Klotho蛋白在心室重構(gòu)中的研究進(jìn)展

李澤龍 綜述 魏玲，2 審校

(1.昆明醫(yī)科大學(xué)研究生部，云南昆明650000；2.成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院地方干部病房，云南昆明650000)

心力衰竭是導(dǎo)致全球人口致殘率及致死率增加的首要病因之一，盡管目前β受體阻滯劑、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑、鈣離子通道阻滯劑及醛固酮受體拮抗劑的臨床應(yīng)用豐富了心力衰竭的治療措施，但效果卻不盡如人意。Klotho蛋白是一類(lèi)與衰老相關(guān)的蛋白。近年的研究表明，其與心血管疾病關(guān)系密切。隨著Klotho蛋白在心室重構(gòu)中的研究逐漸增多，可能為今后心力衰竭的治療提供新的方法。

1 Klotho蛋白概述

Klotho基因是于1997年在自發(fā)性高血壓大鼠模型中發(fā)現(xiàn)的與衰老相關(guān)的基因[1]。隨著與其相關(guān)的兩個(gè)旁源同系物βKlotho和γKlotho的發(fā)現(xiàn)[2-3]，原來(lái)的Klotho基因被重新命名為αKlotho(以下仍稱為Klotho)。由Klotho基因編碼的蛋白質(zhì)為單次Ⅰ型跨膜蛋白，有全長(zhǎng)的膜結(jié)合型(mKL)和可溶性分泌型(sKL)兩種形式，不同類(lèi)型Klotho蛋白在人和動(dòng)物體內(nèi)的含量不同，在小鼠體內(nèi)以膜結(jié)合型為主，分泌型為輔，而在人體剛好相反[4-5]。膜結(jié)合型Klotho由兩個(gè)獨(dú)立的胞外糖基水解酶結(jié)構(gòu)域KL1和KL2、跨膜區(qū)段及小的胞內(nèi)域組成，其中KL1和KL2是Klotho蛋白的結(jié)構(gòu)和功能中心[6]。通過(guò)與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體形成復(fù)合物，并作為遠(yuǎn)端小管中纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-23的共受體，參與鈣磷等礦物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)[7-8]。而可溶性分泌型Klotho由膜錨定蛋白酶ADAM10和ADAM17對(duì)膜結(jié)合型Klotho的胞外結(jié)構(gòu)域進(jìn)行蛋白酶切或通過(guò)RNA的選擇性剪接后產(chǎn)生[5-9]。其釋放至血液中作為內(nèi)源性激素，通過(guò)調(diào)節(jié)離子通道/轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和生長(zhǎng)因子信號(hào)等多種信號(hào)通路，發(fā)揮抗炎、抗氧化、抗凋亡、血管保護(hù)作用等多種生物學(xué)效應(yīng)[10]，Klotho蛋白的結(jié)構(gòu)及功能特征是其能夠參與心室重構(gòu)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。

2 Klotho蛋白與心肌肥厚

心肌肥厚是心室重構(gòu)的重要特點(diǎn)，作為代償機(jī)制，起初能通過(guò)增強(qiáng)心肌收縮力維持相對(duì)正常的心臟泵血，但長(zhǎng)期的心肌肥厚，終將出現(xiàn)心功能失代償而導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生。Klotho蛋白可緩解多種因素引起的心肌肥厚。Yu等[11]發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白能顯著抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的乳鼠心肌細(xì)胞的肥大性生長(zhǎng)，降低細(xì)胞表面積，抑制β-肌球蛋白重鏈表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白發(fā)揮上述作用與抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白通路的激活及下調(diào)血管緊張素Ⅱ1型受體蛋白質(zhì)的表達(dá)有關(guān)，當(dāng)使用血管緊張素Ⅱ1型受體拮抗劑洛沙坦后，Wnt/β-連環(huán)蛋白通路的活化被抑制。Yang等[12]發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白可緩解吲哚酚硫酸鹽誘導(dǎo)的心肌肥厚，他們通過(guò)分析86例慢性腎臟病患者血清中吲哚酚硫酸鹽與Klotho蛋白的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者呈負(fù)相關(guān)并且分別與左室肥厚獨(dú)立相關(guān)，慢性腎臟病模型小鼠予以Klotho蛋白腹腔注射能顯著抑制左室肥厚的進(jìn)展。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白可阻斷吲哚酚硫酸鹽誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激并抑制p38和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2信號(hào)通路活化。在異丙腎上腺素(ISO)誘導(dǎo)的心室重構(gòu)模型中，Klotho蛋白可通過(guò)抑制氧化應(yīng)激部分逆轉(zhuǎn)ISO誘導(dǎo)的心臟結(jié)構(gòu)改變，如體重/體重指數(shù)的增加、心肌細(xì)胞肥大、心肌纖維排列紊亂[13]。此外，Klotho蛋白還可通過(guò)激活鈉鉀ATP酶、抑制鈉鈣交換體，抑制ISO誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超載，降低肥厚基因如心房鈉尿肽、腦鈉肽及β-肌球蛋白重鏈的表達(dá)[14]。

3 Klotho蛋白與凋亡

機(jī)體的氧化/抗氧化防御系統(tǒng)失衡是引起心肌損傷、促進(jìn)細(xì)胞凋亡的重要原因。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2)是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的與調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)最為密切的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。其與下游的血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)共同組成Nrf2/HO-1信號(hào)通路系統(tǒng)，參與調(diào)控諸多刺激引起的心肌氧化損傷[15-17]。而Klotho蛋白可誘導(dǎo)Nrf2和HO-1及Prx-1(peroxiredoxin-1，Prx-1)的表達(dá)，當(dāng)沉默Nrf2表達(dá)后，Klotho蛋白對(duì)HO-1和Prx-1的誘導(dǎo)作用減弱[18]。提示Klotho蛋白對(duì)Nrf2/HO-1信號(hào)通路具有直接調(diào)控作用。除了直接調(diào)控作用外，Klotho蛋白也可通過(guò)中間激酶的激活，間接調(diào)控Nrf2的表達(dá)，Zhu等[19]在多柔比星誘導(dǎo)的心臟毒性模型中發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白能降低心肌內(nèi)氧自由基聚集，抑制心肌凋亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白改善了絲裂原活化蛋白激酶的磷酸化、Nrf2易位及HO-1和Prx-1的表達(dá)，而當(dāng)使用絲裂原活化蛋白激酶特異性抑制劑或siRNA沉默其表達(dá)后上述改善作用減弱。表明Klotho蛋白通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶間接調(diào)控Nrf2及HO-1表達(dá)。此外。Ai等[20]在心肌缺氧/復(fù)氧損傷模型中發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白預(yù)處理能顯著降低細(xì)胞內(nèi)氧自由基及乳酸脫氫酶聚集，增加SOD表達(dá)，提高心肌細(xì)胞在心肌缺氧/復(fù)氧下的抗凋亡能力，其機(jī)制可能與抑制叉頭框蛋白O1和蛋白激酶B的磷酸化以及抑制叉頭框蛋白O1的細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移有關(guān)。而蛋白激酶B磷酸化后具有激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路的作用[21]。上述研究表明，Klotho蛋白可通過(guò)直接或間接調(diào)控Nrf2/HO-1信號(hào)通路，保護(hù)心肌免受氧化應(yīng)激損傷，抑制心肌凋亡。

4 Klotho蛋白與纖維化

心肌纖維化是心室重構(gòu)重要的機(jī)制之一，心肌纖維化表現(xiàn)心肌中膠原纖維過(guò)度沉積，各型膠原比例失調(diào)，心肌纖維排列紊亂，同時(shí)伴有心肌成纖維細(xì)胞的增生。大量研究表明，心肌纖維化與細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)通路激活密切相關(guān)。而Klotho蛋白可通過(guò)作用于不同的信號(hào)通路，發(fā)揮抗纖維化作用。

4.1 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1/Smads信號(hào)通路

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β1為T(mén)GF-β超家族成員之一，是目前已知的與心肌纖維化關(guān)系最為密切的生長(zhǎng)因子。目前認(rèn)為，TGF-β1促纖維化作用主要通過(guò)調(diào)控其下游信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)。TGF-β1在活化過(guò)程中，首先要和TGF-βⅡ型受體(TGF-β receptor Ⅱ，TβR Ⅱ)結(jié)合，后者磷酸化并活化TGF-βⅠ型受體(TGF-β receptor Ⅰ，TβR Ⅰ)，活化的TβR Ⅰ 進(jìn)而磷酸化并激活下游經(jīng)典的Smad信號(hào)通路和非經(jīng)典Smad信號(hào)途徑，從而發(fā)揮各種病理生理學(xué)效應(yīng)。而Klotho蛋白能直接與TβRⅡ結(jié)合并抑制TGF-β1的結(jié)合，進(jìn)而抑制Smad2磷酸化并降低其轉(zhuǎn)錄活性，從而抑制TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)[22]。體外實(shí)驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白能直接抑制由TGF-β1誘導(dǎo)的心肌纖維化[23]。在高糖刺激的腎小球系膜細(xì)胞中，過(guò)表達(dá)Klotho能夠下調(diào)腎小球系膜細(xì)胞中的早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子1，纖連蛋白和Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)以及磷酸化Smad3/Smad3比率，相反，siRNA介導(dǎo)的Klotho沉默上調(diào)上述指標(biāo)的表達(dá)[24]，表明Klotho蛋白能抑制TGF-β1/Smads信號(hào)通路，進(jìn)而發(fā)揮抗纖維化作用。

4.2 單磷酸腺苷活化蛋白激酶信號(hào)通路

單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)是生物體能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子，能夠準(zhǔn)確感應(yīng)細(xì)胞能量代謝狀態(tài)的變化，維持能量代謝的平衡。在AMPK與小鼠衰老相關(guān)心室重構(gòu)的研究中，ISO皮下注射能降低心肌內(nèi)AMPK活性。與野生年輕組小鼠相比，ISO可誘導(dǎo)年輕AMPKα2敲除組(KO)小鼠發(fā)生更嚴(yán)重的心肌纖維化，而野生型老年小鼠心臟纖維化程度與年輕KO小鼠相似[25]。表明AMPK與心肌纖維化呈負(fù)相關(guān)。而Lin等[26]發(fā)現(xiàn)，高脂飲食喂養(yǎng)5周即可增加Klotho表達(dá)缺失的雜合子[kl(+/-)]小鼠主動(dòng)脈脈搏波傳導(dǎo)速度，而野生型小鼠不出現(xiàn)，且kl(+/-)小鼠血壓升高更加明顯。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Klotho基因缺陷加劇高脂飲食誘導(dǎo)的主動(dòng)脈Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β1表達(dá)，降低磷酸化的AMPKα、內(nèi)皮一氧化氮合成酶和Mn-SOD蛋白水平，而使用AMPKα激活劑5-氨基-4甲酰胺咪唑核糖核苷酸能升高AMPKα、一氧化氮合成酶的磷酸化及Mn-SOD的表達(dá)并抑制Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β1表達(dá)。上述研究表明，Klotho參與AMPK的抗纖維化調(diào)節(jié)，AMPK抑制纖維化機(jī)制可能與下調(diào)TGF-β1的表達(dá)有關(guān)。

4.3 核因子κB信號(hào)通路

急性心肌梗死后1～8周于心肌中均檢測(cè)到高水平核因子κBp65蛋白的表達(dá)[27]。且在自發(fā)性高血壓大鼠模型中，淫羊藿次苷Ⅱ(淫羊藿的主要代謝成分)能通過(guò)抑制核因子κBp65蛋白的表達(dá)及TGF-β1/Smad2信號(hào)通路，顯著改善左室功能并降低左室心肌膠原面積[28]。表明核因子κB信號(hào)通路的活化能促進(jìn)心肌纖維化。而Klotho能抑制核因子κB的活化及其下游促炎基因的轉(zhuǎn)錄。Jin等[29]在環(huán)孢霉素A誘導(dǎo)的腎病模型中發(fā)現(xiàn)，腺病毒轉(zhuǎn)染αKlotho能夠降低核因子κBp65蛋白的表達(dá)，抑制炎性細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α、白介素-6、白介素-12和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的產(chǎn)生，降低腎小管間質(zhì)纖維化評(píng)分及巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和單核細(xì)胞趨化蛋白1的表達(dá)。Hui等[30]發(fā)現(xiàn)，衰老小鼠心臟中Klotho水平較低，并在內(nèi)毒素血癥期間進(jìn)一步降低。在衰老的內(nèi)毒素血癥小鼠中，重組Klotho蛋白增加心肌熱休克蛋白70的表達(dá)，抑制核因子κB活化，降低細(xì)胞因子水平，改善心臟功能。

5 展望

隨著對(duì)Klotho蛋白的研究逐步深入，其在心臟保護(hù)作用中的機(jī)制也在不斷被闡明。臨床研究發(fā)現(xiàn)，具有顯著冠狀動(dòng)脈疾病的患者心肌活檢及血清中均發(fā)現(xiàn)Klotho蛋白濃度降低[31-32]；但亦有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，大小鼠急性心肌梗死后4周血清Klotho蛋白的表達(dá)變化與假手術(shù)組無(wú)明顯差異[33]，而Paula等[34]的臨床研究更指出，在有既往心肌梗死病史的患者，其血清Klotho蛋白是升高的。故目前對(duì)冠心病，尤其是急性心肌梗死患者心肌及血清中Klotho蛋白的表達(dá)變化研究結(jié)果尚不一致，仍需進(jìn)一步的大規(guī)模臨床試驗(yàn)加以證實(shí)，而Klotho蛋白能否抑制心肌梗死后心室重構(gòu)也尚需進(jìn)一步探索研究。