β-Klotho:代谢调控的 “命运之线” 与疾病治疗新靶点

Klotho 基因,其命名源自希腊神话中纺织生命之线的命运女神。该基因家族包含 α、β、γ 三个亚型,其中 β-Klotho 因在代谢调节中的独特作用,成为生命科学领域的研究焦点。作为单次跨膜蛋白,它主要分布于肝脏和白色脂肪组织,通过参与多条信号通路调控机体代谢平衡,为代谢性疾病的治疗提供了全新视角。

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一、引言

   

1997 年,日本学者 Kuro-o 团队在研究自发性高血压模型时,发现了与衰老密切相关的 Klotho 基因,其命名源自希腊神话中纺织生命之线的命运女神。该基因家族包含 α、β、γ 三个亚型,其中 β-Klotho 因在代谢调节中的独特作用,成为生命科学领域的研究焦点。作为单次跨膜蛋白,它主要分布于肝脏和白色脂肪组织,通过参与多条信号通路调控机体代谢平衡,为代谢性疾病的治疗提供了全新视角。
     

二、β-Klotho 的分子结构与组织分布

    

(一)分子结构特征

β-Klotho 属于单次跨膜蛋白,由三部分构成:130KDa 的胞外结构域(含关键功能基序与配体结合位点)、跨膜结构域(锚定细胞膜)以及仅含 10 个氨基酸的胞内结构域(可能参与信号传递)。这种结构使其既能锚定细胞膜发挥受体功能,又可通过构象变化调控下游信号。

(二)组织表达特点

与主要表达于肾脏的 α-Klotho 不同,β-Klotho 具有特异性分布:肝脏和白色脂肪组织中高表达,胰腺、小肠等代谢活跃器官中亦有检出。这种分布模式与其在能量代谢、脂质代谢中的核心作用高度契合。
 
   
   

三、β-Klotho 的核心生物学功能

     

(一)FGF 信号通路的关键共受体

β-Klotho 是 FGF19、FGF21 信号传递的必需共受体,与 FGF 受体形成复合物后增强信号特异性:
   

FGF19 通路:需 β-Klotho 与 γ-Klotho 协同,调控胆汁酸合成与肝肠代谢;

FGF21 通路:依赖 β-Klotho 激活,参与糖脂代谢与能量平衡调节。

(二)代谢平衡的核心调控者

糖代谢:通过 FGF21 通路改善胰岛素敏感性,促进葡萄糖摄取与利用;

脂质代谢:在肝脏调控胆汁酸代谢,在脂肪组织促进脂质分解;

能量稳态:协调外周组织与中枢神经系统的能量感知,维持代谢平衡。

(三)其他潜在功能

近年研究提示,β-Klotho 可能参与细胞凋亡调控(与肿瘤发生相关)及骨骼发育调节,但具体机制仍需验证。

四、β-Klotho 与代谢性疾病的关联

    

(一)非酒精性脂肪肝(NASH)

NASH 患者肝组织中 β-Klotho 表达显著降低,导致 FGF19/FGF21 通路功能异常:
     

胆汁酸代谢紊乱,促进肝内脂肪堆积;

炎症反应增强,加速肝纤维化进程。

这使其成为 NASH 诊断与治疗的潜在靶点。

(二)2 型糖尿病

2 型糖尿病患者脂肪组织与胰腺中 β-Klotho 水平下降,通过两条路径加重病情:
   

FGF21 信号减弱,胰岛素抵抗加剧;

糖异生调控失衡,血糖稳态破坏。

靶向 β-Klotho 的治疗可能逆转代谢紊乱。
    

五、β-Klotho 的临床应用前景

      

(一)新型治疗药物研发

单克隆抗体:如 NGM313,通过激活 β-Klotho/FGFR1c 复合体,已进入 NASH 与 2 型糖尿病临床试验;

小分子调节剂:通过上调 β-Klotho 表达或增强其活性,改善代谢指标,部分化合物已进入动物实验阶段。

(二)疾病诊断与预后评估

诊断标志物:血清 β-Klotho 水平可作为 NASH 与 2 型糖尿病的早期筛查指标;

预后监测:动态检测其表达变化,可评估治疗效果与疾病进展风险。

   

六、总结与展望

      

β-Klotho 作为代谢调控的关键分子,通过整合 FGF 信号通路维持糖脂代谢平衡,其功能异常与 NASH、2 型糖尿病等代谢性疾病密切相关。目前研究仍存在挑战:如胞内结构域的具体作用机制、组织特异性调控网络等尚未阐明。未来需结合结构生物学与临床转化研究,推动 β-Klotho 靶向药物的研发,为代谢性疾病的精准治疗提供新策略。随着研究深入,这一 “命运之线” 分子有望在人类健康领域发挥更大作用。

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