klotho蛋白与疾病的研究进展

孙俊，周丁华.山西医科大学第二临床医学院，山西太原　03004；.火箭军总医院肝胆外科，北京　00088



klotho蛋白与疾病的研究进展

孙俊1，周丁华2
1.山西医科大学第二临床医学院，山西太原030024；2.火箭军总医院肝胆外科，北京100088

［摘要］klotho基因主要存在于肾脏及脑组织中，通过基因表达，产生两种蛋白物质：（1）膜结合型蛋白，即膜结合受体；（2）分泌型蛋白，即体液调节因子。以上两种蛋白物质，均对心血管疾病起到显著的保护效果，其作用途径为调节机体相关元素代谢，比如维生素D，再比如钙和磷等元素。另外，两种蛋白物质在抗衰老过程中的作用也不可忽视。据相关报道显示，klotho蛋白对人体的影响，还涉及到肾损伤、癌症以及其他代谢疾病。

［关键词］klotho；心血管疾病；癌症；肾损伤

关于Klotho基因的发现，最早来源于日本学者Kuro-o。Kuro-o在一篇关于自发性高血压的研究报告中指出，Klotho基因与机体衰老具有某种相关性［1］。他还进一步指出，klotho基因主要存在于肾脏及脑组织中，通过基因表达，产生膜结合受体和体液调节因子两种蛋白物质。该研究报告提示，老鼠的机体内一旦缺乏Klotho基因，将出现类似于人体动脉粥样硬化、皮肤萎缩、骨质疏松等功能紊乱现象。本研究旨在对Klotho蛋白在衰老、心血管疾病、肾损伤以及癌症中的影响进行探讨。

1 klotho蛋白与临床疾病的相关性

1.1 klotho蛋白在抗衰老中的重要性

以老鼠为例，一旦klotho缺失或突变，将出现与人体极为相似的衰老体征。根据最新研究报告显示，在哺乳动物机体内，klotho蛋白的重要性尤为明显，据推测，该蛋白物质极有可能为抗衰老激素，而且，该蛋白物质出现缺失，人体立即呈现衰老趋势。最近，我们对一位动脉粥样硬化患者进行检查时发现，该患者的血管内皮细胞内产生衰老症状。因此，我们初步判断机体衰老可能与klotho蛋白缺失有关。

根据与衰老相关的β-半乳糖染色法提示：Klotho 对HUVEC的衰老起到了明显的抑制作用，而且，Klotho 对p53、p21的表达程度明显降低。王健等人［2］指出，Akt活性增强，将减少人体内皮细胞寿命；但Klotho基因存在，导致Akt活性增强大大降低，最终达到控制细胞衰老的目的；与此同时，Akt活性降低，也导致了p53、p21的表达程度全面降低。

关于干细胞功能紊乱是否引起机体出现正常衰老这一论点，我们将再次以老鼠为例：Klotho基因敲除老鼠各组织器官的试验提示，当机体衰老加速时，老鼠机体内干细胞数量出现了明显下降。根据细胞培养试验结果可知，分泌型糖蛋白（Wnt）在Klotho基因作用下，其活性明显受到抑制；一旦Klotho基因缺失，Wnt活性反而加强。据此，我们可得出如下结论：（1）Wnt活性加强是导致细胞加速衰老的根本原因；（2）Klotho基因在机体内主要对Wnt活性起抑制作用，尤其针对内源和外源Wnt。

2 klotho蛋白对肾脏的保护效果

klotho蛋白对肾脏的作用主要体现在急性肾损伤和慢性肾脏疾病两方面。据不同肾脏损伤患者的诊断结果提示，所有患者均出现klotho基因表达程度降低的现象，而且随着klotho基因表达的降低，患者的肾脏损害程度越明显。据此，不难得知，klotho基因与肾脏损伤有着不容割舍的关系。随后，我们给予该类患者提供相应量的外源性klotho蛋白支持，经诊断发现，患者的病情出现了相应程度的好转或改善。另有相关报道，报道了类似的病例，该医院通过提升内源性klotho基因表达也达到了同等的治疗效果。可见，促进klotho基因表达是缓解各种肾脏疾病的最有效途径之一。

治疗后，我们针对klotho基因的作用机制展开了针对性讨论，讨论会上一致认为klotho基因可通过如下途径，达到缓解各种肾脏疾病的目的：（1）抑制氧化应激反应；（2）抑制肾素-血管紧张素系统；（3）缓解线粒体功能。以上论述内容与诸多报道结果一致，如梅劲春等人［3］也提出了类似的观点。

2.1 klotho蛋白在急性肾损伤中的治疗价值

在治疗急性肾损伤方面，klotho蛋白扮演生物标志物的角色。在急性肾损伤的初期阶段，最明显的体征是klotho缺失，换言之，klotho缺失是急性肾损伤的致病因素。肾脏前出现缺血症状，肾脏中有毒素产生，肾脏后伴输尿管梗阻，等一系列临床表现，共同作用导致klotho缺失。因此，提升klotho基因表达可显著改善急性肾损伤［4-5］。在Kuro-o的研究报告中，还提供了一项全新的理论，即分泌型klotho蛋白可有效阻滞转化生长因子（TGF）-β1信号肽的传导。肾纤维化正是由TGF-β1在Ⅰ型、Ⅱ型受体丝氨酸-苏氨酸激酶作为传导介质的作用下诱发，其作用机制如下：TGF-β1与Ⅱ型受体丝氨酸-苏氨酸激酶迅速结合，形成TGF-βR2，并激活Ⅰ型TGF-β受体，形成TGF-βR1，从而与分泌型klotho蛋白参与到关于TGF-βR2竞争中。但由于分泌型klotho蛋白的作用，导致TGF-βR1竞争力大大降低，TGF-β1的传导作用也随之受到抑制。总之，klotho蛋白可通过抑制TGF-β1的传导作用，实现对急性肾损伤的保护［6］。

2.2 klotho蛋白与慢性肾脏疾病

慢性肾脏疾病是由肾小管间质损害及其上皮细胞凋亡所致。在老鼠试验中，通过大量注射血管紧张素Ⅱ，klotho基因表达程度明显降低，而且，观察腺病毒载体可知，蛋白尿含量也明显降低，肾功能明显改善。在观察前，我们率先静脉注入了klotho基因。因此，klotho基因的表达，可能是机体功能恢复良好的关键。随后，我们进行了反复试验，最终均提示相同的结论。据此，可得出，提升klotho基因表达，可减缓慢性肾脏疾病［7］。

另外，我们为进一步论证结论的真实性，对试验结果进行了如下分析：一只klotho基因缺失的老鼠，该老鼠血液中FGF23水平较高，出现了高磷血症，同时，还合并多种并发症，如心脏肥大、血管钙化以及骨质降低等。以上这些并发症，在慢性肾脏疾病患者身上也出现过。据此，我们可得出，一旦klotho基因缺失，患者出现慢性肾脏疾病的风险较高［8］。

通过以上分析，我们发现了一个有趣的现象，即klotho基因缺失时，老鼠和人体均会出现同等症状。在该试验中，老鼠血液中FGF23水平较高，而出现这一现象最可能的原因为，慢性肾脏疾病发作后，肾功能减弱，肾单位含量降低，单位磷酸盐的排泄水平若要维持正常，在最初阶段，需提升FGF23水平方可实现，而FGF23水平上升，即可提示klotho基因缺失。此时，klotho基因的作用就显得格外重要：一方面，klotho基因属于血管钙化抑制剂，可对血管钙化现象起到抑制效果；另一方面，klotho基因属于血管FGF23信号的辅因子，可提示血管FGF23水平［9］。

2.3 klotho蛋白与心血管疾病的关系

在人体血浆中，有大量的klotho基因，其作用为抑制心血管疾病产生。而且，浓度越高，心血管疾病的发病率越低。我们通过研究klotho基因表达与动脉粥样硬化之间的关系，继而推广到klotho基因表达和人体心血管疾病的关系。据试验结果表明，klotho基因缺失，人体出现冠状动脉疾病的可能性较大；另外，我们还得出，klotho基因还可能与人体的寿命有关。

在治疗心血管疾病方面，klotho基因可通过维持血管扩张，抑制血栓产生等途径，实现治疗心血管疾病的目的。动脉粥样硬化最初表现为内皮功能障碍，是由内皮对血管功能的调节失衡所致，比如一氧化氮利用率显著下降、细胞内Ca2+浓度显著上升、血管自由舒张受阻等。总之，klotho基因作用后，动脉粥样硬化症状明显减轻。

3 klotho蛋白与癌症的关系

TGF-β1作为一种诱导物，在组织纤维症的发作期间，具有具足轻重的作用，另外，还与癌症转移密不可分。癌细胞由原发病灶，最终形成转移病灶，便是TGF-β1的作用。而分泌型klotho蛋白通过对TGF-β1进行抑制，从而达到阻滞癌症转移的目的。因此，klotho蛋白可显著降低癌症转移率。此结论在常晋瑞等人［10］的报道中也有所体现。另外，我们通过给予老鼠注射分泌型klotho蛋白，经观察发现，被移植人肺癌细胞的老鼠，其癌症转移率明显降低，老鼠的存活率得到了大大提高。

分泌型klotho蛋白属于内源性TGF-β1阻滞剂，可降低TGF-β1水平。另据相关报道显示，在乳腺癌、宫颈癌等患者中，DNA的超甲基化对klotho基因产生了抑制作用，以致疾病产生［11］。在抗癌方面，klotho基因也对IGF-1信号起到了一定抑制效果，因此，klotho基因的抗癌途径可能主要为以下两点：（1）抑制IGF-1；（2）抑制TGF-β1。但具体情况，目前国内外鲜有报道。

2总结和展望

关于klotho蛋白的适应范围，在上文中，我们着重探讨了该蛋白物质与衰老、心血管疾病、肾损伤以及癌症的关系，得出：klotho基因缺失，是导致上述现象产生的根本原因；而且，提升内源性klotho基因表达和提供外源性klotho基因支持，可有效延缓细胞衰老［12］，治疗心血管疾病、肾损伤，甚至对癌症也具有一定临床治疗意义。虽然本文仅对klotho蛋白进行初步研究，但我们相信，随着医疗水平的不断提升，未来关于klotho蛋白研究，将会取得重大的突破。

［参考文献］

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［12］葛亮，王桦，曾尔亢，等.衰老相关基因研究进展［J］.中国老年学杂志，2014，2（22）：935-936.

［中图分类号］R34

［文献标识码］A

［文章编号］2096-1782（2016）02-0077-03

收稿时间：（2016-01-03）

［作者简介］孙俊（1991.4-），男，江西赣州人，硕士，在读研究生，研究方向：生物材料。

［通讯作者］周丁华（1965.9-），男，湖南茶陵县人，医学博士，主治医师，研究方向：肝胆胃肠外科.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