גורם גדילת פיברובלסטים - 23 - Fibroblast growth factor

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
גורם גדילה 23 של פיברובלסטים
Fibroblast growth factor 23
שמות אחרים	FGF23, גורם גדילה לפיברובלסט 23
מעבדה	אנדוקרינית
תחום	מטבוליזם של פוספאט, סידן וויטמין D
טווח ערכים תקין	בילדים ונערים מתחת גיל 18 שנה -רמה נמוכה מ-52 פיקוגרם/מ"ל; במבוגרים מעל גיל 18 שנה – מתחת ל-59 פיקוגרם/מ"ל
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

מטרת הבדיקה

אבחון וניטור של אוסטאומלציה מושרית על ידי גידול סרטני; אבחון של X-linked hypophosphatemia (XLH) או של רככת היפופוספטמית אוטוזומלית-דומיננטית; אבחון של קלצינוזיס סרטני משפחתי עם היפר-פוספטמיה, מצבים בהם רמת FGF23 מוגברת. מדידת FGF23 עשויה לסייע באבחון ובהתנהלות במקרים של מפגעי מטבוליזם של עצם ושל פוספאט במטופלים עם פגיעה בתפקוד הכליות.

מידע קליני

FGF23 שהוא מווסת מרכזי של ההומאוסטאזיס של פוספאט ((phosphorus מופרש בעיקר מרקמת העצם, אך גם מהתימוס, הלב והמוח, ובריכוזים קטנים על ידי מספר רקמות אחרות. רמה גבוהה בנסיוב של פוספאט מעודדת ביטוי והפרשה של FGF23 במנגנון שאינו מובן לחלוטין. FGF23 מגיב עם קולטן ספציפי על תאי האבובית הכלייתית, מה שמפחית את הביטוי של קו-טרנספורטרים מסוג type IIa sodium/phosphate, ובדיעבד מפחית את הספיגה מחדש של פוספאט. בנוסף, מופחת השעתוק של הגן המקודד ל-α-hydroxylase‏-1 מה שמפחית את הריכוז של dihydroxy vitamin D‏-1,25, וכך יש הפחתה נוספת בספיגה מחדש של פוספאט. בסופו של דבר, נפילה בריכוזי פוספאט בנסיוב, מפחיתים את הפרשת FGF23 ובכך נסגרת לולאת המשוב.

רמות מוגברות של FGF23 הוא גורם סיכון בלתי-תלוי ל-ESRD במטופלים עם תפקוד כליות שמור (שלב 2-4) ולתמותה מתחלואת הכליות (Isakova וחב' ב-JAMA משנת 2001). הבדיקה מומלצת לביצוע בשעות הבוקר בנסיוב (איסוף הדם במבחנה כימית, פקק צהוב או אדום), או בפלזמה (איסוף הדם במבחנת ספירת-דם עם EDTA (פקק צבע סגלגל). לאחר סרכוז והפרדת התאים מהנוזל שצריכה להתבצע עד 60 דקות מנטילת הדם, יש להעביר את הנוזל למבחנת פלסטיק ולהעבירה בקירור או לאחסנה בקירור. מומלץ שהנבדק צריך להיות בצום של 12 שעות, אם כי לא מדובר בדרישה מחייבת.

FGF23 הוא חבר במשפחת ה-FGF, והוא הורמון פוספטורי המיוצר בעיקר על ידי אוסטאוציטים של העצם (Nitta ב-Int J Nephrol משנת 2010, Nakai וחב' ב-J Nephrol משנת 2010, Wesseling-Perry ב-Pediatr Nephrol משנת 2010, הגן המקודד ל-FGF23 ממוקם על כרומוזום 12 והוא מכיל 3 אֶקסונים ( Farrow ו-White ב- Expert Rev Endocrinol Metab משנת 2009, Saito ו-Fukumoto ב- Int J Pediatr Endocrinol משנת 2009, Berndt ו-Kumar ב-Physiology משנת 2009). FGF23 פועל על ידי קישור לקולטני FGF על פני ממברנות התאים, תוך דרישה שממברנות אלה מכילות גם את החלבון הטרנס-ממברנלי Klotho (Razzaque ב- Am J Physiol Renal Physiolמשנת 2009, Fukumoto ב- Intern Med משנת 2008, ו-Kuro-O ב- Kidney Int Suppl משנת 2011). FGF23 מעכב את הספיגה מחדש של פוספאט על ידי דיכוי של פעילות הקו-טרנספורטר Na/Pi באבובית המְפֻתֶלֶת הקריבנית (פרוקסימלית) של הכליה. בנוסף, FGF23 מדכא את הספיגה של פוספאט במעיים על ידי עיכוב של 1-α-hydroxylase, האנזים האחראי להפיכת calcifediol ל-calcitriol שהיא הצורה הפעילה של ויטמין D מה שפוגע בספיגת סידן (Perwad וחב' ב- Am J Physiol Renal Physiol משנת 2007, ו- Rodríguez-Ortizו- Rodríguez ב- F1000Research משנת 2015).

בנוסף, FGF23 כנראה מעכב את הסינתזה וההפרשה של ההורמון PTH. באנשים בריאים מוצאים בצירקולציה רמות נמוכות של FGF23 והפרשתו של הורמון זה גדלה עם הגברת הצריכה של זרחן במזון, ורמות מוגברות של calcitriol (Stubbs וחב' ב-Semin Dial משנת 2007). רמות מוגברות של FGF23 בפלזמה נכרכו עם מספר מחלות היפו-פוספטמיות, המאופיינות על ידי פגיעה בספיגה מחדש של פוספאט בכליות, ורככת כמו גם אוסטאו-מלציה. מוטציות ב-FGF23 ההופכות הורמון זה לעמיד בפני פעילות פרואוליטית, מגבירות כצפוי את פעילותו ואת האובדן של פוספאט כלייתי שמוצאים ב- autosomal-dominant hypophosphatemic rickets (או ADHR), ב- X-linked hypophosphatemic rickets (או (XLH, וב- autosomal-recessive hypophosphatemic rickets (או ARHR). מוטציות נוספות ידועות כמו זו ב-PHEX (או phosphate regulating endopeptidase homolog X-linked), או ב-dentin matrix protein 1. מפגעים אלה מאופיינים על ידי יצירת-יתר של FGF23 על ידי האוסטאוציטים בעצם.

באוסטאו-מלציה המושרית על ידי tumor (או TIO), שהיא מפגע נרכש של אובדן כלייתי של פוספאט הכרוך בגידולים בעיקר ממקור מזנכימלי, בכך שפוספטונינים שהם הורמונים המיוצרים על ידי גידולים מחישים אובדן כלייתי של פוספאט. למעשה, FGF23 הוא ה- phosphatonin השכיח ביותר במטופלים TIO. מטופלים עם TIO הם בעלי תכונות ביוכימיות משותפות ובעלי פנוטיפים שלדיים משותפים עם מטופלים המאובחנים עם ADHR, ARHR, ו-XLH. רמות FGF23 גדלות באופן דרמטי עם דעיכה בתפקוד הכליות במחלת כליות כרונית, כיוון שהגוף מנסה להתגבר על אצירה עיקשת של פוספאט. ההשערה היא שעלייה ברמת FGF23 משחקת תפקיד בגרימת מטבוליזם משובש של עצם ומינרלים שמוצאים במטופלים עם מחלת כליות כרונית. עלייה ברמות FGF23 במקביל לדעיכה בתפקוד הכליות, מתרחשת עוד לפני עלייה משמעותית ברמת פוספאט או של PTH בנסיוב. העלייה ברמת FGF23 מביאה להפחתה בצירה כלייתית של 1,25-dihydroxyvitamin D ולהפרשת-יתר של PTH. מחקרים פרוספקטיביים הדגימו שרמות מוגברות של FGF23 יכולים לנבא התקדמות מהירה יותר של המחלה באלה עם מחלת כליות כרונית שאינם בטיפולי דיאליזה ואף בשיעורי התמותה של מטופלים אלה (Wolf וחב' ב- J Am Soc Nephrol משנת 2011). יתרה מזו, FGF23 יכול לנבא התפתחות עתידית של hyperparathyroidism ושל אירועים קרדיו-וסקולריים במטופלים עם מחלת כליות כרונית (Seiler וחב' ב- Nephrol Dial Transplant משנת (2010, ונראה ש-FGF23 משחק תפקיד מרכזי בפתוגנזה של hypophosphatemia לאחר השתלת כליות.

היסטוריה

לפני הגילוי של FGF23 בשנת 2000, רווחה ההשערה שקיים חלבון המבצע את התפקודים שבדיעבד נמצאו כתפקודיו של FGF23, ואכן נמצא שחלבון זה הוא phosphatonin (Strewler וחב' ב- Proc Natl Acad Sci USA משנת 2001). מספר סוגי השפעות יוחסו ל-FGF23, כולל פגיעה בטרנספורט של פוספאט התלוי בנתרן, ב-brush border של המעי ושל הכליות, של הווסיקולות בממברנה, עיכוב של יצירת calcitriol, עידוד הפירוק של calcitriol, ועיכוב יצירה או הפרשה של PTH.

השפעה של FGF23 על איברים אחרים

השפעת FGF23 על איברים שאינם כליות או פארא-תירואיד אינם נחקרים במיוחד, עם יוצא הדופן של רקמת העצם, בעיקר כיוון שהידע הנוכחי תומך בהשערה ש-FGF23 אפילו בריכוזים על-פיזיולוגיים, הוא חסר השפעה ללא נוכחות Klotho. אך רק מעט ידוע על השפעות FGF23 באיברים שאינם מכילים Klotho כגון המוח (Li וחב' ב-Cell Struct Funct משנת 2004) או המערכת הקרדיו-וסקולרית (Kuro-O וחב' ב-Nature ב-1997, Ben-Dov וחב' ב-J Clin Invest משנת 2007, Shimada וחב' ב-Circulation משנת 2004, ו-Takeshita וחב' ב-Circulation משנת 2004). באופן תיאורטי ל-FGF23 יש השפעות על הקומפלקסים של FGF23/Klotho ב-chorioid plexus ובהיפופיזה שם יש ביטוי של FGF23. למרות העובדה שבמצבים עם רמה גבוהה של FGF23 כגון ב-ESRD, פגיעה קוגניטיבית שכיחה באופן ניכר במטופלים אלה בהשוואה לאוכלוסייה הכללית (Fazekas וחב' ב-J Neurol Sci משנת 1995, ו-Sehgal וחב' ב-Am J Kidney Dis משנת 1997), אם כי לא נמצא קשר ישיר בין FGF23 ופגיעה קוגניטיבית. הבנה של הפעילויות החוץ-כלייתיות של FGF23 היא בעלת חשיבות מיוחדת במטופלים עם אי-ספיקת כליות (Larsson חב' ב-Kidney Int משנת 2003, ו-Weber וחב' ב-J Bone Miner Res משנת 2003) בהם FGF23 הוא סמן של שינויים קרדיו-וסקולריים מוקדמים (Mirza וחב' ב-Atherosclerosis משנת 2009). למרות ביטוי מוכח של Klotho לבבי ובאבי העורקים, ההשפעות של FGF23 נראות כבלתי-ישירות , אלא אם כן הם בריכוזים על-פיזיולוגיים. אף על פי כן , FGF23 כרוך באופן מוחלט בסיכון המוגבר של היפרטרופיה של החדר השמאלי (Hsu וחב' ב- Am J Med Sciמשנת 2009, Gutierrez וחב' ב-Circulation משנת 2009, Mirza וחב' ב-Atherosclerosis משנת 2009, ו-Larsson ב-Nephrol Dial Transplnt משנת 2010).

אנומליות נוספות הכרוכות ב-FGF23 כגון אי סדירויות בהומאוסטאזיס של גלוקוז, פיגור בגדילה, אנומליות בתפקוד בלוטת התימוס, או בפנוטיפים של הזדקנות, מצביעים על התפקודים הנרחבים של FGF23 (על פי Liu וחב' ב-Am J Physiol Endocrinol Metab משנת 2006, Shimada וחב' ב-J Clin Invest משנת 2004, ו-Sitara וחב' ב-Matrix Biol משנת 2004). עכברים טרנסגניים -/-FGF23 וגם עכברי -/-Klotho, הראו אטרופיה של התימוס ומספר מופחת של ספלנוציטים, מה שמצביע על כך שאיתות על ידי FGF23 יכול להשפיע על המאטו-פואזה (Nakatani וחב' ב-FASEB J משנת 2009, ו-Okada וחב' ב-Int Immunol משנת 2000). אם מתייחסים לעובדה ש-FGF23 מבוטא באופן פיזיולוגי בתימוס, ושפפטיד זה מוגבר בפלזמה בתרחישים של דיסקרסיה של תאי פלזמה ((plasma cell dyscrasias הם מפגעים הטרוגניים הנגרמים על ידי שגשוג חד-שבטי של תאי פלזמה במח העצם. Multiple myeloma היא הדיסקרסיה החמורה והשכיחה ביותר, ניתן להניח ש-FGF23 יכול לשחק תפקיד בלימפו-פויאזה ובהמאטופויאזה (Stewart וחב' ב-Bone משנת 2006). יתרה מזו, מינונים גבוהים של FGF23 יכולים להשרות שגשוג של שורות תאי pro-B הנובעים ממח העצם של עכברים (Yu וחב' ב-Endocrinology משנת 2005), כיוון ש-Klotho חסר באיברים לימפתיים כולל מח עצם, תימוס וטחול.

משמעויות פיזיולוגיות של FGF23

מעל 85% של סך הפוספאט בגוף אגור בעצם, והפוספאט נכנס ויוצא מהעצם (בדרך כלל ביחד עם סידן) בקואורדינציה עם המינרליזציה של העצם ועם ה-remodeling של העצם, כמו גם עם האופן בו הכליות נוהגות עם הפוספאט, עם ספיגת הפוספאט מהמזון והסטאטוס הגופני של חומצה-בסיס. בנוסף לפוספאט החוץ-תאי הקריטי למינרליזציה של מטריקס העצם, הפוספאט התוך-תאי קריטי למטבוליזם האנרגטי ולאיתות התוך-תאי. תפקידים מטבוליים הקשורים לפוספאט התוך-תאי רגישים ביתר למצבים של היפו-פוספטמיה, בעוד שעודף פוספאט מתגבר על ההשפעות המעכבות של חלבוני Gla על מנת להשרות הסתיידות חוץ-שלדית והשפעות לא רצויות על מערכת העצם ועל המערכת הקרדיו-וסקולרית ועל רקמות רכות, מה שמגביר תחלואה ותמותה. ההשפעה של העצם על ההומאוסטאזיס הסיסטמי של פוספאט קשורה באופן בלתי ישיר למפגעים קליניים, כגון hyperparathyroidism חמור במחלת כליות כרונית, תרחיש בו הפרשת מסיבית של פוספאט מהעצם תורמת הן להיפר-פוספטמיה ולרמות סידן בנסיוב, וכן להפחתת רמת PTH הגורמת להיפו-פוספטמיה ולהיפו-קלצמיה חריפים, זאת כתוצאה מהגברת החדירה של סידן ופוספאט לתוך העצם במה שמכונה "תסמונת העצם הרעבה". קיימת השערה שהתפקידים הפיזיולוגיים העיקריים של FGF23 והסיבה לנוכחות הניכרת שלו בעצם נובעים מכך שתפקיד הורמון זה בהגנה על האורגניזם מההשפעות הטוקסיות של פוספאט ושל ₂D‏(OH)1,25. יש סבורים ש-₂D‏(OH)1,25 מווסת ישירות את השעתוק של FGF23 באוסטאובלסטים/אוסטאוציטים, אך שפוספאט במקום שיווסת ישירות את המודולציה של FGF23, הוא בעל השפעה לא-ישירה על המתווכת על ידי השפעות פוספאט על המינרליזציה של המטריקס החוץ-תאי. נראה, שהוויסות של FGF23 במסגרת המטבוליזם של אנרגיה ושל מינרליזציה מתבצע בשיתוף PTH, ₂D‏(OH)1,25, לפטין וKlotho-.

מפגעים היפו-פוספטמיים הנגרמים על ידי עודף FGF23

ישנם ארבעה מפגעים תורשתיים הנגרמים על ידי מוטציה חד-גנית בתאים מהשורה האוסטאובלסטית הכרוכים ברמות FGF23 (בדרך כלל אוסטאוציטים).

המוטציות הן כדלקמן:

1. מוטציה באתר RXXR בו מתבצע הביקוע של FGF23 ברככת (rickets) היפופוספטמית אוטוזומאלית-דומיננטית
2. מוטציות הגורמות לאינאקטיבציה של PHEX שהוא אנדופפטידאז הממוקם על פני ממברנות תאים
3. מוטציות של DMP1 ברככת type 1 היפופוספטמית אוטוזומלית-רצסיבית
4. אינאקטיבציה של ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1 (או ENPP1), אנזים המייצר פירופוספאט ברככת type 2 היפופוספטמית אוטוזומלית רצסיבית (או ARHR2).

הסַמְמָנים הביוכימיים המֻבְהָקים של עודף FGF23 במפגעים האחרונים, הם היפוספטמיה, רמה נמוכה או נורמלית של ₂D‏(OH)1,25, ורככת או אוסטאומלציה, המשקפים בעיקר את השפעת ההיפופוספטמיה על רקמת העצם. תרחיש של hyperparathyroidism מופיע לעיתים קרובות במצבים של עודף FGF23, כנראה כתוצאה מירידות המושרות על ידי FGF23 ברמת ₂D‏(OH)1,25.

ארבע מוטציות אלו מספקות מידע על מנגנונים רגולטוריים ועל תפקודים פיזיולוגיים של FGF23. המפגעים התורשתיים הנגרמים על ידי שפעול של מוטציה ב-Gnas1, המקודד לתת-יחידה אלפא של חלבון G, הם לדוגמה תסמונת McCune-Albright, ושני מפגעים נרכשים הכוללים את TIO (או tumor-induced osteomalacia) ותסמונת hypophosphatemic linear nevus subaceous, וגורמים כמו כן לעלייה ברמת FGF23 ולהיפופוספטמיה. נתונים אלה מצביעים על כך שב-remodeling של העצם הביטוי של FGF23 גדל. מצבים הכרוכים ברמות מוגברות של PTH, כגון היפר-פארא-תירואידיזם שניוני בכשל כלייתי, וגירוי פרמקולוגי של remodeling של העצם במתן PTH אקסוגני, הם בעלי השפעות וריאביליות על הביטוי של FGF23. הרחקה כירורגית של הבלוטות הפארא-תירואידליות, מדכאת את ה-FGF23 בתרחיש של uremic hyperparathyroidism, מה שמצביע על כך שרמה גבוהה של PTH בתרחיש זה, מעודד יצירה של FGF23. עם זאת, בעכברים טרנסגניים מסוג Cyp27b1, מוצאים רמות נמוכות של FGF23 למרות רמות גבוהות מאוד של PTH.

שגיאה ביצירת תמונה ממוזערת: קובץ חסר

תפקודים כליתיים וחוץ-כלייתיים של FGF23.
A) מטבוליזם של משוב היפותטי (דיסטלי לפרוקסימלי): FGF23 משפעל את הקומפלקסים FGFR/Klotho באבוביות הדיסטליות של הכליות (DT) מה שמוביל לשני אירועים עיקריים באבוביות המפותלות הפרוקסימליות (PCT): עיכוב הביטוי של Npt2a ועיכוב של Cyp27b1. כתוצאה מכך הספיגה מחדש של פוספאט ויצירת 1,25(OH)2D, מופחתים.
B) היעדים החוץ-כלייתיים הן רקמות המבטאות FGFR ו-Klotho כגון רקמת בלוטת הפארא-תירואיד (PTG), רקמת הלב, והמוח (חצים חומים), או רקמות המבטאות את FGFR בלבד כגון התימוס, הטחול, והעצם (חצים אפורים), מה שמצביע על השפעות פרקריניות אפשריות של FGF23.

הקולטנים של FGF23

הקולטנים ביונקים של FGF (להלן FGFRs) מקודדים על ידי 4 גנים ספציפיים (Ffgr1-Fgfr4). המקטע החוץ-תאי של קולטנים אלה מכיל 3 מקטעים דמויי-Ig (המכונים D1-D3). אירוע splicing מייצר איזופורמים קצרים יותר של FGFR1-FGFR3, החסרים את המקטע D1, ו/או את הקטע המקשר (linker) בין D1-D2. נמצא ש-FGF23 נקשר למספר איזופורמים של FGFR במערכת in vitro, אך הוא בעל זיקה נמוכה לקולטנים אלה (Kd 200-700 nM) (על פי Baum וחב' ב-Kidney Int משנת 2005). הקצה ה-C טרמינלי של FGF23 יוצר קומפלקס טרימרי עם αKlotho ועם איזופורם c של FGFR3 , FGFR1 ו-FGFR4. היכולת של αKlotho להיקשר ל-FGFR2 נמוכה יותר מאשר ההתקשרות שלו עם FGFRs אחרים. FGF23 נקשר לקומפלקס FGFR-αKlotho בזיקה גבוהה בהרבה מאשר זיקת התקשרותו ל-FGFR לבדו (Urakawa וחב' ב-Nature משנת 2006, ו-Kurosu וחב' ב-J Biol Chem משנת 2006) והאיתות המשוגר על ידי FGF23 הוא מקסימלי כאשר הוא נקשר לקומפלקס FGFR1c-αKlotho. על ידי התגובה של FGF23 עם הקומפלקס FGFR-αKlotho, מאתחל FGF23 שרשרת אירועים בתיווך של מגוון של חלבוני איתות תוך-תאיים הכוללים את FRS2 ,Gab1 ,She ,PLC ו-STAT1. חלבונים אלה עוברים פוספורילציה בתגובה לשפעול של ה- FGFR (על פי Thisse ו-Thisse ב-Dev Biol משנת 2005).

Klotho והקומפלקסים של קולטני FGF23

הגנים של Klotho מקודדים לחלבונים המשמשים קו-פקטורים המקנים ל-FGF את הספציפיות הרקמתית שלהם. αKlotho התגלה במהלך חקר הפנוטיפים של עכברים טרנסגניים המבטאים ביתר את type I sodium proton exchanger (על פי Kuro-o וחב' ב-Circ Res משנת 1995). נמצא שעכברים הומוזיגוטים המבטאים את Klotho היו בעלי אורך חיים קצר יותר, ופיתחו מפעים פתולוגיים בגיל מוקדם כגון אוסטאופורוזיס (Kawaguchi וחב' ב-J Clin Invest משנת 1999), היפוגונדיזם, טרשת עורקים, אטרופיה של העור, אמפיזמה פּולמונרית (Ishii וחב' ב-J Geronto Buol Sci Med Sci משנת 2008, ו-Sato וחב' ב-Proc Natl Acad Sci USA משנת 2007), כמו גם תסמונות נוירו-דגנרטיביות (Anamizu וחב' ב-Acta Neuropathol משנת 2005, ו-Nagai וחב' ב-FASEB J משנת 2003), ותסמונות של שמיעה לקויה (Kamemori וחב' ב-Hear Res משנת 2002, ו-Takumida וחב' ב-Acta Otolaryngol משנת 2009).

איברי היעד של FGF23 מוגדרים על ידי הביטוי ההדדי של αKlotho והקולטנים FGFRs בממברנה. החשיבות של החלבון הממברנלי αKlotho באיתות של FGF23 מודגמת במפגעים גנטיים באדם ובעכבר, בהם האובדן של αKlotho גורם לעמידות של איבר הקצה ל-FGF23, ומפגעים אלה דומים למצבי חסר של FGF23 (על פי Imura וחב' ב-Science משנת 2007, ו-Segawa וחב' ב-Am J Physiol Renal Physiol משנת 2007).