α-Klotho蛋白在肾性继发性甲状旁腺功能亢进中的作用

闫军放 综述 郝 丽，张 凌 审校

继发性甲状旁腺功能亢进(secondary hyperparathyroidism，SHPT)是慢性肾脏病－矿物质和骨代谢紊乱(chronic kidney disease-mineral and bone disorder，CKD-MBD)最常见的一种表现形式，是慢性肾脏病最常见并发症之一。早期主要表现为血清生化指标的异常，如钙、磷代谢紊乱及甲状旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)升高，临床症状多不明显。随着病情进展，逐渐发展成持续性或难治性SHPT［1］，除出现难以控制的钙磷代谢紊乱及PTH升高外，临床上还可表现为:①骨病:骨痛、骨折、急性关节周围炎、自发性肌腱断裂及肌肉软弱、肌病等;②心血管系统损伤:血管及心脏瓣膜钙化、心血管结构和功能的改变、心源性猝死等;③ 皮肤损伤:包括皮肤钙化、瘙痒、溃疡形成及组织坏死等;④钙化防御，即钙化性尿毒症动脉病变(calcific-uremicarterriolopathy，CUA);⑤ 其他如贫血、生长迟缓、失眠、不安腿综合征等［2－3］。严重病例可表现为退缩人综合征［4］(shrinking man syndrome，SMS)、Sagliker综合征［5－6］。SHPT 与原有肾脏病构成恶性循环，严重影响患者的生存及预后。

SHPT发病机制目前尚未完全明确，传统观点认为其机制主要为各种原因引起的低钙、高磷刺激甲状旁腺合成并分泌PTH［7］。目前认为抗衰老蛋白α-Klotho(以区别于后来在肠道内发现的 β-Klotho，下文中Klotho即指α-Klotho)在调节钙磷代谢及SHPT发展中起着重要作用［8］。

1 Klotho蛋白简介

Klotho基因是新发现的与人类衰老相关的基因，于1997年由 Kuro-o et al［9］在研究自发型高血压时发现。人类Klotho基因定位于染色体13q12区域，全长50 kbp，由4个内含子和5个外显子组成。研究［10］表明，Klotho基因 mRNA第三外显子有一内在选择性剪切位点，50 bp片段插入该剪切位点，其RNA只表达3个外显子，从而编码可溶性Klotho蛋白(sKlotho)，又称分泌型Klotho或循环型Klotho，其约549个氨基酸，存在于血液、尿液、脑脊液中，以游离形式发挥生物学效应;如果该剪切位点没有接受50 bp片段插入，其外显子全部表达而编码模型Klotho蛋白，这种模型蛋白为一次性跨膜蛋白，含有1 012个氨基酸，包括N端信号序列、胞内区、跨膜区和胞外区(含有两个重复序列 KLl、KL2)。KL1和KL2含有550个氨基酸，和β-糖苷酶同源。KL1和KL2之间含有Lys-Lys-Arg-Lys序列，此为蛋白水解酶的作用位点。如被蛋白水解酶水解，则胞外区脱落形成分泌型蛋白(缺少 KL2、跨膜区和胞内区)。目前研究［11］显示，分泌型Klotho蛋白，即循环中的Klotho蛋白有3种来源:Klotho基因直接编码;膜型Klotho蛋白水解片段脱落入血;Klotho蛋白通过与Na+/K+-ATP酶结合从内质网和高尔基体上转移至细胞膜表面，之后被水解。

2 模型Klotho蛋白在SHPT发生发展中的作用

Klotho蛋白主要在肾脏和甲状旁腺中表达。Klotho蛋白作为 FGF23需辅助受体，可以调节FGF23 4种受体(FGFR1、FGFR2、FGFR3和 FGFR4)的活性，使受体由低亲和力的特性转化为高亲和力［12］，与 FGF23结合形成所谓的 FGF23-Klotho轴［13］，在调节钙磷代谢、PTH生成及分泌中起着重要作用。见图1。

图1 组织与循环Klotho蛋白在甲状旁腺及肾脏作用示意图

2.1 Klotho蛋白在肾脏中的作用 Klotho蛋白在肾脏可与FGF23协同，抑制肾脏近端小管对磷的重吸收。和FGFR受体相互作用，抑制25(OH)-维生素D-1α羟化酶，减少1，25(OH)2D3(活性维生素D3)的生成，并促进其灭活，进而调节机体的钙磷代谢。在肾脏，Klotho蛋白主要表达在远端小管，且此段小管表达FGFR1，说明肾远端小管可能是FGF23的效应部位［14］。但肾脏重吸收磷的部位主要在近端肾小管，而非远端肾小管。针对这一矛盾现象，可能的解释之一是分泌型sKlotho蛋白在肾脏内或肾脏外部出现转移，当sKlotho蛋白以及FGF23到达肾脏近端小管后，与近端小管上表达的FGFR3结合，从而发挥抑制近端小管重吸收磷的作用［15］。

2.2 Klotho在甲状旁腺中的作用 Klotho蛋白在甲状旁腺中的作用更加复杂。甲状旁腺组织表达Klotho蛋白及 FGFR，目前已经证实甲状旁腺是FGF23的靶器官［16］。在甲状旁腺组织中，FGF23可在受体水平与Klotho蛋白结合作用于甲状旁腺，调节PTH的生成与分泌。体内实验及离体实验均证实，Klotho蛋白能够使FGFR由低亲和力受体转化为高亲和力受体，与FGF23结合后，发挥FGF23对甲状旁腺细胞内PTH mRNA表达及PTH分泌的抑制效应。由此可见，FGF23发挥生物学效应需要Klotho蛋白存在，Klotho蛋白与 FGF23结合形成FGF23-Klotho轴。在此通路中 Klotho蛋白作为FGF23受体活化所必须的辅助因子，是必需辅助受体，在抑制PTH生成与分泌中起着重要作用。

大量的临床研究［1，7］观察慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)患者，特别是终末期 CKD患者，血清FGF23水平通常显著增高，同时伴有血清PTH的高表达，这一现象与FGF23能够降低血PTH水平的理论相悖。目前多项实验证据［17－18］证实，血清FGF23与PTH呈正相关。基于CKD患者血清FGF23水平与 PTH 呈正相关现象，Komaba et al［19］研究发现血清FGF23对PTH分泌抑制作用的减弱可能与Klotho、FGFR mRNA表达下降以及细胞增生标志物Ki67的上调有关，并认为甲状旁腺组织可能存在FGF23抵抗。同时Kumata et al［20］通过对离体后增生的甲状旁腺组织研究，也发现增生的甲状旁腺组织中Klotho、FGFR1c表达减少，钙敏感受体CaR表达亦下降，Klotho、FGFR1c与CaR表达呈正相关;同时细胞增生标志物Ki67表达亦上调。另外在结节性甲状旁腺组织Klotho蛋白及FGFR1c表达较弥漫性增生的甲状旁腺上的表达显著减少，此种现象说明随着SHPT病情进展，甲状旁腺腺体发生组织学改变，其组织中Klotho蛋白及FGFR1c表达逐渐减少。于是笔者认为增生的甲状旁腺Klotho及FGFR1c表达下降可能为FGF23抵抗的原因之一。针对甲状旁腺组织Klotho及FGFR与血清参数(如血清钙、磷、PTH等)之间的关系，因研究纳入的SHPT病例比较少(n=12)，且多个甲状旁腺腺体可能来自同一病例，不能确定所选的甲状旁腺腺体是否能够真实反应该病例，故在该研究中无法进行分析。

在甲状旁腺组织，Klotho蛋白不仅能通过与FGF23结合形成FGF23-Klotho轴发挥抑制PTH合成及分泌的作用，还可不依赖于FGF23，直接调节PTH合成、分泌。其机制是Klotho蛋白通过与甲状旁腺组织中Na+/K+-ATP酶的α1-亚单位分子间的相互作用，直接作用于Na+/K+-ATP酶，进而促进PTH合成及分泌［21］。然而CKD患者SHPT却不断进展，“甲状旁腺内存在阴－阳状态”这种假设或许能够解释这种现象［15］:在阴的状态时，虽然FGF23-FGFR途径对PTH分泌有抑制作用，但Klotho-Na+/K+-ATP酶途径完全激活，反而加强了PTH的分泌;相反在阳的状态时，由于Klotho蛋白下降，FGF23-FGFR途径抑制PTH分泌的作用不能完全发挥，导致PTH分泌增加，而Klotho-Na+/K+-ATP酶途径活性的下降不能抵消前者引起的PTH的增加，最终引起高水平的PTH。这种假设的基础是机体对PTH的合成及分泌有不断地刺激，而反调解机制仅部分有效。

3 sKlotho蛋白在SHPT中的作用

sKlotho蛋白以旁分泌和自分泌的形式发挥生物学效应［22］。

3.1 sKlotho作为激素作用于全身多个组织、器官

sKlotho蛋白作为一种激素，其靶目标为多种组织、器官，可发挥抗衰老、抑制细胞凋亡、心血管保护、调节血压、减少氧化应激以及避免肾脏纤维化等作用［23］。sKlotho蛋白减少，可诱发或加重心血管钙化等，进一步加重SHPT对患者的影响。

3.2 sKlotho以旁分泌形式发挥生理学效应 研究［24］显示Klotho蛋白具有 β-葡糖醛酸酶活性，其能通过旁分泌形式调解瞬时受体电位香草酸亚型1(TRPV5)和K+通道ROMK。TRPV5是肾脏远曲小管上皮细胞膜上的钙离子通道，是肾脏重吸收钙的部位。研究［25］表明，重组Klotho蛋白能够增强人胚肾细胞(HEK293)钙内流以及细胞表面TRPV5的表达。其能够水解TRPV5 N-寡聚糖链末端的唾液酸，末端唾液酸使半乳素1与TRPV5结合，结果使TRPV5的内化减少，TRPV5在上皮细胞膜表面的潴留增加。因此，Klotho蛋白的存在使肾脏对钙离子重吸收增加，以维持正常水平的血钙浓度。如前所述，在肾脏，Klotho蛋白可以与FGF23在肾脏近端小管与FGFR3相互作用，抑制肾脏对磷的重吸收。另外，sKlotho还可不依赖于FGF23，直接作用于肾近端小管刷状缘膜钠磷共转运体2a型(NaPi-2a)以及肠内NaPi-2b转运体，使两者表达及活性受到抑制，从而限制体内磷的重吸收，避免高磷血症的发生［26－27］。而对于 CKD 特别是尿毒症患者，由于DNA转甲基酶表达增加，DNA甲基化，导致CKD患者Klotho蛋白表达量较健康人群明显下降［28］，且随着CKD 进展Klotho渐减少［29－30］。减少的Klotho蛋白对钙重吸收以及抑制磷重吸收作用均明显减弱，导致低钙、高磷血症，最终引起SHPT的发生与发展。

4 小结

随着对Klotho蛋白研究的不断深入，其在肾性SHPT发生发展中的作用正被逐渐认识。目前已知Klotho蛋白能够以模型Klotho以及分泌型sKlotho形式，通过FGF23依赖以及非FGF23依赖的途径，调节钙磷代谢以及PTH合成及分泌，其与SHPT之间的关系正被不断地阐明。尽管如此，但仍有诸多问题，如Klotho蛋白、FGFR1c与甲状旁腺细胞增生及PTH合成、分泌之间确切的关系，以及SHPT中Klotho基因表达的调控机制、Klotho蛋白具体的传导信号等，目前尚不完全清楚，需要更进一步的研究。

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