Klotho在诊治肾脏疾病中的应用进展＊

邱忆，王金艳综述；钟爱民，陈红审校

(1.江西省人民医院，南昌 330006；2.江西中医药大学附属医院，南昌 330006)

Klotho基因是Kuro-o等[1]于1997年研究模拟人类衰老的小鼠时发现的，Klotho基因敲除小鼠于4周龄时表现出一系列衰老症状，如血管硬化、异位钙化、血管内皮功能障碍等。

进一步研究表明，Klotho基因与人类衰老有关，人类Klotho基因位于常染色体13q12，主要在肾脏、甲状旁腺及脑内脉络丛上皮细胞表达，最近发现其在血管中也有表达[2]，Klotho基因所编码的蛋白具有三种亚型：α-Klotho、β-Klotho 和 γ-Klotho，其中α-Klotho是最主要的蛋白亚型和功能类型，通常以膜型和分泌型两种形式存在于人体中。

膜型Klotho蛋白是一种跨膜蛋白，可在不同组织表达，如大脑、甲状旁腺、冠状动脉等[2]，并在肾的远端小管高表达[3，4]，与 FGF 受体(FGFR)组合成四聚体复合物后，可作为FGF23的高亲和力共受体，参与调节 1，25-二羟维生素 D3（1，25-dihydroxy vitamin D3）、甲状旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）的合成以促进尿磷排泄；而分泌型Klotho蛋白[5，6]不具备跨膜结构，其作为一种体液因子以游离的形式发挥多种生物学作用，如抑制氧化应激、调节多种离子通道和转运蛋白的活性等。

1 Klotho与急性肾损伤

急性肾损伤（AKI）主要特征是肾功能急剧下降，其死亡率高、预后差。大量研究表明，Klotho有望成为急性肾损伤的良好生物学标志物。研究者通过建立急性肾损伤动物模型 （如输尿管梗阻[7]、低血容量[8]、肾毒素[9]、缺血再灌注损伤[10]、脓毒症[11]等），发现以上几种原因引起的肾功能损害均伴随着Klotho的表达水平下降。

在缺血-再灌注急性肾损伤的啮齿类动物模型中[10]，Klotho蛋白水平在急性肾损伤发生3h后便出现显著降低，呈持续下降趋势，而其它重要指标，如血肌酐、血液和肾脏的中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白 (neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)[12]在肾损伤5h后开始上升，表明Klotho可能是早期诊断急性肾损伤的新型生物学标志物。此外，有研究[11]通过转基因的方式将Klotho基因转染入肾脏，后出现血肌酐和尿素氮水平明显下降，这表明Klotho蛋白可有效保护缺血再灌注引起的AKI，从而改善肾功能。

王顺等[13]通过研究该院150例ICU住院患者，发现AKI组患者基线血清Klotho水平明显低于非AKI组，且AKI组死亡患者的比例显著高于非AKI组，并发现Klotho对于早期诊断AKI发生，无论灵敏度还是特异度均优于Scr、NGAL，并且Klotho联合Scr相比单靠Scr诊断AKI更利于早期发现肾功能异常。

2 Klotho与慢性肾脏病

慢性肾脏病是日益严重的全球公共卫生问题，其发病率及病死率高，研究[14]表明：CKD早期，血清中Klotho蛋白的水平便开始下降，与GFR的下降趋势呈正比，这种变化显然先于血肌酐、血尿素氮等指标的变化，并具有一定特异性。李莎莎[15]等通过对130例CKD患者随访发现：肾功能恶化的患者，可表现出Klotho水平下降更明显，提示Klotho蛋白水平随肾功能的恶化而下降。Zhang等人[16]通过构建CKD模型小鼠，发现小鼠血清、肾脏组织中的Klotho蛋白水平显著低于正常小鼠，通过注射给予外源性Klotho蛋白可以一定程度缓解慢性肾脏病的症状。此外，研究表明，过表达sKlotho可降低细胞中氧化应激水平，从而实现肾脏保护作用[17]。因此，Klotho不仅是有助于CKD早期诊断的生物标志物，其过表达还具有抗氧化应激，延缓CKD进程、保护肾功能的作用[18]。

慢性肾脏病发展为终末期尿毒症的主要表现为肾间质纤维化。研究[17]显示，肾脏纤维化、硬化可能是由于TGF-β1促进基质合成的同时引起基质降解减少所导致的，已有研究表明Klotho蛋白可抑制 TGF-β1 信号转导通路[19]、Wnt/β-catenin[20]、ERKl/2-p38[21]激酶信号转导途径，从而抑制肾组织纤维化。另外有研究[22，23]表明Klotho蛋白可以通过与成纤维细胞因子2（FGF2）竞争结合FGFR1抑制FGF2信号通路活性，抑制其促纤维细胞增生的作用，从而使得肾间质纤维化得以改善，通过补充Klotho 或上调 Klotho 表达[24，25]，肾间质纤维化的进展可被抑制，并促进肾脏恢复。

3 Klotho与慢性肾脏病矿物质及骨代谢紊乱

CKD-MBD是CKD患者的严重并发症，除表现为继发性甲状旁腺功能亢进（SHPT）、矿物质-骨代谢异常之外，还可出现转移性钙化，增加了慢性肾脏病患者的死亡率，因此临床治疗过程中，应注意维持正常的钙磷平衡。

成纤维细胞生长因子-23(FGF-23)是一种骨源性调磷激素，有着重要的调节意义，分泌型Klotho可作为FGF-23信号的第二信使，与FGF23共同组成成纤维细胞生长因子受体(FGFR)/Klotho复合物，该复合物的生理作用为调节磷和维生素D代谢，机制是通过抑制近端小管上NaPi-2a和NaPi-2c的表达，减少肾小管对磷的重吸收[26]；通过刺激24-羟化酶，减少肾脏 1，25（OH）2D 的生成，从而减少肠道对钙、磷的吸收[27]。此外，研究显示sKlotho可独立于FGF23直接抑制NaPi-2a在近端小管上的表达[28]，从而发挥调磷作用，可见Klotho与钙磷代谢密切相关。

合并SHPT的CKD患者体内通常有较高的FGF23水平，而Klotho和FGFR的表达却明显下降[29，30]。正常生理状态下，FGF23可通过FGF23-FGFR-Klotho途径抑制甲状旁腺产生PTH[31]，但在病理状态下，如CKD末期，由于Klotho、FGFR表达的下调，异常增高的FGF23无法有效起到抑制PTH产生的作用，最终甲状旁腺对FGF23的作用出现抵抗[32]。动物实验[33]通过对单侧肾切除、对侧肾缺血再灌注损伤的CKD小鼠模型与野生型CKD小鼠模型进行对比研究，发现高表达Klotho的转基因小鼠的血浆PTH水平明显低于野生型CKD小鼠，由此表明：Klotho表达增加可抑制PTH分泌。

4 Klotho与慢性肾脏病患者心血管疾病

慢性肾脏病患者常并发心血管疾病，主要表现为左心室肥厚、动脉硬化、异位钙化等，大量的研究显示，FGF23是心血管疾病的独立危险因素之一，它可通过某种特定的机制引起血管钙化、动脉硬化、心室肥厚等病理改变，其致病作用与Klotho蛋白密切相关。

国外一项动物实验[34]发现，发生动脉粥样硬化的尿毒症小鼠体内的Klotho表达明显下降。一项横断面研究发现[35]，在进行维持性血液透析的患者中，可出现sKlotho表达水平明显降低，且sKlotho越低，患者颈动脉内膜中层厚度（CIMT）增加的程度越大，左心功能不全、冠脉疾病（CAD）的发生率也随之增高，并发现 sKlotho与 CIMT、CAD和LVEF（左室射血分数）有密切相关性。另一项研究发现[36]，CKD患者的主动脉钙化程度与Klotho负相关，Klotho较低的患者更易出现冠脉疾病和左心功能不全。丁浩等[37]的临床研究发现血清Klotho蛋白水平下降是血管钙化的独立预测因子。以上均表明Klotho与CKD患者并发CVD密切相关，有望成为CKD患者并发心血管疾病的一项敏感预测因子及有效治疗靶点。

5 Klotho与糖尿病肾病

糖尿病肾病(DN)是糖尿病的常见并发症，其发病特征主要为血流动力学改变、肾间质纤维化、炎症反应、细胞凋亡和氧化应激等，而Klotho具有抗纤维化、抗炎性反应、抗细胞凋亡、抗氧化应激等作用，因此人们开始探究Klotho在糖尿病肾病发生发展过程中的作用。

通过研究糖尿病肾病小鼠的肾脏组织，发现Klotho mRNA水平及Klotho蛋白含量均出现明显下降[38]。RAAS[39]、TGF-β、Wnt等通路的激活可抑制肾脏Klotho蛋白的表达，三者是参与糖尿病肾病的发生与发展的重要途径，然而，上调Klotho蛋白水平可抑制上述途径，从而发挥肾脏保护作用。研究发现[40，41]血管紧张素Ⅱ可影响氧化应激并抑制Klotho蛋白的表达，另一项研究[42]通过将Klotho基因导入被连续注射血管紧张素Ⅱ的大鼠体内后，肾小球滤过率出现增加，尿蛋白明显减少，组织学病理学显示肾小管间质损伤也有所减轻，这表表明升高Klotho水平可改善由血管紧张素Ⅱ引起的肾脏损害。研究[43]表明在DN中，Klotho的缺乏可增加细胞信号转导分子Smad2和TGFβ1的表达，从而促进肾脏纤维化，而在糖尿病小鼠中，通过增加klotho表达可抑制TGFβ1以阻止高血糖引起的胶原合成，延缓肾间质纤维化。

6 Klotho基因与肾恶性肿瘤

原发性肾癌的发生发展是多因素参与的复杂过程，没有特异性的预测指标，研究发现Klotho蛋白在肾癌、乳腺癌、肝癌等多种肿瘤组织中表达水平较低，说明Klotho可能是一个肿瘤抑制因子[44]。Gigante的研究[45]发现分泌型Klotho蛋白在肾癌组织和血清中表达显著降低，且随着肿瘤的进程下降趋势越明显。Zhu等[46]研究发现，Klotho蛋白在肾癌组织中的表达与原发肿瘤的大小、临床分级分期呈负相关。研究[47，48]结果显示磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路在肾透明细胞癌的发生发展过程中发挥着关键作用，而Klotho蛋白可通过抑制该信号通路阻遏上皮细胞间质的转型以及肿瘤的侵袭。在肾癌小鼠模型[49]中注射分泌型Klotho蛋白可使癌细胞的转移能力降低，并延长小鼠的生存时间。大量研究表明Klotho基因的表达与肿瘤细胞分化程度、临床分期、预后等密切相关，其可能成为预测肿瘤发生及预后的重要临床标志物，并有可能起到一定的治疗作用。

Klotho的临床效用可分别涵盖两个领域，诊断和治疗。Klotho可用作早期肾脏疾病检测的良好生物标志物；另一方面，通过外源性补充Klotho可对AKI和CKD起到治疗作用。为充分了解并利用Klotho的潜在价值，还需更进一步的研究。