维生素K对CKD-MBD骨代谢异常以及血管钙化的治疗及作用机制

李月 刘艳 路更 宋妙园

哈尔滨市第五医院血液透析科，黑龙江 哈尔滨 150036

1 维生素K与维生素K依赖蛋白

1.1 维生素K的代谢与作用

维生素K是一种脂溶性维生素，由一组结构相关的化合物组成，最早由丹麦生物化学家Henrik Dam于1929年在鸡胆固醇实验中发现，又被称为“凝血维生素”[3]。维生素K有两种形式：主要在绿色蔬菜中发现的K1-叶绿醌(phylloquinone,PK)和从肠道细菌、发酵食品(奶酪和日本纳豆)以及肝脏中衍生的K2-甲基萘醌(menaquinones,MK)。根据侧链的长度和碳的饱和度，MK有17种不同的类型，常见的有MK-4和MK-7[4]。维生素K是非极性分子，在食物消化后，维生素K经胆汁盐和胰液溶解后包装成乳糜微粒，被肠细胞通过乳糜受体吸收后结合到富含甘油三酯的脂蛋白(载脂蛋白-A和载脂蛋白-B48)中，并分泌到淋巴系统和血液中。随后，所有的维生素K被肝脏吸收和利用，其中维生素K1参与体内凝血，而维生素K2由低密度脂蛋白胆固醇颗粒转运，并通过低密度脂蛋白受体被靶细胞和组织如动脉、软骨和骨捕获后发挥其生物活性，抑制血管钙化、增加骨强度[5]。因此，受人体内血脂的影响，直接检测血液中维生素K的水平，结果并不准确。

1.2 维生素K依赖蛋白与维生素K水平测定

维生素K是GGCX在羧化反应中辅助因子，该酶通过添加CO2将维生素K依赖蛋白(vitamin K-dependent proteins,VKDP)的特定谷氨酸残基羧化，形成Gla结构域，从而发挥其生物活性[6]。肝产生的凝血因子是典型的VKDP，肝外含Gla的VKDP包括由骨中的成骨细胞合成的骨钙素(OC)和由软骨细胞和血管平滑肌细胞(VSMC)合成的基质Gla蛋白(MGP)，分别在骨矿化和抑制血管钙化中起着重要的作用。由于VKDP在缺乏维生素K的情况下羧化不足，所以可以通过测量体内未羧化或羧化VKDP来反映与特定组织相关的维生素K的功能状态，来间接反映体内维生素K的水平。在血液循环中，去磷酸化-未羧化-MGP(dp-ucMGP)和磷酸化-羧化-MGP(p-cMGP)是血管钙化和心血管结果的生物标志物。然而，因为活性形式(p-cMGP)对钙有很高的亲和力，所以其血清学水平并不准确，因此，dp-ucMGP可用于评估维生素K状态[7]；另外，未羧化OC(ucOC)的高百分比反映了维生素K的摄入量和长期的维生素K状态，ucOC、羧化OC和总OC可用于评价骨矿化，维生素K缺失诱导蛋白(PIVKA)和凝血酶原时间可以用来测定肝脏的维生素K浓度[8]。

2 维生素K与慢性肾脏疾病矿物质和骨异常

2.1 维生素K缺乏

越来越多的证据[9]表明，慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)患者患有亚临床维生素K缺乏症，这种缺乏可能是由于VKDP对抑制钙化的高度需求而导致的维生素K耗尽所致，并且CKD患者需要低钾(富含K1的多叶绿色蔬菜)和低磷(富含K2的乳制品)的饮食，可能会加剧维生素K缺乏。体内的维生素K储备是有限的，维生素K通过一系列氧化还原反应被有效地回吸收，使用维生素K拮抗剂比如华法林，以及一些CKD患者常用的处方药物如他汀类、质子泵抑制剂、磷结合剂等可能会破坏维生素K的回吸收，导致维生素K的缺乏[10]。此外，有证据[11]表明，尿毒症通过改变维生素K氧化还原酶(vitamin K oxidoreductase ,VKOR)和GGCX的mRNA表达，来干扰维生素K在某些组织中的循环利用。无论维生素K缺乏的原因是什么，其缺乏都与心血管疾病、血管和组织钙化、骨代谢改变(导致骨折)和增加死亡率有关[3]。

2.2 维生素K缺乏与骨代谢

成骨细胞分泌的成熟OC对骨矿化至关重要，OC在依赖维生素K的羧化反应后，对钙离子产生了很高的亲和力，并将钙离子结合到骨基质中的羟基磷灰石晶体中，从而完成骨矿化，增加骨强度。而在缺乏维生素K的情况下，OC不能完成羧化反应，ucOC在破骨细胞吸收过程中释放入血液循环，所以，ucOC水平、总OC水平和两者之间的比率(% ucOC)被用来反映维生素K状态与骨折风险之间的关系[12]。目前对于CKD患者骨折的研究有限，根据现有文献，脊椎骨折的透析患者患病率比一般人群高出20.9 %～26.5 %[9]，Vilaca等[13]发现CKD3a-5 D期患者的髋部和非椎骨骨折风险要比普通人群高很多。一项对CKD3-5期患者的研究[14]发现，高血清ucOC水平与磷酸盐和甲状旁腺素水平呈正相关，与1,25-二羟维生素D3水平呈负相关，提示其与骨重塑有关。在另一项研究中，Fusaro等[15]研究发现，与未接受华法林治疗的患者相比，接受华法林治疗超过1年的血液透析患者发生椎体骨折的风险增加。目前，维生素K2被用于原发性骨质疏松症的治疗，对于继发性骨质疏松症，如长期应用糖皮质激素的患者，Sasaki等[16]对20例糖皮质激素治疗的肾小球肾炎患者补充MK-4进行了为期一年的研究，证实补充MK-4可以防止糖皮质激素引起的骨丢失。而维生素K补充剂对CKD患者以及透析患者骨质疏松症的治疗和骨折的预防，目前还没有进行相关的临床对照实验研究。

2.3 维生素K缺乏与钙化

2.3.1血管钙化：血管钙化(vascular calcifification,VC)是骨外矿物质在血管内沉积的病理过程，是心血管事件和死亡的一个危险因素。近年来的证据[4]表明，血管钙化是一个高度受控的过程，VSMC可以释放钙化抑制剂MGP，在维生素K存在的情况下，MGP被羧化为cMGP，cMGP以高亲和力结合钙盐，从而影响钙化过程，防止血管钙化；大约1%的CKD患者会发展钙化防御，这是终末期肾脏疾病的常见致命并发症，VC的存在与透析患者心血管疾病的发病率和死亡率增加直接相关[17]。在CKD患者中，血清钙水平升高进一步增强了VSMC的钙化，同时如果维生素K缺乏，MGP的钙化抑制作用受损，血浆中dp-ucMGP增加，进一步加重VC[18]。在一项MGP基因敲除小鼠的研究实验[19]中表明了MGP在钙化抑制中的重要性，这些小鼠在出生后两个月内因严重的动脉钙化和主动脉破裂而死亡。在一项对107例2～5期CKD患者的研究中，Schurgers等[20]测量了dp-ucMGP，研究发现血浆dp-ucMGP水平随CKD分期升高而逐渐增加，并与腹主动脉钙化有关。值得注意的是，约有50%发生钙化的CKD 5 D期患者使用维生素K拮抗剂(VKA)，Hayashi等[21]计算出使用华法林的日本透析患者发生钙化的风险增加了11.4倍。Haroon等[22]认为，对于容易钙化的CKD患者，补充维生素K尤其是维生素K2可能成为标准治疗的重要选择。

2.3.2动静脉内瘘失败：动静脉内瘘(AVF)是血液透析(HD)患者的常用血管通路类型。AVF衰竭是导致高住院率和发病率的常见并发症。而早期AVF故障是由于血栓形成或由于静脉扩张无力，后期AVF衰竭是血栓形成引起的狭窄和新生内膜增生(NIH)以及血管钙化引起的，AVF钙化会导致AVF失败，其动静脉钙化发生在中膜和内膜[23]。Zaragatski等[24]研究了维生素K拮抗剂和维生素K2对CKD大鼠动静脉内瘘中新内膜增生和钙化的影响，结果显示，静脉动脉化、CKD和维生素K拮抗剂均显著增加静脉内膜增生，而补充维生素K2可以减轻健康大鼠和CKD大鼠的血管钙化，维生素K2显著增强了对照大鼠和CKD大鼠的基质Gla蛋白羧化。实验表明，维生素K拮抗剂对AVF重塑不利，而维生素K2可以减少新内膜增生和钙化，表明具有血管保护作用。因此，补充维生素K2可能对预防新内膜增生和动静脉钙化有用。

2.4 维生素K与磷结合剂

高磷血症是慢性肾脏疾病矿物质和骨异常(chronic kidney disease mineral and bone disorder ,CKD-MBD)的常见临床表现之一，目前临床上通过饮食限制、磷结合剂以及充分透析进行治疗。尽管进行了多年的研究，磷结合剂有降磷能力，但没有确切的证据表明磷结合剂可以改善患者预后[17]。尽管使用磷结合剂降低了体内磷酸盐水平，但在早期CKD患者中使用任何磷结合剂并不能降低冠状动脉钙化的进展，据最近研究[25]，这可能与磷结合剂也能结合体内维生素K有关。Neradova等[26]进行了一项研究，在有或没有磷酸盐的情况下，将维生素K2(MK-7)与五种不同的磷结合剂混合，在pH 6和37 ℃恒温的条件下孵育。该实验表明，醋酸钙和碳酸镁不论磷酸盐是否存在都能牢固地结合维生素K2 ；碳酸钙在含有维生素K2和磷酸盐的溶液观察到维生素K2浓度明显下降，而没有磷酸盐的培养基中则没有观察到维生素K2的结合；对于碳酸镧，在含有维生素K2和磷酸盐的溶液中未观察到维生素K2的浓度变化，而在缺乏磷酸盐的情况下碳酸镧可与维生素K2进行结合，表明碳酸镧在磷酸盐和维生素K2之间存在竞争性结合关系；一种新型的不含钙的三价铁的氢氧化物PA21(sucroferric oxyhydroxide)，不论磷酸盐的存在与否，其都不会导致维生素K2浓度的下降；在含有碳酸司维拉姆的混合物中，也显示出较低的K2浓度，但这种下降无统计学意义。Fusaro等在一项VIKI试验[27]中发现，使用司维拉姆可能会干扰HD患者的MK4水平，并与低OC水平相互作用，从而增加CKD患者的骨折。根据这些结果，磷结合剂可能会限制维生素K的生物利用度，在血液透析的高磷患者中，应尽量选择不结合维生素K的磷结合剂，比如新型磷结合剂PA21。

3 维生素K在CKD-MBD的临床应用

根据上述病理生理和临床数据，CKD患者是否可以通过维生素K的补充来提高VKDP的活性，以改善骨质量、降低血管钙化和死亡率呢？目前研究集中在维生素K替代治疗对CKD患者维生素K标志的影响，即dp-ucMGP、PIVKA-II和ucOC。Westenfeld等[28]给予53例HD患者不同剂量的MK-7(45、135、360 μg/d)超过6周，观察到血循环中dp-uc-MGP、ucOC和PIVKA-II的水平随维生素K剂量和使用时间依赖性下降，提示MK-7可能改善在肝、骨以及脉管系统的维生素K水平。同样，CaLuwe等[29]对200例HD患者补充8周的MK-7(360、720、1 080 μg，每周三次)，结果显示，患者血浆dp-uc-MGP水平呈剂量依赖性降低。Kurnatowska等[30]随机选择42例CKD患者，每天摄入90 μg MK-7，同时摄入10 μg维生素D或单独服用维生素D，共持续9个月。在治疗期后，仅接受维生素D的组表现出dp-ucMGP的增加和c-MGP水平的降低，而联合治疗组表现出循环血中dp-ucMGP下降19%和c-MGP水平升高。在一项包括50名HD患者在内的干预研究中，Aoun等[31]发现补充了高剂量MK-7(360 μg/d，为期4周)，使dp-ucMGP水平显著降低86%。Oikonomaki等[32]对102例HD患者进行了为期一年的随机对照研究，每天摄入200 μg MK-7,一年后随访发现补充维生素K2组患者uc-MGP下降了47%，而安慰剂组uc-MGP上升了12%。另外，还有一些试验评估了MK-7作为CKD和绝经后骨质疏松患者治疗的可行性。结果表明，MK-7可以通过增加骨矿物质含量(BMC)和骨矿物质密度(BMD)以增强骨强度[33-34]。关于维生素K的补充对CKD-MBD患者血管钙化以及骨质量下降治疗的临床实验较少，目前正在进行的课题是一项丹麦的研究，题为“维生素K2(MK7)对透析患者心血管和骨骼疾病的影响：一种前瞻性的、随机的安慰剂对照的双盲实验(NCT02976246)，对血液透析或腹膜透析患者补充维生素K2(MK-7, 360 μg/d)，并使用脉冲波速技术来检查维生素K2对动脉硬化的影响，并使用双能X线来评估骨密度。

4 总结

维生素K是激活涉及凝血、凋亡、骨骼矿化和血管健康的蛋白质的关键辅助因子，活化的OC和MGP在CKD-MBD患者的骨骼和血管健康中起着重要作用。实际上CKD是一种天然的维生素K缺乏模型，这是由于在这些患者中普遍存在饮食限制、肠道功能改变、菌群失调和维生素K循环吸收利用障碍。临床数据[22,33]表明，增加维生素K尤其是维生素K2的摄入量可以降低骨折风险、影响血管钙化进程，从而推测CKD患者是否可以从补充维生素K中受益，改善骨骼质量、减少血管钙化和降低死亡率。目前，应进行进一步的临床试验以确定这种方案的可行性。另外，还需要标准化测量维生素K水平的方法以及确定补充维生素的最佳浓度范围。