Klotho蛋白在心室重构中的研究进展

李泽龙 综述 魏玲，2 审校

(1.昆明医科大学研究生部，云南昆明650000；2.成都军区昆明总医院地方干部病房，云南昆明650000)

心力衰竭是导致全球人口致残率及致死率增加的首要病因之一，尽管目前β受体阻滞剂、血管紧张素转换酶抑制剂、钙离子通道阻滞剂及醛固酮受体拮抗剂的临床应用丰富了心力衰竭的治疗措施，但效果却不尽如人意。Klotho蛋白是一类与衰老相关的蛋白。近年的研究表明，其与心血管疾病关系密切。随着Klotho蛋白在心室重构中的研究逐渐增多，可能为今后心力衰竭的治疗提供新的方法。

1 Klotho蛋白概述

Klotho基因是于1997年在自发性高血压大鼠模型中发现的与衰老相关的基因[1]。随着与其相关的两个旁源同系物βKlotho和γKlotho的发现[2-3]，原来的Klotho基因被重新命名为αKlotho(以下仍称为Klotho)。由Klotho基因编码的蛋白质为单次Ⅰ型跨膜蛋白，有全长的膜结合型(mKL)和可溶性分泌型(sKL)两种形式，不同类型Klotho蛋白在人和动物体内的含量不同，在小鼠体内以膜结合型为主，分泌型为辅，而在人体刚好相反[4-5]。膜结合型Klotho由两个独立的胞外糖基水解酶结构域KL1和KL2、跨膜区段及小的胞内域组成，其中KL1和KL2是Klotho蛋白的结构和功能中心[6]。通过与成纤维细胞生长因子受体形成复合物，并作为远端小管中纤维细胞生长因子-23的共受体，参与钙磷等矿物质代谢的调节[7-8]。而可溶性分泌型Klotho由膜锚定蛋白酶ADAM10和ADAM17对膜结合型Klotho的胞外结构域进行蛋白酶切或通过RNA的选择性剪接后产生[5-9]。其释放至血液中作为内源性激素，通过调节离子通道/转运蛋白和生长因子信号等多种信号通路，发挥抗炎、抗氧化、抗凋亡、血管保护作用等多种生物学效应[10]，Klotho蛋白的结构及功能特征是其能够参与心室重构调节的基础。

2 Klotho蛋白与心肌肥厚

心肌肥厚是心室重构的重要特点，作为代偿机制，起初能通过增强心肌收缩力维持相对正常的心脏泵血，但长期的心肌肥厚，终将出现心功能失代偿而导致心力衰竭的发生。Klotho蛋白可缓解多种因素引起的心肌肥厚。Yu等[11]发现，Klotho蛋白能显著抑制血管紧张素Ⅱ诱导的乳鼠心肌细胞的肥大性生长，降低细胞表面积，抑制β-肌球蛋白重链表达。进一步研究发现，Klotho蛋白发挥上述作用与抑制Wnt/β-连环蛋白通路的激活及下调血管紧张素Ⅱ1型受体蛋白质的表达有关，当使用血管紧张素Ⅱ1型受体拮抗剂洛沙坦后，Wnt/β-连环蛋白通路的活化被抑制。Yang等[12]发现，Klotho蛋白可缓解吲哚酚硫酸盐诱导的心肌肥厚，他们通过分析86例慢性肾脏病患者血清中吲哚酚硫酸盐与Klotho蛋白的关系，发现二者呈负相关并且分别与左室肥厚独立相关，慢性肾脏病模型小鼠予以Klotho蛋白腹腔注射能显著抑制左室肥厚的进展。体外实验发现，Klotho蛋白可阻断吲哚酚硫酸盐诱导的氧化应激并抑制p38和细胞外调节蛋白激酶1/2信号通路活化。在异丙肾上腺素(ISO)诱导的心室重构模型中，Klotho蛋白可通过抑制氧化应激部分逆转ISO诱导的心脏结构改变，如体重/体重指数的增加、心肌细胞肥大、心肌纤维排列紊乱[13]。此外，Klotho蛋白还可通过激活钠钾ATP酶、抑制钠钙交换体，抑制ISO诱导的心肌细胞内钙超载，降低肥厚基因如心房钠尿肽、脑钠肽及β-肌球蛋白重链的表达[14]。

3 Klotho蛋白与凋亡

机体的氧化/抗氧化防御系统失衡是引起心肌损伤、促进细胞凋亡的重要原因。核因子E2相关因子2(nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2)是近年来发现的与调控氧化应激反应最为密切的转录调节因子。其与下游的血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)共同组成Nrf2/HO-1信号通路系统，参与调控诸多刺激引起的心肌氧化损伤[15-17]。而Klotho蛋白可诱导Nrf2和HO-1及Prx-1(peroxiredoxin-1，Prx-1)的表达，当沉默Nrf2表达后，Klotho蛋白对HO-1和Prx-1的诱导作用减弱[18]。提示Klotho蛋白对Nrf2/HO-1信号通路具有直接调控作用。除了直接调控作用外，Klotho蛋白也可通过中间激酶的激活，间接调控Nrf2的表达，Zhu等[19]在多柔比星诱导的心脏毒性模型中发现，Klotho蛋白能降低心肌内氧自由基聚集，抑制心肌凋亡。进一步研究发现，Klotho蛋白改善了丝裂原活化蛋白激酶的磷酸化、Nrf2易位及HO-1和Prx-1的表达，而当使用丝裂原活化蛋白激酶特异性抑制剂或siRNA沉默其表达后上述改善作用减弱。表明Klotho蛋白通过丝裂原活化蛋白激酶间接调控Nrf2及HO-1表达。此外。Ai等[20]在心肌缺氧/复氧损伤模型中发现，Klotho蛋白预处理能显著降低细胞内氧自由基及乳酸脱氢酶聚集，增加SOD表达，提高心肌细胞在心肌缺氧/复氧下的抗凋亡能力，其机制可能与抑制叉头框蛋白O1和蛋白激酶B的磷酸化以及抑制叉头框蛋白O1的细胞质转移有关。而蛋白激酶B磷酸化后具有激活Nrf2/HO-1信号通路的作用[21]。上述研究表明，Klotho蛋白可通过直接或间接调控Nrf2/HO-1信号通路，保护心肌免受氧化应激损伤，抑制心肌凋亡。

4 Klotho蛋白与纤维化

心肌纤维化是心室重构重要的机制之一，心肌纤维化表现心肌中胶原纤维过度沉积，各型胶原比例失调，心肌纤维排列紊乱，同时伴有心肌成纤维细胞的增生。大量研究表明，心肌纤维化与细胞内多种信号通路激活密切相关。而Klotho蛋白可通过作用于不同的信号通路，发挥抗纤维化作用。

4.1 转化生长因子-β1/Smads信号通路

转化生长因子(TGF)-β1为TGF-β超家族成员之一，是目前已知的与心肌纤维化关系最为密切的生长因子。目前认为，TGF-β1促纤维化作用主要通过调控其下游信号通路来实现。TGF-β1在活化过程中，首先要和TGF-βⅡ型受体(TGF-β receptor Ⅱ，TβR Ⅱ)结合，后者磷酸化并活化TGF-βⅠ型受体(TGF-β receptor Ⅰ，TβR Ⅰ)，活化的TβR Ⅰ 进而磷酸化并激活下游经典的Smad信号通路和非经典Smad信号途径，从而发挥各种病理生理学效应。而Klotho蛋白能直接与TβRⅡ结合并抑制TGF-β1的结合，进而抑制Smad2磷酸化并降低其转录活性，从而抑制TGF-β1信号传导[22]。体外实验亦发现，Klotho蛋白能直接抑制由TGF-β1诱导的心肌纤维化[23]。在高糖刺激的肾小球系膜细胞中，过表达Klotho能够下调肾小球系膜细胞中的早期生长反应因子1，纤连蛋白和Ⅰ型胶原蛋白的表达以及磷酸化Smad3/Smad3比率，相反，siRNA介导的Klotho沉默上调上述指标的表达[24]，表明Klotho蛋白能抑制TGF-β1/Smads信号通路，进而发挥抗纤维化作用。

4.2 单磷酸腺苷活化蛋白激酶信号通路

单磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)是生物体能量代谢调节的关键分子，能够准确感应细胞能量代谢状态的变化，维持能量代谢的平衡。在AMPK与小鼠衰老相关心室重构的研究中，ISO皮下注射能降低心肌内AMPK活性。与野生年轻组小鼠相比，ISO可诱导年轻AMPKα2敲除组(KO)小鼠发生更严重的心肌纤维化，而野生型老年小鼠心脏纤维化程度与年轻KO小鼠相似[25]。表明AMPK与心肌纤维化呈负相关。而Lin等[26]发现，高脂饮食喂养5周即可增加Klotho表达缺失的杂合子[kl(+/-)]小鼠主动脉脉搏波传导速度，而野生型小鼠不出现，且kl(+/-)小鼠血压升高更加明显。进一步研究发现，Klotho基因缺陷加剧高脂饮食诱导的主动脉Ⅰ型胶原蛋白和TGF-β1表达，降低磷酸化的AMPKα、内皮一氧化氮合成酶和Mn-SOD蛋白水平，而使用AMPKα激活剂5-氨基-4甲酰胺咪唑核糖核苷酸能升高AMPKα、一氧化氮合成酶的磷酸化及Mn-SOD的表达并抑制Ⅰ型胶原蛋白和TGF-β1表达。上述研究表明，Klotho参与AMPK的抗纤维化调节，AMPK抑制纤维化机制可能与下调TGF-β1的表达有关。

4.3 核因子κB信号通路

急性心肌梗死后1～8周于心肌中均检测到高水平核因子κBp65蛋白的表达[27]。且在自发性高血压大鼠模型中，淫羊藿次苷Ⅱ(淫羊藿的主要代谢成分)能通过抑制核因子κBp65蛋白的表达及TGF-β1/Smad2信号通路，显著改善左室功能并降低左室心肌胶原面积[28]。表明核因子κB信号通路的活化能促进心肌纤维化。而Klotho能抑制核因子κB的活化及其下游促炎基因的转录。Jin等[29]在环孢霉素A诱导的肾病模型中发现，腺病毒转染αKlotho能够降低核因子κBp65蛋白的表达，抑制炎性细胞因子肿瘤坏死因子-α、白介素-6、白介素-12和诱导型一氧化氮合酶的产生，降低肾小管间质纤维化评分及巨噬细胞浸润和单核细胞趋化蛋白1的表达。Hui等[30]发现，衰老小鼠心脏中Klotho水平较低，并在内毒素血症期间进一步降低。在衰老的内毒素血症小鼠中，重组Klotho蛋白增加心肌热休克蛋白70的表达，抑制核因子κB活化，降低细胞因子水平，改善心脏功能。

5 展望

随着对Klotho蛋白的研究逐步深入，其在心脏保护作用中的机制也在不断被阐明。临床研究发现，具有显著冠状动脉疾病的患者心肌活检及血清中均发现Klotho蛋白浓度降低[31-32]；但亦有动物实验表明，大小鼠急性心肌梗死后4周血清Klotho蛋白的表达变化与假手术组无明显差异[33]，而Paula等[34]的临床研究更指出，在有既往心肌梗死病史的患者，其血清Klotho蛋白是升高的。故目前对冠心病，尤其是急性心肌梗死患者心肌及血清中Klotho蛋白的表达变化研究结果尚不一致，仍需进一步的大规模临床试验加以证实，而Klotho蛋白能否抑制心肌梗死后心室重构也尚需进一步探索研究。