α-Klotho蛋白在腎性繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)中的作用

閆軍放 綜述 郝 麗，張 凌 審校

繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)(secondary hyperparathyroidism，SHPT)是慢性腎臟病－礦物質(zhì)和骨代謝紊亂(chronic kidney disease-mineral and bone disorder，CKD-MBD)最常見(jiàn)的一種表現(xiàn)形式，是慢性腎臟病最常見(jiàn)并發(fā)癥之一。早期主要表現(xiàn)為血清生化指標(biāo)的異常，如鈣、磷代謝紊亂及甲狀旁腺激素(parathyroid hormone，PTH)升高，臨床癥狀多不明顯。隨著病情進(jìn)展，逐漸發(fā)展成持續(xù)性或難治性SHPT［1］，除出現(xiàn)難以控制的鈣磷代謝紊亂及PTH升高外，臨床上還可表現(xiàn)為:①骨病:骨痛、骨折、急性關(guān)節(jié)周圍炎、自發(fā)性肌腱斷裂及肌肉軟弱、肌病等;②心血管系統(tǒng)損傷:血管及心臟瓣膜鈣化、心血管結(jié)構(gòu)和功能的改變、心源性猝死等;③ 皮膚損傷:包括皮膚鈣化、瘙癢、潰瘍形成及組織壞死等;④鈣化防御，即鈣化性尿毒癥動(dòng)脈病變(calcific-uremicarterriolopathy，CUA);⑤ 其他如貧血、生長(zhǎng)遲緩、失眠、不安腿綜合征等［2－3］。嚴(yán)重病例可表現(xiàn)為退縮人綜合征［4］(shrinking man syndrome，SMS)、Sagliker綜合征［5－6］。SHPT 與原有腎臟病構(gòu)成惡性循環(huán)，嚴(yán)重影響患者的生存及預(yù)后。

SHPT發(fā)病機(jī)制目前尚未完全明確，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為其機(jī)制主要為各種原因引起的低鈣、高磷刺激甲狀旁腺合成并分泌PTH［7］。目前認(rèn)為抗衰老蛋白α-Klotho(以區(qū)別于后來(lái)在腸道內(nèi)發(fā)現(xiàn)的 β-Klotho，下文中Klotho即指α-Klotho)在調(diào)節(jié)鈣磷代謝及SHPT發(fā)展中起著重要作用［8］。

1 Klotho蛋白簡(jiǎn)介

Klotho基因是新發(fā)現(xiàn)的與人類衰老相關(guān)的基因，于1997年由 Kuro-o et al［9］在研究自發(fā)型高血壓時(shí)發(fā)現(xiàn)。人類Klotho基因定位于染色體13q12區(qū)域，全長(zhǎng)50 kbp，由4個(gè)內(nèi)含子和5個(gè)外顯子組成。研究［10］表明，Klotho基因 mRNA第三外顯子有一內(nèi)在選擇性剪切位點(diǎn)，50 bp片段插入該剪切位點(diǎn)，其RNA只表達(dá)3個(gè)外顯子，從而編碼可溶性Klotho蛋白(sKlotho)，又稱分泌型Klotho或循環(huán)型Klotho，其約549個(gè)氨基酸，存在于血液、尿液、腦脊液中，以游離形式發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng);如果該剪切位點(diǎn)沒(méi)有接受50 bp片段插入，其外顯子全部表達(dá)而編碼模型Klotho蛋白，這種模型蛋白為一次性跨膜蛋白，含有1 012個(gè)氨基酸，包括N端信號(hào)序列、胞內(nèi)區(qū)、跨膜區(qū)和胞外區(qū)(含有兩個(gè)重復(fù)序列 KLl、KL2)。KL1和KL2含有550個(gè)氨基酸，和β-糖苷酶同源。KL1和KL2之間含有Lys-Lys-Arg-Lys序列，此為蛋白水解酶的作用位點(diǎn)。如被蛋白水解酶水解，則胞外區(qū)脫落形成分泌型蛋白(缺少 KL2、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū))。目前研究［11］顯示，分泌型Klotho蛋白，即循環(huán)中的Klotho蛋白有3種來(lái)源:Klotho基因直接編碼;膜型Klotho蛋白水解片段脫落入血;Klotho蛋白通過(guò)與Na+/K+-ATP酶結(jié)合從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜表面，之后被水解。

2 模型Klotho蛋白在SHPT發(fā)生發(fā)展中的作用

Klotho蛋白主要在腎臟和甲狀旁腺中表達(dá)。Klotho蛋白作為 FGF23需輔助受體，可以調(diào)節(jié)FGF23 4種受體(FGFR1、FGFR2、FGFR3和 FGFR4)的活性，使受體由低親和力的特性轉(zhuǎn)化為高親和力［12］，與 FGF23結(jié)合形成所謂的 FGF23-Klotho軸［13］，在調(diào)節(jié)鈣磷代謝、PTH生成及分泌中起著重要作用。見(jiàn)圖1。

圖1 組織與循環(huán)Klotho蛋白在甲狀旁腺及腎臟作用示意圖

2.1 Klotho蛋白在腎臟中的作用 Klotho蛋白在腎臟可與FGF23協(xié)同，抑制腎臟近端小管對(duì)磷的重吸收。和FGFR受體相互作用，抑制25(OH)-維生素D-1α羥化酶，減少1，25(OH)2D3(活性維生素D3)的生成，并促進(jìn)其滅活，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體的鈣磷代謝。在腎臟，Klotho蛋白主要表達(dá)在遠(yuǎn)端小管，且此段小管表達(dá)FGFR1，說(shuō)明腎遠(yuǎn)端小管可能是FGF23的效應(yīng)部位［14］。但腎臟重吸收磷的部位主要在近端腎小管，而非遠(yuǎn)端腎小管。針對(duì)這一矛盾現(xiàn)象，可能的解釋之一是分泌型sKlotho蛋白在腎臟內(nèi)或腎臟外部出現(xiàn)轉(zhuǎn)移，當(dāng)sKlotho蛋白以及FGF23到達(dá)腎臟近端小管后，與近端小管上表達(dá)的FGFR3結(jié)合，從而發(fā)揮抑制近端小管重吸收磷的作用［15］。

2.2 Klotho在甲狀旁腺中的作用 Klotho蛋白在甲狀旁腺中的作用更加復(fù)雜。甲狀旁腺組織表達(dá)Klotho蛋白及 FGFR，目前已經(jīng)證實(shí)甲狀旁腺是FGF23的靶器官［16］。在甲狀旁腺組織中，F(xiàn)GF23可在受體水平與Klotho蛋白結(jié)合作用于甲狀旁腺，調(diào)節(jié)PTH的生成與分泌。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)及離體實(shí)驗(yàn)均證實(shí)，Klotho蛋白能夠使FGFR由低親和力受體轉(zhuǎn)化為高親和力受體，與FGF23結(jié)合后，發(fā)揮FGF23對(duì)甲狀旁腺細(xì)胞內(nèi)PTH mRNA表達(dá)及PTH分泌的抑制效應(yīng)。由此可見(jiàn)，F(xiàn)GF23發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)需要Klotho蛋白存在，Klotho蛋白與 FGF23結(jié)合形成FGF23-Klotho軸。在此通路中 Klotho蛋白作為FGF23受體活化所必須的輔助因子，是必需輔助受體，在抑制PTH生成與分泌中起著重要作用。

大量的臨床研究［1，7］觀察慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)患者，特別是終末期 CKD患者，血清FGF23水平通常顯著增高，同時(shí)伴有血清PTH的高表達(dá)，這一現(xiàn)象與FGF23能夠降低血PTH水平的理論相悖。目前多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證據(jù)［17－18］證實(shí)，血清FGF23與PTH呈正相關(guān)?；贑KD患者血清FGF23水平與 PTH 呈正相關(guān)現(xiàn)象，Komaba et al［19］研究發(fā)現(xiàn)血清FGF23對(duì)PTH分泌抑制作用的減弱可能與Klotho、FGFR mRNA表達(dá)下降以及細(xì)胞增生標(biāo)志物Ki67的上調(diào)有關(guān)，并認(rèn)為甲狀旁腺組織可能存在FGF23抵抗。同時(shí)Kumata et al［20］通過(guò)對(duì)離體后增生的甲狀旁腺組織研究，也發(fā)現(xiàn)增生的甲狀旁腺組織中Klotho、FGFR1c表達(dá)減少，鈣敏感受體CaR表達(dá)亦下降，Klotho、FGFR1c與CaR表達(dá)呈正相關(guān);同時(shí)細(xì)胞增生標(biāo)志物Ki67表達(dá)亦上調(diào)。另外在結(jié)節(jié)性甲狀旁腺組織Klotho蛋白及FGFR1c表達(dá)較彌漫性增生的甲狀旁腺上的表達(dá)顯著減少，此種現(xiàn)象說(shuō)明隨著SHPT病情進(jìn)展，甲狀旁腺腺體發(fā)生組織學(xué)改變，其組織中Klotho蛋白及FGFR1c表達(dá)逐漸減少。于是筆者認(rèn)為增生的甲狀旁腺Klotho及FGFR1c表達(dá)下降可能為FGF23抵抗的原因之一。針對(duì)甲狀旁腺組織Klotho及FGFR與血清參數(shù)(如血清鈣、磷、PTH等)之間的關(guān)系，因研究納入的SHPT病例比較少(n=12)，且多個(gè)甲狀旁腺腺體可能來(lái)自同一病例，不能確定所選的甲狀旁腺腺體是否能夠真實(shí)反應(yīng)該病例，故在該研究中無(wú)法進(jìn)行分析。

在甲狀旁腺組織，Klotho蛋白不僅能通過(guò)與FGF23結(jié)合形成FGF23-Klotho軸發(fā)揮抑制PTH合成及分泌的作用，還可不依賴于FGF23，直接調(diào)節(jié)PTH合成、分泌。其機(jī)制是Klotho蛋白通過(guò)與甲狀旁腺組織中Na+/K+-ATP酶的α1-亞單位分子間的相互作用，直接作用于Na+/K+-ATP酶，進(jìn)而促進(jìn)PTH合成及分泌［21］。然而CKD患者SHPT卻不斷進(jìn)展，“甲狀旁腺內(nèi)存在陰－陽(yáng)狀態(tài)”這種假設(shè)或許能夠解釋這種現(xiàn)象［15］:在陰的狀態(tài)時(shí)，雖然FGF23-FGFR途徑對(duì)PTH分泌有抑制作用，但Klotho-Na+/K+-ATP酶途徑完全激活，反而加強(qiáng)了PTH的分泌;相反在陽(yáng)的狀態(tài)時(shí)，由于Klotho蛋白下降，F(xiàn)GF23-FGFR途徑抑制PTH分泌的作用不能完全發(fā)揮，導(dǎo)致PTH分泌增加，而Klotho-Na+/K+-ATP酶途徑活性的下降不能抵消前者引起的PTH的增加，最終引起高水平的PTH。這種假設(shè)的基礎(chǔ)是機(jī)體對(duì)PTH的合成及分泌有不斷地刺激，而反調(diào)解機(jī)制僅部分有效。

3 sKlotho蛋白在SHPT中的作用

sKlotho蛋白以旁分泌和自分泌的形式發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)［22］。

3.1 sKlotho作為激素作用于全身多個(gè)組織、器官

sKlotho蛋白作為一種激素，其靶目標(biāo)為多種組織、器官，可發(fā)揮抗衰老、抑制細(xì)胞凋亡、心血管保護(hù)、調(diào)節(jié)血壓、減少氧化應(yīng)激以及避免腎臟纖維化等作用［23］。sKlotho蛋白減少，可誘發(fā)或加重心血管鈣化等，進(jìn)一步加重SHPT對(duì)患者的影響。

3.2 sKlotho以旁分泌形式發(fā)揮生理學(xué)效應(yīng) 研究［24］顯示Klotho蛋白具有 β-葡糖醛酸酶活性，其能通過(guò)旁分泌形式調(diào)解瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1(TRPV5)和K+通道ROMK。TRPV5是腎臟遠(yuǎn)曲小管上皮細(xì)胞膜上的鈣離子通道，是腎臟重吸收鈣的部位。研究［25］表明，重組Klotho蛋白能夠增強(qiáng)人胚腎細(xì)胞(HEK293)鈣內(nèi)流以及細(xì)胞表面TRPV5的表達(dá)。其能夠水解TRPV5 N-寡聚糖鏈末端的唾液酸，末端唾液酸使半乳素1與TRPV5結(jié)合，結(jié)果使TRPV5的內(nèi)化減少，TRPV5在上皮細(xì)胞膜表面的潴留增加。因此，Klotho蛋白的存在使腎臟對(duì)鈣離子重吸收增加，以維持正常水平的血鈣濃度。如前所述，在腎臟，Klotho蛋白可以與FGF23在腎臟近端小管與FGFR3相互作用，抑制腎臟對(duì)磷的重吸收。另外，sKlotho還可不依賴于FGF23，直接作用于腎近端小管刷狀緣膜鈉磷共轉(zhuǎn)運(yùn)體2a型(NaPi-2a)以及腸內(nèi)NaPi-2b轉(zhuǎn)運(yùn)體，使兩者表達(dá)及活性受到抑制，從而限制體內(nèi)磷的重吸收，避免高磷血癥的發(fā)生［26－27］。而對(duì)于 CKD 特別是尿毒癥患者，由于DNA轉(zhuǎn)甲基酶表達(dá)增加，DNA甲基化，導(dǎo)致CKD患者Klotho蛋白表達(dá)量較健康人群明顯下降［28］，且隨著CKD 進(jìn)展Klotho漸減少［29－30］。減少的Klotho蛋白對(duì)鈣重吸收以及抑制磷重吸收作用均明顯減弱，導(dǎo)致低鈣、高磷血癥，最終引起SHPT的發(fā)生與發(fā)展。

4 小結(jié)

隨著對(duì)Klotho蛋白研究的不斷深入，其在腎性SHPT發(fā)生發(fā)展中的作用正被逐漸認(rèn)識(shí)。目前已知Klotho蛋白能夠以模型Klotho以及分泌型sKlotho形式，通過(guò)FGF23依賴以及非FGF23依賴的途徑，調(diào)節(jié)鈣磷代謝以及PTH合成及分泌，其與SHPT之間的關(guān)系正被不斷地闡明。盡管如此，但仍有諸多問(wèn)題，如Klotho蛋白、FGFR1c與甲狀旁腺細(xì)胞增生及PTH合成、分泌之間確切的關(guān)系，以及SHPT中Klotho基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制、Klotho蛋白具體的傳導(dǎo)信號(hào)等，目前尚不完全清楚，需要更進(jìn)一步的研究。

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