Klotho在診治腎臟疾病中的應用進展＊

邱憶，王金艷綜述；鐘愛民，陳紅審校

(1.江西省人民醫院，南昌 330006；2.江西中醫藥大學附屬醫院，南昌 330006)

Klotho基因是Kuro-o等[1]于1997年研究模擬人類衰老的小鼠時發現的，Klotho基因敲除小鼠于4周齡時表現出一系列衰老癥狀，如血管硬化、異位鈣化、血管內皮功能障礙等。

進一步研究表明，Klotho基因與人類衰老有關，人類Klotho基因位于常染色體13q12，主要在腎臟、甲狀旁腺及腦內脈絡叢上皮細胞表達，最近發現其在血管中也有表達[2]，Klotho基因所編碼的蛋白具有三種亞型：α-Klotho、β-Klotho 和 γ-Klotho，其中α-Klotho是最主要的蛋白亞型和功能類型，通常以膜型和分泌型兩種形式存在于人體中。

膜型Klotho蛋白是一種跨膜蛋白，可在不同組織表達，如大腦、甲狀旁腺、冠狀動脈等[2]，并在腎的遠端小管高表達[3，4]，與 FGF 受體(FGFR)組合成四聚體復合物后，可作為FGF23的高親和力共受體，參與調節 1，25-二羥維生素 D3（1，25-dihydroxy vitamin D3）、甲狀旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）的合成以促進尿磷排泄；而分泌型Klotho蛋白[5，6]不具備跨膜結構，其作為一種體液因子以游離的形式發揮多種生物學作用，如抑制氧化應激、調節多種離子通道和轉運蛋白的活性等。

1 Klotho與急性腎損傷

急性腎損傷（AKI）主要特征是腎功能急劇下降，其死亡率高、預后差。大量研究表明，Klotho有望成為急性腎損傷的良好生物學標志物。研究者通過建立急性腎損傷動物模型 （如輸尿管梗阻[7]、低血容量[8]、腎毒素[9]、缺血再灌注損傷[10]、膿毒癥[11]等），發現以上幾種原因引起的腎功能損害均伴隨著Klotho的表達水平下降。

在缺血-再灌注急性腎損傷的嚙齒類動物模型中[10]，Klotho蛋白水平在急性腎損傷發生3h后便出現顯著降低，呈持續下降趨勢，而其它重要指標，如血肌酐、血液和腎臟的中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白 (neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)[12]在腎損傷5h后開始上升，表明Klotho可能是早期診斷急性腎損傷的新型生物學標志物。此外，有研究[11]通過轉基因的方式將Klotho基因轉染入腎臟，后出現血肌酐和尿素氮水平明顯下降，這表明Klotho蛋白可有效保護缺血再灌注引起的AKI，從而改善腎功能。

王順等[13]通過研究該院150例ICU住院患者，發現AKI組患者基線血清Klotho水平明顯低于非AKI組，且AKI組死亡患者的比例顯著高于非AKI組，并發現Klotho對于早期診斷AKI發生，無論靈敏度還是特異度均優于Scr、NGAL，并且Klotho聯合Scr相比單靠Scr診斷AKI更利于早期發現腎功能異常。

2 Klotho與慢性腎臟病

慢性腎臟病是日益嚴重的全球公共衛生問題，其發病率及病死率高，研究[14]表明：CKD早期，血清中Klotho蛋白的水平便開始下降，與GFR的下降趨勢呈正比，這種變化顯然先于血肌酐、血尿素氮等指標的變化，并具有一定特異性。李莎莎[15]等通過對130例CKD患者隨訪發現：腎功能惡化的患者，可表現出Klotho水平下降更明顯，提示Klotho蛋白水平隨腎功能的惡化而下降。Zhang等人[16]通過構建CKD模型小鼠，發現小鼠血清、腎臟組織中的Klotho蛋白水平顯著低于正常小鼠，通過注射給予外源性Klotho蛋白可以一定程度緩解慢性腎臟病的癥狀。此外，研究表明，過表達sKlotho可降低細胞中氧化應激水平，從而實現腎臟保護作用[17]。因此，Klotho不僅是有助于CKD早期診斷的生物標志物，其過表達還具有抗氧化應激，延緩CKD進程、保護腎功能的作用[18]。

慢性腎臟病發展為終末期尿毒癥的主要表現為腎間質纖維化。研究[17]顯示，腎臟纖維化、硬化可能是由于TGF-β1促進基質合成的同時引起基質降解減少所導致的，已有研究表明Klotho蛋白可抑制 TGF-β1 信號轉導通路[19]、Wnt/β-catenin[20]、ERKl/2-p38[21]激酶信號轉導途徑，從而抑制腎組織纖維化。另外有研究[22，23]表明Klotho蛋白可以通過與成纖維細胞因子2（FGF2）競爭結合FGFR1抑制FGF2信號通路活性，抑制其促纖維細胞增生的作用，從而使得腎間質纖維化得以改善，通過補充Klotho 或上調 Klotho 表達[24，25]，腎間質纖維化的進展可被抑制，并促進腎臟恢復。

3 Klotho與慢性腎臟病礦物質及骨代謝紊亂

CKD-MBD是CKD患者的嚴重并發癥，除表現為繼發性甲狀旁腺功能亢進（SHPT）、礦物質-骨代謝異常之外，還可出現轉移性鈣化，增加了慢性腎臟病患者的死亡率，因此臨床治療過程中，應注意維持正常的鈣磷平衡。

成纖維細胞生長因子-23(FGF-23)是一種骨源性調磷激素，有著重要的調節意義，分泌型Klotho可作為FGF-23信號的第二信使，與FGF23共同組成成纖維細胞生長因子受體(FGFR)/Klotho復合物，該復合物的生理作用為調節磷和維生素D代謝，機制是通過抑制近端小管上NaPi-2a和NaPi-2c的表達，減少腎小管對磷的重吸收[26]；通過刺激24-羥化酶，減少腎臟 1，25（OH）2D 的生成，從而減少腸道對鈣、磷的吸收[27]。此外，研究顯示sKlotho可獨立于FGF23直接抑制NaPi-2a在近端小管上的表達[28]，從而發揮調磷作用，可見Klotho與鈣磷代謝密切相關。

合并SHPT的CKD患者體內通常有較高的FGF23水平，而Klotho和FGFR的表達卻明顯下降[29，30]。正常生理狀態下，FGF23可通過FGF23-FGFR-Klotho途徑抑制甲狀旁腺產生PTH[31]，但在病理狀態下，如CKD末期，由于Klotho、FGFR表達的下調，異常增高的FGF23無法有效起到抑制PTH產生的作用，最終甲狀旁腺對FGF23的作用出現抵抗[32]。動物實驗[33]通過對單側腎切除、對側腎缺血再灌注損傷的CKD小鼠模型與野生型CKD小鼠模型進行對比研究，發現高表達Klotho的轉基因小鼠的血漿PTH水平明顯低于野生型CKD小鼠，由此表明：Klotho表達增加可抑制PTH分泌。

4 Klotho與慢性腎臟病患者心血管疾病

慢性腎臟病患者常并發心血管疾病，主要表現為左心室肥厚、動脈硬化、異位鈣化等，大量的研究顯示，FGF23是心血管疾病的獨立危險因素之一，它可通過某種特定的機制引起血管鈣化、動脈硬化、心室肥厚等病理改變，其致病作用與Klotho蛋白密切相關。

國外一項動物實驗[34]發現，發生動脈粥樣硬化的尿毒癥小鼠體內的Klotho表達明顯下降。一項橫斷面研究發現[35]，在進行維持性血液透析的患者中，可出現sKlotho表達水平明顯降低，且sKlotho越低，患者頸動脈內膜中層厚度（CIMT）增加的程度越大，左心功能不全、冠脈疾?。–AD）的發生率也隨之增高，并發現 sKlotho與 CIMT、CAD和LVEF（左室射血分數）有密切相關性。另一項研究發現[36]，CKD患者的主動脈鈣化程度與Klotho負相關，Klotho較低的患者更易出現冠脈疾病和左心功能不全。丁浩等[37]的臨床研究發現血清Klotho蛋白水平下降是血管鈣化的獨立預測因子。以上均表明Klotho與CKD患者并發CVD密切相關，有望成為CKD患者并發心血管疾病的一項敏感預測因子及有效治療靶點。

5 Klotho與糖尿病腎病

糖尿病腎病(DN)是糖尿病的常見并發癥，其發病特征主要為血流動力學改變、腎間質纖維化、炎癥反應、細胞凋亡和氧化應激等，而Klotho具有抗纖維化、抗炎性反應、抗細胞凋亡、抗氧化應激等作用，因此人們開始探究Klotho在糖尿病腎病發生發展過程中的作用。

通過研究糖尿病腎病小鼠的腎臟組織，發現Klotho mRNA水平及Klotho蛋白含量均出現明顯下降[38]。RAAS[39]、TGF-β、Wnt等通路的激活可抑制腎臟Klotho蛋白的表達，三者是參與糖尿病腎病的發生與發展的重要途徑，然而，上調Klotho蛋白水平可抑制上述途徑，從而發揮腎臟保護作用。研究發現[40，41]血管緊張素Ⅱ可影響氧化應激并抑制Klotho蛋白的表達，另一項研究[42]通過將Klotho基因導入被連續注射血管緊張素Ⅱ的大鼠體內后，腎小球濾過率出現增加，尿蛋白明顯減少，組織學病理學顯示腎小管間質損傷也有所減輕，這表表明升高Klotho水平可改善由血管緊張素Ⅱ引起的腎臟損害。研究[43]表明在DN中，Klotho的缺乏可增加細胞信號轉導分子Smad2和TGFβ1的表達，從而促進腎臟纖維化，而在糖尿病小鼠中，通過增加klotho表達可抑制TGFβ1以阻止高血糖引起的膠原合成，延緩腎間質纖維化。

6 Klotho基因與腎惡性腫瘤

原發性腎癌的發生發展是多因素參與的復雜過程，沒有特異性的預測指標，研究發現Klotho蛋白在腎癌、乳腺癌、肝癌等多種腫瘤組織中表達水平較低，說明Klotho可能是一個腫瘤抑制因子[44]。Gigante的研究[45]發現分泌型Klotho蛋白在腎癌組織和血清中表達顯著降低，且隨著腫瘤的進程下降趨勢越明顯。Zhu等[46]研究發現，Klotho蛋白在腎癌組織中的表達與原發腫瘤的大小、臨床分級分期呈負相關。研究[47，48]結果顯示磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號通路在腎透明細胞癌的發生發展過程中發揮著關鍵作用，而Klotho蛋白可通過抑制該信號通路阻遏上皮細胞間質的轉型以及腫瘤的侵襲。在腎癌小鼠模型[49]中注射分泌型Klotho蛋白可使癌細胞的轉移能力降低，并延長小鼠的生存時間。大量研究表明Klotho基因的表達與腫瘤細胞分化程度、臨床分期、預后等密切相關，其可能成為預測腫瘤發生及預后的重要臨床標志物，并有可能起到一定的治療作用。

Klotho的臨床效用可分別涵蓋兩個領域，診斷和治療。Klotho可用作早期腎臟疾病檢測的良好生物標志物；另一方面，通過外源性補充Klotho可對AKI和CKD起到治療作用。為充分了解并利用Klotho的潛在價值，還需更進一步的研究。