Klotho的研究进展

Klotho的研究进展*

常晋瑞1，△孙娜1南瑛1于玮1齐永芬2

（1西安医学院基础医学部生理学教研室，西安710021；2北京大学医学部基础医学院

生物活性小分子研究室，分子心血管学教育部重点实验室，北京100191）

摘要Klotho是新发现的一种抗衰老基因，其表达受多种因素的调控，如活性肽降钙素基因相关肽、成纤维细胞生长因子2等可以上调Klotho表达，而肾素-血管紧张素、尿毒素、炎症反应与氧化应激则可下调Klotho表达。Klotho蛋白有膜结合型和分泌型两种形式。现有研究表明，Klotho参与了多种疾病的发生发展，包括血管钙化、动脉粥样硬化、高血压、肾病损伤、甲状旁腺功能亢进、糖尿病及肿瘤等。本文就Klotho的表达调控及其与疾病的关系简要作一综述。

关键词Klotho；调节因子；疾病

中图分类号Ｒ335；Ｒ332；Q74

Ｒesearch Progress of Klotho CHANG Jin-Ｒui1，△，SUN Na1，NAN Ying1，YU Wei1，QI Yong-Fen2（1Department of Physiology，Basic Medical College of Xi＇an Medical University，Xi＇a n710021，China；Bioac-tive small molecules Laboratory，Basic Medical College of Peking University Health Science Center，Key La-boratory of Molecular Cardiovascular Science，Ministry of Education，Beijing100191，China）

Abstract Klotho，a newly identified anti-aging gene，can be regulated by many factors，such as calcito-nin gene-related peptide，fibroblast growth factor2could up-regulate Klotho expression；whereas renin-angiotensin system，urinary toxins，inflammation and oxidative stress could reduce expression of Klotho．There are two forms of Klotho protein：membrane-bound Klotho and secreted Klotho．Existing studies showed that Klotho was involved in the development of many diseases，including vascular calcification，atherosclerosis，hypertension，kidney damage，hyperparathyroidism，diabetes and tumors．In this paper，the regulation of Klotho expression and its role in diseases are reviewed briefly．

Key words Klotho；regulators；diseases

1997年Kuro-o等在类似于人类衰老的小鼠模型上发现一种衰老相关基因，并采用古希腊神话中纺织生命之线的女神名字-Klotho命名［1］。Klotho 基因缺失小鼠在出生后3 4周即表现出衰老现象，包括寿命缩短、生长停滞、血管钙化、动脉硬化、皮肤萎缩、骨量减少、肺气肿、听觉障碍、运动神经元变性、不育症和肿瘤发生等，在2月龄时因衰老死亡［1］。而Klotho基因过表达可延长小鼠寿命（Kuro-su等．2005）。近年研究发现，在一些病理状态下，Klotho的表达也会发生变化，而且与疾病的发展和预后密切相关［2］。本文就Klotho表达调控、生理作用及其与疾病的关系研究作一简要综述。

一、调控Klotho表达的因素

大量研究发现，Klotho的表达可以受到多种因素的调节，如降钙素基因相关肽（calcitonin gene-re-lated peptide，CGＲP）、成纤维细胞生长因子2（fibro-blast growth factor2，FGF2）、促红细胞生成素、甲状腺激素、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）与过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPAＲ-γ）等均可上调Klotho的表达，而内源性肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system，ＲAS）和病理性尿毒素、炎症反应与氧化应激则可以下调Klotho表达。

（一）上调Klotho表达的因素

1．生物活性肽：CGＲP与FGF2CGＲP广泛分布于神经和心血管系统，具有保护内皮、舒张血管和抑制平滑肌细胞增殖等功能。Zhou等在血管紧张素II（angiotensin II，Ang II）诱导的骨髓来源内皮祖细胞衰老模型中发现，CGＲP和Klotho mＲNA的表达均降低。应用CGＲP诱导剂吴茱萸碱或过表达CGＲP，可下调NADPH氧化酶和活性氧的产生，延

*国家自然科学基金（31400984，81270407）资助课题

△通讯作者

缓细胞衰老；若沉默Klotho基因，可逆转CGＲP的作用，提示CGＲP通过上调Klotho抑制细胞衰老［3］。FGF2是一种分布广泛的促有丝分裂剂，能够调节骨发育与骨生长。在FGF2转基因小鼠肾脏中，Klotho mＲNA及蛋白表达水平增加，提示FGF2过表达可能增加Klotho表达［4］。

2．激素：促红细胞生成素与甲状腺激素Sug-iura等在盐酸阿霉素诱导的大鼠肾病模型中发现，外源性给予人重组促红细胞生成素可逆转盐酸阿霉素诱导的肾组织Klotho水平降低，降低血肌酐和血磷水平，改善肾组织形态学变化［5］。在离体实验中，应用10－7mol/L甲状腺激素可显著增加3T3-L1脂肪细胞中Klotho mＲNA表达水平（Mizuno等．2001）。上述两项研究提示，促红细胞生成素和甲状腺激素也可能对Klotho具有上调作用。

3．生长因子EGF与转录因子PPAＲ-γ：Choi等通过使用启动子序列缺失构建方法发现，Klotho启动子区存在能被EGF诱导的活性区域，且早期生长反应元件因子1（early growth response factor1，Egr-1）结合位点位于此区域［6］。若将Egr-1结合位点突变，EGF诱导Klotho转录的作用消失。该研究提示EGF可能通过上调Egr-1启动Klotho转录［6］。此外，在Klotho启动子区也被证实存在非经典的PPAＲ-γ反应元件，应用PPAＲ-γ激动剂亦可增加HEK293细胞和肾上皮细胞系Klotho mＲNA和蛋白水平，而应用PPAＲ-γ拮抗剂或敲低PPAＲ-γ后该作用消失（Zhang等．2008），提示转录因子PPAＲ-γ可调控Klotho的表达。

（二）下调Klotho表达的因素

1．ＲAS：Lin等（2010）在离体培养的NＲK-52E 细胞实验研究中发现，血管紧张素转换酶抑制剂福辛普利以时间依赖性而非剂量依赖性地上调Klotho 基因表达，且福辛普利可逆转Ang II下调Klotho的作用。随后，Yoon等在环孢霉素A诱导的小鼠肾病模型中，发现Ang II受体阻断剂氯沙坦可逆转肾病小鼠Klotho表达的降低、降低氧化应激水平，且Klotho的表达水平与血管紧张素原和肾素表达水平具有相关性［7］。

2．尿毒素：Sun等分别给予尿毒症小鼠及离体肾小管细胞尿毒素吲哚酚处理，发现Klotho基因超甲基化，Klotho表达减少；而应用DNA甲基转移酶可减少尿毒素诱导的Klotho基因甲基化，增加Klotho表达［8］，提示尿毒素导致Klotho表达的减少可能是由于Klotho基因甲基化所致。此外，尿毒素吲哚酚可以显著下调大鼠和离体肾小管细胞（HK2）中Klotho mＲNA和蛋白的表达，而给予抗氧化剂或核转录因子NF-κB抑制剂可以减轻吲哚酚的这一效应（Shimizu等．2011），提示吲哚酚通过激活NF-κB和氧化应激下调Klotho表达。

3．炎症反应：在三硝基苯磺酸、微生物、过继性转移T细胞诱导的三种小鼠肠炎模型上，均存在肾组织Klotho表达降低，且降低程度与肠炎严重程度相关；使用肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）抗体可逆转炎症诱导的Klotho表达降低（Thurston等．2010）。Moreno等（2011）在离体培养的肾小管MCT细胞系实验中发现，TNF通过NF-κB 依赖的机制下调Klotho表达。

4．氧化应激：Mitobe等在内髓集合管细胞（mIMCD3）中发现过氧化氢可浓度依赖性地下调Klotho mＲNA和蛋白表达，而过表达Klotho可减少过氧化氢诱导的细胞凋亡［9］，提示氧化应激可下调Klotho表达。

二、Klotho的生物学活性

抗衰老蛋白Klotho具有多种生物学活性，一方面膜结合型Klotho与成纤维细胞生长因子受体（fi-broblast growth factor receptor，FGFＲ）作为FGF23的共受体，介导FGF23的生物学活性；另一方面分泌型Klotho可抵抗氧化应激、抑制细胞炎症和凋亡；此外，分泌型Klotho蛋白还具有促进血管发生、调控离子通道和增强骨骼肌力度等作用。

（一）膜结合型Klotho

1．调节代谢稳态：FGF23是人体内功能最强大的调磷激素之一。FGF23虽可与多种FGFＲ相结合，但只有在膜受体Klotho的辅助作用下，才能特异性地介导FGF23功能。FGF23通过下调肾近端小管腔面膜上II型钠磷共转运体（Na-phosphate co-transporter2，Npt2）的表达，促进磷的排泄，从而在调节磷代谢稳态中发挥重要作用［10］。Klotho基因突变小鼠出生后3周时，血浆中钙、1，25-（OH）2-VD

3

水平显著增高，其机制可能是通过调节1α羟化酶基因的表达来实现（Tsujikawa等．2003）。

（二）分泌型Klotho

1．抗氧化应激和细胞凋亡：机体代谢产生的活性氧类物质是造成细胞损伤的重要原因，该损伤被称为氧化应激。Nagai等在Klotho基因突变小鼠中发现，伴随着小鼠认知功能的障碍，海马组织中脂质过氧化和DNA过氧化水平升高，细胞凋亡增加；而应用抗氧化剂后可减轻认知障碍、脂质过氧化和细