Klotho在診治腎臟疾病中的應(yīng)用進(jìn)展＊

邱憶，王金艷綜述；鐘愛民，陳紅審校

(1.江西省人民醫(yī)院，南昌 330006；2.江西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，南昌 330006)

Klotho基因是Kuro-o等[1]于1997年研究模擬人類衰老的小鼠時發(fā)現(xiàn)的，Klotho基因敲除小鼠于4周齡時表現(xiàn)出一系列衰老癥狀，如血管硬化、異位鈣化、血管內(nèi)皮功能障礙等。

進(jìn)一步研究表明，Klotho基因與人類衰老有關(guān)，人類Klotho基因位于常染色體13q12，主要在腎臟、甲狀旁腺及腦內(nèi)脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞表達(dá)，最近發(fā)現(xiàn)其在血管中也有表達(dá)[2]，Klotho基因所編碼的蛋白具有三種亞型：α-Klotho、β-Klotho 和 γ-Klotho，其中α-Klotho是最主要的蛋白亞型和功能類型，通常以膜型和分泌型兩種形式存在于人體中。

膜型Klotho蛋白是一種跨膜蛋白，可在不同組織表達(dá)，如大腦、甲狀旁腺、冠狀動脈等[2]，并在腎的遠(yuǎn)端小管高表達(dá)[3，4]，與 FGF 受體(FGFR)組合成四聚體復(fù)合物后，可作為FGF23的高親和力共受體，參與調(diào)節(jié) 1，25-二羥維生素 D3（1，25-dihydroxy vitamin D3）、甲狀旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）的合成以促進(jìn)尿磷排泄；而分泌型Klotho蛋白[5，6]不具備跨膜結(jié)構(gòu)，其作為一種體液因子以游離的形式發(fā)揮多種生物學(xué)作用，如抑制氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)多種離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性等。

1 Klotho與急性腎損傷

急性腎損傷（AKI）主要特征是腎功能急劇下降，其死亡率高、預(yù)后差。大量研究表明，Klotho有望成為急性腎損傷的良好生物學(xué)標(biāo)志物。研究者通過建立急性腎損傷動物模型 （如輸尿管梗阻[7]、低血容量[8]、腎毒素[9]、缺血再灌注損傷[10]、膿毒癥[11]等），發(fā)現(xiàn)以上幾種原因引起的腎功能損害均伴隨著Klotho的表達(dá)水平下降。

在缺血-再灌注急性腎損傷的嚙齒類動物模型中[10]，Klotho蛋白水平在急性腎損傷發(fā)生3h后便出現(xiàn)顯著降低，呈持續(xù)下降趨勢，而其它重要指標(biāo)，如血肌酐、血液和腎臟的中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白 (neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)[12]在腎損傷5h后開始上升，表明Klotho可能是早期診斷急性腎損傷的新型生物學(xué)標(biāo)志物。此外，有研究[11]通過轉(zhuǎn)基因的方式將Klotho基因轉(zhuǎn)染入腎臟，后出現(xiàn)血肌酐和尿素氮水平明顯下降，這表明Klotho蛋白可有效保護(hù)缺血再灌注引起的AKI，從而改善腎功能。

王順等[13]通過研究該院150例ICU住院患者，發(fā)現(xiàn)AKI組患者基線血清Klotho水平明顯低于非AKI組，且AKI組死亡患者的比例顯著高于非AKI組，并發(fā)現(xiàn)Klotho對于早期診斷AKI發(fā)生，無論靈敏度還是特異度均優(yōu)于Scr、NGAL，并且Klotho聯(lián)合Scr相比單靠Scr診斷AKI更利于早期發(fā)現(xiàn)腎功能異常。

2 Klotho與慢性腎臟病

慢性腎臟病是日益嚴(yán)重的全球公共衛(wèi)生問題，其發(fā)病率及病死率高，研究[14]表明：CKD早期，血清中Klotho蛋白的水平便開始下降，與GFR的下降趨勢呈正比，這種變化顯然先于血肌酐、血尿素氮等指標(biāo)的變化，并具有一定特異性。李莎莎[15]等通過對130例CKD患者隨訪發(fā)現(xiàn)：腎功能惡化的患者，可表現(xiàn)出Klotho水平下降更明顯，提示Klotho蛋白水平隨腎功能的惡化而下降。Zhang等人[16]通過構(gòu)建CKD模型小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠血清、腎臟組織中的Klotho蛋白水平顯著低于正常小鼠，通過注射給予外源性Klotho蛋白可以一定程度緩解慢性腎臟病的癥狀。此外，研究表明，過表達(dá)sKlotho可降低細(xì)胞中氧化應(yīng)激水平，從而實(shí)現(xiàn)腎臟保護(hù)作用[17]。因此，Klotho不僅是有助于CKD早期診斷的生物標(biāo)志物，其過表達(dá)還具有抗氧化應(yīng)激，延緩CKD進(jìn)程、保護(hù)腎功能的作用[18]。

慢性腎臟病發(fā)展為終末期尿毒癥的主要表現(xiàn)為腎間質(zhì)纖維化。研究[17]顯示，腎臟纖維化、硬化可能是由于TGF-β1促進(jìn)基質(zhì)合成的同時引起基質(zhì)降解減少所導(dǎo)致的，已有研究表明Klotho蛋白可抑制 TGF-β1 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[19]、Wnt/β-catenin[20]、ERKl/2-p38[21]激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而抑制腎組織纖維化。另外有研究[22，23]表明Klotho蛋白可以通過與成纖維細(xì)胞因子2（FGF2）競爭結(jié)合FGFR1抑制FGF2信號通路活性，抑制其促纖維細(xì)胞增生的作用，從而使得腎間質(zhì)纖維化得以改善，通過補(bǔ)充Klotho 或上調(diào) Klotho 表達(dá)[24，25]，腎間質(zhì)纖維化的進(jìn)展可被抑制，并促進(jìn)腎臟恢復(fù)。

3 Klotho與慢性腎臟病礦物質(zhì)及骨代謝紊亂

CKD-MBD是CKD患者的嚴(yán)重并發(fā)癥，除表現(xiàn)為繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)（SHPT）、礦物質(zhì)-骨代謝異常之外，還可出現(xiàn)轉(zhuǎn)移性鈣化，增加了慢性腎臟病患者的死亡率，因此臨床治療過程中，應(yīng)注意維持正常的鈣磷平衡。

成纖維細(xì)胞生長因子-23(FGF-23)是一種骨源性調(diào)磷激素，有著重要的調(diào)節(jié)意義，分泌型Klotho可作為FGF-23信號的第二信使，與FGF23共同組成成纖維細(xì)胞生長因子受體(FGFR)/Klotho復(fù)合物，該復(fù)合物的生理作用為調(diào)節(jié)磷和維生素D代謝，機(jī)制是通過抑制近端小管上NaPi-2a和NaPi-2c的表達(dá)，減少腎小管對磷的重吸收[26]；通過刺激24-羥化酶，減少腎臟 1，25（OH）2D 的生成，從而減少腸道對鈣、磷的吸收[27]。此外，研究顯示sKlotho可獨(dú)立于FGF23直接抑制NaPi-2a在近端小管上的表達(dá)[28]，從而發(fā)揮調(diào)磷作用，可見Klotho與鈣磷代謝密切相關(guān)。

合并SHPT的CKD患者體內(nèi)通常有較高的FGF23水平，而Klotho和FGFR的表達(dá)卻明顯下降[29，30]。正常生理狀態(tài)下，F(xiàn)GF23可通過FGF23-FGFR-Klotho途徑抑制甲狀旁腺產(chǎn)生PTH[31]，但在病理狀態(tài)下，如CKD末期，由于Klotho、FGFR表達(dá)的下調(diào)，異常增高的FGF23無法有效起到抑制PTH產(chǎn)生的作用，最終甲狀旁腺對FGF23的作用出現(xiàn)抵抗[32]。動物實(shí)驗(yàn)[33]通過對單側(cè)腎切除、對側(cè)腎缺血再灌注損傷的CKD小鼠模型與野生型CKD小鼠模型進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)高表達(dá)Klotho的轉(zhuǎn)基因小鼠的血漿PTH水平明顯低于野生型CKD小鼠，由此表明：Klotho表達(dá)增加可抑制PTH分泌。

4 Klotho與慢性腎臟病患者心血管疾病

慢性腎臟病患者常并發(fā)心血管疾病，主要表現(xiàn)為左心室肥厚、動脈硬化、異位鈣化等，大量的研究顯示，F(xiàn)GF23是心血管疾病的獨(dú)立危險因素之一，它可通過某種特定的機(jī)制引起血管鈣化、動脈硬化、心室肥厚等病理改變，其致病作用與Klotho蛋白密切相關(guān)。

國外一項動物實(shí)驗(yàn)[34]發(fā)現(xiàn)，發(fā)生動脈粥樣硬化的尿毒癥小鼠體內(nèi)的Klotho表達(dá)明顯下降。一項橫斷面研究發(fā)現(xiàn)[35]，在進(jìn)行維持性血液透析的患者中，可出現(xiàn)sKlotho表達(dá)水平明顯降低，且sKlotho越低，患者頸動脈內(nèi)膜中層厚度（CIMT）增加的程度越大，左心功能不全、冠脈疾病（CAD）的發(fā)生率也隨之增高，并發(fā)現(xiàn) sKlotho與 CIMT、CAD和LVEF（左室射血分?jǐn)?shù)）有密切相關(guān)性。另一項研究發(fā)現(xiàn)[36]，CKD患者的主動脈鈣化程度與Klotho負(fù)相關(guān)，Klotho較低的患者更易出現(xiàn)冠脈疾病和左心功能不全。丁浩等[37]的臨床研究發(fā)現(xiàn)血清Klotho蛋白水平下降是血管鈣化的獨(dú)立預(yù)測因子。以上均表明Klotho與CKD患者并發(fā)CVD密切相關(guān)，有望成為CKD患者并發(fā)心血管疾病的一項敏感預(yù)測因子及有效治療靶點(diǎn)。

5 Klotho與糖尿病腎病

糖尿病腎病(DN)是糖尿病的常見并發(fā)癥，其發(fā)病特征主要為血流動力學(xué)改變、腎間質(zhì)纖維化、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激等，而Klotho具有抗纖維化、抗炎性反應(yīng)、抗細(xì)胞凋亡、抗氧化應(yīng)激等作用，因此人們開始探究Klotho在糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展過程中的作用。

通過研究糖尿病腎病小鼠的腎臟組織，發(fā)現(xiàn)Klotho mRNA水平及Klotho蛋白含量均出現(xiàn)明顯下降[38]。RAAS[39]、TGF-β、Wnt等通路的激活可抑制腎臟Klotho蛋白的表達(dá)，三者是參與糖尿病腎病的發(fā)生與發(fā)展的重要途徑，然而，上調(diào)Klotho蛋白水平可抑制上述途徑，從而發(fā)揮腎臟保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)[40，41]血管緊張素Ⅱ可影響氧化應(yīng)激并抑制Klotho蛋白的表達(dá)，另一項研究[42]通過將Klotho基因?qū)氡贿B續(xù)注射血管緊張素Ⅱ的大鼠體內(nèi)后，腎小球?yàn)V過率出現(xiàn)增加，尿蛋白明顯減少，組織學(xué)病理學(xué)顯示腎小管間質(zhì)損傷也有所減輕，這表表明升高Klotho水平可改善由血管緊張素Ⅱ引起的腎臟損害。研究[43]表明在DN中，Klotho的缺乏可增加細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子Smad2和TGFβ1的表達(dá)，從而促進(jìn)腎臟纖維化，而在糖尿病小鼠中，通過增加klotho表達(dá)可抑制TGFβ1以阻止高血糖引起的膠原合成，延緩腎間質(zhì)纖維化。

6 Klotho基因與腎惡性腫瘤

原發(fā)性腎癌的發(fā)生發(fā)展是多因素參與的復(fù)雜過程，沒有特異性的預(yù)測指標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)Klotho蛋白在腎癌、乳腺癌、肝癌等多種腫瘤組織中表達(dá)水平較低，說明Klotho可能是一個腫瘤抑制因子[44]。Gigante的研究[45]發(fā)現(xiàn)分泌型Klotho蛋白在腎癌組織和血清中表達(dá)顯著降低，且隨著腫瘤的進(jìn)程下降趨勢越明顯。Zhu等[46]研究發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白在腎癌組織中的表達(dá)與原發(fā)腫瘤的大小、臨床分級分期呈負(fù)相關(guān)。研究[47，48]結(jié)果顯示磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號通路在腎透明細(xì)胞癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，而Klotho蛋白可通過抑制該信號通路阻遏上皮細(xì)胞間質(zhì)的轉(zhuǎn)型以及腫瘤的侵襲。在腎癌小鼠模型[49]中注射分泌型Klotho蛋白可使癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力降低，并延長小鼠的生存時間。大量研究表明Klotho基因的表達(dá)與腫瘤細(xì)胞分化程度、臨床分期、預(yù)后等密切相關(guān)，其可能成為預(yù)測腫瘤發(fā)生及預(yù)后的重要臨床標(biāo)志物，并有可能起到一定的治療作用。

Klotho的臨床效用可分別涵蓋兩個領(lǐng)域，診斷和治療。Klotho可用作早期腎臟疾病檢測的良好生物標(biāo)志物；另一方面，通過外源性補(bǔ)充Klotho可對AKI和CKD起到治療作用。為充分了解并利用Klotho的潛在價值，還需更進(jìn)一步的研究。