Klotho蛋白与糖尿病肾病研究展

Klotho蛋白与糖尿病肾病研究展

李腾云（综述）段顺元（审校）

（永州市中心医院北院湖南永州425000）

摘要：Klotho蛋白是一个主要表达在肾脏内的抗衰老蛋白，研究表明它的表达下调与糖尿病肾病的发生发展密切相关[1]。在糖尿病肾病的患者或小鼠模型中，血液、尿液、肾脏当中，Klotho蛋白表达明显低于正常人群或小鼠[2]，结果提示Klotho不仅能作为肾脏损伤的标志物，还是肾损伤的保护性因素，通过外源性Klotho蛋白或提高内源性Klotho基因的表达可以保护肾脏。因此本文主要对Klotho蛋白对糖尿病肾病肾脏保护的分子机制方面进行综述。

关键词：Klotho蛋白；糖尿病肾病；肾脏保护；分子机制；

前言

糖尿病肾病是糖尿病微血管并发症之一，现已经是我国终末期肾病的主要病因，其发病机制复杂，至今不完全清楚。由于糖尿病肾病起病隐匿，早期症状不明显，很容易被忽视，一旦出现大量蛋白尿，则病变不可逆转，最终发展为终末期肾病，给患者带来沉重的经济负担，降低患者的生活质量。目前针对糖尿病肾病治疗的临床策略尚不理想。[3]有研究发现高浓度Klotho蛋白对糖尿病肾病肾脏存在保护作用，因此Klotho可能是糖尿病肾病治疗的又一靶点。[4]

一、Klotho蛋白简介

Klotho是1997年kruo-o等人在小鼠实验模型上发现的一种抗衰老基因[5]。其表达产物Klotho蛋白主要在肾脏及脑组织中脉络膜及甲状旁腺等组织中表达，尤其是在肾皮质小管上皮细胞[6]。人和老鼠的klotho基因具有同源性，其在不同物种所在的染色体不相同，人的klotho基因位于13号染色体上，其编码的蛋白是跨膜Klotho蛋白，主要为编码a-Klotho蛋白[7]。Klotho蛋白在人体中有两种存在形式：膜型和游离型。膜型主要表达于肾小管近端上皮细胞，为激素受体，主要功能调节磷排泄和合成活性维生素D。游离型Klotho作为体液因子，在机体中起到多种生物学效应，如抑制氧化应激，调控离子转运，调节细胞因子的表达，抑制炎性反应，抗细胞凋亡。[8]

二、Klotho蛋白在糖尿病肾病中可能的肾脏保护机制

TGF-B是糖尿病肾病发生、进展中的重要细胞因子，可诱导肾小球、肾小管细胞肥大，抑制细胞外基质降解，引发肾间质纤维化[9]Klotho基因缺失导致转化生长因子-B（TGF-B）信号加强，加重肾脏纤维化。有研究结果显示，在糖尿病肾病大鼠模型的肾脏中，Klotho基因表达降低，TGF-B1的表达增高，经过Klotho治疗后Klotho基因表达增加，同时TGF-B1的表达显著下降。结果提示Klotho基因可以下调TGF-B1的表达，从而抑制肾脏的纤维化，起到保护肾脏的作用。[10]

氧化应激是糖尿病肾病肾脏损伤的机制之一，近年来许多研究证明Klotho能够发挥抗氧化作用并且改善氧化状态下某些通路的表达，从而对肾脏起到一定的保护作用。体内实验发现，Klotho缺乏组诱导的氧化指标和氧化诱导的细胞损伤水平较高，而Klotho蛋白过度表达组结果则相反。这说明，Klotho可做为一种抗氧化蛋白，有效降低抗氧化应激，提高对肾脏的保护能力[11]。此外体外实验发现，Klotho还会调节超氧化物歧化酶的表达，降低氧化损伤。研究发现，在动物的肾脏衰老实验中Klotho蛋白通过抑制叉头转录因子O（FOXO）的磷酸化使FOXO家族的转录因子发生活化，进而刺激锰超氧化物歧化酶的表达并抑制过氧化氢酶的表达，从而加强了反应性氧族（ROS）的清除过程。[12]

Wnt信号通路在维持干细胞增殖和生存中，具有重要的作用，但持续激活该通路可造成干细胞快速衰竭。有研究表明Klotho可作为Wnt-/B-catenin拮抗剂调节Wnt信号通路。Klotho与不同类型的Wnt配体结合抑制下游信号传导，而敲除鼠的Klotho基因会使Wnt信号通路表达增强。在糖尿病肾病状态下，Klotho可抑制Wnt信号通路，活化的Wnt通路可延长细胞周期，可促进肾小球足细胞的凋亡，促进足细胞发生上皮间质转分化（EMT）的发生，Klotho可通过干扰Wnt-/B-catenin信号通路抑制肾间质纤维化[13]。

张军等人通过以高浓度葡萄糖作用于人脐静脉血管内皮细胞模拟糖尿病肾病血管内皮细胞受损状态，研究Klotho蛋白对高糖作用下人脐周静脉血管内皮细胞损伤的影响，实验发现，高Klotho蛋白能够提升高糖作用下人脐周静脉血细胞活力，抵抗高糖诱导血管内皮细胞产生的ROS（活性氧）所致的氧化损伤，恢复高糖作用下内皮细胞正常分泌功能，分泌NO含量增加、ET-1及ICAM-1减少对血管内皮细胞发挥保护作用[14]。

Klotho通过抑制高糖介导的Toll样受体-4（TRL-4）-肾脏核因子kB（NF-kB）P56-中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）信号通路下调NAGL的表达，进一步抑制肾小球的纤维化及炎症反应。有实验用高糖培养大鼠肾小球系膜细胞，研究发现高糖下调体外培养的肾小球系膜细胞中的KlothomRNA及其蛋白表达。进一步以外源性Klotho重组蛋白干预体外培养的肾小球系膜细胞，结果显示TLR4及NF-kBP56磷酸化蛋白表达水平显著下降，NAGL蛋白表达水平也明显下降，同时还伴有纤维化因子及炎症因子（MCP-1）表达水平显著降低。提示Klotho蛋白可能通过抑制TLR4-NF-kBp56信号通路下调NAGL的表达，进而抑制肾脏纤维化及炎症反应的发生。[15][16]

糖尿病肾病早期肾脏肥大是其进展的始动因素，细胞周期调控蛋白是调控细胞生长的关键，与糖尿病肾病早期肾脏肥大密切相关。p15、p21、p27是细胞周期的负调控因子，Klotho基因可能通过下调糖尿病大鼠肾脏细胞周期负调控蛋白p15、p21、p27基因的表达，对肾脏有保护作用。[10]

血管内皮生长因子（VEGF）是调控血管生成过程中的促进因子，提高血管通透性，过度表达增加肾小球滤过膜的通透性，同时使多种炎性因子分泌，加剧炎性反应，加重糖尿病肾病的发展。Klotho可通过调控VEGF的表达保护肾脏。[17][18]Klotho可减轻糖尿病肾病患者的胰岛素抵抗。[19]

综上所述，Klotho蛋白在糖尿病肾病患者及动物模型中，其表达下降，可能通过以上机制对肾脏起到保护作用。因此补充外源性Klotho蛋白或提高内源性Klotho基因表达能有效保护肾脏，Klotho蛋白或许是糖尿病肾病早期诊断的标记物及治疗的又一靶点。

参考文献

[1]王君，姜晓燕，丁秀霞.慢性肾脏病患者血清Klotho蛋白、成纤维细胞生长因子-23水平与疾病严重程度的相关性分析[J].国际检验医学杂志.2017，（15）：2079-2081.

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[8]吴可，吕川，马晓宇.抗衰老蛋白Klotho阻断高糖培养的大鼠肾小球系膜细胞TRL-4/NF-kBp56/NAGL的通路的激活及其作用机制[J].分子和细胞内分泌学2015，（09）：84-97.

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[12]常雅琪，文敏，赵华.Klotho蛋白对氧化应激的影响及可能的机制.动物营养学报.2018.

[13]拜霖楠.Klotho蛋白拮抗瘦素损伤小鼠足细胞的实验研究[D].北京.首都医科大学.2016.14.

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