科学家发现长寿基因，调控它有望延寿30年
作者：@千年蛋
华中科技大学遗传学博士
希腊神话中有命运三女神，她们掌管着人类的命运，克洛托（Clotho）负责纺织生命线，拉克西斯负责丈量、维护生命线，阿特洛波斯负责剪断生命线。其中克洛托又被称作命运的守护神，是一位公正却富有同情心的神灵。于是当科学家们发现了一种“掌握着人的生命线”的基因的时候就为它赋予了女神的名字——Klotho。拥有如此浪漫名字的Klotho基因究竟是如何影响我们的寿命呢？今天就慢慢与君道来。
一. Klotho基因简介
Klotho基因的发现可以说是一个意外。当初科学家们本来是想要验证Na+-H+交换的增加会引起高血压的假说，从而开始制作Na+-H+交换体转基因小鼠。结果在这个过程中却因为基因组的随机整合，转基因破坏了整合位点周围的内源性小鼠基因，而意外收获了一种类似人类衰老表型的小鼠，这种小鼠就被命名为Klotho小鼠。后来这个被破坏的基因被鉴定出来并命名为Klotho。【1-2】
研究发现，拥有Klotho缺陷的小鼠在5-8周龄就会表现出早衰、肌肉和脂肪质量损失、胸腺过早退化、皮肤变薄、步态异常、不育、动脉硬化、骨质疏松、肺气肿、认知障碍、听力障碍、运动神经元变性等现象【2】，这些小鼠的寿命可缩短80%【19】。而过表达Klotho后能够延长雄鼠30.8%、雌鼠19.0%的寿命【3】，按30.8%的实验结果来看，相当于人类延寿30年。
此等少了不行，多则有益的基因，说它掌握着生命线的长度，还真是形象呢。那它是怎么做到的呢？我们先从它的结构来看看吧。
二. Klotho的结构
Klotho基因位于人类第13条染色体（13q12）上，全长50kb，由5个外显子组成。通过选择性剪接，Klotho可以产生两种蛋白，一种为膜蛋白（主要在肾脏、胎盘、小肠和前列腺中表达），一种为循环蛋白（主要在大脑、海马、胎盘、肾脏、前列腺和小肠等组织中表达）。其中膜蛋白形式也可以通过水解作用产生循环形式的蛋白。目前研究最多的是循环形式的Klotho，它被释放到血清中作为一种循环激素参与机体功能的调节。
三. Klotho的功能与抗衰老
缺少Klotho就早衰，增加Klotho的表达就延寿，都是因为Klotho在细胞内是个社交达人，手起刀落，该相好的相好，该打击的打击。如下图，Klotho参与多信号通路的调节。
相信我们的忠实读者已经对许多信号通路耳熟能详了~
通过参与这些信号通路，Klotho具有抗氧化应激（主要通过抑制IGF-1，激活FOXO）、抗细胞衰老（通过抑制p53/p21）、促进自噬、抗干细胞衰老耗竭（通过抑制WNT）、维持矿物质稳态等抑制衰老且有助于延年益寿的功能。
（选读：循环型Klotho又被称作激素Klotho，它通过调节某些细胞表面受体的活性可能会影响特定的信号通路：1）抑制经典衰老信号通路胰岛素/IGF-1，从而抑制衰老进程，延长寿命【4】；2）抑制经典致纤维化信号通路TGF-β1，不仅能够治疗肾纤维化，还可以抑制癌症转移【5】；3）抑制P53/P21信号通路，从而通过调控细胞周期抑制细胞凋亡来对抗衰老【6】；4）激活TRPV5离子通道，参与钙稳态的维持【7】；5）激活cAMP/PKA信号通路，从而抑制过度的氧化应激反应【8】；
6）抑制WNT信号通路。在体内及体外实验中均发现WNT能够加快细胞衰老，而循环型和膜上的Klotho都可以与WNT蛋白结合，从而抑制该信号通路来抗衰老【9】。此外，膜Klotho是成纤维细胞生长因子23（FGF23）的共受体，主要作用于磷酸盐稳态【10】。）
除了对寿命的直接影响，Klotho还与多种疾病包括老年病有关。
3.1 认知性疾病
对恒河猴和小鼠的纵向研究表明，正常老化的大脑组织中的Klotho表达大幅下降。随着年龄的增长，发现在人的脑脊液中，总αklotho（一种主要的Klotho蛋白）含量也在降低。
遗传学研究发现，Klotho KL-VS杂合子携带者比纯合子携带者的认知能力更高，寿命也更长【11-195】。进一步的研究发现，在杂合子携带者中，其背外侧额叶前皮质中的灰质体积更大，而这一结构恰与病理性衰老和精神疾病相关。这类人也拥有更好的短期记忆、更佳的执行能力和较高的信息处理率【12-197】。总之，得KL-VS杂合子者得天下。
虽然在人类中注射外源基因或蛋白这种事情要经过道道关卡，但是小鼠已经替我们进行了初步的尝试，当单次注射Klotho2天后，小鼠的空间和工作记忆的统计学数据得到了显著改善【13-198】。
纵坐标为认知分数
3.2 肿瘤
根据研究报道，Klotho蛋白在多种肿瘤组织中表达降低，而且当下调Klotho的表达时可能导致肿瘤细胞增殖、凋亡减少，这些都提示，Klotho是一个潜在的肿瘤抑制因子。其抑制作用主要是通过对前述Wnt信号以及胰岛素/IGF-1和p53/p21信号的抑制来实现的。除此之外，Klotho对TGF-β1的抑制也阻止了癌症的转移。目前已经报道的与Klotho相关的癌症就包括：乳腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌、肾细胞癌和宫颈癌等。
在动物研究中发现，反复注射Klotho对显著减慢乳腺癌的所有生长指标，包括肿瘤大小、重量和外观。且，Klotho的耐受性良好【14-201】。
另外，给动物模型注射Klotho后，移植了癌细胞的动物的存活率提高，且癌症转移减少【15-34】。
3.3 高血压
研究显示，老年高血压患者血清中Klotho蛋白水平显著低于老年非高血压患者，这表明Klotho的减少可能是老年高血压的罪魁祸首【16-169】。通过对高血压和非高血压人群的基因分布研究发现，Klotho基因G-395A位点与原发性高血压有关【17-168】。
既然这样，如果上调Klotho的表达是否就能逆转高血压的病理表现呢，研究人员在动物实验中进行尝试发现，果然，在过表达了Klotho基因后，高血压大鼠的表型被逆转。通过对机制的研究发现，Klotho通过升高血浆IL-10的水平，下调了Nox2的表达，并降低了NADPH氧化酶的活性和超氧阴离子的产生【18-68】。这表明Klotho可能是通过抑制氧化应激来降低血压的。
除此之外，Klotho在肾病、缺血性卒中、糖尿病、甲状腺亢进等疾病中也表现出了重要作用。
四. 影响体内Klotho表达的因素
了解了以上功能后，你是不是也好奇机体是如何来调控作为“生命线纺织机器”的Klotho的表达呢？Klotho在体内的表达受到多种生理和病理条件的影响。比如随着年龄的增长，Klotho在心脏窦房结和肝脏中的表达减少；在高血压、糖尿病、急性心肌梗死、缺血再灌注损伤等模型大鼠中，Klotho的表达也减少，在人类中，患有慢性肾脏疾病的人群表达Klotho也降低。
除此之外，一些药物也会影响Klotho的表达，比如口服曲格列酮可以增加肾脏Klotho mRNA的表达；经雌二醇治疗后，Klotho的表达会下降。其它影响Klotho表达的因素总结如下：
五. 小结
Klotho从1997年被意外发现到现在已经发现与寿命和多种老年病相关。Klotho在对多种疾病动物模型的治疗中也表现出了初步但显著的作用，表明Klotho可能是抗衰老的又一潜在靶点。我们期待更多关于它的研究（虽然目前情况下并非最佳靶点）。在基因疗法快速发展的今天，我们应该更加关于与衰老相关的基因，它们可能才是抗衰老的关键。