Forskningsfremskridt for Klotho i kronisk nyresygdom

Abstrakt: Klotho er et "anti-aging" gen, som koder for Klotho protein og er hovedsageligt udtrykt i nyrerne, hjernevævet og biskjoldbruskkirtlen. Undersøgelser i de senere år har vist, at Klotho udover sin anti-aging effekt også har forskellige mekanismer, der er tæt knyttet tilnyreskade, såsom regulering af calcium- og fosformetabolisme,hæmmer vaskulær forkalkning, anti-inflammation, anti-oxidation, oghæmmer nyrefibrose. spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​dets komplikationer.

Klothoer enaldringsrelateret genopdaget af den japanske lærde Kuro-o's hold i en musemodel i 1997. Klotho-deficiente mus har flere organdysfunktioner og forkortet levetid og viser symptomer svarende tilmenneskelig aldring, herunderarteriel sklerose, osteoporose, hyperfosfatæmi, vaskulærogbløddelsforkalkningosv. [1]. Efterfølgende identificerede videnskabsmænd to andre paraloger, -Klotho og -Klotho, og navngav derefter Klotho som -Klotho.

Kronisk nyresygdom(CKD) henviser til den langsigtede irreversible skade og forringelse afnyrernes struktur og funktionforårsaget af forskellige årsager. Somsygdommen skrider frem, det kaninvolverer ekstrarenale organer og udøver flere negative systemiske effekter, hvilket fører til hjerte-kar-sygdomme og andre sygdomme, hvorved risikoen for død øges. Risikoen for CKD stiger med alderen og betragtes som en ældningstilstand [2].

Klik her for at få flere detaljer om

hvordan cistanche virker neurobeskyttelse til anti-aging

SPØRG FOR FLERE DETALJER:

wallence.suen@wecistanche.com 0015292862950

I de seneste 20 år viser mere og mere evidens fra klinisk og grundforskning, at Klotho, som kaldes "anti aldring"gen, har det højeste ekspressionsniveau inyrevæv[1]. ICKDpatienter og dyremodeller, niveauet af Klotho faldt og ledsaget af nyreinsufficiens, Klotho-deficiente mus og CKD-patienter havde lignende symptomer, hvilket indikerer, at Klotho er tæt beslægtet med den patogene mekanisme af CKD[3]. Derudover viste yderligere undersøgelser, at Klotho ikke kun er et tidligt stadium af CKD, det er også et potentielt terapeutisk mål for CKD[4].

Derfor fokuserer denne artikel på Klothos mekanisme iCKDog dets ekstrarenale komplikationer og udforsker dens molekylærbiologiske mekanisme ikronisk nyresygdom. 1. Strukturen, funktionen og ekspressionen af ​​Klotho i nyren Klotho er placeret på humant kromosom 13 (13q12), inklusive 5 exoner og 4 introner, med en total længde på 50 kb, og -Klotho-proteinet kodet af Klotho , er en type I enkeltkanal transmembrant glycoprotein med en molekylvægt på 130 kDa [1]. Klotho-protein har to former: membrantype og udskilt type, og indholdet af udskilt type er højere end membrantypen.

Klotho kan udtrykkes i forskellige væv som f.eksnyre, hjerne og biskjoldbruskkirtel, og ekspressionskoncentrationen i nyren er den højeste sammenlignet med andre organer; niveauet af serum Klotho hos rotter med bilateral nefrektomi er signifikant reduceret, hvilket beviser, at nyren er det vigtigste kildeorgan til Klotho, og Klotho udtrykkes hovedsageligt i proksimale og distale tubulære epitelceller [5]. Knockout af Klotho i renale tubulære epitelceller hos mus kan ikke kun føre til et signifikant fald i ekspressionsniveauet af Klotho, men også de kliniske manifestationer ligner dem hos mus med systematisk knockout af Klotho. Under normale fysiologiske forhold er nyren ikke kun den vigtigste regulator til at opretholde niveauet af Klotho. Organer og kan fjerne det fra blodet til urinen[6-7], deltager i nedbrydningen og metabolismen af ​​Klotho og opretholder Klothos dynamiske balance.

Mekanismen og betydningen af ​​Klotho i CKD

At øge Klotho eller give eksogent Klotho-protein kan forbedre nyrefunktionen og reducere graden af ​​nyreskade. Sammenlignet med vildtype mus har Klotho-deficiente mus mere alvorlig nyreskade, hurtigere progression af CKD og højere fibrose[8]. Disse undersøgelser har bekræftet, at Klotho har nyrebeskyttelse. Ud over den klassiske "anti-aging" effekt, fungerer membrantype Klotho hovedsageligt som en fibroblast vækstfaktor 23 (FGF23)

Klothos co-receptorer deltager i reguleringen af ​​calcium- og fosformetabolismen og opretholder mineralhomeostase[9]; udover at regulere calcium- og fosformetabolismen har udskilt Klotho også funktionerne at hæmme vaskulær forkalkning, hæmme fibrose, antioxidativt stress, anti-inflammation, Inhibere celleapoptose og andre cellebeskyttelsesfunktioner.

1. Klotho deltager i mineralmetabolisme og hæmmer vaskulær forkalkning

CKD forårsager ofte mineralmetabolismeforstyrrelser, hvilket fører til CKD mineral- og knogleabnormiteter (CKD-MBD) og vaskulær forkalkning. CKD-MBD får Klotho til at falde i det tidlige stadie og stimulerer endda transformationen af ​​vaskulære osteoblaster, hvilket øger knoglecellerne til at udskille proteiner og derved inducere vaskulær forkalkning. Forkalkning [10].

Korrektion af Klotho og vedligeholdelse af mineralhomeostase gavner derfor ikke kun knogle- og mineralmetabolismen, men lindrer også hjerte-kar-sygdomme og forbedrer livskvaliteten hos patienter med CKD ognyresygdom i slutstadiet(ESRD). Klotho-mangel kan påvirke mineralmetabolismen på følgende måder.

(1) Hyperphosphatæmi: Hyperphosphatæmi findes i vid udstrækning hos patienter med ESRD, og ​​det er den vigtigste patogene faktor for CKD-MBD, og ​​også hovedårsagen til progressionen af ​​vaskulær forkalkning. Klotho-deficiente mus har svær hyperfosfatæmi, hvorimod Klotho-overudtrykkende mus har nedsat serumfosfat [1]. Klotho-protein- og mRNA-ekspression i nyrerne hos normale mus, der blev fodret med en kost med højt fosforindhold, blev signifikant reduceret, mens de, der blev fodret med en kost med lavt fosforindhold.

Diætklotho-undertypemus kan delvist genoprette Klotho-ekspression [11]. Ovenstående undersøgelser viser, at Klotho spiller en regulerende rolle i fosfathomeostase, og Klotho-mangel kan være involveret i udviklingen af ​​hyperfosfatæmi. Samtidig vil Klotho-mangel reducere udskillelsen af ​​fosfat fra urinen og dermed accelerere ophobningen af ​​blodfosfor ved CKD. Jo højere serumfosforniveauet er, jo større er graden af ​​bløddelsforkalkning.

(2) Øg niveauet af FGF23: Klotho og FGF23 er nye faktorer i CKD-MBD. FGF23 er et phosphoryleret protein, der opretholder den metaboliske balance af fosfat ved at interagere med Klotho, parathyroidhormon (PTH) og 1,25-(OH)2-VitD3[12]. Klotho-deficiente mus har meget høje serum-FGF23-niveauer, og Klotho kan være en negativ regulator af FGF23.

Eksperimenter viste også, at funktionen af ​​FGF23 var væsentligt svækket, når Klotho manglede [13]. Nylige data viser, at forholdet mellem FGF23 og hjerteombygning afhænger af Klotho, og sammenhængen mellem FGF23 og hjertehypertrofi og fibrose er kun tydelig i fravær af Klotho [7]. Som en forbedret co-receptor fremmer Klotho af membrantypen kombinationen af ​​endokrin FGF23 og FGFR gennem dannelsen af ​​Klotho/FGF-receptor (FGFR)/FGF23-kompleks og aktiverer derefter FGF-signaltransduktionsvejen i dens målorganer[12,14 ]. Ved CKD stiger serum-FGF23-niveauet tidligere end fosfat, og undersøgelser har fundet, at det er tæt forbundet med uremisk kardiomyopati[15]. Det spekuleres i, at FGF23 ikke kun kan bruges som en biomarkør til tidlig diagnosticering af CKD, men også som en markør for hjerte-kar-sygdom hos patienter med CKD og ESRD. og forudsigere for dødelighed.

(3) D-vitaminmangel: lav 1,25-(OH)2-VitD3 er

Det er en af ​​hovedfaktorerne i forstyrrelsen af ​​mineralmetabolismen og tilskrives ofte knoglesygdom og sekundær hyperparathyroidisme forårsaget af CKD. Hos Klotho knockout-mus fører inaktivering af FGF23-Klotho-aksen imidlertid til øget ekspression af 1 -hydroxylase, hvilket fører til forhøjede serumniveauer af aktivt D-vitamin, hvilket tyder på, at Klotho-mangel forstyrrer 1 -hydroxylase Negativ feedback-regulering mellem aktivt D-vitamin og aktivt D-vitamin, og derefter

For højt aktivt D-vitamin er hovedårsagen til unormal blodfosfor og forkalkning af blødt væv hos mus med Klotho-mangel[16-17].

(4) Sekundær hyperparathyroidisme: Sekundær hyperparathyroidisme er en almindelig komplikation af CKD og ESRD. Under fysiologiske forhold virker FGF23 på FGFR og co-receptor Klotho i biskjoldbruskkirtlen, hæmmer udskillelsen af ​​parathyreoideahormon og opretholder calcium- og fosforhomeostase[18].

Undersøgelsen viste, at niveauet af serum FGF23 hos patienter med sekundær hyperparathyroidisme var signifikant højere end hos raske mennesker, mens niveauet af Klotho var signifikant lavere. Efter parathyreoidektomi begyndte niveauerne af FGF23, PTH, calcium og fosfor at falde, og niveauet af Klotho faldt også den første dag efter operationen, men viste derefter en negativ feedback-stigning[19]. Klotho kan direkte eller indirekte hæmme syntesen og sekretionen af ​​PTH og deltage i forekomsten og udviklingen af ​​hyperparathyroidisme.

2. Klotho hæmmer nyrefibrose

Nyrefibrose er en almindelig patologisk manifestation af CKD. har forskning vist, at i dyremodellen for nyre interstitiel fibrose (RIF), kan Klotho RIF forårsaget af unilateral ureteral obstruktion (UUO) forværres af defekten med at nå urinlederen, mens graden af ​​RIF i Klotho transgene dyr er signifikant reduceret[ 20-21]; administration af eksogent Klotho-protein kan også reducere RIF i UUO-dyr[22]. In vitro eksperimenter viste også, at Klotho kan hæmme produktionen af ​​fibrogene faktorer i renale tubulære epitelceller, endotelceller og interstitielle fibroblaster og reducere syntesen og sekretionen af ​​ekstracellulær matrix [23]. Klotho kan hæmme en række forskellige signaltransduktioner

vej til renobeskyttelse mod fibrose.

(1) Transformering af vækstfaktor 1 (TGF- 1) signalvej: Klotho hæmmer ekspressionen af ​​TGF- 1 hos mus med UUO-induceret nyrefibrose, og TGF- 1 reducerer også ekspressionen af Klotho i nyreepitelceller. Undersøgelser har fundet ud af, at udskilt Klotho direkte kan binde til type II-receptoren af ​​TGF- 1 og derved hæmme nyrefibrose ved at hæmme aktiviteten af ​​TGF- 1[24].

(2) Wnt/-catenin signalvej: Undersøgelser har fundet ud af, at reduktionen af ​​Klotho kan aktivere fibrosevejen medieret af Wnt/-catenin, og Klotho kan kombinere med forskellige komponenter af Wnts, såsom Wnt1, Wnt4 og Wnt7a, og virke som en Wnt-vej. Konkurrenceantagonister, der hæmmer

Wnt-aktivering og -catenin-kerneoverførsel, hvorved nyrerne hæmmes

Fibrosens rolle [21].

(3) Angiotensin II (Ang II): Ang II regulerer nyrefibrose ved at opregulere ekspressionen af ​​andre faktorer, såsom TGF-, bindevævsvækstfaktor, plasminogenaktivatorhæmmer 1, tumornekrosefaktor- og nuklear faktor κB (NF) -KB)[25]. Undersøgelser har vist, at Ang II-induceret nyreskade hæmmer ekspressionen af ​​Klotho, mens ekspressionen af ​​Klotho kan lindre Ang II-induceret nyreskade.

(4) Ekstracellulær signalreguleret kinase (ERK) 1/2-p38 signalvej: nyere undersøgelser har vist, at eksogent Klotho reducerer højglukoseinduceret fibronectin og cellehypertrofi gennem ERK1/2-p38 kinasesignalering vej, og derved inducerer in vitro diabetisk nefropatiskade[23], kan administration af Klotho-protein kontrollere basal fibroblastvækstfaktor 2-induceret nyrefibrose[26]

3. Klotho regulerer oxidativt stress i nyrevæv

De reaktive iltarter produceret af kroppens stofskifte kan forårsage celleskader, som er en af ​​de vigtige patogeneser ved nyresygdom. Hos patienter med CKD, mens Klotho er reduceret, er der også et stærkt oxidativt stressrespons. Klotho kan lindre celleældning og apoptose forårsaget af oxidativt stress i endotelceller. En klinisk undersøgelse på 282 patienter med diabetisk nefropati fandt, at niveauet af serum Klotho hos patienter med diabetisk nefropati var lavere end i kontrolgruppen, mens det lipidperoxid 8-isomere prostaglandin var signifikant højere, og de to var negative korreleret[27]; Et tværsnitsstudie af 78 peritonealdialysepatienter viste også, at serum Klotho-niveauer var negativt korreleret med oxidativt stress [28]. Dyreforsøg har vist, at oxidanter kan nedregulere ekspressionen af ​​Klotho og forårsage celleskade; overekspression af Klotho oxiderer

Stressreaktionen blev signifikant reduceret, ledsaget af en stigning i ekspressionen af ​​mangan-superoxiddismutase (Mn-SOD) og et fald i ekspressionen af ​​DNA-oxidativ skadesmarkør 8-hydroxydeoxyguanosin[20], hvilket indikerer, at tabet af Klotho-ekspression fremmer aktiveringen af ​​reaktive oxygenarter. Stofproduktion og oxidativ stressrespons. Ud over den insulin/insulin-lignende vækstfaktor 1-vej kan mekanismen for Klothos antioxidantvirkning også være relateret til signalveje såsom erythropoietin-receptorer[29]. En anden undersøgelse viste, at de anti-apoptotiske og anti-aldringseffekter af Klotho i humane navlestrengsvene vaskulære endotelceller (HUVEC) kan medieres gennem den mitogenaktiverede proteinkinase/ekstracellulære signalregulerede kinasevej, og Klotho aktiverer cyklisk adenophosphat. af Mn-SOD induceres af glycosid (cAMP)/proteinkinase A (PKA)-vejen og udøver derved antioxidantvirkningen i HUVEC[30]. Derudover kan Klotho også svække Ang II-induceret oxidativ skade og apoptose i vaskulære glatte muskelceller ved at stimulere cAMP/PKA-medieret inhibering af nikotinamid-adenindinukleotidphosphatoxidase 2-proteinekspression [31].

4. Klotho hæmmer nyre-inflammatorisk respons

Med nyresvigt øges pro-inflammatoriske faktorer ved CKD gradvist, herunder IL-6, tumornekrosefaktor osv., og reduktionen af ​​Klotho er tæt forbundet med det inflammatoriske respons. I dyremodeller af diabetisk nefropati kan Klotho-deletion fremme produktionen af ​​inflammatoriske mediatorer i nyrevæv såsom IL-6, IL-8 og tumornekrosefaktor og forværre nyreinflammatorisk respons; Klotho transgene dyr nyrevæv inflammatorisk respons og inflammation Mediet er signifikant reduceret [29]. Kliniske undersøgelser fandt også, at serum Klotho-niveauer hos CKD-patienter faldt, ledsaget af øget ekspression af inflammatoriske markører såsom IL-6, IL-18, tumornekrosefaktor osv., og der var en negativ sammenhæng mellem Klotho og inflammatoriske markører[32].

Den antiinflammatoriske mekanisme af Klotho kan være relateret til hæmningen af ​​inflammatorisk respons medieret af NF-KB, og NF-KB er en vigtig transkriptionsfaktor i inflammatorisk respons. En undersøgelse viste, at der er et tovejsforhold mellem Klotho og NF-κB[33], det vil sige, at Klotho kan hæmme inflammatoriske responser, og inflammatoriske mediatorer kan også regulere ekspressionen af ​​Klotho. Klotho kan yderligere hæmme aktiveringen af ​​NF-KB ved at hæmme p65-phosphorylering og derved hæmme transkriptionen af ​​inflammatoriske mediatorer[13]. Klotho kan også hæmme det inflammatoriske respons medieret af retinsyre-inducerbart gen I[34]. Derfor kan Klotho fungere som en anti-inflammatorisk modulator i nyren.

5. Klotho hæmmer nyrecelleapoptose. Øget ekspression af Klotho kan hæmme celleapoptose.

Omvendt kan Klotho-deletion fremme renal tubulær epitelcelle-apoptose. I musemodellen for nefrotoksisk akut nyreskade blev ekspressionen af ​​Klotho reduceret, og den svage inducer af apoptose relateret til tumornekrosefaktor blev blokeret[35], og tilskuddet af eksogent Klotho-protein kunne hæmme apoptosen af ​​inducerede renale tubulære epitelceller af UUO[ 22]. Klotho kan hæmme apoptose af bugspytkirtelceller og har effekt på høj glukose og andre faktorer.

Det kan hæmme apoptose af renale tubulære epitelceller[36]. Klotho kan også reducere celleældning og apoptose forårsaget af oxidativt stress i endotelceller. Banerjee et al. [37] viste, at mekanismen for Klotho-hæmning af apoptose kan opnås ved at regulere endoplasmatisk retikulumstress. Hvorvidt Klotho kan hæmme apoptose gennem andre veje, skal endnu undersøges nærmere.

Resumé og Outlook

Med uddybningen af ​​forskningen er de fysiologiske funktioner involveret i Klotho løbende blevet opdaget, og det spekuleres i, at det ikke kun kan bruges som en følsom biomarkør til tidlig diagnose og prognosevurdering inden for nyresygdomme og relaterede sygdomme, men også som en ny behandlingsmetode. I teorien kan supplering af eksogent Klotho-protein eller regulering af ekspressionen af ​​Klotho in vivo beskytte nyrefunktionen, forsinke progressionen af ​​CKD og forbedre komplikationer. Selvom nogle funktioner er blevet afklaret, er Klothos præcise fysiologiske roller og molekylære funktioner ikke blevet fuldstændigt dechifreret. Det meste af den nuværende forskning er begrænset til dyreforsøg. Effekten og sikkerheden af ​​Klotho til behandling af human CKD skal verificeres yderligere ved streng klinisk forskning. I fremtiden vil en bedre forståelse af de molekylære mekanismer, hvormed Klotho behandler nyresygdomme og forebygger hjerte-kar-sygdomme, hjælpe med udviklingen af ​​nye terapeutiske strategier.