klotho蛋白與疾病的研究進展

孫俊，周丁華.山西醫科大學第二臨床醫學院，山西太原　03004；.火箭軍總醫院肝膽外科，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.山西醫科大學第二臨床醫學院，山西太原030024；2.火箭軍總醫院肝膽外科，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，產生兩種蛋白物質：（1）膜結合型蛋白，即膜結合受體；（2）分泌型蛋白，即體液調節因子。以上兩種蛋白物質，均對心血管疾病起到顯著的保護效果，其作用途徑為調節機體相關元素代謝，比如維生素D，再比如鈣和磷等元素。另外，兩種蛋白物質在抗衰老過程中的作用也不可忽視。據相關報道顯示，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。

［關鍵詞］klotho；心血管疾病；癌癥；腎損傷

關于Klotho基因的發現，最早來源于日本學者Kuro-o。Kuro-o在一篇關于自發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，產生膜結合受體和體液調節因子兩種蛋白物質。該研究報告提示，老鼠的機體內一旦缺乏Klotho基因，將出現類似于人體動脈粥樣硬化、皮膚萎縮、骨質疏松等功能紊亂現象。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，將出現與人體極為相似的衰老體征。根據最新研究報告顯示，在哺乳動物機體內，klotho蛋白的重要性尤為明顯，據推測，該蛋白物質極有可能為抗衰老激素，而且，該蛋白物質出現缺失，人體立即呈現衰老趨勢。最近，我們對一位動脈粥樣硬化患者進行檢查時發現，該患者的血管內皮細胞內產生衰老癥狀。因此，我們初步判斷機體衰老可能與klotho蛋白缺失有關。

根據與衰老相關的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。

關于干細胞功能紊亂是否引起機體出現正常衰老這一論點，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，老鼠機體內干細胞數量出現了明顯下降。根據細胞培養試驗結果可知，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。據此，我們可得出如下結論：（1）Wnt活性加強是導致細胞加速衰老的根本原因；（2）Klotho基因在機體內主要對Wnt活性起抑制作用，尤其針對內源和外源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在急性腎損傷和慢性腎臟疾病兩方面。據不同腎臟損傷患者的診斷結果提示，所有患者均出現klotho基因表達程度降低的現象，而且隨著klotho基因表達的降低，患者的腎臟損害程度越明顯。據此，不難得知，klotho基因與腎臟損傷有著不容割舍的關系。隨后，我們給予該類患者提供相應量的外源性klotho蛋白支持，經診斷發現，患者的病情出現了相應程度的好轉或改善。另有相關報道，報道了類似的病例，該醫院通過提升內源性klotho基因表達也達到了同等的治療效果。可見，促進klotho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；（3）緩解線粒體功能。以上論述內容與諸多報道結果一致，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。腎臟前出現缺血癥狀，腎臟中有毒素產生，腎臟后伴輸尿管梗阻，等一系列臨床表現，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的作用下誘發，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。總之，klotho蛋白可通過抑制TGF-β1的傳導作用，實現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鍵。隨后，我們進行了反復試驗，最終均提示相同的結論。據此，可得出，提升klotho基因表達，可減緩慢性腎臟疾病［7］。

另外，我們為進一步論證結論的真實性，對試驗結果進行了如下分析：一只klotho基因缺失的老鼠，該老鼠血液中FGF23水平較高，出現了高磷血癥，同時，還合并多種并發癥，如心臟肥大、血管鈣化以及骨質降低等。以上這些并發癥，在慢性腎臟疾病患者身上也出現過。據此，我們可得出，一旦klotho基因缺失，患者出現慢性腎臟疾病的風險較高［8］。

通過以上分析，我們發現了一個有趣的現象，即klotho基因缺失時，老鼠和人體均會出現同等癥狀。在該試驗中，老鼠血液中FGF23水平較高，而出現這一現象最可能的原因為，慢性腎臟疾病發作后，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，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基因屬于血管鈣化抑制劑，可對血管鈣化現象起到抑制效果；另一方面，klotho基因屬于血管FGF23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生。而且，濃度越高，心血管疾病的發病率越低。我們通過研究klotho基因表達與動脈粥樣硬化之間的關系，繼而推廣到klotho基因表達和人體心血管疾病的關系。據試驗結果表明，klotho基因缺失，人體出現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。

在治療心血管疾病方面，klotho基因可通過維持血管擴張，抑制血栓產生等途徑，實現治療心血管疾病的目的。動脈粥樣硬化最初表現為內皮功能障礙，是由內皮對血管功能的調節失衡所致，比如一氧化氮利用率顯著下降、細胞內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蛋白與癌癥的關系

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

分泌型klotho蛋白屬于內源性TGF-β1阻滯劑，可降低TGF-β1水平。另據相關報道顯示，在乳腺癌、宮頸癌等患者中，DNA的超甲基化對klotho基因產生了抑制作用，以致疾病產生［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，目前國內外鮮有報道。

2總結和展望

關于klotho蛋白的適應范圍，在上文中，我們著重探討了該蛋白物質與衰老、心血管疾病、腎損傷以及癌癥的關系，得出：klotho基因缺失，是導致上述現象產生的根本原因；而且，提升內源性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，隨著醫療水平的不斷提升，未來關于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］孫俊（1991.4-），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，醫學博士，主治醫師，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