klotho蛋白與疾病的研究進展

孫俊，周丁華.山西醫(yī)科大學第二臨床醫(yī)學院，山西太原　03004；.火箭軍總醫(yī)院肝膽外科，北京　00088

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klotho蛋白與疾病的研究進展

孫俊1，周丁華2
1.山西醫(yī)科大學第二臨床醫(yī)學院，山西太原030024；2.火箭軍總醫(yī)院肝膽外科，北京100088

［摘要］klotho基因主要存在于腎臟及腦組織中，通過基因表達，產(chǎn)生兩種蛋白物質(zhì)：（1）膜結(jié)合型蛋白，即膜結(jié)合受體；（2）分泌型蛋白，即體液調(diào)節(jié)因子。以上兩種蛋白物質(zhì)，均對心血管疾病起到顯著的保護效果，其作用途徑為調(diào)節(jié)機體相關(guān)元素代謝，比如維生素D，再比如鈣和磷等元素。另外，兩種蛋白物質(zhì)在抗衰老過程中的作用也不可忽視。據(jù)相關(guān)報道顯示，klotho蛋白對人體的影響，還涉及到腎損傷、癌癥以及其他代謝疾病。

［關(guān)鍵詞］klotho；心血管疾?。话┌Y；腎損傷

關(guān)于Klotho基因的發(fā)現(xiàn)，最早來源于日本學者Kuro-o。Kuro-o在一篇關(guān)于自發(fā)性高血壓的研究報告中指出，Klotho基因與機體衰老具有某種相關(guān)性［1］。他還進一步指出，klotho基因主要存在于腎臟及腦組織中，通過基因表達，產(chǎn)生膜結(jié)合受體和體液調(diào)節(jié)因子兩種蛋白物質(zhì)。該研究報告提示，老鼠的機體內(nèi)一旦缺乏Klotho基因，將出現(xiàn)類似于人體動脈粥樣硬化、皮膚萎縮、骨質(zhì)疏松等功能紊亂現(xiàn)象。本研究旨在對Klotho蛋白在衰老、心血管疾病、腎損傷以及癌癥中的影響進行探討。

1 klotho蛋白與臨床疾病的相關(guān)性

1.1 klotho蛋白在抗衰老中的重要性

以老鼠為例，一旦klotho缺失或突變，將出現(xiàn)與人體極為相似的衰老體征。根據(jù)最新研究報告顯示，在哺乳動物機體內(nèi)，klotho蛋白的重要性尤為明顯，據(jù)推測，該蛋白物質(zhì)極有可能為抗衰老激素，而且，該蛋白物質(zhì)出現(xiàn)缺失，人體立即呈現(xiàn)衰老趨勢。最近，我們對一位動脈粥樣硬化患者進行檢查時發(fā)現(xiàn)，該患者的血管內(nèi)皮細胞內(nèi)產(chǎn)生衰老癥狀。因此，我們初步判斷機體衰老可能與klotho蛋白缺失有關(guān)。

根據(jù)與衰老相關(guān)的β-半乳糖染色法提示：Klotho 對HUVEC的衰老起到了明顯的抑制作用，而且，Klotho 對p53、p21的表達程度明顯降低。王健等人［2］指出，Akt活性增強，將減少人體內(nèi)皮細胞壽命；但Klotho基因存在，導致Akt活性增強大大降低，最終達到控制細胞衰老的目的；與此同時，Akt活性降低，也導致了p53、p21的表達程度全面降低。

關(guān)于干細胞功能紊亂是否引起機體出現(xiàn)正常衰老這一論點，我們將再次以老鼠為例：Klotho基因敲除老鼠各組織器官的試驗提示，當機體衰老加速時，老鼠機體內(nèi)干細胞數(shù)量出現(xiàn)了明顯下降。根據(jù)細胞培養(yǎng)試驗結(jié)果可知，分泌型糖蛋白（Wnt）在Klotho基因作用下，其活性明顯受到抑制；一旦Klotho基因缺失，Wnt活性反而加強。據(jù)此，我們可得出如下結(jié)論：（1）Wnt活性加強是導致細胞加速衰老的根本原因；（2）Klotho基因在機體內(nèi)主要對Wnt活性起抑制作用，尤其針對內(nèi)源和外源Wnt。

2 klotho蛋白對腎臟的保護效果

klotho蛋白對腎臟的作用主要體現(xiàn)在急性腎損傷和慢性腎臟疾病兩方面。據(jù)不同腎臟損傷患者的診斷結(jié)果提示，所有患者均出現(xiàn)klotho基因表達程度降低的現(xiàn)象，而且隨著klotho基因表達的降低，患者的腎臟損害程度越明顯。據(jù)此，不難得知，klotho基因與腎臟損傷有著不容割舍的關(guān)系。隨后，我們給予該類患者提供相應量的外源性klotho蛋白支持，經(jīng)診斷發(fā)現(xiàn)，患者的病情出現(xiàn)了相應程度的好轉(zhuǎn)或改善。另有相關(guān)報道，報道了類似的病例，該醫(yī)院通過提升內(nèi)源性klotho基因表達也達到了同等的治療效果?？梢姡龠Mklotho基因表達是緩解各種腎臟疾病的最有效途徑之一。

治療后，我們針對klotho基因的作用機制展開了針對性討論，討論會上一致認為klotho基因可通過如下途徑，達到緩解各種腎臟疾病的目的：（1）抑制氧化應激反應；（2）抑制腎素-血管緊張素系統(tǒng)；（3）緩解線粒體功能。以上論述內(nèi)容與諸多報道結(jié)果一致，如梅勁春等人［3］也提出了類似的觀點。

2.1 klotho蛋白在急性腎損傷中的治療價值

在治療急性腎損傷方面，klotho蛋白扮演生物標志物的角色。在急性腎損傷的初期階段，最明顯的體征是klotho缺失，換言之，klotho缺失是急性腎損傷的致病因素。腎臟前出現(xiàn)缺血癥狀，腎臟中有毒素產(chǎn)生，腎臟后伴輸尿管梗阻，等一系列臨床表現(xiàn)，共同作用導致klotho缺失。因此，提升klotho基因表達可顯著改善急性腎損傷［4-5］。在Kuro-o的研究報告中，還提供了一項全新的理論，即分泌型klotho蛋白可有效阻滯轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β1信號肽的傳導。腎纖維化正是由TGF-β1在Ⅰ型、Ⅱ型受體絲氨酸-蘇氨酸激酶作為傳導介質(zhì)的作用下誘發(fā)，其作用機制如下：TGF-β1與Ⅱ型受體絲氨酸-蘇氨酸激酶迅速結(jié)合，形成TGF-βR2，并激活Ⅰ型TGF-β受體，形成TGF-βR1，從而與分泌型klotho蛋白參與到關(guān)于TGF-βR2競爭中。但由于分泌型klotho蛋白的作用，導致TGF-βR1競爭力大大降低，TGF-β1的傳導作用也隨之受到抑制?？傊琸lotho蛋白可通過抑制TGF-β1的傳導作用，實現(xiàn)對急性腎損傷的保護［6］。

2.2 klotho蛋白與慢性腎臟疾病

慢性腎臟疾病是由腎小管間質(zhì)損害及其上皮細胞凋亡所致。在老鼠試驗中，通過大量注射血管緊張素Ⅱ，klotho基因表達程度明顯降低，而且，觀察腺病毒載體可知，蛋白尿含量也明顯降低，腎功能明顯改善。在觀察前，我們率先靜脈注入了klotho基因。因此，klotho基因的表達，可能是機體功能恢復良好的關(guān)鍵。隨后，我們進行了反復試驗，最終均提示相同的結(jié)論。據(jù)此，可得出，提升klotho基因表達，可減緩慢性腎臟疾?。?］。

另外，我們?yōu)檫M一步論證結(jié)論的真實性，對試驗結(jié)果進行了如下分析：一只klotho基因缺失的老鼠，該老鼠血液中FGF23水平較高，出現(xiàn)了高磷血癥，同時，還合并多種并發(fā)癥，如心臟肥大、血管鈣化以及骨質(zhì)降低等。以上這些并發(fā)癥，在慢性腎臟疾病患者身上也出現(xiàn)過。據(jù)此，我們可得出，一旦klotho基因缺失，患者出現(xiàn)慢性腎臟疾病的風險較高［8］。

通過以上分析，我們發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，即klotho基因缺失時，老鼠和人體均會出現(xiàn)同等癥狀。在該試驗中，老鼠血液中FGF23水平較高，而出現(xiàn)這一現(xiàn)象最可能的原因為，慢性腎臟疾病發(fā)作后，腎功能減弱，腎單位含量降低，單位磷酸鹽的排泄水平若要維持正常，在最初階段，需提升FGF23水平方可實現(xiàn)，而FGF23水平上升，即可提示klotho基因缺失。此時，klotho基因的作用就顯得格外重要：一方面，klotho基因?qū)儆谘茆}化抑制劑，可對血管鈣化現(xiàn)象起到抑制效果；另一方面，klotho基因?qū)儆谘蹻GF23信號的輔因子，可提示血管FGF23水平［9］。

2.3 klotho蛋白與心血管疾病的關(guān)系

在人體血漿中，有大量的klotho基因，其作用為抑制心血管疾病產(chǎn)生。而且，濃度越高，心血管疾病的發(fā)病率越低。我們通過研究klotho基因表達與動脈粥樣硬化之間的關(guān)系，繼而推廣到klotho基因表達和人體心血管疾病的關(guān)系。據(jù)試驗結(jié)果表明，klotho基因缺失，人體出現(xiàn)冠狀動脈疾病的可能性較大；另外，我們還得出，klotho基因還可能與人體的壽命有關(guān)。

在治療心血管疾病方面，klotho基因可通過維持血管擴張，抑制血栓產(chǎn)生等途徑，實現(xiàn)治療心血管疾病的目的。動脈粥樣硬化最初表現(xiàn)為內(nèi)皮功能障礙，是由內(nèi)皮對血管功能的調(diào)節(jié)失衡所致，比如一氧化氮利用率顯著下降、細胞內(nèi)Ca2+濃度顯著上升、血管自由舒張受阻等。總之，klotho基因作用后，動脈粥樣硬化癥狀明顯減輕。

3 klotho蛋白與癌癥的關(guān)系

TGF-β1作為一種誘導物，在組織纖維癥的發(fā)作期間，具有具足輕重的作用，另外，還與癌癥轉(zhuǎn)移密不可分。癌細胞由原發(fā)病灶，最終形成轉(zhuǎn)移病灶，便是TGF-β1的作用。而分泌型klotho蛋白通過對TGF-β1進行抑制，從而達到阻滯癌癥轉(zhuǎn)移的目的。因此，klotho蛋白可顯著降低癌癥轉(zhuǎn)移率。此結(jié)論在常晉瑞等人［10］的報道中也有所體現(xiàn)。另外，我們通過給予老鼠注射分泌型klotho蛋白，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，被移植人肺癌細胞的老鼠，其癌癥轉(zhuǎn)移率明顯降低，老鼠的存活率得到了大大提高。

分泌型klotho蛋白屬于內(nèi)源性TGF-β1阻滯劑，可降低TGF-β1水平。另據(jù)相關(guān)報道顯示，在乳腺癌、宮頸癌等患者中，DNA的超甲基化對klotho基因產(chǎn)生了抑制作用，以致疾病產(chǎn)生［11］。在抗癌方面，klotho基因也對IGF-1信號起到了一定抑制效果，因此，klotho基因的抗癌途徑可能主要為以下兩點：（1）抑制IGF-1；（2）抑制TGF-β1。但具體情況，目前國內(nèi)外鮮有報道。

2總結(jié)和展望

關(guān)于klotho蛋白的適應范圍，在上文中，我們著重探討了該蛋白物質(zhì)與衰老、心血管疾病、腎損傷以及癌癥的關(guān)系，得出：klotho基因缺失，是導致上述現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因；而且，提升內(nèi)源性klotho基因表達和提供外源性klotho基因支持，可有效延緩細胞衰老［12］，治療心血管疾病、腎損傷，甚至對癌癥也具有一定臨床治療意義。雖然本文僅對klotho蛋白進行初步研究，但我們相信，隨著醫(yī)療水平的不斷提升，未來關(guān)于klotho蛋白研究，將會取得重大的突破。

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［中圖分類號］R34

［文獻標識碼］A

［文章編號］2096-1782（2016）02-0077-03

收稿時間：（2016-01-03）

［作者簡介］孫?。?991.4-），男，江西贛州人，碩士，在讀研究生，研究方向：生物材料。

［通訊作者］周丁華（1965.9-），男，湖南茶陵縣人，醫(yī)學博士，主治醫(yī)師，研究方向：肝膽胃腸外科.zhoudh@sina.com。

Research Progress of Klotho Protein and Disease

SUN Jun，ZHOU Dinghua
1.The Second Clinical Medical College of Shanxi Medical University，Taiyuan，Shanxi Province，030024 China 2.Department of hepatobiliary surgery，General Hospital of rocket force，Beijing 100088 China

［Abstract］Klotho Gene exists mainly in the kidney and brain tissues by gene expression，resulting in two kinds of protein substances:（1）membrane bound protein that membrane-bound receptor；（2）secretion type protein，namely humoral regulation factor.The above two kinds of protein substances，on cardiovascular disease to significant protective effect and its mechanism of regulating the body element metabolism，such as vitamin D，such as calcium and phosphorus elements.In addition，two kinds of protein substances in anti-aging process role can not be ignored.According to the relevant reports indicate that Klotho protein on the human body，but also related to renal injury，cancer and other metabolic diseases In the following.

［Key words］Klotho；Cardiovascular disease；Cancer；Renal injury