基于Klotho基因的生物活性探討中醫(yī)“心腎相交”理論?

朱國(guó)雙，王 嵐,2,3，王小琴

(1. 湖北中醫(yī)藥大學(xué)，武漢 430061； 2. 湖北中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，武漢 430061；3. 湖北省中醫(yī)院，武漢 430061)

“心腎相交”是中醫(yī)理論介紹心腎關(guān)系的重要概念，也是臨床心腎相關(guān)疾病治療的重要理論依據(jù)。“心腎相交”是指腎水上濟(jì)于心，而心火不亢；心火下降于腎，而腎水不寒，通過二者相互交通，最終達(dá)到協(xié)調(diào)穩(wěn)定狀態(tài)。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)Klotho基因與心腎之間的關(guān)系密切。在腎臟中，Klotho可調(diào)節(jié)鈣磷的重吸收，參與水液代謝。在心臟中，Klotho基因可通過其衍生物sKlotho，經(jīng)過血液循環(huán)進(jìn)入心臟，改善心血管相關(guān)疾病。可見，Klotho基因的這種交互作用與中醫(yī)“心腎相交”關(guān)系密切。

1 Klotho基因的生物活性

Klotho基因是由Kuro-o等[1]1997年首次發(fā)現(xiàn)的具有抗衰老作用的基因。Klotho基因存在跨物種同源性，人類Klotho基因序列98%與小鼠相同，均定位于13q12。Klotho基因主要表達(dá)于腎臟腎小管上皮細(xì)胞中，少量表達(dá)于脈絡(luò)叢、垂體、甲狀旁腺、胰腺、卵巢、睪丸、胎盤、骨骼肌、膀胱、直腸、內(nèi)耳、乳腺等細(xì)胞中[2-4]。在體內(nèi)Klotho存在兩種形式，即膜型Klotho(membrane Klotho, mKlotho)和可溶性Klotho(soluble Klotho, sKlotho)。mKlotho是腎小管上皮細(xì)胞上跨膜蛋白，可與成骨細(xì)胞分泌的成纖維化生長(zhǎng)因子23(Fibroblast growth factor 23, FGF23)結(jié)合，參與調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣磷代謝。而Klotho蛋白的衍生物sKlotho，主要在金屬蛋白酶10(ADAM10)和金屬蛋白17(ADAM17)的剪切作用下脫落[5-6]，進(jìn)入腦脊液、血液、尿液中，參與體液循環(huán)，并發(fā)揮多種生物學(xué)效應(yīng)，如抗組織纖維化、抗腫瘤、保護(hù)心血管、抗細(xì)胞凋亡、保護(hù)細(xì)胞等多臟腑保護(hù)作用。

2 Klotho基因與中醫(yī)腎系統(tǒng)之間的關(guān)系

腎主藏精，具有多種生理功能，包括主生長(zhǎng)發(fā)育、繁衍生殖、延緩衰老、充髓主骨等。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)腎藥物與體內(nèi)Klotho上調(diào)具有明顯的相關(guān)性。李洪波[7]運(yùn)用六味地黃丸可明顯改善D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老大鼠表型，并升高Klotho蛋白的表達(dá)。在另一項(xiàng)研究中，胡振奮等[8]通過補(bǔ)腎泄?jié)嶂胁菟幫瑯用黠@增加體內(nèi)Klotho蛋白的表達(dá)。這從治療上證實(shí)了Klotho基因與腎精之間的聯(lián)系。除此之外，Klotho基因還與腎精的多種生物功能相重合，如klotho基因的來源、抗衰老、主生長(zhǎng)發(fā)育以及調(diào)節(jié)鈣磷代謝，均與腎精有著密切聯(lián)系，而這也是Klotho基因被認(rèn)為是“腎精”理論解釋的重要線索[9]。

2.1 Klotho基因與腎精具有同源性

腎精作為構(gòu)成和推動(dòng)機(jī)體生命活動(dòng)的生命物質(zhì)，其來源一則稟受父母的生殖之精，二則是后天攝取的水谷精微和臟腑代謝所產(chǎn)生的精微物質(zhì)。Klotho基因與腎精相似，具有秉承父母的遺傳性，且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙⒏改高z傳信息向下傳遞[9]。而當(dāng)Klotho基因缺失，又會(huì)導(dǎo)致一些不可逆的生物表型改變，如衰老、血管鈣化、骨質(zhì)疏松等病變，這與腎精先天稟賦不足的表型一樣。在后天，Klotho基因的生理功能需要后天攝取的氨基酸作為物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行編碼翻譯，形成相應(yīng)功能的蛋白。因此，無論從先天抑或后天而言，Klotho基因都與秉承于父母的先天之精功能相吻合，也直接說明腎精與Klotho基因的同源性。

2.2 Klotho基因與腎主衰老的關(guān)系

腎精的充盛與衰老密切相關(guān)。當(dāng)機(jī)體腎精不足，則導(dǎo)致腎陰腎陽虛衰無以化生腎氣，腎氣虛衰則五臟六腑生化功能減退，而出現(xiàn)一系列衰老的表現(xiàn)[10]。Klotho與腎精一樣，是具有抗衰老作用的基因，并在體內(nèi)刺激多條信號(hào)通路延緩機(jī)體衰老。研究發(fā)現(xiàn)，Klotho基因敲除的小鼠在4周后表現(xiàn)出生長(zhǎng)發(fā)育緩慢、消瘦以及多臟腑功能減退的表現(xiàn)，并且在8～9周后便出現(xiàn)不同程度的衰老死亡；而當(dāng)外源性注入Klotho蛋白時(shí)，這種異常表型可得到明顯抑制，且小鼠壽命可得到延長(zhǎng)[11]。可見，Klotho基因的缺失不僅與腎精不足所致的壽命縮短相似，而且同樣具有臟腑功能減退的表型。

2.3 Klotho基因與腎主生殖、生長(zhǎng)發(fā)育之間的關(guān)系

《素問·上古天真論篇》通過女子七七和男子八八的生理過程，講述腎精由稚嫩到充盛、再由盛至衰的演變過程，說明機(jī)體生長(zhǎng)壯老已的生命過程，以及人體生殖器官的發(fā)育、性機(jī)能成熟，均需要腎精的充養(yǎng)作用。而腎精充盛與否也決定了機(jī)體的繁衍和生殖。在Klotho基因敲除的雄性小鼠中，表現(xiàn)出生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、外生殖器、睪丸、生精管萎縮、精母細(xì)胞停止生長(zhǎng)[1,12-13]。而Klotho基因缺陷的雌性小鼠則表現(xiàn)為無發(fā)情周期，卵巢和子宮萎縮，卵泡停止生長(zhǎng)呈幼稚型，黃體生成素及卵泡刺激素降低，沒有成熟卵泡和囊狀卵泡[14]。從小鼠這種生殖功能減退的表型來看，Klotho基因與腎精主生殖、生長(zhǎng)發(fā)育是一致的。

2.4 Klotho基因與腎藏精主骨的關(guān)系

腎藏精，主骨生髓。《素問·平人氣象論篇》曰：“腎藏骨髓之氣。”《素問·宣明五氣篇》曰：“腎主骨髓，其充在腎。”腎中精氣充足，骨髓得以生化，使骨骼能夠得到骨髓的滋養(yǎng)從而變得堅(jiān)固。腎精是骨骼發(fā)育的必需物質(zhì)，能夠促進(jìn)骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育。從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度出發(fā)，骨骼的發(fā)育與礦化物質(zhì)代謝關(guān)系密切，尤以鈣磷代謝為主，故而腎藏精主骨的生理功能與機(jī)體的鈣磷代謝關(guān)系密切。本課題組在前期研究中發(fā)現(xiàn)，溫補(bǔ)腎陽、通腑泄?jié)嶂缮险{(diào)體內(nèi)Klotho基因的表達(dá)，改善大鼠股骨密度。而在進(jìn)一步的分子機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，Klotho可通過與成骨細(xì)胞分泌的FGF23結(jié)合，形成FGF23/FGFR1/Klotho三元復(fù)合物[15-16]，激活下游鈣磷代謝信號(hào)通路，提高與鈣磷代謝相關(guān)的基因表達(dá)，維持體內(nèi)鈣磷的穩(wěn)態(tài)，最終調(diào)節(jié)骨骼中的鈣磷含量。這從微觀角度闡述了Klotho基因調(diào)節(jié)體內(nèi)的鈣磷代謝，也緊密聯(lián)系了腎主骨的關(guān)系。

由此可見，無論從Klotho的生理功能，抑或是微觀分子生物學(xué)角度，均解釋了Klotho基因與腎精的關(guān)系，也進(jìn)一步證實(shí)Klotho基因?yàn)槟I精物質(zhì)基礎(chǔ)的理論。

3 Klotho基因與中醫(yī)心系統(tǒng)之間的關(guān)系

Klotho基因并不在心臟中表達(dá)，但大量研究卻發(fā)現(xiàn)，心血管疾病的發(fā)生與血漿中sKlotho蛋白的減少具有明顯相關(guān)性。Semba等[17]研究發(fā)現(xiàn)，血漿中sKlotho高表達(dá)是社區(qū)成年居民較少發(fā)生冠狀動(dòng)脈疾病、心力衰竭、外周動(dòng)脈疾病等心血管疾病的主要因素。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中同樣發(fā)現(xiàn)，體外注射sKlotho蛋白可明顯改善小鼠的心血管疾病的發(fā)生率，表明Klotho基因的衍生物sKlotho對(duì)于心臟有保護(hù)作用。

3.1 Klotho基因與心主血

心主血是指全身血液的推動(dòng)依賴于心臟的搏動(dòng)和脈管的收縮。《素問·五臟生成篇》曰：“諸血者，皆屬于心”，表明血液的正常運(yùn)行皆賴于心臟的功能正常。清代《傅青主女科》曰：“腎無心火則水寒, 心無腎水則火炙, 心必得腎水以滋潤(rùn), 腎必得心火以溫暖”，指出心腎之間上下交通水火相濟(jì)，方能維持機(jī)體的協(xié)調(diào)平衡。而當(dāng)心腎之間交通失衡，可表現(xiàn)出心律失常、心肌肥大甚至心肌纖維化等心血管疾病。

有研究證實(shí)[18]，導(dǎo)致竇房結(jié)功能紊亂和心律失常的主要病因與Klotho基因缺乏密切相關(guān)。而隨著Klotho蛋白的減少，左心室射血分?jǐn)?shù)、每搏輸出量以及心輸出量出現(xiàn)下降[19]，同時(shí)伴發(fā)左心室肥大、瓣膜鈣化、心肌纖維化甚至出現(xiàn)心臟衰竭。而導(dǎo)致上述病理表型的發(fā)生，主要源于心肌細(xì)胞中的鈣離子代謝紊亂。Klotho作為鈣磷代謝主要調(diào)節(jié)因子，不僅可調(diào)節(jié)腎臟的鈣磷代謝，亦可通過sKlotho調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞上瞬時(shí)受體電位陽離子通道6(transient receptor potential cation channel 6, TRPC6)蛋白，抑制鈣離子通道，減少心肌細(xì)胞上的鈣離子內(nèi)流，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞中動(dòng)作電位的發(fā)生，改善心律失常，抑制心肌肥大。

3.2 Klotho基因與心主脈

同樣，Klotho基因還與心主脈關(guān)系密切。血液脈道通利，則心主血脈功能才會(huì)正常。《醫(yī)林改錯(cuò)》曰：“元?dú)饧忍摚夭贿_(dá)于血管，血管無氣，停留而為瘀”，表明血脈的通利離不開腎臟的作用。腎元虛衰則氣化不利，津液滯留變?yōu)楦嘀换蛩慌粒疂裉禎醿?nèi)生；抑或心失溫煦、神氣虛餒，則脈道失利；精氣不足則生化乏源，脈失濡養(yǎng)或推動(dòng)無力，最終導(dǎo)致心血管疾病的發(fā)生。而Klotho也亦如此，當(dāng)體內(nèi)sKlotho減少時(shí)則出現(xiàn)一系列的心血管疾病。Hu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，CKD小鼠出現(xiàn)的血管鈣化與血液中sKlotho的減少具有明顯的相關(guān)性；而通過腹腔注射sKlotho，可明顯緩解小鼠血管鈣化表型，同時(shí)小鼠血管順應(yīng)性也相應(yīng)得到改善。可見，Klotho基因衍生物sKlotho的心血管保護(hù)作用，吻合了腎水上濟(jì)于心的保護(hù)作用。

4 Klotho基因與“心腎相交”理論的關(guān)系

“心腎相交”主要體現(xiàn)在腎水上濟(jì)于心，使得心火不旺；心火下降于腎，而腎水不寒。通過這種交互作用，使得心腎之間達(dá)到穩(wěn)態(tài)。而當(dāng)心腎任何一臟出現(xiàn)不平衡時(shí)，則可出現(xiàn)心不交腎、腎不交心抑或心腎互為不交等一系列病理表現(xiàn)。臨床中，心血管病變是慢性腎臟疾病(chronic kidney disease, CKD)最常見的并發(fā)癥，也是“心腎不交”常見的臨床表型。袁平等[20]發(fā)現(xiàn)，心腎綜合征中機(jī)體的病變程度與體內(nèi)Klotho基因有明確的相關(guān)性，并且心臟病變以及腎臟病變患者均伴有Klotho蛋白的減少，其中尤以心力衰竭合并腎損傷患者Klotho蛋白下降明顯[21]。在野生型(wild type, WT)小鼠CKD模型中，Klotho基因敲除的小鼠出現(xiàn)大量血管和軟組織鈣化；而通過過表達(dá)Klotho基因，可使抑制小鼠出現(xiàn)上述表型[22]。LAU等[23]研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)體內(nèi)的Klotho表達(dá)，可明顯抑制CKD模型小鼠的主動(dòng)脈鈣化，并降低體內(nèi)FGF23的含量。在心腎綜合征中，通常伴有急劇升高的FGF23。這種升高的FGF23可同中醫(yī)病理中的“濁邪”，其不再同體內(nèi)正氣Klotho結(jié)合，進(jìn)入遠(yuǎn)端心血管，與心肌細(xì)胞以及血管平滑肌細(xì)胞中的成纖維化生長(zhǎng)因子受體4(fibroblast growth factor receptor 4, FGFR4)結(jié)合，激活PLCγ/NFAT信號(hào)通路，使得TRPC6蛋白增加，誘發(fā)鈣離子代謝紊亂，形成鈣化濁毒，瘀積血脈，誘發(fā)各種心血管疾病。而當(dāng)體內(nèi)腎精Klotho充足時(shí)，則血清FGF23可被抑制，并與腎中Klotho結(jié)合參與鈣磷代謝調(diào)節(jié)；而血清中sKlotho可通過血液循環(huán)抑制FGF23/PLCγ/NFAT信號(hào)通路，阻止?jié)嵝暗酿龇e，改善心血管病理表現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述， Klotho基因源于腎臟，參與調(diào)節(jié)機(jī)體的鈣磷代謝；而其衍生物sKlotho可通過體液循環(huán)進(jìn)入心臟，保護(hù)心血管，調(diào)節(jié)心腎之間的平衡。在目前的中醫(yī)理論體系中，尚無明確客觀指標(biāo)評(píng)價(jià)心腎之間關(guān)系。而通過探討微觀分子的生物活性與中醫(yī)之間的聯(lián)系，可豐富中醫(yī)基礎(chǔ)理論，同時(shí)探尋客觀指標(biāo)評(píng)價(jià)心腎之間平衡關(guān)系以及愈后評(píng)價(jià)指標(biāo)。