够纠正FGF－23过表达导致的空间学习记忆功能降低

10.高磷饮食能够纠正FGF－23过表达导致的海马LTP诱导障碍

11.高磷饮食能够纠正FGF－23过表达导致的基底前脑胆碱能神经元分化延迟

12.Klotho在脑内的表达

讨论

小结

第二部分FGF-23过表达经磷介导引起心血管系统功能异常

材料与方法

结果

讨论

小结

全文总结

参考文献

综述：FGF-23-klotho轴在肾脏调磷中的作用

致谢

附录