郑桃云 王长江 薄文集 周 玲 王 平

(湖北中医药大学老年医学研究所，湖北 武汉 430065)

Klotho(Kl)基因是一种与抗衰老、抗氧化有关的基因，主要在脑脉络丛及肾脏表达，发生突变会导致早衰，表现为角膜混浊、耳聋、不孕不育、骨质疏松、步态紊乱等，与人类衰老极为相似〔1〕。Kl基因在脑部的其他区域，如大脑皮质、海马、小脑、纹状体、黑质、嗅球和骨髓也有少量表达〔2〕。斑马鱼的α-Kl蛋白在受精后24 h即在脑、胰腺、前肾表达〔3〕。肾脏表达的Kl蛋白入血，而脉络丛产生的则进入脑脊液〔4〕。Kl蛋白与神经系统关系密切，本文就Kl基因与神经系统疾病相关性研究进展进行综述。

1 Kl基因异常对神经系统的影响

Kl基因敲除或突变鼠，表现出认知和记忆功能损害，海马部位的突触素明显减少，免疫反应性减弱，在透明层尤为明显，CA3区透明层的神经末梢数量明显减少，轴突运输出现异常，并出现神经退行性改变，丙二醛和8-羟基脱氧鸟苷明显增加，脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法(TUNEL)阳性细胞凋亡〔5，6〕；小脑的浦肯野细胞数量减少〔1〕；脑黑质区p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)活性升高，硫氧还蛋白原-凋亡信号调节激酶(Trx/ASK)1复合物下降〔7〕；中脑腹侧的黑质致密部可见许多酪氨酸羟化酶(TH)阳性神经元和纤维，黑质神经元数目下降〔8〕；髓鞘蛋白和成熟的少突胶质细胞数量明显下降，郎飞结、视神经和胼胝体髓鞘的超微结构受损，轴突髓鞘形成下降，结旁区减少〔9〕；Janus激酶(JAK)2/信号转导子和激活子(STAT)3信号通路失活，胆碱能神经元异常〔9〕；中脑多巴胺神经元出现退化，腹侧被盖区多巴胺能神经元明显减少〔10〕；除大脑重量减轻外，在脊髓的颈段和腰段，灰质和白质明显减少，脊髓前角细胞染色质溶解，尼氏体数量减少，磷酸化的神经微丝蛋白堆积，腹角灰质神经元缩小〔11〕。

使用不同浓度的去甲基化药物地西他滨处理12 h后，小脑皮质神经元Kl mRNA和脑源性神经营养因子(BDNF)基因表达明显增加。使用不同浓度的过氧化氢(H2O2)处理小脑颗粒神经元，Kl蛋白水平下降；通过地西他滨预处理的小脑颗粒神经元可以逆转H2O2引起的Kl蛋白水平下降；通过对抗Kl基因的短发夹RNA(shRNA)转染小脑颗粒细胞，使Kl蛋白表达下调，又可以抵消地西他滨的作用，出现了与H2O2处理后损伤程度相似的神经元死亡。H2O2处理Kl蛋白表达敲减的小脑颗粒细胞，损伤程度更加严重〔12〕。

在猕猴的脑白质发现，Kl蛋白表达下降与年龄呈线性相关，也出现了认知功能的下降，可能与多条信号通路有关，如成纤维细胞生长因子(FGF)，胰岛素样生长因子(IGF)-1和 Wnt等〔13〕。其中FGF是促进成纤维细胞生长的多肽类活性物质，通过与FGF受体(FGFR)结合发挥作用。FGF23是FGF家族成员之一，其氨基末端有FGFR结合位点，羧基末端有Kl蛋白结合位点。FGF23升高与α-Kl蛋白下降有关，抑制α-Kl表达。Kl蛋白、FGFR和FGF23之间的主要关系是：Kl-FGFR复合物与FGF23结合，与Kl或FGFR单独与FGF23结合相比有更高的亲和力〔14〕。因此，FGF23的升高和降低均可以导致疾病，而α-Kl蛋白则是调节FGF23的关键因子，维持着FGF23在体内的稳态。通过原代海马神经元培养，FGF23减弱了动态调节神经元联系的能力，而α-Kl蛋白引起FGF和FGFR失活，从而改善神经元联系能力〔15〕。长时程增强(LTP)由突触后神经元内钙离子(Ca2+)浓度升高所致，而Kl蛋白/FGF23作为调节Ca、磷代谢的重要信号通路，可能是影响认知功能的重要原因之一。

2 Kl蛋白对神经系统的保护作用机制

重组Kl蛋白可以通过氧化还原系统调节谷氨酸和β淀粉样蛋白(Aβ)的毒性，保护原代海马神经元和海马神经细胞〔16〕。通过Kl转基因鼠发现，Kl蛋白表达的升高，对突触可塑性有LTP作用，升高海马N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体亚单位GluN2B的突触数量，可以增强学习和记忆能力〔17〕。Kl蛋白含量越高，在脑部的多个区域皮层灰质体积就越大，如右侧颞中回(rTEMP)，右背外侧前额叶皮层(rDLPFC)〔18〕。在双环己酮草酰双腙(Cuprizone)诱导的脱髓鞘动物实验发现，Kl转基因高表达鼠与野生型相比，自发性的髓鞘再生增加了两倍，Kl蛋白对髓鞘再生具有一定作用〔19〕。Kl蛋白还通过活化抗氧化酶系统，减轻Aβ和谷氨酸毒性，从而保护海马神经元，并维持少突胶质细胞成熟和髓鞘完整性，若高表达还可以改善认知功能，因此有学者认为Kl蛋白具有保护神经元和提高认知功能作用〔20〕。FGF23为动脉粥样硬化及脑梗死发生的危险因素，Kl蛋白水平与FGF23呈明显负相关，因此Kl蛋白也是防止动脉粥样硬化及脑梗死发生的保护因素〔21〕。

3 Kl与神经系统疾病

3.1阿尔茨海默病(AD) 老年人脑脊液Kl蛋白浓度比年轻人低，患有AD的老年人比无AD的老年人低〔22〕。AD鼠模型与同龄对照鼠比较，Kl在肾脏、前额皮质、海马、小脑的表达均出现明显下降〔23〕。在痴呆鼠模型发现Kl蛋白表达明显低于假手术组及对照组，Morris水迷宫显示痴呆模型大鼠逃避潜伏期明显长于假手术组及对照组，跨越平台次数也明显少于假手术组及对照组〔24〕。研究显示，快速衰老小鼠的学习、记忆功能明显下降，脑内Aβ1～42、同种异体移植炎症因子(AIF)1、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和晚期糖基化终产物(RAGE)受体的表达显著增加，Kl和低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP)-1的表达明显降低，Kl表达的降低可能导致LRP-1降低和RAGE增加，从而增加Aβ在脑内沉积〔25〕。

3.2帕金森病(PD) 通过1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶(MPTP)诱导的PD小鼠模型发现，Kl蛋白可以拮抗MPTP对小鼠黑质多巴胺能神经元损伤，对MPTP制备的PD模型小鼠多巴胺能神经元有保护作用〔26〕。

3.3多发性硬化症(MS) 有研究发现，复发缓解型MS(RRMS)患者脑脊液Kl浓度和总抗氧化能力均下降，与扩展残疾状态量表(EDSS)评分明显负相关〔27〕，但是血液中的Kl蛋白浓度升高〔28〕，并且FGF23和碘化丙啶(PI)水平升高，25羟基维生素D〔25-(OH)-VitD〕和Ca水平下降〔29〕。可能与使用免疫调节药或者是一种代偿反应或与VitD的合成有关〔28〕。目前没有证据显示Kl能够跨越血脑屏障和血-脑脊液屏障，脑实质的细胞间液与脑脊液几乎不发生液体交换。脑实质的Kl蛋白和血液、脑脊液的Kl蛋白是互相隔离的〔2〕。但是在MS这样的自身免疫性疾病情况下，血脑屏障可能出现受损〔29〕，其原因仍然需要进一步研究来明确。

3.4尿毒症认知功能 研究证实，肾功能下降对认知功能有负面影响，而慢性肾脏病患者Kl蛋白表达下降。5/6肾切除大鼠出现了工作记忆和注意力下降，额叶皮质的Kl蛋白下降，且与肿瘤坏死因子(TNF)-α呈负相关〔30〕。

综上，Kl基因作为一种长寿基因，目前的研究已经证实其在神经系统疾病、肾脏疾病、心血管病、肿瘤等多个系统中均有保护作用。从Kl基因与神经系统疾病关系来看，发现与FGF、Wnt、IGF-1和氧化应激等信号通路有关，从而导致神经系统功能受损。Kl作为一种保护神经系统的蛋白，如何提高Kl蛋白表达，从而对神经系统疾病进行治疗，是目前的主要研究方向之一。研究发现，补肾中药可以促进Kl蛋白的表达〔30〕，而且补肾药物也可以改善AD〔31〕，补肾名方六味地黄丸缓解Aβ毒性及延长秀丽线虫寿命〔32〕。研究发现，Kl基因的生物学效应与中医学“肾精”有着极为相似之处，Kl是肾精的重要组成部分〔33〕。