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Klotho基因与认知障碍相关性的研究进展
点击上方“神经疾病与精神卫生”可以订阅Klotho(Kl)基因高表达有助于延长寿命。Kl基因选择性剪切后转录为跨膜型或分泌型Kl蛋白,表现多种生物学活性,如跨膜型Kl蛋白与成纤维细胞生长因子受体(FGFR)结合成为FGF23的共受体,调控FGF23的功能,调节矿物质代谢和维生素D稳态;分泌型Kl蛋白抵抗氧化应激、抑制细胞炎症和凋亡、促进血管发生等。既往研究显示,血清中的Kl蛋白能高度反映脑脊液中的Kl蛋白水平,两者呈正相关。认知障碍是影响老年人生活质量的一类疾病,以AD及血管性认知障碍(VCI)多见。相关研究认为,Kl蛋白与认知功能关系密切,其在大脑脉络丛和海马等脑实质中均有高度表达。Kl蛋白是认知功能的重要保护蛋白,然而Kl-VS杂合性对认知功能却没有展示出积极作用,Kl-VS杂合性由Kl基因外显子2区域的单核苷酸多态性位点发生错义突变形成,Kl-VS杂合子携带者的血清Kl蛋白水平升高,Kl-VS纯合子携带者的血清Kl蛋白水平降低。对于Kl基因、Kl蛋白与认知障碍的关系目前研究较多,多项研究认为Kl基因敲除后小鼠会展现如AD、PD等神经变性和血管损害等缺血性神经系统改变,这些疾病进展后出现的认知障碍可能与Kl蛋白浓度相关。现汇总国内外关于Kl基因、Kl蛋白与神经变性病认知障碍、VCI等认知功能障碍疾病之间的关系,旨在为该领域的研究提供理论依据。一、Kl基因与神经变性病认知障碍(一)AD:AD是常见的神经系统变性疾病,其病理学方面的典型改变为β淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)在神经细胞外沉积形成的神经炎性斑和过度磷酸化的tau蛋白在神经细胞内聚集形成的神经元纤维缠结,临床表现通常为远近记忆障碍、失语、失用、人格和行为改变等。1.Kl基因与Kl蛋白Kl基因广泛表达于大脑皮质和海马神经元,随着年龄的增长,蛋白浓度逐年降低,与学习和记忆能力密切相关。研究发现,Kl基因敲除小鼠表现出与认知功能受损有关的胆碱能通路受损、突触功能损害、氧化损伤和凋亡反应,而Kl蛋白过表达的个体与对照相比,认知下降速度较慢、执行功能更好。Massó等将携带家族性AD突变基因的小鼠与健康小鼠大脑组织中的Kl蛋白的分泌水平在不同月龄时进行比较,发现随着年龄的增长,两种小鼠前额叶皮层、大脑皮层、海马中的Kl蛋白水平均下降,AD小鼠下降更明显(分别下降41%、49%、63%),认知相关区域下降最为显著。2.Kl-VS基因多态性相关研究显示,携带Kl-VS杂合子的成年人在全局认知测量(包括语言、执行功能、视觉空间功能、学习和记忆的综合测量)方面的表现优于非携带者,在时间纵向方面的认知能力下降也较慢。然而,在儿童和青少年中进行的队列研究显示,Kl-VS杂合子携带者与非携带者相比,认知功能和大脑结构差别无统计学意义,经KlVS×年龄处理后,显示在认知(特别是执行功能、注意力、情景记忆和一般认知)、总灰质和总脑容量方面存在相关性,Kl-VS杂合子携带者在11岁之前有更好的认知能力,但在11岁之后认知能力较低。一项研究认为,Kl-VS在认知方面存在杂合子的劣势。Deary等发现,与对照相比,Kl-VS纯合子携带者的智商下降,而杂合子携带者没有变化。2014年的研究报道Kl-VS杂合子携带者的认知功能提高。2017年的一项研究验证,携带Kl-VS杂合子的老年男性,其痴呆年发病率低于纯合子携带者。2019年的一项研究表明,Kl-VS杂合子可通过减弱APOE4阳性所引起的Aβ负荷减缓认知障碍的发生。这与Tank等的研究结果一致,其发现在60~80岁人群中,基因型为Kl-VS杂合子与降低的Aβ负荷、AD风险有关,80岁以后基因型为Kl-VS杂合子的健康对照组转化为轻度认知功能障碍或AD的风险也会降低.而2021年的研究进一步认为,Kl-VS杂合性基因型对Aβ相关tau病理和tau相关记忆障碍具有保护作用,与非携带者相比,当每单位Aβ-PET增加时,Kl-VS杂合子的tau-PET横截面和纵向增加较少。尽管Gaitán等在有AD风险的成年人中发现,与非携带者相比,Kl-VS杂合子和纯合子携带者的脑脊液Kl蛋白均升高,血清水平低于脑脊液,不因基因型之间存在差异,但该结果可能与AD病程相关,Kl-VS杂合性基因型的优势需要通过更长期的随访观察确定。3.发病机制当Kl蛋白缺乏时,海马神经元突触数量下降、海马轴突运输障碍等结构发生变化,海马神经元细胞的形态发生改变,对编码记忆所需的突触电位特异性增强的敏感性减弱,导致学习、记忆信号传导功能受损。而Kl蛋白过表达时,皮层和海马突触后N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)亚单位GluN2B的密度会翻倍,NMDAR依赖性Fos基因的表达也会增加,这使得突触可塑性增强。一方面,大脑和血清中Kl蛋白水平的上调能减轻AD的Aβ负荷,其主要通过抑制小胶质细胞中的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号传导,激活自噬溶酶体系统,促进Aβ的自噬清除以及调节Aβ转运蛋白的表达,增强小胶质细胞介导的Aβ清除。另一方面,分子机制中的Kl蛋白保护着海马神经元,其能增强硫氧还蛋白/过氧化物酶氧化还原系统的表达,还能通过下调Wnt水平和上调磷酸化环腺苷酸反应元件结合等的mRNA水平,缓解暴露于Aβ的细胞的凋亡、氧化应激和炎症反应。(二)PD相关认知障碍PD是发病率仅次于AD的神经系统变性疾病,认知障碍是PD常见的非运动症状之一,早中期患者的表现以执行功能、注意力、工作记忆能力下降为主,而晚期患者在执行能力、注意力、视空间能力及记忆方面均表现出异常。Zimmermann等的研究认为,携带Kl-VS纯合子的PD患者的脑脊液Kl蛋白水平低,与此同时PD起病与出现认知障碍的时间间隔会缩短。(三)额颞叶痴呆(FTD):FTD是与额颞叶变性有关的非AD痴呆综合征,其临床表现与病理学特征均具有明显的异质性,以认知损害、行为异常、言语障碍为主要表现。C9ORF72基因是海马突触可塑性和成人神经发生所必需的基因型,C9ORF72的六核苷酸重复扩增是FTD常见的遗传原因,而Ho等认为Kl蛋白失调可能是C9ORF72介导的毒性的一部分,这意味着Kl蛋白有可能参与了FTD的发病。二、Kl基因与VCIVCI是认知障碍中发病率仅次于AD的疾病,其包含所有可能由血管因素引起的认知损害,而血管因素作为一种可预防和可治疗的病因,在VCI的发病中发挥重要作用。已有研究认为,老年人的低血浆Kl蛋白水平与VCI之间存在相关性。1.卒中后认知障碍(PSCI)PSCI是VCI的一种,指在卒中发生前,有或无轻度认知损害的证据,在卒中发病后6个月内出现即刻和(或)迟发性认知功能减退,并且认知功能未能恢复正常。PSCI患者血清中的Kl蛋白水平低于非痴呆患者,提示Kl蛋白可作为缺血性脑卒中后预测认知障碍的标志物。PSCI与卒中事件的发生存在关系,目前认为减少卒中事件的发生是预防PSCI的关键因素,研究Kl蛋白与急性缺血性脑卒中(AIS)的关系或许可以为PSCI的治疗提供方向。AIS患者的血清Kl蛋白水平低于健康对照者,随着梗死面积增大呈降低趋势,Kl蛋白水平与梗死体积、NIHSS评分呈负相关。Kl蛋白还能改善AIS患者的预后。与预后良好(改良Rankin量表<3分)的患者相比,预后不良组的血浆Kl蛋白水平较低,Kl蛋白浓度增加与良好的功能结果存在相关性。然而也有研究认为,血清中的Kl蛋白水平与AIS患者神经功能缺损的严重程度和长期预后无关。2.脑小血管病脑小血管病指影响脑内小动脉、微动脉、毛细血管、微静脉和小静脉的各种病因所引起的一系列综合征,可出现认知、运动、情感和二便障碍等各种症状。研究显示,Kl蛋白可以延缓脑小血管疾病特定脑磁共振的白质高信号、血管周围间隙、脑微出血和无症状腔隙性脑梗死的进展,表现为血浆Kl蛋白浓度与脑小血管病的进展和严重程度呈负相关。3.发病机制Kl基因是血管疾病的候选因子,Kl蛋白过表达在小鼠短暂性双侧颈总动脉闭塞引起的脑低灌注72
2023年1月13日