综述：Klotho 抗衰老蛋白：疾病中的分子机制和治疗潜力

《Molecular Biomedicine》：Klotho antiaging protein: molecular mechanisms and therapeutic potential in diseases

这篇综述聚焦 Klotho 蛋白，阐述其在多种疾病（如糖尿病肾病（DKD）等）中的作用及治疗潜力。

　　

Klotho 抗衰老蛋白：疾病中的分子机制和治疗潜力

1997 年，Klotho 被发现并确定为一种潜在的抗衰老蛋白，在多种疾病的病理生理过程中发挥着重要作用，具有广泛的治疗意义。本文将围绕 Klotho 蛋白的分子结构、在多种疾病中的作用机制以及作为治疗靶点的潜力展开综述。

1. Klotho 蛋白的分子结构和定位

Klotho 蛋白得名于希腊神话中的命运女神 Clotho，其基因存在多种亚型，包括 α-Klotho、β-Klotho 和 γ-Klotho 。人类 α-Klotho 基因位于 13q12 染色体，包含五个外显子和五万个碱基对，在肾脏中表达量最高。β-Klotho 与 α-Klotho 在大小和结构上有许多相似之处，主要来源于脂肪组织。γ-Klotho 由 Lctl 基因编码，在大多数器官中低水平表达。

Klotho 蛋白存在两种形式：分泌型和全长跨膜型。全长跨膜型 Klotho 由细胞内结构域、单跨膜结构域和含有两个内部重复序列（KL1 和 KL2）的细胞外结构域组成，其中 KL1 和 KL2 细胞外结构域对其功能至关重要。分泌型 Klotho 主要由肾脏产生，是 KL 基因在人体内的主要产物。Klotho 蛋白是成纤维细胞生长因子 23（FGF23）的关键共受体，与 FGFR1c、FGFR3c 和 FGFR4 形成复合物，增强 FGFRs 与 FGF23 的结合能力，从而调节钙、磷和维生素 D 的代谢 。

2. Klotho 在衰老中的作用

衰老是一个动态过程，伴随着身体机能的逐渐衰退和慢性疾病的增加。Klotho 作为一种抗衰老蛋白，参与调节多种与衰老相关的生化途径，如 Wnt 信号通路、胰岛素信号通路和磷酸盐稳态 。随着年龄的增长，Klotho 的表达和循环水平下降。Klotho 基因敲除小鼠表现出多种衰老相关的表型，如发育迟缓、多器官萎缩、高钙血症、肾纤维化、心脏肥大和寿命缩短 。

多项研究表明，血清 Klotho 水平与年龄呈负相关。在对 346 名 18 - 85 岁健康个体的横断面队列研究中发现，年龄较大的个体（55 - 85 岁）血清 α-Klotho 水平最低 。在意大利对 804 名 65 岁以上成年人的观察性队列研究以及对六组包括成年慢性肾脏病（CKD）患者的队列研究的荟萃分析中均发现，血清 Klotho 水平与全因死亡率呈负相关 。此外，在转基因小鼠中过表达 Klotho 基因可延缓或逆转衰老，这表明增加 Klotho 水平可能是治疗 DKD、CKD 和衰老相关疾病的有前景的策略。

3. Klotho 在糖尿病肾病中的作用

糖尿病肾病（DKD）是糖尿病常见的微血管并发症，也是导致终末期肾衰竭的主要原因之一。在 DKD 中，肾脏维持可溶性 Klotho 平衡的能力受损，大多数肾小管上皮细胞受损，导致可溶性 Klotho 释放减少，同时高血糖进一步加重肾脏损伤 。高血糖会引发一系列病理过程，如氧化应激、炎症、纤维化、细胞凋亡、自噬和矿物质代谢紊乱，而 Klotho 在这些过程中发挥着重要的调节作用。

• 抗氧化作用：氧化应激是 DKD 发生发展的重要危险因素，糖尿病患者体内产生过多的活性氧（ROS），导致氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）积累，进而降低 Klotho 表达 。Klotho 作为一种抗氧化剂，可减少肾脏中的 ROS 和丙二醛（MDA）等氧化应激指标，保护肾脏免受氧化损伤。在 DKD 模型中，Klotho 通过激活叉头框 O1（FoxO1）蛋白，抑制细胞内 ROS 和线粒体超氧化物水平，对抗高糖（HG）诱导的氧化应激和细胞凋亡 。
• 抗炎作用：肾脏炎症是 DKD 的常见后果，多种机制可触发炎症反应。Klotho 通过激活核因子红细胞 2 相关因子 2（Nrf2）信号通路，抑制炎症反应。在败血症模型的 HK2 细胞系中，Klotho 激活 Nrf2 信号，降低氧化应激、脂质过氧化和炎症标志物（如肿瘤坏死因子 -α（TNF-α）和白细胞介素 - 6（IL-6））的水平 。此外，Klotho 还可通过抑制核因子 κB（NF-κB）信号通路，减少高血糖诱导的促炎反应，降低肾脏损伤。
• 抗纤维化作用：DKD 的纤维化过程涉及多种信号通路，如转化生长因子 -β1（TGF-β1）、Wnt、胰岛素 / 胰岛素样生长因子 - 1（IGF-1）等，而分泌型 Klotho 对这些通路具有抑制作用 。Klotho 可有效治疗高糖损伤的人纤维化肾小球内皮细胞，减轻 db/db 小鼠的 DKD 症状，通过抑制肾素 - 血管紧张素 - 醛固酮系统（RAAS）和 Wnt/β-catenin 信号通路，减少肾脏纤维化 。
• 抗凋亡作用：高血糖可诱导肾小管上皮细胞凋亡，促进 DKD 的发展。Klotho 可抑制高糖处理的足细胞凋亡，降低凋亡相关蛋白表达、促凋亡标志物水平和细胞死亡率 。在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病小鼠中，Klotho 基因缺失导致促凋亡标志物过表达，而补充 Klotho 可抑制 Caspase3 和 Bax 表达，减轻足细胞损伤 。
• 调节自噬：自噬是维持细胞内稳态的重要机制，在 DKD 中，自噬功能失调与疾病进展相关。Klotho 通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）和抑制细胞外信号调节激酶（ERK）通路，增强自噬，减少肾小管损伤 。此外，Klotho 还可调节自噬相关蛋白 Beclin-1，通过改变 Beclin-1/Bcl-2 蛋白复合物的比例，调节自噬活动 。
• 调节钙和磷代谢：FGF23 是调节磷代谢的重要内分泌因子，需要 Klotho 作为共受体发挥作用。在 DKD 患者和 STZ 诱导的 DKD 小鼠中，肾脏 α-Klotho 表达降低，尿钙排泄增加 。Klotho 通过调节 FGF23 信号通路，维持肾脏的钙和磷平衡，减少血管钙化的发生。此外，Klotho 还可刺激瞬时受体电位香草酸亚型 5（TRPV5）通道，调节肾脏细胞内的钙稳态 。
• 抑制焦亡：焦亡是一种炎症性程序性细胞死亡，与 DKD 的病理生理过程密切相关。高血糖可激活 NLRP3 炎性小体，导致细胞焦亡和肾脏损伤 。Klotho 可通过抑制 NLRP3 炎性小体的活性，减少细胞焦亡。在体内外实验中，Klotho 显著降低了 caspase-1、IL-1β、Gasdermin D（GSDMD）等焦亡相关蛋白的水平，减轻肾脏损伤 。
• 调节尿毒症毒素：吲哚硫酸盐（IS）是一种蛋白结合尿毒症毒素，在 DKD 患者中，血清 IS 水平升高，Klotho 蛋白水平下降 。IS 可诱导细胞衰老，下调近端肾小管细胞中 Klotho 的表达。而 Klotho 过表达可抑制 IS 诱导的炎症反应和巨噬细胞极化，减轻肾脏和心脏损伤 。

4. Klotho 在其他疾病中的作用

除了 DKD，Klotho 在多种疾病中也发挥着重要作用。

• 心血管疾病（CVD）：Klotho 对心血管系统具有保护作用，其机制包括抗炎、抗纤维化、抗血栓形成和调节钙磷平衡等 。研究发现，血浆 Klotho 水平下降与心血管疾病风险增加相关，低血清 Klotho 水平与更广泛的心外膜脂肪、颈动脉内膜增厚和肱动脉血流介导的舒张功能延迟有关 。在动物模型中，补充外源性 Klotho 可改善肾小球和肾小管损伤，降低血清磷酸盐水平，预防心血管疾病 。
• 阿尔茨海默病（AD）：AD 是一种神经退行性疾病，其特征包括神经炎症、线粒体功能障碍、细胞外淀粉样 β（Aβ）斑块和神经原纤维缠结积累 。Klotho 在大脑中表达，可调节突触可塑性、认知功能和神经元对衰老的抵抗力 。在 AD 患者的大脑中，Klotho 表达水平降低。研究表明，Klotho 可通过激活 N - 甲基 - D - 天冬氨酸受体（NMDAR），增强长时程增强（LTP），改善认知功能 。此外，Klotho 还可促进自噬，清除神经原纤维缠结和调节 Aβ 稳态 。
• 癌症：Klotho 在癌症发生发展中的作用逐渐受到关注。α-Klotho 被认为是一种肿瘤抑制因子，可抑制磷脂酰肌醇 - 3 - 激酶（PI3K）通路，该通路在细胞生长、存活和增殖中起重要作用 。β-Klotho 在不同癌症中表现出促癌或抑癌作用 。研究发现，血清 Klotho 水平与癌症呈负相关，在胰腺癌、肺癌和结直肠癌等多种癌症中，Klotho 表达降低 。
• 炎症性肠病（IBD）：IBD 是一组导致肠道炎症的慢性疾病，包括克罗恩病和溃疡性结肠炎 。在 IBD 小鼠模型中，Klotho 表达受到抑制。研究表明，Klotho 可能通过调节炎症反应，在 IBD 中发挥作用。例如，在 TNBS 结肠炎模型、IL-10 缺陷结肠炎模型和 IBD 免疫模型中，Klotho 表达下调，同时伴随着肠道炎症的发生 。
• 肝脏疾病：目前关于 Klotho 与肝脏疾病关系的研究相对较少。在大脑和肝脏中，α-Klotho 作为抗氧化效应物，通过调节凋亡信号调节激酶 1/p38 丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）通路，减少 ROS 生成 。在儿童非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中，Klotho 基因的变化可能与肝脏损伤有关 。在饮食诱导的肥胖（DIO）小鼠中，给予 Klotho 可减少脂肪组织和肝脏脂质积累 。

5. 外源性 Klotho 的治疗潜力

在 DKD 和糖尿病（DM）中，肾脏中 Klotho 的表达显著降低，外源性 Klotho 给药可能有助于保护肾脏细胞，避免肾脏功能破坏和内源性 Klotho 表达的丧失 。研究表明，外源性 Klotho 可通过刺激 AMPK-PGC1a 通路，抑制 mTOR/TGF-β 和 ROS 生成，改善 db/db 小鼠的线粒体功能，发挥肾脏保护作用 。在体外实验中，外源性 Klotho 可抑制高糖诱导的肾间质成纤维细胞中纤连蛋白表达、胶原合成和 TGF-β 信号通路，减少细胞肥大 。此外，外源性 Klotho 还可抑制 TNF-α 刺激和 NF-κB 激活，减轻肾脏损伤，延缓 DKD 的进展 。

外源性 Klotho 补充还具有治疗其他疾病的潜力。在心血管疾病中，外源性 Klotho 可通过减少血管钙化和减轻心力衰竭，延缓 CKD 加速的动脉粥样硬化的发展 。在大鼠模型中，外源性 Klotho 可恢复 sirtuin1（SIRT1）的减少，降低心脏肥大指标水平，在 H9c2 细胞中，可减少 ROS 生成，防止细胞凋亡，改善线粒体功能 。在肺纤维化模型中，外源性 Klotho 可调节纤维化基因表达，减少细胞外基质形成，减轻肺纤维化 。

6. 结论和展望

Klotho 蛋白在多种疾病的发生发展中起着关键作用，可能是糖尿病肾病（DKD）及其他疾病（如心血管疾病、阿尔茨海默病、癌症、炎症性肠病、肝脏疾病和衰老相关疾病）的早期生物标志物和潜在治疗靶点。目前的研究表明，Klotho 可通过多种机制改善 DKD，包括抗氧化、抗炎、抗纤维化、抗凋亡、调节自噬、抑制焦亡和调节钙磷代谢等 。外源性 Klotho 补充在动物研究中显示出一定的疗效，但在开展临床试验之前，仍需要进一步研究。

尽管近年来对 Klotho 的生理功能和相关分子机制的研究取得了一定进展，但仍有许多问题有待解决。例如，Klotho 是否能直接影响血糖水平尚不明确 。此外，虽然通过调节 microRNAs 来调整 Klotho 水平是一种有前景的方法，但目前仍处于临床前研究阶段 。同时，Klotho 作为生物标志物的诊断标准和测量方法也需要进一步完善。

总之，Klotho 是一种具有潜力的治疗靶点，但在将其应用于临床治疗之前，还需要更深入的研究来明确其作用机制、安全性和有效性，为开发新的治疗策略提供依据。