王 歡,魏 玲
目前心血管疾病治療措施主要包括控制危險(xiǎn)因素、藥物及手術(shù)治療,但心血管疾病發(fā)病率仍居高不下,成為全球范圍內(nèi)危及生命的重要問(wèn)題。 Klotho 基因是1997 年由日本學(xué)者Kuro-o 等在進(jìn)行性自發(fā)性高血壓的相關(guān)研究時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的新型抗衰老基因,其通過(guò)調(diào)節(jié)鈣磷代謝、抗氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)、促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮釋放、調(diào)節(jié)離子通道以及其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等,對(duì)心血管系統(tǒng)發(fā)揮保護(hù)作用。 本文對(duì)Klotho 基因及其蛋白做一綜述,旨在探討兩者與多種心血管疾病的關(guān)系
Klotho 基因是根據(jù)傳說(shuō)中掌握人生命線的希娜女神命名的, 于1997 年首次發(fā)現(xiàn)在自發(fā)性高血壓模型大鼠的腎臟高表達(dá)。 人Klotho 基因由5 個(gè)外顯子和4 個(gè)內(nèi)含子構(gòu)成,位于13 號(hào)染色體(13q12),全長(zhǎng)約50 kb。 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中,敲除Klotho 基因小鼠過(guò)早呈現(xiàn)出與衰老相關(guān)的表型,如內(nèi)皮功能損傷、血管鈣化、動(dòng)脈粥樣硬化、皮膚萎縮、肺氣腫、糖代謝異常、骨質(zhì)疏松等,甚至導(dǎo)致壽命縮短[1]。在人類,Klotho 基因多態(tài)性與冠狀動(dòng)脈疾病、中風(fēng)、長(zhǎng)壽等密切相關(guān)[2]。
因不均一,核hRNA 選擇性剪接產(chǎn)生兩種不同形式的Klotho 蛋白,即膜型Klotho 蛋白和分泌型Klotho 蛋白。 膜型Klotho 蛋白屬于單次通道跨膜蛋白, 在正常成人的腎小管上皮細(xì)胞高度表達(dá)[3],其由細(xì)胞內(nèi)的羧基短結(jié)構(gòu)域和構(gòu)成兩個(gè)同源性片段(KL1、KL2)的細(xì)胞外氨基末端結(jié)構(gòu)組成[4]。 膜型Klotho 蛋白作為FGF23 的必須輔因子,能調(diào)節(jié)FGF23/FGFR 信號(hào)通路, 提高FGF-23 與其受體的結(jié)合力,促進(jìn)腎臟磷酸鹽排泄,同時(shí)FGF-23 能抑制腎臟Klotho蛋白的表達(dá)[5]。 膜型Klotho 蛋白的全長(zhǎng)胞外區(qū)域可以水解或經(jīng)Klotho mRNA 選擇性剪切分泌到血液、腦脊液、尿液中,稱為分泌型Klotho 蛋白,其是人Klotho 蛋白的主要類型,比膜型蛋白功能上發(fā)揮更大的作用[6]。 分泌性Klotho蛋白作為體液因子,具有抗氧化、調(diào)節(jié)腎臟離子通道、抑制Wnt 信號(hào)及抗凋亡及衰老等作用[7]。
盡管Klotho 蛋白主要表達(dá)在有限的器官中, 但突變后能引起全身器官衰老相關(guān)癥狀[8]。 供體年齡及機(jī)體內(nèi)環(huán)境變化能影響Klotho 蛋白的表達(dá)。 隨著機(jī)體衰老尤其在40 歲以后,血清Klotho 水平顯著減少[9]。 Richard 等[2]研究發(fā)現(xiàn), 血漿中Klotho 高表達(dá)是社區(qū)成年居民較少發(fā)生心血管疾病,如冠狀動(dòng)脈疾病、心力衰竭、外周動(dòng)脈疾病的獨(dú)立保護(hù)因素。 多元回歸分析發(fā)現(xiàn):在排除其他心血管危險(xiǎn)因素后, 血清Klotho 蛋白和血管內(nèi)皮Klotho 基因的低表達(dá)與心血管疾病的發(fā)生及嚴(yán)重程度呈密切相關(guān)[10]。 在慢性腎透析患者中, 血清中Klotho 低表達(dá)與患者腹主動(dòng)脈鈣化呈正相關(guān),其具有診斷價(jià)值[11]。
研究發(fā)現(xiàn),在主動(dòng)脈內(nèi)膜及中膜血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)也有Klotho 表達(dá)[12]。 Klotho 通過(guò)各種機(jī)制保護(hù)血管功能,如抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的活性氧族的產(chǎn)生、保護(hù)細(xì)胞衰老及凋亡、抗炎癥反應(yīng)、維持內(nèi)皮細(xì)胞完整性、促進(jìn)NO 的產(chǎn)生、改善動(dòng)脈順應(yīng)性。
3.1 Klotho 抑制內(nèi)皮細(xì)胞衰老 預(yù)防內(nèi)皮細(xì)胞衰老可能是預(yù)防心血管疾病發(fā)生的有利機(jī)制。 體外實(shí)驗(yàn),在過(guò)氧化氫誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡與衰老模型中, 過(guò)表達(dá)Klotho 蛋白使Caspase-3、Caspase-9、P53、P21 活性比對(duì)照組明顯降低[13]。
在慢性腎臟疾病中,尿毒癥毒素、氧化應(yīng)激、前炎癥因子等加速了內(nèi)皮細(xì)胞過(guò)早衰老及凋亡。尿毒癥毒素通過(guò)增加活性氧簇及激活NFκB, 降低了細(xì)胞內(nèi)Klotho 的表達(dá),促進(jìn)了細(xì)胞衰老和表達(dá)衰老相關(guān)蛋白P16、P21、P53。通過(guò)抑制50%的Klotho 基因表達(dá)后發(fā)現(xiàn),細(xì)胞端粒酶縮短,證實(shí)Klotho 降低導(dǎo)致了細(xì)胞衰老。 外源性給予Klotho 后,內(nèi)皮細(xì)胞衰老現(xiàn)象明顯改善, 可能與抑制氧化應(yīng)激及穩(wěn)定NFκB/IκB 有關(guān)[14]。 研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),激活FGF23/Klotho 信號(hào)肽能預(yù)防組織萎縮, 刺激細(xì)胞增殖和抑制維生素D 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡, 表明FGF23/Klotho 軸具有抗衰老的治療潛力[15]。
3.2 Klotho 促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞NO 產(chǎn)生 給予乙酰膽堿后,雜合子小鼠(Kl+)和純合子小鼠(Kl/Kl)主動(dòng)脈壁的最大舒張功能仍明顯降低,尿中氮氧代謝物量(NO2-、NO3-)減少,血管內(nèi)皮細(xì)胞釋放內(nèi)源性NO 減少,提示Klotho 可能通過(guò)增加NO 產(chǎn)生來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)皮舒縮功能[16]。 在動(dòng)脈粥樣硬化大鼠、肥胖大鼠模型中,經(jīng)腺病毒介導(dǎo)的Klotho 基因能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞依賴的NO 合成,預(yù)防血管中膜肥厚及血管周圍纖維化發(fā)生[17]。 最近體外研究發(fā)現(xiàn):分泌型Klotho 擁有調(diào)節(jié)血管緊張度及刺激NO 產(chǎn)生的能力,而且能抑制血管細(xì)胞黏附分子1(VCAM-1)和細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)產(chǎn)生,通過(guò)抑制Pit-1 和Pit-2 阻止高磷酸鹽誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞鈣化[12]。
3.3 Klotho 調(diào)節(jié)FGF23/Klotho 軸,預(yù)防血管鈣化 成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子23(FGF23)是骨來(lái)源的激素樣細(xì)胞因子,主要在骨細(xì)胞及成骨細(xì)胞表達(dá)。 研究表明Klotho 基因敲除小鼠,表現(xiàn)出高FGF23 血癥、高磷酸鹽血癥及血管鈣化癥狀,其中高磷酸鹽癥是血管鈣化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[18]。 臨床試驗(yàn)表明,與正常組比較,心臟移植組FGF23/Klotho 軸失調(diào)與心血管及腎功能惡化密切相關(guān),F(xiàn)GF23 被認(rèn)為是左心室肥厚及主動(dòng)脈鈣化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,可作為不良心血管事件的預(yù)測(cè)指標(biāo)[19]。
3.4 Klotho 調(diào)節(jié)Ca2+通道, 維持內(nèi)皮完整性 血循環(huán)中的Klotho 能維持血管內(nèi)皮完整性,保護(hù)血管通透性。 Ca2+通道能調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞NO 的合成及釋放、 通透性、增殖、 遷移及凋亡, 鈣通道瞬時(shí)受體電位家族成員TRPC-1通道能促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF) 介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流。Klotho 維持內(nèi)皮完整性是通過(guò)綁定TPRC-1 和VEGFR-2,增強(qiáng)兩者親和力,促進(jìn)其共同內(nèi)化作用,從而降低細(xì)胞表面TRPC-1 表達(dá), 限制Ca2+內(nèi)流入細(xì)胞而降低血管內(nèi)皮通透性及保護(hù)內(nèi)皮完整性[20]。
左心室肥厚是慢性腎臟疾病(CKD)患者最重要病變特征, 也是導(dǎo)致死亡的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。 臨床調(diào)查86 例CKD 患者發(fā)現(xiàn), 血清Klotho 蛋白與尿毒癥溶質(zhì)硫酸吲哚酚(IS)表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān),而且兩者都與左心室肥厚有密切關(guān)聯(lián)。 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),連續(xù)腹腔注射IS 正常小鼠,其左心室肥厚與腎臟Klotho 持續(xù)下降有關(guān), 在雜合子小鼠中這種變化更加明顯。 體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Klotho 能通過(guò)抑制p38 及細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2 及抗氧化機(jī)制, 顯著抑制IS 誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大。 這些證據(jù)表明Klotho 是IS 誘導(dǎo)的左心室肥厚的保護(hù)因子[21]。
Klotho 蛋白的表達(dá)水平隨著增齡而下降,循環(huán)中分泌型Klotho 表達(dá)的下降可能與衰老型心肌病有關(guān)。 衰老的心臟對(duì)應(yīng)激誘導(dǎo)的心力衰竭更敏感。 研究發(fā)現(xiàn),在基線水平Klotho 基因缺失的小鼠與野生型小鼠的心臟無(wú)明顯異常。 但在應(yīng)激條件下,Klotho 基因缺失可能發(fā)展成更嚴(yán)重的病理性心肌肥厚及重構(gòu)。 Xie 等研究發(fā)現(xiàn),注射異丙腎上腺素加劇了Klotho 基因缺陷小鼠心肌病理性重構(gòu)的發(fā)生,心肌表達(dá)更多致命性基因如腦鈉肽、尿鈉肽、β- 蛋白重鏈。 Klotho 蛋白對(duì)應(yīng)激下的心臟保護(hù)作用并不通過(guò)改變血漿磷酸鹽及FGF23 水平, 而是通過(guò)抑制瞬時(shí)受體電位-6 經(jīng)典通道(TRPC-6)而發(fā)揮保護(hù)小鼠心臟的作用。 將Klotho 基因敲除的小鼠TRPC-6 阻滯后, 并未引起心肌肥大及重構(gòu)放大效應(yīng), 表明Klotho 介導(dǎo)的心臟保護(hù)作用是通過(guò)下調(diào)TPRC-6 的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn),Klotho 蛋白主要通過(guò)阻滯胰島素生長(zhǎng)因子(IGF1)/磷脂酰肌醇-3- 羥激酶(PI3K)信號(hào)通路介導(dǎo)的離子通道胞吐作用,降低細(xì)胞膜上TRPC6 的含量發(fā)揮心臟保護(hù)作用[22]。
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞器, 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能的損傷引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激, 長(zhǎng)期過(guò)強(qiáng)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性細(xì)胞凋亡。 許多研究證實(shí),在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中,嚴(yán)重的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)了心肌細(xì)胞凋亡, 心肌細(xì)胞凋亡是心臟重構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為,Klotho 主要通過(guò)抑制胰島素生長(zhǎng)因子發(fā)揮抗氧化應(yīng)激,進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡。 最近Shuan 等[23]研究發(fā)現(xiàn),Klotho 蛋白能抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的CHOP 凋亡信號(hào)發(fā)揮作用, 通過(guò)對(duì)P38 和JNK 信號(hào)通路調(diào)控作用,抑制P38 和JNK 磷酸化過(guò)程, 進(jìn)而阻滯了心臟病理性發(fā)展,如間質(zhì)纖維化、心肌細(xì)胞肥大。 因此,Klotho 蛋白改善心臟重構(gòu)可能部分通過(guò)抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和改善氧化應(yīng)激而實(shí)現(xiàn)。
Klotho 基因是在哺乳動(dòng)物中最早發(fā)現(xiàn)的抗衰老基因??赏ㄟ^(guò)不同途徑發(fā)揮調(diào)節(jié)一氧化氮的生成、 抗氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)鈣磷代謝、抗炎癥以及抑癌等作用。 許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床試驗(yàn)證明,Klotho 基因及其表達(dá)產(chǎn)物與心血管疾病發(fā)生、發(fā)展有密切聯(lián)系,但其抑制心血管疾病發(fā)病的具體機(jī)制還不完全清楚,需進(jìn)一步探討并為心血管疾病治療及診斷不斷提出新的方法。
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