成纤维细胞生长因子23（FGF23）与FGF受体-αKlotho复合物的结合增强窦房结电活动

《Acta Physiologica》：The Binding of Fibroblast Growth Factor 23 (FGF23) to FGF Receptor-αKlotho Complex Increases Sinoatrial Electrical Activity

　　

目的：本研究旨在探讨成纤维细胞生长因子23（FGF23）是否调节窦房结（SAN）细胞的电活动。FGF23的经典功能是通过激活肾脏和甲状旁腺中的FGF受体1（FGFR1）/α-Klotho复合物来调节机体磷和钙稳态。高水平的FGF23可通过不依赖α-Klotho的方式影响心肌细胞功能，从而诱发心律失常。尽管SAN细胞传统上不被视为FGF23的靶点，但起搏细胞中存在α-Klotho而心室细胞中不存在，这一现象提出了上述可能性。

方法：通过膜片钳实验评估FGF23对小鼠SAN细胞和人诱导多能干细胞来源的起搏样心肌细胞（hiPSC-derived pCMs）的作用。

结果：研究人员的数据显示，小鼠SAN细胞同时表达膜型α-Klotho和FGF23受体（FGFR），并且用FGF23（10 ng/mL）孵育组织48 h可通过增加If（funny）电流提高这些细胞的自发动作电位（AP）频率。使用泛FGFR抑制剂PD173074以及从α-Klotho低表达小鼠分离的SAN细胞进行的膜片钳实验表明，FGF23的作用是由FGFR-αKlotho复合物的激活介导的。FGFR表达数据和FGF23诱导的电学改变在hiPSC来源的pCMs中得到了进一步证实。事实上，用FGF23孵育这些细胞48 h可剂量依赖性地增加AP频率和If电流。

结论：本研究首次证明FGF23直接调节SAN电活动。

成纤维细胞生长因子23（FGF23）主要由骨细胞和成骨细胞产生，其经典效应是通过激活肾内FGF受体1（FGFR1）与共因子α-Klotho组成的复合物，下调肾脏磷重吸收、1,25-二羟基维生素D合成及甲状旁腺激素分泌。高水平的FGF23与慢性肾脏病等状态下的心力衰竭和心律失常相关，并可通过不依赖α-Klotho的途径促进心室重构。然而，窦房结（SAN）细胞表达α-Klotho，且α-Klotho缺陷小鼠表现为内在性心动过缓，提示FGF23/α-Klotho信号可能直接调控心脏起搏。既往SAN并非FGF23的经典靶点，本研究旨在明确FGF23是否调节小鼠及人起搏样细胞的电活动，并检验该作用是否依赖Klotho。该研究发表在《Acta Physiologica》。

研究人员采用RT-qPCR和免疫荧光检测α-Klotho与FGFR1-4的表达；运用膜片钳技术记录小鼠SAN细胞和人诱导多能干细胞来源的起搏样心肌细胞（hiPSC-derived pCMs）的动作电位（AP）及If电流；使用泛FGFR抑制剂PD173074进行通路阻断；利用α-Klotho低表达（kl/kl）小鼠及其野生型同窝小鼠验证α-Klotho依赖性；并通过RT-qPCR检测HCN亚型表达变化。样本来源于2-3月龄C57Bl/6J雄鼠、2月龄kl/kl及野生型小鼠，以及人iPSC来源的pCMs。

2.1 小鼠SAN细胞表达经典FGF23受体：RT-qPCR显示FGFR1 mRNA最丰富，其次为FGFR2和α-Klotho；免疫荧光确认SAN细胞共表达HCN4起搏通道标志物与α-Klotho、FGFR1/FGFR2。

2.2 体外长时间（48 h）FGF23处理通过FGFR激活增加起搏细胞自发活动：与对照组相比，10 ng/mL FGF23孵育48 h使SAN细胞自发AP频率增加35.1%，该效应可被PD173074逆转；短时程（74–120 s或30–60 min）暴露无效。AP参数分析显示FGF23增加舒张期去极化速率（DDR），而不改变最大舒张电位、阈值、AP幅度和最大上升速度。

2.3 体外长时间（48 h）FGF23处理通过FGFR激活增加If电流：全细胞膜片钳显示FGF23增加If最大电导密度（gfmax），PD173074可消除该效应；If激活曲线半数激活电压无显著变化。L型钙电流（I_CaL）的gCaLmax及激活/失活曲线不受FGF23影响。

2.4 α-Klotho是FGF23依赖性If调节所必需的：新鲜分离的kl/kl SAN细胞If密度低于野生型；48 h FGF23处理可增加+/+细胞If密度，但对kl/kl细胞无影响，表明FGF23作用依赖FGFR-αKlotho复合物。

2.5 FGF23增加人起搏样细胞自发活动与If电流：hiPSC-derived pCMs表达FGFR1/FGFR2与α-Klotho，且存在部分共定位。FGF23剂量依赖性地增加AP频率，半效浓度为0.064 ng/mL；1 ng/mL FGF23使频率增加31.1%，并增加DDR和If gfmax，同时使If激活曲线V1/2正移3.6 mV。RT-qPCR显示48 h FGF23上调HCN2和HCN4 mRNA，24 h无变化。

讨论部分指出，FGF23对SAN电活动的作用需要长时间暴露，可能通过增加f通道合成或减少降解实现；ERK信号可能参与其中。Ca²⁺钟机制因I_CaL和AP阈值无变化而被排除。kl/kl小鼠的SAN功能障碍可能与FGF23/Klotho通路缺陷有关，但机制复杂，涉及可溶性Klotho减少、高循环FGF23的脱靶效应等。FGF23-SAN联系可能构成心-肾轴的重要环节，将钙磷稳态与心率耦联；病理状态下FGF23升高可能影响心率。

结论：SAN在设定心率中的重要性使其成为多种神经体液因素的重要靶点，包括神经递质、神经肽、自分泌、旁分泌和内分泌因子，这些因素协同作用使心率快速适应机体需求；这些因素失调可促进SAN功能障碍。研究数据表明FGF23可加入此类因素之列，在慢性或显著升高的FGF23水平背景下可能产生病理后果。