Klotho蛋白与动脉粥样硬化的关系

2018-02-12王丹宇综述王军奎审校

心血管病学进展 2018年4期

王丹宇综述王军奎审校

(1.西安医学院，陕西西安 710032； 2.陕西省人民医院心血管内一科，陕西西安 710068)

动脉粥样硬化是各种缺血性心脑血管疾病的病理生理学基础，严重危害人类的生命健康。而年龄是动脉粥样硬化的危险因素之一。Klotho蛋白随着增龄表达逐渐减少，而动脉粥样硬化发病率却逐渐增加。所以推测该基因在体内的表达程度可能与衰老相关性疾病特别是动脉粥样硬化存在一定的关联性。现将Klotho蛋白与动脉粥样硬化的最新研究进展做一综述分析，以便为动脉粥样硬化疾病研究提供新的理论依据。

1 Klotho蛋白的生物学特性

Klotho蛋白是Klotho基因编码的跨膜蛋白，Klotho基因是哺乳动物体内发现的第一个高表达延长生命，低表达加速衰老的衰老抑制基因，主要在肾脏产生。1997年Kuro-o等[1]在模拟人类衰老的小鼠模型上偶然发现了一种基因突变体，并以希腊神话中女神的名字-Klotho命名。该基因全长50 kb，在人和小鼠中均位于13号染色体(13q12)，在大鼠中位于12号染色体(12q12)，长约5万个碱基对，由5个外显子和4个内含子组成。实验表明敲除Klotho基因的小鼠出现明显的血管钙化和过早衰老，而Klotho基因过表达的小鼠则呈现完全相反的表现[2]。研究证实Klotho蛋白可通过膜结合型和分泌型两种类型对多种靶器官发挥生物学效应。膜结合型Klotho蛋白是一种单跨膜蛋白，主要在胎盘、肾脏、小肠、前列腺中表达，可以和成纤维细胞生长因子受体(FGFR)结合，提高成纤维细胞生长因子(FGF)23与其受体亲和力，调节体内钙磷平衡，达到预防动脉粥样硬化的目的；分泌型Klotho蛋白主要以游离形式并作为体液因子发挥作用，可调节离子通道及其他信号转导通路，并对心血管系统产生保护作用[3]。

2 Klotho基因的单核苷酸多态性

人类Klotho蛋白有400多个单核苷酸多态性位点与动脉粥样硬化性疾病相关，目前研究主要集中在KL-VS、C-1818T、G-395A等的多态性方面。

Arking等[4]研究发现在非洲裔美国人、北欧犹太教徒以及波希米亚捷克人群中KL-VS突变基因与动脉粥样硬化等疾病有密切相关性，可能是冠心病的独立危险因素；而有关KL-VS多态性在中国人群动脉粥样硬化相关关系的研究尚未见相关报道。

何国平等[5]以中国苏皖地区60岁以上老年人作为研究对象，发现Klotho基因第4外显子C-1818T多态性CT基因型与动脉粥样硬化的程度存在相关性，在具备多种动脉粥样硬化相关危险因素的情况下，携带CT基因型的老年人，尤其是老年男性，可能更易发生急性冠脉综合征。

近年许多研究表明Klotho基因启动子区域内的G395A可能是Klotho基因表达的重要靶点[6]。使用TaqMan等位基因分辨测定法对G395A进行基因分型，分为AA、GA和GG[7]。Rhee等[8]研究韩国60岁以上人群时，发现A等位基因对冠心病具有保护作用。国内的研究中也得到同样结论，分别在重庆地区[9]、华中地区[10]60岁以上的老年人中证实了G395A等位A基因的携带频率与动脉粥样硬化呈负相关。相反，在研究日本人群中Klotho基因G395A位点多态性与冠心病的关系时，发现A等位基因携带者其冠心病患病率较高。这与赵燕等[11]研究结果一致，在对中国云南省2型糖尿病合并动脉粥样硬化的汉族和彝族患者研究中发现，汉族人群A等位基因与动脉粥样硬化间存在正相关，可能与高血糖长期刺激影响了Klotho基因的表达，也可能与少数民族和汉族具有不同的遗传背景有关。这说明Klotho基因启动区G395A位点多态性与冠心病的关系可能存在着地域、种族、年龄效应等差别，因此不同人群中研究结果存在差异，且部分结果存在冲突。除遗传背景外，各位点对疾病发生发展的具体机制也有待进一步明确。若通过早期筛选Klotho基因，获得动脉粥样硬化的易感基因型，有助于及早发现动脉粥样硬化的高危人群，并进行针对性的治疗与预防。

3 Klotho基因与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化性疾病的进展分为脂质条纹、纤维斑块、粥样斑块、不稳定斑块、斑块破裂和血栓形成等阶段。实验发现Klotho基因缺陷小鼠在出生4周后即可出现明显的动脉粥样硬化，表现为动脉内膜增厚，肾小动脉、主动脉、肌性中动脉不同程度的钙化等，这些血管病变与人类动脉粥样硬化非常相似，并随鼠龄增加动脉硬化程度也逐渐加重。实验者将外源性Klotho 基因cDNA转导给Klotho缺陷的小鼠，发现其动脉粥样硬化程度可得到显著改善[1]。可能为Klotho蛋白参与FGF23通路、抗氧化应激、抗凋亡、血管钙化、增加一氧化氮合成、上调血管紧张素转化酶、改善内皮功能等影响血管功能和血栓形成共同起到抗动脉粥样硬化作用，从而保护心血管系统。

FGF23能够促进有丝分裂，从而促进骨发育与骨生长，并与甲状旁腺激素、降钙素、维生素D共同调节体内钙磷代谢。敲除FGF23基因的小鼠与敲除Klotho基因的小鼠可有相似的临床表现，如前所述，Klotho基因的表达主要在FGF23的靶器官上，因此二者具有类似的信号转导途径。Kim等[12]研究发现Klotho蛋白有选择性地增强了FGF23的活性，可能是通过Klotho蛋白及FGFR结合形成的FGF23-FGFR-Klotho复合体发挥生物学效应。有研究发现Klotho蛋白可通过调节氧化低密度脂蛋白受体-1和PI3K/Akt/内皮型一氧化氮合酶信号转导通路，二者共同氧化修饰低密度脂蛋白从而诱导内皮细胞的氧化应激[13]。一氧化氮可扩张血管，抑制血管平滑肌细胞增生，保护内皮细胞。研究表明FGF23可刺激内皮细胞增殖并产生一氧化氮，并可依赖内源性Klotho蛋白上调内皮型一氧化氮合酶水平[14]。FGF23还可抑制血管紧张素转化酶的表达，激活肾素-血管紧张素系统，从而抑制Klotho基因的表达及分泌[15]。Saito等[16]以存在多种动脉硬化危险因素(高血糖、高血压、高血脂)的小鼠作为研究对象，经腺病毒将Klotho基因导入模型鼠后，发现其内皮细胞功能得到显著改善，内皮细胞一氧化氮合成增加，尿液中的一氧化氮代谢产物亦明显增加，同时还具有减轻血管周围组织纤维化、逆转血管重构、降低血压的作用，而这些对减轻动脉粥样硬化都有重要作用。Tetsuro等[17]发现Klotho蛋白与血管内皮细胞生长因子受体-2/经典瞬时受体电位通道-1相关联，通过调节血管内皮细胞生长因子介导的Ca2+进入细胞的数量和Ca2+依赖的蛋白酶活性共同维持内皮完整性。Klotho蛋白缺陷使细胞内Ca2+持续增加，导致血管内皮细胞凋亡和内皮完整性丧失，从而引起血管渗透性升高，提示Klotho蛋白对血管内皮具有保护作用。Klotho蛋白还可通过调节热休克蛋白70水平，间接参与体内抗炎反应，通过抑制炎症反应预防动脉粥样硬化的发生[18]。

4 Klotho蛋白与临床

沙坦类药物是一种临床常用的特异性血管紧张素Ⅱ受体1拮抗剂，它选择性地作用于血管紧张素Ⅱ受体1亚型，阻断血管紧素Ⅱ与血管紧张素Ⅱ受体1的结合。Eun等[19]在注射环孢素形成肾损伤模型的小鼠上，发现血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂氯沙坦能逆转小鼠肾脏Klotho蛋白表达的降低，其可能在氧化应激中起关键作用，且Klotho蛋白表达水平与血管紧张素及肾素水平具有一定相关性。武晓碧等[20]在动物模型中也得出类似结论，将糖尿病大鼠随机分为缬沙坦干预组和糖尿病组，另设对照组，发现缬沙坦可提高糖尿病大鼠肾脏Klotho基因的表达，抑制氧化应激，血管紧张素Ⅱ可减少Klotho蛋白表达。周云等[21]对冠心病合并高脂血症患者在常规治疗(使用氯吡格雷、阿司匹林抗血小板聚集，改善心肌细胞代谢使用曲美他嗪，扩张冠状动脉使用硝酸酯类，并同时使用β受体阻滞剂、血管紧张素转化酶抑制剂/血管紧张素受体阻滞药等降压药物)的基础上给予瑞舒伐他汀后，发现患者的Klotho蛋白水平得到显著提高，其提高的幅度优于单纯治疗者，提示瑞舒伐他汀能有效调节Klotho蛋白水平。因此在常规药物治疗基础上，有选择性地使用上述药物可促进Klotho蛋白表达水平的恢复，延缓动脉粥样硬化的进程。

Klotho蛋白的表达水平与动脉粥样硬化的程度也存在明显相关性。刘玮等[22]将60岁以上人群按照冠状动脉造影结果分为冠心病组和非冠心病组，发现冠心病组血清 Klotho 蛋白水平明显低于非冠心病组，且多支病变患者血浆 Klotho 蛋白水平低于单支病变组。赖家春等[23]研究发现急性心肌梗死患者Klotho蛋白水平明显低于稳定型心绞痛患者。有学者更进一步提出[24]低表达的Klotho蛋白可能是动脉粥样硬化的一项预测因子，提示Klotho蛋白有可能成为冠心病早期识别的生化指标。