Klotho基因及其多態(tài)性的研究進(jìn)展

1、Klotho基因及其多態(tài)性的研究進(jìn)展【關(guān)鍵詞】 klotho基因； 多態(tài)性； 研究進(jìn)展Klotho基因是Kuro等1于1997年發(fā)現(xiàn)的與衰老有關(guān)的新基因，并用古希臘神話中紡織生命之線女神的名字命名。Klotho基因被敲除的小鼠(KL-/小鼠)可出現(xiàn)類似人類衰老的各種表型，如壽命縮短、不育癥、動(dòng)脈硬化、皮膚萎縮、骨質(zhì)疏松、肺氣腫等。近年來(lái)對(duì)klotho基因多態(tài)性與疾病的關(guān)系逐漸受到重視，現(xiàn)將有關(guān)研究現(xiàn)狀綜述如下。1 Klotho基因的結(jié)構(gòu) Klotho基因長(zhǎng)50 kb，由5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子組成2，3。人的klotho基因位于13q12，klotho基因的操縱子內(nèi)沒(méi)有TATA盒和CAAT盒，但

2、有5個(gè)潛在的SP1結(jié)合位點(diǎn)，外顯子1及旁側(cè)2 000 bp序列中，G+C的平均含量為66.75%，最高達(dá)到98%，提示在這一區(qū)域有CpG島的存在1，4。在klotho基因結(jié)構(gòu)中，其RNA存在著一個(gè)潛在的可變剪切位點(diǎn)，這一位點(diǎn)如果接受了一個(gè)50 bp片段的插入，該插入序列末尾的兩個(gè)核苷酸TA就會(huì)與外顯子4的第一個(gè)核苷酸G共同構(gòu)成一個(gè)終止密碼TAG，使得RNA由此截?cái)嘈纬梢粋€(gè)短的開(kāi)放閱讀框，僅含3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子而編碼分泌型klotho蛋白。但如果可變剪切位點(diǎn)沒(méi)有50 bp片段的插入，其RNA就是一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，包括5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子，編碼形成一種膜型klotho蛋白。人的膜型klotho

3、 cDNA全長(zhǎng)3 036 bp，分泌型cDNA全長(zhǎng)1 647 bp。膜型klotho基因表達(dá)的膜型蛋白是一種單跨膜蛋白，包括一個(gè)N端信號(hào)序列、帶有兩個(gè)內(nèi)部重復(fù)片段的KL和KL細(xì)胞外區(qū)域，一個(gè)單跨膜區(qū)和一個(gè)短的胞內(nèi)區(qū)。在KL和KL之間有一段LysLysArgLys的堿性氨基酸序列，可能為蛋白酶裂解位點(diǎn)，該位點(diǎn)有時(shí)可能被裂解，釋放出小肽而作為體液因子發(fā)揮作用。而分泌型klotho基因表達(dá)的分泌型蛋白由于可變剪切的原因，僅含有N端序列和KL胞外區(qū)，缺少了KL胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)。人的膜型蛋白含有1 012個(gè)氨基酸，分泌型蛋白含有549個(gè)氨基酸。2 Klotho基因多態(tài)性 Klotho 基因共含有4

4、00多個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNPs)，其中影響轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)的主要是啟動(dòng)子區(qū)和外顯子區(qū)的SNPs，其中啟動(dòng)子區(qū)有 16個(gè)SNPs，5個(gè)外顯子區(qū)共有15個(gè)SNPs，其余均在內(nèi)含子內(nèi)。目前研究最多的是KLVS5，包含6個(gè)SNPs，位于外顯子2區(qū)附近，3個(gè)SNPs在外顯子2區(qū)內(nèi)，其中1個(gè)為無(wú)義突變，另兩個(gè)F352V（A1056G） 和C370S（G1110C），這6個(gè)SNPs處于完全連鎖不平衡。KLVS具有明顯的種族特異性，白種人群有 20%31%的變異5，6，而日本和韓國(guó)等亞洲人群未發(fā)現(xiàn)變異7，8。其他如啟動(dòng)子395也存在GA變異，在正常人群中G、A的頻率分別為80.4%85.7%和14.3%19.

5、6% 7，9，10。該等位基因是Kawano等8在研究絕經(jīng)后婦女骨密度時(shí)發(fā)現(xiàn)，電泳遷移率變動(dòng)分析(EMSA)顯示GA替換后DNA蛋白復(fù)合物的量明顯下降，推測(cè)該替換可能通過(guò)減少蛋白和klotho基因啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合而改變klotho基因表達(dá)。外顯子4區(qū)的C1818T（HisHis）的變異，并不能引起氨基酸表達(dá)的改變，但可能也與某些疾病有關(guān)，多項(xiàng)研究表明11，12外顯子區(qū)的無(wú)義突變也可能產(chǎn)生有異常功能的多種轉(zhuǎn)錄或影響產(chǎn)物的表達(dá)水平，Kawano等8用RTPCR方法沒(méi)有發(fā)現(xiàn)C1818T變異引起的klotho基因轉(zhuǎn)錄的變化，推測(cè)C1818T位點(diǎn)可能與影響klotho基因功能的一個(gè)SNP位點(diǎn)有機(jī)聯(lián)系在一起。

6、在正常人群中C、T的頻率分別為58.9%81.9%和18.1%41.1%7，10。klotho基因其他SNPs如啟動(dòng)子區(qū)G959C 、外顯子1區(qū)A44C和C234G、外顯子4區(qū)C2298T等，因未發(fā)現(xiàn)與疾病有關(guān)或小等位基因頻率低于5%，在此不再贅述。3 Klotho基因多態(tài)性與疾病易感性的關(guān)系3.1 Klotho基因與心血管疾病Klotho基因缺陷的小鼠在出生4 w后即可出現(xiàn)動(dòng)脈硬化，并隨著年齡的增加而加重，這些血管變化與人類動(dòng)脈硬化非常相似。把外源性正常klotho cDNA轉(zhuǎn)導(dǎo)給klotho基因缺陷的小鼠后，其動(dòng)脈硬化程度可得到顯著改善1，由此推測(cè)在人體也可能存在klotho基因突變或有特

7、定的klotho等位基因與動(dòng)脈硬化密切相關(guān)。為此，Arking等13檢測(cè)了兩組相互獨(dú)立的無(wú)癥狀冠心病患者的KLVS等位基因頻率，同時(shí)比較冠心病的危險(xiǎn)因素如血糖、血脂、血壓、體重指數(shù)、吸煙情況，經(jīng)過(guò)Logistic回歸分析，證實(shí)KLVS等位基因是早發(fā)冠心病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。隨后他們14又檢測(cè)了525例北歐猶太教徒的KLVS等位基因頻率，并用多元回歸法分析KLVS基因型與血壓、血脂等心血管危險(xiǎn)因素的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)HDLC和收縮壓與KLVS具有相關(guān)性，野生型（FF）和KLVS純合型（VV）與雜合型（FV）相比，HDLC分別下降了3.47和9.80 mg/dl，收縮壓升高6.51和 18.97 mmHg，提

8、示KLVS純合型患心血管疾病的危險(xiǎn)度最高。用Cox回歸分析，KLVS純合型和野生型較雜合型相對(duì)危險(xiǎn)度提高了4.49和2.15倍。以上報(bào)道均提示KLVS基因與心血管疾病密切相關(guān)。除KLVS基因外,在亞洲地區(qū)也進(jìn)行了啟動(dòng)子區(qū)G395A與心血管疾病關(guān)系的研究其關(guān)系目前尚不明確。Imamura等9認(rèn)為冠狀動(dòng)脈狹窄患者klotho基因395A等位基因頻率(29.9%)明顯高于對(duì)照組(19%)，調(diào)整后的P=0.029，而冠狀動(dòng)脈痙攣組(23.4%)與對(duì)照組無(wú)顯著性差異，從而推測(cè)395A可能是冠心病獨(dú)立的基因危險(xiǎn)因子。而Rhee等15在對(duì)274例因胸痛進(jìn)行冠狀動(dòng)脈造影檢查的韓國(guó)人G395A分型中發(fā)現(xiàn)，冠心病

9、患者攜帶A等位基因(GA+AA)的頻率(45.1%)與非冠心病患者(54.9%)相比，兩者無(wú)顯著差異(P=0.746)，目前395A等位基因是否是冠心病篩選基因還有待大樣本進(jìn)一步證實(shí)。3.2 Klotho基因與骨質(zhì)疏松人的骨質(zhì)密度是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果，實(shí)際上Ralston等16認(rèn)為基因在骨質(zhì)密度方面可能起到50%80%的作用，而且不同基因在不同年齡階段起著不同作用。由于KL-/-小鼠可出現(xiàn)類似人類衰老的各種表型，包括骨質(zhì)疏松，由此推測(cè)klotho基因多態(tài)可能與骨質(zhì)疏松有關(guān)。Kawano等8研究報(bào)道在55例65歲絕經(jīng)期婦女的小樣中提示klotho基因可能與衰老有關(guān)的骨質(zhì)疏松有關(guān)。Mulli

10、n等17報(bào)道與此相反，他們檢測(cè)1 190例白種人絕經(jīng)期婦女基因型及其各部位（包括髖骨、股骨頸、股骨粗隆和粗隆間）的BMD和其中200例降鈣素，發(fā)現(xiàn)G395A和C1818T兩基因多態(tài)與各部位的BMD無(wú)關(guān),而C1818T多態(tài)與血清降鈣素有關(guān),TT型的降鈣素明顯大于CT型,CT型大于TT型。以上報(bào)道存在矛盾之處，提示G395A和C1818T多態(tài)與人體骨質(zhì)密度(BMD)可能無(wú)關(guān)，還有待進(jìn)一步研究。在T352V與BMD的關(guān)系方面，Zarrabeitia等18檢測(cè)362位西班牙男性的F352V基因型和各部位(包括腰椎、股骨頸、髖骨和跟骨)的BMD，362位男性作為整體，F(xiàn)V+VV基因型的BMD與FF的無(wú)明

11、顯區(qū)別，53歲的中青年人群中，F(xiàn)V+VV基因型的BMD明顯高于FF基因型的。Riancho等10則認(rèn)為女性的F352V基因型和BMD的關(guān)系與絕經(jīng)狀態(tài)有關(guān)，絕經(jīng)前F352V基因型和BMD無(wú)關(guān)，絕經(jīng)后含F(xiàn)V+VV基因型的婦女BMD較含F(xiàn)F基因型的高。由此推測(cè)F352V多態(tài)與BMD可能有一定的關(guān)系。FF基因型可能是骨質(zhì)疏松的危險(xiǎn)因素。3.3 Klotho基因與糖代謝由于KL-/小鼠血糖和胰島素水平下降且胰島素敏感性增加，相反，klotho過(guò)表達(dá)的小鼠胰島素抵抗，推測(cè)klotho基因可能與糖尿病有關(guān)。Rhee等19檢測(cè)251例健康韓國(guó)婦女快速血糖和胰島素抵抗指數(shù)（HOMAIR）并用RTPCR檢測(cè)klo

12、tho基因型，發(fā)現(xiàn)G395A與血糖無(wú)關(guān)，而C1818T與血糖有關(guān)，含T等位基因血糖高于C等位基因，HOMAIR 平均值也明顯增高，提示klotho基因可能是研究糖代謝的候選基因之一。Graham等20在對(duì)1 793例無(wú)糖尿病家族史的2型糖尿病患者、1 619例正常對(duì)照和來(lái)自509例2型糖尿病家庭的1 616例個(gè)體進(jìn)行klotho基因F352V檢測(cè)，證明糖尿病患者FV+VV基因型（28%）與正常對(duì)照（28%）無(wú)顯著差異，用FBAT軟件進(jìn)行家系關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)V等位基因與糖尿病并無(wú)明顯關(guān)聯(lián)，提示在大型病例對(duì)照研究和家系研究中并未發(fā)現(xiàn)klotho基因F352V與2型糖尿病有關(guān)。3.4 Klotho基

13、因與腫瘤Klotho的功能目前研究較多的是：klotho蛋白抑制氧化應(yīng)激、提高哺乳動(dòng)物細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激的抵抗能力21；抑制參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的IGF1R的作用2225；klotho基因缺乏的小鼠具有免疫抑制作用1，26。以上均提示klotho可能是一個(gè)腫瘤抑制因子27。Wolf等28在研究klotho蛋白的表達(dá)與肺癌的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)klotho表達(dá)在正常肺組織較肺癌組織高,在癌組織中,癌塊較小的肺癌組織klotho表達(dá)較較大的肺癌組織高,Wolf等的結(jié)論證實(shí)klotho可能是一個(gè)腫瘤抑制因子。然而 Lingeng 等29在研究卵巢癌與klotho蛋白表達(dá)的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)卵巢上皮細(xì)胞癌組織klotho蛋白表

14、達(dá)較正常組織增高，klotho表達(dá)可能與卵巢癌的進(jìn)展有關(guān),這一結(jié)論與Wolf等結(jié)果相矛盾。klotho蛋白與腫瘤的關(guān)系還待進(jìn)一步研究。我們30在研究klotho基因多態(tài)與胃癌的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)胃癌患者395A明顯高于正常對(duì)照，這是首次關(guān)于klotho基因多態(tài)與腫瘤關(guān)系的研究。4 展 望 Klotho是與衰老有關(guān)的新基因，目前其多態(tài)性與疾病易感性的研究主要集中在心血管、骨質(zhì)疏松和糖代謝方面的研究，而與腫瘤和免疫功能關(guān)系的研究較少。有關(guān)klotho基因多態(tài)性與疾病的關(guān)系研究也應(yīng)考慮這些方面。klotho基因功能與各種老年性疾病關(guān)系的研究幫助我們闡明衰老的分子機(jī)制及內(nèi)在本質(zhì)，為更好防治衰老性疾病、延長(zhǎng)人類

15、壽命奠定基礎(chǔ)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 1 Kuroo M，Matsumura Y，Aizawa H,et al.Mutation of the mouse klotho gene leads to a syndrome resembling agingJ.Nature,1997；390:4551.2 Matsumura Y，Aizawa H，ShirakiIida T,et al.Identification of the human klotho gene and its two transcripts encoding membrane and secreted klotho proteinJ.Bi

16、ochem Biophys Res Commun，1998;243(3):62630.3 Saito Y，Kuroo M，Nabeshima Y,et al.The protective role of klotho gene on vascular endotheliumJ.Nippon Rinsho,1999;57(7):15148.4 ShirakiIida T，Aizawa H，Matsumura Y,et al.Structure of the mouse klotho gene and its two transcripts encoding membrane and secret

17、ed proteinJ.FEBS Lett,1998;424(12):610.5 Arking DE，Krebsovs A，Macek M Sr，et al.Association of human aging with a functional variant of klothoJ.Proc Natl Acad Sci USA，2002;99：85661.6 Low AF，ODonnel CJ，Kathiresan S，et al.Aging sysdrome genes and premature coronary artery diseaseJ.BMC Med Genet,2005;6:

18、3846.7 Kim Y，Kim JH，Nam YJ,et al.Klotho is a genetic risk factor for ischemic stroke caused by cardioembolism in Korean femalesJ.Neurosci Lett,2006；407(3):189194.8 Kawano K，Ogata N，Chiano M,et al.Klotho gene polymorphisms associated with bone density of aged postmenopausal womenJ.J Bone Miner Res，20

19、02；17:174451.9 Imamura A，Okumura K，Ogawa Y,et al.Klotho gene polymorphism may be a genetic risk factor for atherosclerotic coronary artery disease but not for vasospastic angina in JapaneseJ.Clin Chim Acta,2006;371:6670.10 Riancho JA，Valero C，Hernandez JL,et al.Association of the F352V variant of th

20、e klotho gene with bone mineral densityJ.Biogerontology，2007；8：1217.11 Wakamatsu N，Kobayashi H，Miyatake T,et al.A novel exon mutation in the human betahexosaminidase beta subunit gene affects 3，splice site selectionJ.J Biol Chem，1992;267:240613.12 Liu W，Qian C，F(xiàn)rancke U.Silent mutation induces exon

21、skipping of fibrillin1 gene in Marfan syndromeJ.Nat Genet，1997;16:3289.13 Arking DE,Becker DM，Yanek LR,et al.Klotho allele status and the risk of earlyonset occult coronary artery diseaseJ.Am J Hum Genet，2003;72:115461.14 Arking DE,Atzmon G，Arking A,et al.Association between a functional variant of

22、the klotho gene and highdensity lipoprotein cholesterol,blood pressure，stroke，and longevityJ.Circ Res,2005;96:4128.15 Rhee EJ，Oh KW，Lee WY,et al.The differential effects of age on the association of klotho gene polymorphisms with coronary artery diseaseJ.Metabolism,2006;55:134451.16 Ralston SH.Genet

23、ic control of susceptibility to osteoporosisJ.J Clin Endocrinol Metab，2002；87:24606.17 Mullin BH，Wilson SG,Islam FM,et al.Klotho gene polymorphisms are associated with osteocalcin levels but not bone density of aged postmenopausal womenJ.Calcif Tissue Int,2005;77:14551.18 Zarrabeitia MT，Hernandez JL

24、，Valero C,et al.Klotho gene polymorphism and male bone massJ.Calcif Tissue Int,2007;80:104.19 Rhee EJ，Oh KW，Yun EJ,et al.Relationship between polymorphisms G395A in promoter and C1818T in exon 4 of the KLOTHO gene with glucose metabolism and cardiovascular risk factors in Korean womenJ. J Endocrinol

25、 Invest，2006;29:6138.20 Rachel MF，Michael NW，David M,et al.The functional “KLVS” variant of KLOTHO is not associated with type 2 diabetes in 5028 UK CaucasiansJ.BMC Medical Genetics，2006;7:51.21 Yamamoto M，Clark JD，Pastor JV,et al.Regulation of oxidative stress by the antiaging hormone klothoJ.J Bio

26、l Chem,2005；280:3802934.22 Stromberg T，Ekman S,Girnita L,et al.IGF1 receptor tyrosine kinase inhibition by the cyclolignan PPP induces G2/Mphase accumulation and apoptosis in multiple myeloma cellsJ.Blood，2006;107(2):66978.23 Ahlen J，Wejde J，Brosjo O,et al.Insulinlike growth factor type 1 receptor expression correlates to good prognosis in highly malignant soft tissue sarcomaJ.Clin Cancer Res，2005;11(1):20616.24 Kucab JE，Dann SE. Role of IGF1R in mediating breast canc