林文軍 綜述 劉志紅 審校

·腎臟病基礎(chǔ)·

Klotho
——慢性腎臟病的心血管保護(hù)因子

林文軍 綜述 劉志紅 審校

Klotho是一種抗衰老基因。既往研究表明，Klotho不僅具有抗衰老作用，還有保護(hù)腎臟的作用。近年研究表明，Klotho蛋白具有激素樣作用，除可在腎臟局部發(fā)揮作用外，還可作用于遠(yuǎn)端器官(如心血管系統(tǒng))。慢性腎臟病患者常死于心血管疾病。由于Klotho高表達(dá)于腎臟且可作用于遠(yuǎn)端器官，因此，Klotho對慢性腎臟病相關(guān)心血管病變的作用成為近年研究熱點。本文就Klotho對慢性腎臟病合并心血管病變的影響進(jìn)行綜述。

慢性腎臟病Klotho心血管

慢性腎臟病(CKD)發(fā)病率逐年升高，嚴(yán)重危害人類生命健康。CKD是心血管疾病(CVD)的獨立危險因素。CKD合并CVD時，CKD進(jìn)展加快，患者生存率顯著下降，生活質(zhì)量明顯降低。CKD在進(jìn)展為終末期腎病(ESRD)之前常死于CVD［1］。初步研究結(jié)果表明透析患者腎功能損傷程度與心血管事件死亡率顯著相關(guān)。50%的ESRD患者會出現(xiàn)心血管事件，該部分人群心血管事件死亡率是一般人群的15～30倍［2］。

Klotho基因由韓國科學(xué)家Kuro-o等［3］于1997年發(fā)現(xiàn)。Klotho基因表達(dá)缺失的小鼠具有壽命縮短、動脈鈣化、肺氣腫和骨質(zhì)疏松等衰老樣表型。研究發(fā)現(xiàn)，年齡＞40周歲的健康成年人血清Klotho水平下降［4］;衰老相關(guān)疾病(如腫瘤、高血壓及腎臟病)患者血清Klotho水平下降［5］?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)Klotho與多種生物學(xué)功能相關(guān)，其中大部分功能與壽命有關(guān)。

Klotho可保護(hù)心血管系統(tǒng)。Klotho直接與成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)受體結(jié)合形成有助于FGF-23結(jié)合的高親和力受體復(fù)合物，參與FGF-23對體內(nèi)磷代謝的調(diào)節(jié)。此外，Klotho可能通過抑制氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)炎癥以及緩解血管鈣化等多種機(jī)制保護(hù)心血管系統(tǒng)。因此，Klotho可能是CVD的一個重要調(diào)節(jié)因子［6］。本文旨在探討Klotho在CKD相關(guān)CVD中的作用。

Klotho

人類Klotho基因位于染色體13q12，由5個外顯子組成。Klotho基因可以轉(zhuǎn)錄形成兩種轉(zhuǎn)錄本:一種是全長，該轉(zhuǎn)錄本可翻譯為由1 012個氨基酸組成的分子量為130 kD的跨膜蛋白，即膜型;另外一種轉(zhuǎn)錄本可翻譯為N端的549個氨基酸，分子量為65～70 kD的分泌型蛋白，即分泌型(圖1)［7］。血液循環(huán)中的Klotho蛋白由膜型Klotho經(jīng)水解產(chǎn)生的胞外區(qū)片段和分泌型Klotho組成(圖1)。尿液、血清和腦脊液中均存在Klotho。Klotho以體液因子的形式存在于循環(huán)系統(tǒng)中，具有抗氧化、調(diào)節(jié)腎臟離子通道、拮抗Wnt信號通路、抗凋亡和抗衰老等作用［8］。

圖1 膜型Klotho與分泌型Klotho［7］

CKD患者Klotho表達(dá)

Klotho表達(dá)缺失小鼠的表型與CKD存在相似特征，如高磷血癥、高FGF-23、壽命縮短和血管鈣化。CKD 2期患者血清中Klotho水平下降且與eGFR呈正相關(guān)［9］。多因素校正后，血清Klotho與eGFR獨立相關(guān)［10］。然而，目前商品化Klotho檢測試劑盒的組內(nèi)變異系數(shù)、組間變異系數(shù)和線性范圍存在差異［11］。使用不同的試劑盒可能增大檢測結(jié)果的差異。然而，即便使用同一試劑盒，血清Klotho檢測結(jié)果仍存在較大差異。Yamazaki等［4］認(rèn)為成年人血清Klotho的正常范圍為239～1 266 pg/ml (平均值±標(biāo)準(zhǔn)差:562±146 pg/ml)，血清Klotho水平與肌酐和年齡呈負(fù)相關(guān)，提示血清Klotho水平可能受腎功能影響。然而，Sugiura等［12］使用相同的試劑盒發(fā)現(xiàn)CKD患者血清Klotho水平(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差:1 413±614 pg/ml)是正常成年人(平均值: 404±87 pg/ml)的3～4倍。試劑盒的選取、入組標(biāo)準(zhǔn)、入組人數(shù)和正常值的選定可能會影響最終結(jié)果的判定。因此，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)范檢測試劑盒，進(jìn)行大規(guī)模多中心隊列研究以確定正常成年人及CKD患者血清Klotho的水平。

Klotho表達(dá)水平受多種因素的影響。Klotho表達(dá)水平隨年齡增長而出現(xiàn)下降，健康兒童Klotho水平顯著高于健康成年人［4］。在高磷、高FGF-23及腎功能下降時，Klotho的表達(dá)均會受到抑制［13］。臨床相關(guān)藥物，如他汀類藥物［14］、腎素血管緊張素拮抗劑［15］，PPARγ激動劑［16］則可增加Klotho的表達(dá)。因此，在闡述CKD或ESRD患者血清中Klotho水平時，還需要考慮到上述這些因素的影響。

Klotho與CKD左心室肥厚

左心室肥厚(LVH)是心源性死亡的獨立危險因素。超聲心動圖檢查發(fā)現(xiàn)ESRD患者左心室肥厚(LVH)、心臟收縮功能障礙、心室擴(kuò)張(擴(kuò)張性心肌病)的患病率分別為74%、15%和32%［17－18］。這些病理改變與ESRD患者不良預(yù)后的相關(guān)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高血壓、年齡、糖尿病、肥胖和脂質(zhì)代謝紊亂等已知的傳統(tǒng)心血管疾病危險因素。約50%的ESRD患者會因心臟結(jié)構(gòu)和功能的異常出現(xiàn)突發(fā)性心律失常，甚至死亡［19］。

腎臟病早期(腎功能幾乎正常時)即可出現(xiàn)左心室質(zhì)量增加，最常見的類型是偏心性LVH;LVH呈進(jìn)行性進(jìn)展，80%進(jìn)行腎臟替代治療的患者患有LVH，主要類型為同心性LVH［19］。Levin等［20］對175名透析前患者實施超聲心動圖監(jiān)測并評估他們的左心室質(zhì)量指數(shù)(LVMI)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著腎功能的下降，LVH的發(fā)病率增加，當(dāng)腎功能損傷嚴(yán)重時(CrCl＜25 mL/min)，45.2%的患者出現(xiàn)LVH。Paoletti等［21］對244例非糖尿病透析前患者研究分析后發(fā)現(xiàn)，CKD 1、2期LVH的患病率為51%，而CKD 3～5期LVH的患病率為78%。

CKD患者除了具有傳統(tǒng)心血管危險因素外，還存在蛋白結(jié)合毒素［如硫酸吲哚酚(IS)］、低Klotho、白蛋白尿、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)的高反應(yīng)性和骨及礦物質(zhì)代謝異常等CKD特異性心血管危險因素。

Klotho可以緩解多種因素引起的LVH。Yang等［22］發(fā)現(xiàn)Klotho蛋白可緩解IS誘導(dǎo)的心肌肥厚。他們分析了86例CKD患者血清中IS與Klotho的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者呈負(fù)相關(guān)。與野生型小鼠相比，IS可誘導(dǎo)Klotho表達(dá)缺失的雜合子小鼠發(fā)生更為嚴(yán)重的LVH。體外研究發(fā)現(xiàn)，Klotho可阻斷由IS誘導(dǎo)、ROS介導(dǎo)的MAPK和ERK1/2信號通路的激活(圖2)。由于Klotho是FGF-23的共受體，參與調(diào)節(jié)磷的代謝，因此CKD患者Klotho表達(dá)下降所引起的心肌病變也可能是通過上調(diào)血清中FGF-23或(和)磷的水平所致［23］。然而，最近的一項研究認(rèn)為即便恢復(fù)血清中的磷和FGF-23至正常水平，也不能完全逆轉(zhuǎn)Klotho表達(dá)缺失小鼠CKD模型的心肌肥厚表型，這表明Klotho可以通過非FGF-23和磷依賴的途徑來緩解尿毒癥心肌病變［24］。進(jìn)一步的研究證實Klotho可以直接參與心臟的保護(hù)(圖2)。Xie等［25］發(fā)現(xiàn)異丙腎上腺素(ISO)可加重Klotho表達(dá)缺失小鼠的心臟肥厚。注射Klotho蛋白可緩解ISO誘導(dǎo)的小鼠心臟結(jié)構(gòu)改變，如心肌纖維排列紊亂、成纖維細(xì)胞增生、單核細(xì)胞浸潤或間質(zhì)和血管周圍纖維化。其作用機(jī)制可能與瞬時受體電位陽離子通道6(TRPC6)通道的下調(diào)有關(guān)，其中TRPC6過表達(dá)可以導(dǎo)致心臟發(fā)育異常和早亡。另外，心肌細(xì)胞凋亡是心肌重塑的一個重要的過程，Klotho能夠通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和活性氧(ROS)的產(chǎn)生來抑制心肌細(xì)胞凋亡［26］。

圖2Klotho保護(hù)心血管作用機(jī)制

Klotho與CKD血管鈣化

150多年前，Virchow［27］描述了尿毒癥相關(guān)的軟組織和血管鈣化，他認(rèn)為鈣化是指鈣從骨中被轉(zhuǎn)移至軟組織中。大約50年前，Parfitt等［28］詳細(xì)地解釋了尿毒癥相關(guān)軟組織和血管鈣化，雖然以現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來看，他提出的鈣化機(jī)制已經(jīng)過時，但他對損傷的描述非常準(zhǔn)確，他認(rèn)為在所有不同部位的異位鈣化中，動脈鈣化最為常見。

血管鈣化是一種復(fù)雜、可調(diào)控的，由細(xì)胞驅(qū)動的病理過程，該過程由多種抑制性蛋白和誘導(dǎo)性蛋白參與。病變細(xì)胞和局部調(diào)控蛋白間平衡體系的打破促使鈣化的發(fā)生。繼而導(dǎo)致大動脈壁變厚，彈性減弱。與血管鈣化相關(guān)的細(xì)胞機(jī)制是血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)凋亡，該機(jī)制早于實際鈣化的發(fā)生。此外，VSMC可發(fā)生表型轉(zhuǎn)變，成為骨軟骨原細(xì)胞，繼而分泌基質(zhì)小泡，沿凋亡小體形成膠原纖維，促進(jìn)羥基磷石灰晶體的形成。值得注意的是，鈣磷在細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換以及異位鈣化形成的共同通路中均起到重要作用。細(xì)胞外磷水平增加會通過III型NaPi協(xié)同轉(zhuǎn)運體(Pit-1和Pit-2)促進(jìn)磷內(nèi)流增加從而誘導(dǎo)VSMC發(fā)生礦化。這一過程伴隨著成骨標(biāo)志物(如RunX2)的過表達(dá)，從而促使VSMC發(fā)生去分化［29］。鈣化可發(fā)生于血管內(nèi)膜、血管中膜或兩者同時出現(xiàn)。血管內(nèi)膜鈣化主要見于較大動脈中的動脈粥樣硬化性斑塊。血管中膜鈣化可發(fā)生于任何大小的動脈，主要特征為沿彈力纖維分布的彌漫性礦物質(zhì)沉積。兩種形式的鈣化在CKD患者的血管中均可檢測到。然而，血管中膜鈣化更為典型，更為常見。血管鈣化在CKD早期即可出現(xiàn)，腎功能惡化時更為常見［30］。

Klotho可抑制血管鈣化。小鼠過表達(dá)Klotho可以緩解腎功能損傷，增加磷酸尿，減少軟組織鈣化［31］。然而，過表達(dá)Klotho難免會打破礦物質(zhì)、多種內(nèi)分泌軸的穩(wěn)態(tài)。因此，不能完全確定Klotho對血管鈣化的直接作用。考慮到這些因素，Hu等［31］認(rèn)為，Klotho通過間接作用和直接作用來發(fā)揮其保護(hù)作用(圖2)。間接作用表現(xiàn)為Klotho促進(jìn)尿磷排泄和緩解腎臟損傷［10］。Klotho與FGF-23受體結(jié)合激活FGF-23信號通路，抑制近端腎小管細(xì)胞刷狀緣IIa型NaPi協(xié)同轉(zhuǎn)運體，促進(jìn)磷排泄。此外，Klotho通過非FGF-23依賴途徑使近端腎小管IIa型NaPi協(xié)同轉(zhuǎn)運體發(fā)生去糖基化，促進(jìn)其內(nèi)化，從而調(diào)控磷的轉(zhuǎn)運［32］。直接作用表現(xiàn)為，Klotho可直接作用于在血管鈣化起始和進(jìn)展中均起到重要作用的VSMC。2011年，Hu等［31］證實重組的Klotho蛋白可以通過調(diào)節(jié)VSMC中Ⅲ型NaPi協(xié)同轉(zhuǎn)運體的活性而抑制VSMC發(fā)生去分化。與上述發(fā)現(xiàn)一致，Lim等［33］發(fā)現(xiàn)把人動脈平滑肌細(xì)胞(HA-SMC)中的Klotho沉默后，HA-SMC會發(fā)生鈣化。有趣的是，維生素D受體激動劑，如骨化三醇或帕立骨化醇處理后，可使在促進(jìn)鈣形成條件下培養(yǎng)的HA-SMC中的Klotho表達(dá)恢復(fù)，并且會增加尿毒癥小鼠血液和尿液中的Klotho水平［33－34］。使用維生素D受體激動劑進(jìn)行治療，可以改善動脈中層鈣化并增加抗鈣化因子－骨橋蛋白的表達(dá)［34］。

小結(jié):CKD早期即可出現(xiàn)CVD，而后者直接影響CKD患者的生存率和生活質(zhì)量。Klotho高表達(dá)于腎臟，CKD患者腎臟組織Klotho和血清中Klotho均明顯下降。Klotho水平下降會加速CKD及心血管病變的進(jìn)展。大量動物實驗表明，Klotho通過直接和間接作用保護(hù)心血管系統(tǒng)。外源性注射Klotho蛋白可緩解多種CKD小鼠模型心血管病變。Klotho有望成為治療CKD及相關(guān)心血管病變新靶點。

1Schiffrin EL，Lipman ML，Mann JF．Chronic kidney disease:effects on the cardiovascular system．Circulation，2007，116(1):85-97．

2Foley RN，Parfrey PS，Sarnak MJ．Epidemiology of cardiovascular disease in chronic renal disease．J Am Soc Nephrol，1998，9(12 Suppl):S16-23．

3Kuro-o M，Matsumura Y，Aizawa H，et al．Mutation of the mouse klotho gene leads to a syndrome resembling ageing．Nature，1997，390 (6655);45-51．

4Yamazaki Y，Imura A，Urakawa I，et al．Establishment of sandwich ELISA for soluble alpha-Klotho measurement:Age-dependent change of soluble alpha-Klotho levels in healthy subjects．Biochem Biophys Res Commun，2010，398(3):513-518．

5Wang Y，Sun Z．Current understanding of Klotho．Ageing Res Rev，2009，8(1):43-51．

6Moe SM．Klotho:a master regulatorofcardiovasculardisease? Circulation，2012，125(18):2181-2183．

7Bian A，Neyra JA，Zhan M，et al．Klotho，stem cells，and aging．Clin Interv Aging，2015，10:1233-1243．

8Hu MC，Kuro-o M，Moe OW．Renal and extrarenal actions of Klotho．Semin Nephrol，2013，33(2):118-129．

9Shimamura Y，Hamada K，Inoue K，et al．Serum levels of soluble secreted α-Klotho are decreased in the early stages of chronic kidney disease，making it a probable novel biomarker for early diagnosis．Clin Exp Nephrol，2012，16(5):722-729．

10 Kim HR，Nam BY，Kim DW，et al．Circulating α-Klotho levels in CKD and relationship to progression．Am J Kidney Dis，2013，61(6): 899-909．

11 Heijboer AC，Blankenstein MA，Hoenderop J，et al．Laboratory aspects of circulating alpha-Klotho．Nephrol Dial Transplant，2013，28(9): 2283-2287．

12 Sugiura H，Tsuchiya K，Nitta K．Circulating levels of soluble alpha-Klotho in patients with chronic kidney disease．Clin Exp Nephrol，2011，15(5):795-796．

13 Torres PU，Prié D，Molina-Blétry V，et al．Klotho:an antiaging protein involved in mineral and vitamin D metabolism．Kidney Int，2007，71 (8):730-737．

14 Yoon HE，Lim SW，Piao SG，et al．Statin upregulates the expression of Klotho，an anti-aging gene，in experimental cyclosporine nephropathy．Nephron Exp Nephrol，2012，120(4):e123-e133．

15 Karalliedde J，Maltese G，Hill B，et al．Effect of renin-angiotensin system blockade on soluble Klotho in patients with type 2 diabetes，systolic hypertension，and albuminuria．Clin J Am Soc Nephrol，2013，8(11):1899-1905．

16 Zhang H，Li Y，F(xiàn)an Y，et al．Klotho is a target gene of PPAR-gamma．Kidney Int，2008，74(6):732-739．

17 FoleyRN，ParfreyPS，KentGM，etal．Serialchangein echocardiographic parameters and cardiac failure in end-stage renal disease．J Am Soc Nephrol，2000，11(5):912-916．

18 FoleyRN，ParfreyPS，HarnettJD，etal．Clinicaland echocardiographic disease in patients starting end-stage renal disease therapy．Kidney Int，1995，47(1):186-192．

19 Stewart GA，Gansevoort RT，Mark PB，et al．Electrocardiographic abnormalities and uremic cardiomyopathy．Kidney Int，2005，67(1): 217-226．

20 Levin A，Singer J，Thompson CR，et al．Prevalent left ventricular hypertrophy in the predialysis population:identifying opportunities for intervention．Am J Kidney Dis，1996，27(3):347-354．

21 Paoletti E，Bellino D，Cassottana P，et al．Left ventricular hypertrophy in nondiabetic predialysis CKD．Am J Kidney Dis，2005，46(2): 320-327．

22 Yang K，Wang C，Nie L，et al．Klotho Protects Against Indoxyl Sulphate-Induced Myocardial Hypertrophy．J Am Soc Nephrol，2015，26(10):2434-2446．

23 Faul C，Amaral AP，Oskouei B，et al．FGF23 induces left ventricular hypertrophy．T J Clin Invest，2011，121(11):4393-4408．

24 Xie J，Yoon J，An SW，et al．Soluble Klotho protects against uremic cardiomyopathy independently of fibroblast growth factor 23 and phosphate．J Am Soc Nephrol，2015，26(5):1150-1160．

25 Xie J，Cha SK，An SW，et al．Cardioprotection by Klotho through downregulation of TRPC6 channels in the mouse heart．Nat Commun，2012，3:1238．

26 Song S，Gao P，Xiao H，et al．Klotho suppresses cardiomyocyteapoptosisinmicewithstress-inducedcardiacinjuryvia downregulation of endoplasmic reticulum stress．PLoS One，2013，8 (12):e82968．

27 Virchow R．Kalk-Metastasen．Virchows Arch Pathol Anat，1855，8(1): 103-113．

28 Parfitt AM．Soft-tissue calcification in uremia．Arch Intern Med，1969，124(5):544-556．

29 Steitz SA，Speer MY，Curinga G，et al．Smooth muscle cell phenotypic transition associated with calcification upregulation of cbfa1 and downregulation of smooth muscle lineage markers．Circ Res，2001，89 (12):1147-1154．

30 Temmar M，Liabeuf S，Renard C，et al．Pulse wave velocity and vascular calcification at different stages of chronic kidney disease．J Hypertens，2010，28(1):163-169．

31 Hu MC，Shi M，Zhang J，et al．Klotho deficiency causes vascular calcification in chronic kidney disease．J Am Soc Nephrol，2011，22 (1):124-136．

32 Kurosu H，Ogawa Y，Miyoshi M，et al．Regulation of fibroblast growth factor-23 signaling by Klotho．J Biol Chem，2006，281(10): 6120-6123．

33 Lim K，Lu TS，Molostvov G，et al．Vascular Klotho deficiency potentiates the development of human artery calcification and mediates resistance to fibroblast growth factor 23．Circulation，2012，125(18): 2243-2255．

34 Lau WL，Leaf EM，Hu MC，et al．Vitamin D receptor agonists increase Klotho and osteopontin while decreasing aortic calcification in mice with chronic kidney disease fed a high phosphate diet．Kidney Int，2012，82(12):1261-1270．

Klotho as a protective factor against cardiovascular disease in chronic kidney disease

LIN Wenjun，LIU Zhihong
National Clinical Research Center of Kidney Diseases，Jinling Hospital，Nanjing University School of Medicine，Nanjing 210016，China

Klotho is an anti-aging gene．Previous studies showed that Klotho not only exerted anti-aging function but also protected kidney．Recent researches have been reported that the function of klotho liked as a hormone．Klotho protein can act on remote targets，such as cardiovascular system．Since Klotho is highly expressed in kidney and can act on remote targets，the effect of Klotho on cardiovascular diseases in chronic kidney disease patients has been a hot spot in recent years．This article summaries the effect of Klotho on cardiovasular diseases in chronic kidney disease．

chronic kidney diseaseKlothocardiovascular

2015-11-25

(本文編輯律舟凡心)

10．3969/cndt．j．issn．1006-298X．2016．01．014

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院腎臟科國家腎臟疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心全軍腎臟病研究所(南京，210016)