Klotho 在慢性腎臟病中的作用研究進展

陳智淵 吳 穎 馬紅珍

Klotho 基因由日本學者于1997 年首先在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，它是一種與衰老有關的基因。相關實驗表明，Klotho 基因缺陷的小鼠壽命縮短，并且表現(xiàn)出動脈鈣化、皮膚和肌肉萎縮、骨質疏松等類似人類衰老的各種癥狀[1]。慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）是各種原因引起的慢性腎臟結構和功能障礙，其全球患病率為8%～16%，是繼高血壓、糖尿病之后最常見疾病之一[2]。多項動物實驗證實，Klotho 基因缺陷是CKD 進展和腎外并發(fā)癥的致病因素，包括心血管疾病、甲狀旁腺功能亢進和礦物質代謝紊亂等[3]。因此，本文就Klotho 在慢性腎臟病中的作用作一綜述。

1 Klotho 的結構和功能特點

Klotho 基因位于人類第13 號染色體上，其編碼的α-Klotho 蛋白（以下簡稱Klotho）是一種I 型單程跨膜糖蛋白，可分為膜型和分泌型兩種形式[4]。膜型Klotho 蛋白的胞外區(qū)又可被金屬蛋白酶切割，作為可溶性Klotho 釋放到循環(huán)中。膜型Klotho 作為成纖維細胞生長因子23（fibroblast growth factor23，F(xiàn)GF-23）的受體輔助因子，參與鈣磷代謝的調節(jié)，維持礦物質穩(wěn)態(tài)；可溶性Klotho 以體液因子的形式在循環(huán)系統(tǒng)中發(fā)揮調節(jié)腎臟離子通道、抗氧化、抗凋亡等保護腎臟的作用[5]。

2 Klotho 與CKD 的關系

Klotho 的主要表達部位是腎近端和遠端小管、大腦脈絡叢和甲狀旁腺，而在人類和嚙齒動物中，腎臟是Klotho 基因和蛋白水平最高的器官[6]。Hirokazu等[7]對Klotho 的人類活檢組織進行染色觀察，發(fā)現(xiàn)Klotho 的mRNA 表達從CKD 早期階段便開始下降，血清Klotho 隨CKD 的進展而降低。實驗證明，5/6 腎切除大鼠有蛋白尿、高血壓、高磷血癥和血管鈣化等表現(xiàn)，而人類CKD 患者也有相似的表現(xiàn)[8]?？梢?，CKD 是一種Klotho 蛋白缺乏狀態(tài)。

3 Klotho 在CKD 中的作用

3.1 Klotho 與礦物質代謝和血管鈣化 FGF-23 主要來源于骨組織，由成骨細胞產(chǎn)生，它可以通過調節(jié)血清磷酸鹽、甲狀旁腺激素和1，25-（OH）2D3維持機體磷代謝的平衡[5]。由于缺乏肝素硫酸鹽結合域，F(xiàn)GF-23 需要全長Klotho 將典型的FGF 受體（FGFR）轉化為特定的高親和力受體，使其在靶組織中發(fā)揮作用[9]。最近研究表明，在由Klotho 的細胞外結構域、FGFR1c 配體結合域和FGF23 組成的復合物中，Klotho 充當重要的共受體角色，從而使FGF23-FGFR1c 接近并具有穩(wěn)定性[10]。

CKD 常引發(fā)礦物質代謝紊亂，其中血清磷酸鹽水平升高在終末期腎?。‥SRD）患者中普遍存在，相關流行病學研究已將高磷血癥列為這些患者的獨立死亡危險因素[11]。在近端腎小管中，血源性FGF23 可與FGFR-Klotho 復合物結合，直接激活細胞外信號調節(jié)激酶（ERK）1/2 和血清/糖皮質激素調節(jié)激酶（SGK）-1 信號。與此同時，SGK-1 磷酸化Na+/H+交換調節(jié)輔因子（NHERF）-1，下調關鍵的磷酸鈉協(xié)同轉運蛋白NaPi-2a 的膜表達，從而增加尿磷的排泄[12]。已有研究證明，CKD 患者膜型Klotho 在體內近端腎小管的特異性缺失，直接限制FGF23 通過FGFRKlotho 復合物刺激的信號轉導，導致無法增加腎磷酸鈣的排泄[13]。此外，可溶性Klotho 通過調節(jié)1-α 羥化酶活性、甲狀旁腺激素（PTH）和FGF23 的分泌，直接調節(jié)腎臟的磷排泄[7，14]。

血管鈣化（vascular calcification，VC）在CKD 病程早期即出現(xiàn)，并隨著腎功能的惡化變得更加普遍，使CKD 患者心血管疾病發(fā)病率和死亡率增加[15]。臨床證據(jù)表明，血清磷酸鹽升高是CKD 人群發(fā)生VC的危險因素之一[16]。近年研究證實，Klotho 缺乏導致CKD 小鼠循環(huán)中高水平的磷酸鹽和VC 的發(fā)生。相反，Klotho 的過表達可增強尿磷的排泄、改善腎功能，抑制鈉依賴性攝取磷酸鹽和磷酸鹽誘導的大鼠血管平滑肌的鈣化[8]。

3.2 Klotho 與腎組織氧化應激 氧化應激是CKD發(fā)病及病情進展的重要影響因素之一，林書典等[17]發(fā)現(xiàn)隨著GFR 的下降，氧化物質丙二醇升高，而抗氧化物質總超氧化物歧化酶和還原型谷胱甘肽逐漸下降。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，Klotho 基因缺陷小鼠體內氧化應激反應明顯增強，而Klotho 基因過表達可以減輕氧化應激反應，表現(xiàn)為尿8-羥基脫氧鳥苷（DNA氧化應激損傷的生物標記物）表達減少，而錳-超氧化物歧化酶（Mn-SOD）表達增加[18]。相關研究還證實，Klotho 蛋白可經(jīng)胰島素/胰島素樣生長因子-1（IGF-1）途徑發(fā)揮抗氧化作用，通過抑制其介導的FoxO 磷酸化而活化FoxO 轉錄因子，而后誘導線粒體Mn-SOD 的表達增加，促進活性氧的清除，從而發(fā)揮抗氧化作用[19]。另有研究顯示，Klotho 還可通過抑制cAMP/PKA 介導的對煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2 蛋白的表達，來減弱血管緊張素II 誘導的氧化損傷和凋亡[20]。

3.3 Klotho 與腎臟炎癥反應 炎癥在CKD 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，這里所指的炎癥是以C 反應蛋白（CRP）、白細胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等釋放為主，需通過實驗室檢查才能發(fā)現(xiàn)的微炎癥反應狀態(tài)[21]。核轉錄因子（NF-κB）控制著許多細胞過程[22]，相關實驗證實，NF-κB 在CKD炎癥的發(fā)生中起著關鍵作用，NF-κB 的抑制可降低多種促炎細胞因子的水平和腎損傷程度[23]。一項研究表明，Klotho 與NF-κB 之間存在雙向關系[24]：Klotho的表達受到NF-κB 依賴機制的下調，在CKD 患者的血液和尿液中觀察到Klotho 減少；同時Klotho 是一種抗炎調節(jié)劑，負性調節(jié)NF-κB，從而使促炎基因轉導減少。有研究表明，在Klotho 基因突變小鼠中，外源性添加可溶性Klotho 可抑制NF-κB 激活和NF-κB 介導的炎性細胞因子表達[25]。同樣，過量的Klotho 抑制PDLIM2/NF-κB 途徑，以減少TNF-α、IL-6 和IL-12 的產(chǎn)生[26]。

3.4 Klotho 與腎臟纖維化 CKD 的最終常見病理表現(xiàn)為腎纖維化。腎纖維化是慢性、持續(xù)性損傷后腎臟組織創(chuàng)面愈合不成功的表現(xiàn)，以腎小球硬化、腎小管萎縮、間質纖維化為特征。許多研究表明，轉化生長因子-β（TGF-β）是CKD 腎纖維化最重要的促纖維化調節(jié)因子之一，它刺激基質蛋白的累積，抑制基質降解，并調節(jié)肌成纖維細胞的活化[27]。據(jù)報道，Klotho缺乏可增加單側輸尿管梗阻（UUO）引起的腎纖維化小鼠TGF-β1 的表達，而可溶性Klotho 蛋白可直接與TGF-βⅡ型受體結合，抑制TGF-β1 與細胞表面受體結合，從而抑制UUO 誘導的腎纖維化小鼠TGF-β1 信號傳導[28]。另一種主要的促纖維化分子為血管緊張素II（AngII），這種分子通過直接作用于基質和上調其他因子的表達來調節(jié)纖維化[29]。最近的研究還證實，外源性Klotho 蛋白的應用可通過在體內控制堿性成纖維細胞生長因子-2 信號，從而一定程度上抑制腎小管間質纖維化和UUO 誘導的腎纖維化[30]。

4 小結和展望

隨著研究深入，Klotho 生理功能逐步闡明，可通過不同的信號通路參與CKD 的發(fā)生和發(fā)展，Klotho可能成為敏感的生物指標，可作為早期診斷、預后評估的有效標志物，甚至在未來成為治療腎臟病的一種新手段。雖然Klotho 在CKD 中的部分功能已經(jīng)明確，但是其具體的調控方式、靶基因的激活及表達途徑等尚不十分清楚，很多研究也只局限于動物實驗。因此Klotho 用于治療人類CKD 的安全性及有效性仍待進一步驗證，深入研究Klotho 治療CKD 的深層機制將有助于開發(fā)新的治療方法。