作者：@千年蛋

華中科技大學遺傳學博士

希臘神話中有命運三女神，她們掌管著人類的命運，克洛托（Clotho）負責紡織生命線，拉克西斯負責丈量、維護生命線，阿特洛波斯負責剪斷生命線。其中克洛托又被稱作命運的守護神，是一位公正卻富有同情心的神靈。于是當科學家們發(fā)現(xiàn)了一種“掌握著人的生命線”的基因的時候就為它賦予了女神的名字——Klotho。擁有如此浪漫名字的Klotho基因究竟是如何影響我們的壽命呢？今天就慢慢與君道來。

一. Klotho基因簡介

Klotho基因的發(fā)現(xiàn)可以說是一個意外。當初科學家們本來是想要驗證Na+-H+交換的增加會引起高血壓的假說，從而開始制作Na+-H+交換體轉(zhuǎn)基因小鼠。結(jié)果在這個過程中卻因為基因組的隨機整合，轉(zhuǎn)基因破壞了整合位點周圍的內(nèi)源性小鼠基因，而意外收獲了一種類似人類衰老表型的小鼠，這種小鼠就被命名為Klotho小鼠。后來這個被破壞的基因被鑒定出來并命名為Klotho?！?-2】

研究發(fā)現(xiàn)，擁有Klotho缺陷的小鼠在5-8周齡就會表現(xiàn)出早衰、肌肉和脂肪質(zhì)量損失、胸腺過早退化、皮膚變薄、步態(tài)異常、不育、動脈硬化、骨質(zhì)疏松、肺氣腫、認知障礙、聽力障礙、運動神經(jīng)元變性等現(xiàn)象【2】，這些小鼠的壽命可縮短80%【19】。而過表達Klotho后能夠延長雄鼠30.8%、雌鼠19.0%的壽命【3】，按30.8%的實驗結(jié)果來看，相當于人類延壽30年。

此等少了不行，多則有益的基因，說它掌握著生命線的長度，還真是形象呢。那它是怎么做到的呢？我們先從它的結(jié)構(gòu)來看看吧。

二. Klotho的結(jié)構(gòu)

Klotho基因位于人類第13條染色體（13q12）上，全長50kb，由5個外顯子組成。通過選擇性剪接，Klotho可以產(chǎn)生兩種蛋白，一種為膜蛋白（主要在腎臟、胎盤、小腸和前列腺中表達），一種為循環(huán)蛋白（主要在大腦、海馬、胎盤、腎臟、前列腺和小腸等組織中表達）。其中膜蛋白形式也可以通過水解作用產(chǎn)生循環(huán)形式的蛋白。目前研究最多的是循環(huán)形式的Klotho，它被釋放到血清中作為一種循環(huán)激素參與機體功能的調(diào)節(jié)。

三. Klotho的功能與抗衰老

缺少Klotho就早衰，增加Klotho的表達就延壽，都是因為Klotho在細胞內(nèi)是個社交達人，手起刀落，該相好的相好，該打擊的打擊。如下圖，Klotho參與多信號通路的調(diào)節(jié)。

通過參與這些信號通路，Klotho具有抗氧化應激（主要通過抑制IGF-1，激活FOXO）、抗細胞衰老（通過抑制p53/p21）、促進自噬、抗干細胞衰老耗竭（通過抑制WNT）、維持礦物質(zhì)穩(wěn)態(tài)等抑制衰老且有助于延年益壽的功能。

（選讀：循環(huán)型Klotho又被稱作激素Klotho，它通過調(diào)節(jié)某些細胞表面受體的活性可能會影響特定的信號通路：1）抑制經(jīng)典衰老信號通路胰島素/IGF-1，從而抑制衰老進程，延長壽命【4】；2）抑制經(jīng)典致纖維化信號通路TGF-β1，不僅能夠治療腎纖維化，還可以抑制癌癥轉(zhuǎn)移【5】；3）抑制P53/P21信號通路，從而通過調(diào)控細胞周期抑制細胞凋亡來對抗衰老【6】；4）激活TRPV5離子通道，參與鈣穩(wěn)態(tài)的維持【7】；5）激活cAMP/PKA信號通路，從而抑制過度的氧化應激反應【8】；

6）抑制WNT信號通路。在體內(nèi)及體外實驗中均發(fā)現(xiàn)WNT能夠加快細胞衰老，而循環(huán)型和膜上的Klotho都可以與WNT蛋白結(jié)合，從而抑制該信號通路來抗衰老【9】。此外，膜Klotho是成纖維細胞生長因子23（FGF23）的共受體，主要作用于磷酸鹽穩(wěn)態(tài)【10】。）

除了對壽命的直接影響，Klotho還與多種疾病包括老年病有關。

3.1 認知性疾病

對恒河猴和小鼠的縱向研究表明，正常老化的大腦組織中的Klotho表達大幅下降。隨著年齡的增長，發(fā)現(xiàn)在人的腦脊液中，總αklotho（一種主要的Klotho蛋白）含量也在降低。

遺傳學研究發(fā)現(xiàn)，Klotho KL-VS雜合子攜帶者比純合子攜帶者的認知能力更高，壽命也更長【11-195】。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在雜合子攜帶者中，其背外側(cè)額葉前皮質(zhì)中的灰質(zhì)體積更大，而這一結(jié)構(gòu)恰與病理性衰老和精神疾病相關。這類人也擁有更好的短期記憶、更佳的執(zhí)行能力和較高的信息處理率【12-197】?？傊肒L-VS雜合子者得天下。

雖然在人類中注射外源基因或蛋白這種事情要經(jīng)過道道關卡，但是小鼠已經(jīng)替我們進行了初步的嘗試，當單次注射Klotho2天后，小鼠的空間和工作記憶的統(tǒng)計學數(shù)據(jù)得到了顯著改善【13-198】。

3.2 腫瘤

根據(jù)研究報道，Klotho蛋白在多種腫瘤組織中表達降低，而且當下調(diào)Klotho的表達時可能導致腫瘤細胞增殖、凋亡減少，這些都提示，Klotho是一個潛在的腫瘤抑制因子。其抑制作用主要是通過對前述Wnt信號以及胰島素/IGF-1和p53/p21信號的抑制來實現(xiàn)的。除此之外，Klotho對TGF-β1的抑制也阻止了癌癥的轉(zhuǎn)移。目前已經(jīng)報道的與Klotho相關的癌癥就包括：乳腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌、結(jié)腸癌、腎細胞癌和宮頸癌等。

在動物研究中發(fā)現(xiàn)，反復注射Klotho對顯著減慢乳腺癌的所有生長指標，包括腫瘤大小、重量和外觀。且，Klotho的耐受性良好【14-201】。

另外，給動物模型注射Klotho后，移植了癌細胞的動物的存活率提高，且癌癥轉(zhuǎn)移減少【15-34】。

3.3 高血壓

研究顯示，老年高血壓患者血清中Klotho蛋白水平顯著低于老年非高血壓患者，這表明Klotho的減少可能是老年高血壓的罪魁禍首【16-169】。通過對高血壓和非高血壓人群的基因分布研究發(fā)現(xiàn)，Klotho基因G-395A位點與原發(fā)性高血壓有關【17-168】。

既然這樣，如果上調(diào)Klotho的表達是否就能逆轉(zhuǎn)高血壓的病理表現(xiàn)呢，研究人員在動物實驗中進行嘗試發(fā)現(xiàn)，果然，在過表達了Klotho基因后，高血壓大鼠的表型被逆轉(zhuǎn)。通過對機制的研究發(fā)現(xiàn)，Klotho通過升高血漿IL-10的水平，下調(diào)了Nox2的表達，并降低了NADPH氧化酶的活性和超氧陰離子的產(chǎn)生【18-68】。這表明Klotho可能是通過抑制氧化應激來降低血壓的。

除此之外，Klotho在腎病、缺血性卒中、糖尿病、甲狀腺亢進等疾病中也表現(xiàn)出了重要作用。

四. 影響體內(nèi)Klotho表達的因素

了解了以上功能后，你是不是也好奇機體是如何來調(diào)控作為“生命線紡織機器”的Klotho的表達呢？Klotho在體內(nèi)的表達受到多種生理和病理條件的影響。比如隨著年齡的增長，Klotho在心臟竇房結(jié)和肝臟中的表達減少；在高血壓、糖尿病、急性心肌梗死、缺血再灌注損傷等模型大鼠中，Klotho的表達也減少，在人類中，患有慢性腎臟疾病的人群表達Klotho也降低。

除此之外，一些藥物也會影響Klotho的表達，比如口服曲格列酮可以增加腎臟Klotho mRNA的表達；經(jīng)雌二醇治療后，Klotho的表達會下降。其它影響Klotho表達的因素總結(jié)如下：

五. 小結(jié)

Klotho從1997年被意外發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與壽命和多種老年病相關。Klotho在對多種疾病動物模型的治療中也表現(xiàn)出了初步但顯著的作用，表明Klotho可能是抗衰老的又一潛在靶點。我們期待更多關于它的研究（雖然目前情況下并非最佳靶點）。在基因療法快速發(fā)展的今天，我們應該更加關于與衰老相關的基因，它們可能才是抗衰老的關鍵。