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、動脈硬化、皮膚萎縮、骨質(zhì)疏松、肺氣腫等。近年來對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50 kb，由5個外顯子和4個內(nèi)含子組成2，3。人的klotho基因位于13q12，klotho基因的操縱子內(nèi)沒有TATA盒和CAAT盒，但

2、有5個潛在的SP1結(jié)合位點，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存在著一個潛在的可變剪切位點，這一位點如果接受了一個50 bp片段的插入，該插入序列末尾的兩個核苷酸TA就會與外顯子4的第一個核苷酸G共同構(gòu)成一個終止密碼TAG，使得RNA由此截斷形成一個短的開放閱讀框，僅含3個外顯子和2個內(nèi)含子而編碼分泌型klotho蛋白。但如果可變剪切位點沒有50 bp片段的插入，其RNA就是一個完整的結(jié)構(gòu)，包括5個外顯子和4個內(nèi)含子，編碼形成一種膜型klotho蛋白。人的膜型klotho

3、 cDNA全長3 036 bp，分泌型cDNA全長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N端信號序列、帶有兩個內(nèi)部重復(fù)片段的KL和KL細(xì)胞外區(qū)域，一個單跨膜區(qū)和一個短的胞內(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，該位點有時可能被裂解，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個氨基酸，分泌型蛋白含有549個氨基酸。2 Klotho基因多態(tài)性 Klotho 基因共含有4

4、00多個單核苷酸多態(tài)性(SNPs)，其中影響轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)的主要是啟動子區(qū)和外顯子區(qū)的SNPs，其中啟動子區(qū)有 16個SNPs，5個外顯子區(qū)共有15個SNPs，其余均在內(nèi)含子內(nèi)。目前研究最多的是KLVS5，包含6個SNPs，位于外顯子2區(qū)附近，3個SNPs在外顯子2區(qū)內(nèi)，其中1個為無義突變，另兩個F352V（A1056G） 和C370S（G1110C），這6個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，而日本和韓國等亞洲人群未發(fā)現(xiàn)變異7，8。其他如啟動子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)后婦女骨密度時發(fā)現(xiàn)，電泳遷移率變動分析(EMSA)顯示GA替換后DNA蛋白復(fù)合物的量明顯下降，推測該替換可能通過減少蛋白和klotho基因啟動子區(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)，多項研究表明11，12外顯子區(qū)的無義突變也可能產(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方法沒有發(fā)現(xiàn)C1818T變異引起的klotho基因轉(zhuǎn)錄的變化，推測C1818T位點可能與影響klotho基因功能的一個SNP位點有機(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)動脈硬化，并隨著年齡的增加而加重，這些血管變化與人類動脈硬化非常相似。把外源性正常klotho cDNA轉(zhuǎn)導(dǎo)給klotho基因缺陷的小鼠后，其動脈硬化程度可得到顯著改善1，由此推測在人體也可能存在klotho基因突變或有特

7、定的klotho等位基因與動脈硬化密切相關(guān)。為此，Arking等13檢測了兩組相互獨(dú)立的無癥狀冠心病患者的KLVS等位基因頻率，同時比較冠心病的危險因素如血糖、血脂、血壓、體重指數(shù)、吸煙情況，經(jīng)過Logistic回歸分析，證實KLVS等位基因是早發(fā)冠心病的獨(dú)立危險因素。隨后他們14又檢測了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度最高。用Cox回歸分析，KLVS純合型和野生型較雜合型相對危險度提高了4.49和2.15倍。以上報道均提示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)為冠狀動脈狹窄患者klotho基因395A等位基因頻率(29.9%)明顯高于對照組(19%)，調(diào)整后的P=0.029，而冠狀動脈痙攣組(23.4%)與對照組無顯著性差異，從而推測395A可能是冠心病獨(dú)立的基因危險因子。而Rhee等15在對274例因胸痛進(jìn)行冠狀動脈造影檢查的韓國人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。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klotho基因多態(tài)可能與骨質(zhì)疏松有關(guān)。Kawano等8研究報道在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報道與此相反，他們檢測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過表達(dá)的小鼠胰島素抵抗，推測klotho基因可能與糖尿病有關(guān)。Rhee等19檢測251例健康韓國婦女快速血糖和胰島素抵抗指數(shù)（HOMAIR）并用RTPCR檢測klo

12、tho基因型，發(fā)現(xiàn)G395A與血糖無關(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1 793例無糖尿病家族史的2型糖尿病患者、1 619例正常對照和來自509例2型糖尿病家庭的1 616例個體進(jìn)行klotho基因F352V檢測，證明糖尿病患者FV+VV基因型（28%）與正常對照（28%）無顯著差異，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明顯關(guān)聯(lián)，提示在大型病例對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、提高哺乳動物細(xì)胞對氧化應(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klotho可能是一個腫瘤抑制因子。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)系時發(fā)現(xiàn)胃癌患者395A明顯高于正常對照，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、延長人類

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