李澤龍 綜述 魏玲，2 審校

(1.昆明醫(yī)科大學研究生部，云南昆明650000；2.成都軍區(qū)昆明總醫(yī)院地方干部病房，云南昆明650000)

心力衰竭是導致全球人口致殘率及致死率增加的首要病因之一，盡管目前β受體阻滯劑、血管緊張素轉換酶抑制劑、鈣離子通道阻滯劑及醛固酮受體拮抗劑的臨床應用豐富了心力衰竭的治療措施，但效果卻不盡如人意。Klotho蛋白是一類與衰老相關的蛋白。近年的研究表明，其與心血管疾病關系密切。隨著Klotho蛋白在心室重構中的研究逐漸增多，可能為今后心力衰竭的治療提供新的方法。

1 Klotho蛋白概述

Klotho基因是于1997年在自發(fā)性高血壓大鼠模型中發(fā)現(xiàn)的與衰老相關的基因[1]。隨著與其相關的兩個旁源同系物βKlotho和γKlotho的發(fā)現(xiàn)[2-3]，原來的Klotho基因被重新命名為αKlotho(以下仍稱為Klotho)。由Klotho基因編碼的蛋白質為單次Ⅰ型跨膜蛋白，有全長的膜結合型(mKL)和可溶性分泌型(sKL)兩種形式，不同類型Klotho蛋白在人和動物體內的含量不同，在小鼠體內以膜結合型為主，分泌型為輔，而在人體剛好相反[4-5]。膜結合型Klotho由兩個獨立的胞外糖基水解酶結構域KL1和KL2、跨膜區(qū)段及小的胞內域組成，其中KL1和KL2是Klotho蛋白的結構和功能中心[6]。通過與成纖維細胞生長因子受體形成復合物，并作為遠端小管中纖維細胞生長因子-23的共受體，參與鈣磷等礦物質代謝的調節(jié)[7-8]。而可溶性分泌型Klotho由膜錨定蛋白酶ADAM10和ADAM17對膜結合型Klotho的胞外結構域進行蛋白酶切或通過RNA的選擇性剪接后產生[5-9]。其釋放至血液中作為內源性激素，通過調節(jié)離子通道/轉運蛋白和生長因子信號等多種信號通路，發(fā)揮抗炎、抗氧化、抗凋亡、血管保護作用等多種生物學效應[10]，Klotho蛋白的結構及功能特征是其能夠參與心室重構調節(jié)的基礎。

2 Klotho蛋白與心肌肥厚

心肌肥厚是心室重構的重要特點，作為代償機制，起初能通過增強心肌收縮力維持相對正常的心臟泵血，但長期的心肌肥厚，終將出現(xiàn)心功能失代償而導致心力衰竭的發(fā)生。Klotho蛋白可緩解多種因素引起的心肌肥厚。Yu等[11]發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白能顯著抑制血管緊張素Ⅱ誘導的乳鼠心肌細胞的肥大性生長，降低細胞表面積，抑制β-肌球蛋白重鏈表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白發(fā)揮上述作用與抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白通路的激活及下調血管緊張素Ⅱ1型受體蛋白質的表達有關，當使用血管緊張素Ⅱ1型受體拮抗劑洛沙坦后，Wnt/β-連環(huán)蛋白通路的活化被抑制。Yang等[12]發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白可緩解吲哚酚硫酸鹽誘導的心肌肥厚，他們通過分析86例慢性腎臟病患者血清中吲哚酚硫酸鹽與Klotho蛋白的關系，發(fā)現(xiàn)二者呈負相關并且分別與左室肥厚獨立相關，慢性腎臟病模型小鼠予以Klotho蛋白腹腔注射能顯著抑制左室肥厚的進展。體外實驗發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白可阻斷吲哚酚硫酸鹽誘導的氧化應激并抑制p38和細胞外調節(jié)蛋白激酶1/2信號通路活化。在異丙腎上腺素(ISO)誘導的心室重構模型中，Klotho蛋白可通過抑制氧化應激部分逆轉ISO誘導的心臟結構改變，如體重/體重指數的增加、心肌細胞肥大、心肌纖維排列紊亂[13]。此外，Klotho蛋白還可通過激活鈉鉀ATP酶、抑制鈉鈣交換體，抑制ISO誘導的心肌細胞內鈣超載，降低肥厚基因如心房鈉尿肽、腦鈉肽及β-肌球蛋白重鏈的表達[14]。

3 Klotho蛋白與凋亡

機體的氧化/抗氧化防御系統(tǒng)失衡是引起心肌損傷、促進細胞凋亡的重要原因。核因子E2相關因子2(nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2)是近年來發(fā)現(xiàn)的與調控氧化應激反應最為密切的轉錄調節(jié)因子。其與下游的血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)共同組成Nrf2/HO-1信號通路系統(tǒng)，參與調控諸多刺激引起的心肌氧化損傷[15-17]。而Klotho蛋白可誘導Nrf2和HO-1及Prx-1(peroxiredoxin-1，Prx-1)的表達，當沉默Nrf2表達后，Klotho蛋白對HO-1和Prx-1的誘導作用減弱[18]。提示Klotho蛋白對Nrf2/HO-1信號通路具有直接調控作用。除了直接調控作用外，Klotho蛋白也可通過中間激酶的激活，間接調控Nrf2的表達，Zhu等[19]在多柔比星誘導的心臟毒性模型中發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白能降低心肌內氧自由基聚集，抑制心肌凋亡。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白改善了絲裂原活化蛋白激酶的磷酸化、Nrf2易位及HO-1和Prx-1的表達，而當使用絲裂原活化蛋白激酶特異性抑制劑或siRNA沉默其表達后上述改善作用減弱。表明Klotho蛋白通過絲裂原活化蛋白激酶間接調控Nrf2及HO-1表達。此外。Ai等[20]在心肌缺氧/復氧損傷模型中發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白預處理能顯著降低細胞內氧自由基及乳酸脫氫酶聚集，增加SOD表達，提高心肌細胞在心肌缺氧/復氧下的抗凋亡能力，其機制可能與抑制叉頭框蛋白O1和蛋白激酶B的磷酸化以及抑制叉頭框蛋白O1的細胞質轉移有關。而蛋白激酶B磷酸化后具有激活Nrf2/HO-1信號通路的作用[21]。上述研究表明，Klotho蛋白可通過直接或間接調控Nrf2/HO-1信號通路，保護心肌免受氧化應激損傷，抑制心肌凋亡。

4 Klotho蛋白與纖維化

心肌纖維化是心室重構重要的機制之一，心肌纖維化表現(xiàn)心肌中膠原纖維過度沉積，各型膠原比例失調，心肌纖維排列紊亂，同時伴有心肌成纖維細胞的增生。大量研究表明，心肌纖維化與細胞內多種信號通路激活密切相關。而Klotho蛋白可通過作用于不同的信號通路，發(fā)揮抗纖維化作用。

4.1 轉化生長因子-β1/Smads信號通路

轉化生長因子(TGF)-β1為TGF-β超家族成員之一，是目前已知的與心肌纖維化關系最為密切的生長因子。目前認為，TGF-β1促纖維化作用主要通過調控其下游信號通路來實現(xiàn)。TGF-β1在活化過程中，首先要和TGF-βⅡ型受體(TGF-β receptor Ⅱ，TβR Ⅱ)結合，后者磷酸化并活化TGF-βⅠ型受體(TGF-β receptor Ⅰ，TβR Ⅰ)，活化的TβR Ⅰ 進而磷酸化并激活下游經典的Smad信號通路和非經典Smad信號途徑，從而發(fā)揮各種病理生理學效應。而Klotho蛋白能直接與TβRⅡ結合并抑制TGF-β1的結合，進而抑制Smad2磷酸化并降低其轉錄活性，從而抑制TGF-β1信號傳導[22]。體外實驗亦發(fā)現(xiàn)，Klotho蛋白能直接抑制由TGF-β1誘導的心肌纖維化[23]。在高糖刺激的腎小球系膜細胞中，過表達Klotho能夠下調腎小球系膜細胞中的早期生長反應因子1，纖連蛋白和Ⅰ型膠原蛋白的表達以及磷酸化Smad3/Smad3比率，相反，siRNA介導的Klotho沉默上調上述指標的表達[24]，表明Klotho蛋白能抑制TGF-β1/Smads信號通路，進而發(fā)揮抗纖維化作用。

4.2 單磷酸腺苷活化蛋白激酶信號通路

單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)是生物體能量代謝調節(jié)的關鍵分子，能夠準確感應細胞能量代謝狀態(tài)的變化，維持能量代謝的平衡。在AMPK與小鼠衰老相關心室重構的研究中，ISO皮下注射能降低心肌內AMPK活性。與野生年輕組小鼠相比，ISO可誘導年輕AMPKα2敲除組(KO)小鼠發(fā)生更嚴重的心肌纖維化，而野生型老年小鼠心臟纖維化程度與年輕KO小鼠相似[25]。表明AMPK與心肌纖維化呈負相關。而Lin等[26]發(fā)現(xiàn)，高脂飲食喂養(yǎng)5周即可增加Klotho表達缺失的雜合子[kl(+/-)]小鼠主動脈脈搏波傳導速度，而野生型小鼠不出現(xiàn)，且kl(+/-)小鼠血壓升高更加明顯。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Klotho基因缺陷加劇高脂飲食誘導的主動脈Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β1表達，降低磷酸化的AMPKα、內皮一氧化氮合成酶和Mn-SOD蛋白水平，而使用AMPKα激活劑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的表達并抑制Ⅰ型膠原蛋白和TGF-β1表達。上述研究表明，Klotho參與AMPK的抗纖維化調節(jié)，AMPK抑制纖維化機制可能與下調TGF-β1的表達有關。

4.3 核因子κB信號通路

急性心肌梗死后1～8周于心肌中均檢測到高水平核因子κBp65蛋白的表達[27]。且在自發(fā)性高血壓大鼠模型中，淫羊藿次苷Ⅱ(淫羊藿的主要代謝成分)能通過抑制核因子κBp65蛋白的表達及TGF-β1/Smad2信號通路，顯著改善左室功能并降低左室心肌膠原面積[28]。表明核因子κB信號通路的活化能促進心肌纖維化。而Klotho能抑制核因子κB的活化及其下游促炎基因的轉錄。Jin等[29]在環(huán)孢霉素A誘導的腎病模型中發(fā)現(xiàn)，腺病毒轉染αKlotho能夠降低核因子κBp65蛋白的表達，抑制炎性細胞因子腫瘤壞死因子-α、白介素-6、白介素-12和誘導型一氧化氮合酶的產生，降低腎小管間質纖維化評分及巨噬細胞浸潤和單核細胞趨化蛋白1的表達。Hui等[30]發(fā)現(xiàn)，衰老小鼠心臟中Klotho水平較低，并在內毒素血癥期間進一步降低。在衰老的內毒素血癥小鼠中，重組Klotho蛋白增加心肌熱休克蛋白70的表達，抑制核因子κB活化，降低細胞因子水平，改善心臟功能。

5 展望

隨著對Klotho蛋白的研究逐步深入，其在心臟保護作用中的機制也在不斷被闡明。臨床研究發(fā)現(xiàn)，具有顯著冠狀動脈疾病的患者心肌活檢及血清中均發(fā)現(xiàn)Klotho蛋白濃度降低[31-32]；但亦有動物實驗表明，大小鼠急性心肌梗死后4周血清Klotho蛋白的表達變化與假手術組無明顯差異[33]，而Paula等[34]的臨床研究更指出，在有既往心肌梗死病史的患者，其血清Klotho蛋白是升高的。故目前對冠心病，尤其是急性心肌梗死患者心肌及血清中Klotho蛋白的表達變化研究結果尚不一致，仍需進一步的大規(guī)模臨床試驗加以證實，而Klotho蛋白能否抑制心肌梗死后心室重構也尚需進一步探索研究。