《Frontiers in Sports and Active Living》：Physical exercise and circulating α-Klotho in humans: a systematic review and meta-analysis with emphasis on older adults
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摘要
引言：全球老龄化与年龄相关疾病负担的日益加重，使人们对生物年龄的可调控生物标志物兴趣增加。α-Klotho是KL基因的产物，是一种多效性抗衰老蛋白，其循环（可溶性，s-Klotho）形式随年龄增长而下降，并与全因死亡率、肌少症、认知缺陷和心血管事件独立相
摘要
引言：全球老龄化与年龄相关疾病负担的日益加重，使人们对生物年龄的可调控生物标志物兴趣增加。α-Klotho是KL基因的产物，是一种多效性抗衰老蛋白，其循环（可溶性，s-Klotho）形式随年龄增长而下降，并与全因死亡率、肌少症、认知缺陷和心血管事件独立相关。研究人员对2015年至2025年间的文献进行了系统综述和Meta分析，评估运动训练[有氧、抗阻、高强度间歇训练（HIIT）、联合训练]对成人循环α-Klotho的影响，重点关注年龄≥60岁的个体以及慢性肾脏病（CKD）、糖尿病和肌少症患者。
方法：系统检索PubMed、Scopus、Web of Science、Cochrane CENTRAL、EMBASE、PEDro和CINAHL（自建库至2025年4月），筛选报告经酶联免疫吸附试验（ELISA）测定的血清或血浆α-Klotho的随机和准随机对照试验（RCT）。采用随机效应模型（Hartung–Knapp–Sidik–Jonkman校正）；效应量以Hedges' g或均数差（MD）及95%置信区间（CI）表示，异质性通过I2评估。
结果：纳入14项RCT（n = 893；年龄范围30–94岁）。慢性训练（≥12周）对s-Klotho的合并效应为Hedges' g = 1.20（95% CI 0.85–1.55；P < 0.0001；I2 = 84%）。在CKD患者中，运动显著增加Klotho（MD = 158.82 pg/mL；95% CI 122.33–194.31；I2 = 0%；P = 0.001）并降低成纤维细胞生长因子23（FGF23）（MD = ?102.07 pg/mL；95% CI ?176.23至?27.91；I2 = 97%；P = 0.001）。抗阻训练和HIIT显示出最稳健的特定模式效应，而联合有氧-抗阻方案的可重复性最低。在衰弱前期老年人（n = 69，平均年龄77岁）中，12周经典抗阻训练（而非爆发力训练）显著增加s-Klotho。
结论：规律运动，特别是抗阻训练和HIIT，可被视为在各种成人群体中增加循环α-Klotho的一致性刺激因素。循环s-Klotho最好被视为运动生物学反应的有前景的生物标志物，而非经过验证的治疗靶点；≥60岁成人中700–1,000 pg/mL的范围仅作为观察性参考值呈现，有待前瞻性验证。
系统综述注册：https://www.crd.york.ac.uk/prospero/display_record.php?RecordID=1415238，PROSPERO标识符CRD420261415238。
1 引言
全球人口老龄化趋势日益显著，预计到2050年60岁以上人口将超过21亿，80岁以上人口较2020年增长两倍。衰老伴随细胞衰老、线粒体功能障碍、慢性低度炎症（炎症衰老）及蛋白质稳态失衡等特征。因此，寻找可通过生活方式干预调节的生物年龄分子标志物，是转化老年医学的核心目标。KL基因于1997年被发现，其编码跨膜蛋白Klotho。纯合kl/kl小鼠表现出寿命缩短、动脉硬化、异位钙化、性腺功能减退、骨质疏松、肺气肿及胸腺和皮肤萎缩等加速衰老表型；而Klotho转基因过表达可延长雄性小鼠寿命20.0%–30.9%，雌性小鼠18%–19%。在人类中，循环α-Klotho随年龄增长逐渐下降，尤其在40岁后，并与全因及心血管死亡、认知衰退、衰弱、肌少症及CKD进展速率独立相关。
分子水平上，KL基因位于13q12染色体，编码含1012个氨基酸（约130 kDa）的I型单次跨膜蛋白，包含短胞内尾、跨膜结构域及两个同源β-糖苷酶结构域KL1和KL2。Klotho家族包括α-Klotho（主要在肾脏、脑和甲状旁腺）、β-Klotho（肝脏、脂肪组织和胰腺）及γ-Klotho（皮肤和肾脏）。可溶性循环形式（s-Klotho）主要通过ADAM10/ADAM17和BACE1介导的胞外域剪切产生，释放全长胞外域（约130 kDa）或KL1（约70 kDa）和KL2亚结构域，可用夹心ELISA在血清、脑脊液和尿液中检测。膜结合α-Klotho作为FGF23的协同受体，与FGFR1c/3c/4形成三元复合物，调节磷酸盐-钙稳态和维生素D代谢。可溶性形式作为多效性内分泌因子，调节Wnt/β-catenin、TGF-β/Smad、胰岛素/IGF-1（IRS–PI3K–Akt–FoxO）、NF-κB、Nrf2/ARE及离子通道（TRPV5、ROMK、Na?/K?-ATPase）等至少六条下游通路。在骨骼肌中，膜α-Klotho维持卫星细胞线粒体完整性并抑制衰老微环境中的Wnt9a信号。此外，α-Klotho通过抑制TRPC6诱导的内质网应激，在糖尿病肾病中发挥抗凋亡、抗焦亡和自噬调节作用。
来自大型人群队列的流行病学证据支持s-Klotho的临床相关性。NHANES（2007–2014，n=11,118）数据显示，最低s-Klotho四分位（<666 pg/mL）者较最高四分位（>985 pg/mL）者全因死亡风险增加，且独立于传统混杂因素。低s-Klotho还与衰弱、握力降低、步速减慢及不良认知结局（包括tau蛋白加速积累和神经心理学测试表现较差）相关。在CKD患者中，s-Klotho自2期起进行性下降，终末期肾病时降至参考值的30%–50%，并可预测后续心血管事件和肾小球滤过率下降。
规律体力活动是少数具有多系统抗衰老效应的干预措施之一。“运动因子”（exerkine）概念涵盖肌肉收缩时分泌的肌因子和内分泌介质，介导运动的系统性益处。Corrêa等正式证明α-Klotho符合运动因子的标准，为运动诱导的s-Klotho调节提供了机制基础，包括减轻全身炎症、降低氧化应激、调节FGF23-Klotho轴及刺激肌因子分泌。急性高强度运动也可短暂调节年轻和老年人的循环认知和代谢生物标志物。
有氧训练是最早被研究的运动模式，绝经后女性进行12周中等强度有氧训练可显著增加血浆α-Klotho并降低动脉僵硬度。抗阻训练在高危人群中效果尤为显著：血液透析患者进行6个月动态抗阻训练使Klotho增加88.5%、FGF23降低30%；2期CKD患者进行血流限制训练可实现30.7%的增幅。HIIT和联合方案已在FIT-AGEING随机对照试验项目中被系统研究，所有活跃干预组相比久坐对照组均显示s-Klotho显著升高。一项14天头低位卧床试验进一步证实，每日联合运动可防止制动诱导的胰岛素抵抗升高，同时升高α-Klotho；但由于该研究时长仅2周（低于预设≥4周阈值），仅作叙述性描述而未纳入合并Meta分析。
尽管证据日益增多，但尚无采用明确PICOS标准的系统综述和Meta分析量化结构化体力活动对不同成人临床人群循环s-Klotho的影响。因此本研究旨在：（1）确定运动训练（≥4周）对ELISA测量的血清或血浆α-Klotho的总体效应量，相对久坐对照或安慰剂，纳入2015至2025年发表的RCT和准RCT，对象为≥30岁成人；（2）通过预先设定的亚组分析识别运动和人群层面的调节变量。
2 材料与方法
本综述按照PRISMA 2020指南进行报告，并已在PROSPERO前瞻性注册（注册号CRD420261415238）。检索策略系统检索了PubMed、Scopus、Web of Science、Cochrane CENTRAL、EMBASE、PEDro和CINAHL，时间自建库至2025年4月。检索词结合MeSH主题词和自由词：（“alpha-klotho” OR “s-klotho” OR “soluble klotho”）AND（“exercise” OR “physical activity” OR “training” OR “HIIT” OR “resistance training”）AND（“randomized” OR “controlled trial”）。限制2015年以来的时间范围，因为首篇采用验证性夹心ELISA报告结构化运动训练背景下s-Klotho的RCT出现在2014年之后。此外，通过手动筛查关键系统综述的参考文献列表补充检索。
纳入标准遵循PICOS框架。人群（P）：年龄≥30岁成人（优先≥60岁），包括健康个体及CKD、2型糖尿病或肌少症患者，无年龄上限。干预（I）：结构化体力活动——有氧、抗阻、HIIT或联合方案——持续≥4周。对照（C）：久坐对照、安慰剂或无相应干预的主动对照。结局（O）：经ELISA测定的血清或血浆循环α-Klotho（s-Klotho）变化。研究设计（S）：2015至2025年间发表的RCT和准RCT。排除2015年前发表、非随机观察性设计、动物研究及未报告循环α-Klotho定量结局的研究。例外情况：通过手动检索关键系统综述参考文献发现、符合其余全部PICOS标准的研究，无论发表年份均纳入，此适用于Matsubara等（2014），该研究是首篇在结构化运动训练背景下报告验证性夹心ELISA测定s-Klotho的RCT。干预时长<4周的研究保留在系统综述中作叙述性描述，但排除在定量Meta分析之外。
两名独立评审员分两阶段筛选标题/摘要和全文，出现分歧时由第三名评审员协商解决。提取数据包括研究人群、国家、样本量、平均年龄、干预模式和时长、干预前后s-Klotho值（均数±SD）。使用Cochrane偏倚风险2.0工具（RoB 2.0）评估五个领域。对于领域2（偏离预期干预），由于运动干预试验中参与者和教练无法设盲是结构性不可能，不自动评为“有一定问题”，而是基于缺乏设盲是否可能影响主要结局（盲法ELISA测定的s-Klotho）的测量以及是否采用意向性治疗（ITT）分析进行判断。
统计分析采用随机效应模型（Hartung–Knapp–Sidik–Jonkman校正）计算合并效应量Hedges' g及95%CI。CKD亚组因以绝对浓度（pg/mL）报告结局，采用MD及95%CI。异质性使用I2统计量量化。预先设定的亚组分析包括运动模式（有氧、抗阻、HIIT、联合）、干预时长（≤12周 vs. >12周）和临床人群（健康久坐、CKD、血液透析、衰弱前期/老年）。发表偏倚通过漏斗图目测和Egger回归截距检验评估，并应用裁剪-填补校正。所有分析在R 4.3.1中使用meta和metafor包进行。还进行了逐项剔除的敏感性分析、描述性Meta回归以及GRADE证据确定性评级。
3 结果
3.1 研究选择与特征
共识别1870条记录，去重后筛选1614条。77篇全文评估资格，排除63篇：非RCT设计（n=18）、无Klotho结局（n=21）、时长<4周（n=9）、年龄<30岁（n=8）、其他原因（非ELISA测量Klotho、会议摘要无完整数据、重复发表，n=7）。14项研究符合全部PICOS标准并纳入系统综述，其中13项RCT（共871名参与者）达到≥4周时长阈值并纳入主要合并Meta分析。Mastrandrea等（2025）的14天头低位卧床对抗试验（n=22）保留在系统综述中作为急性制动下运动-Klotho关系的叙述性例证，但因2周时长低于预定阈值而排除在合并分析外。13项合并RCT的样本量从18至193名参与者不等，平均年龄跨度45至77岁，干预时长12至24周。研究人群包括绝经后女性、大师级运动员、健康久坐成人、CKD 2-5期患者（含透析）及衰弱前期老年人。
3.2 偏倚风险
使用RoB 2.0工具，多数纳入RCT在随机化（D1）和结局测量（D4）领域评为低风险——后者反映实验室人员对分组不知情的盲法ELISA定量。对于领域2（偏离预期干预），参与者和教练无法设盲是所有运动干预试验的结构性不可能，本身不构成方法学缺陷。由于所有纳入RCT均采用盲法实验室结局评估和ITT分析，领域2在条件确认时评为低风险。领域5（选择性报告结局）保留一定关注，尤其是有多个评估时间点的研究。7项研究包含少于30人的亚组，引入亚组内估计的不精确性。5项RCT总体评为低风险，9项评为有一定问题，无高风险。
3.3 合并效应量
13项RCT（n=871）的随机效应模型（HKSJ校正）合并Hedges' g = 1.20（95% CI 0.85–1.55；P < 0.0001；I2 = 84%），提示结构化体力活动对循环s-Klotho具有大且显著的效应。逐项剔除敏感性分析显示，依次排除任一研究后合并效应范围g = 1.10至1.38，均保持统计显著性。排除权重最高的Neves等研究后，估计降至g = 1.10（95% CI 0.72–1.48；P < 0.001），证实无单一研究过度驱动合并结果。森林图显示个体效应估计持续右移，唯一例外是Boeselt等，其95%CI跨过零线。总体异质性高（I2 = 84%），归因于运动强度、干预时长、基线健康状态、α-Klotho测量平台及参与者年龄范围（合并集中45–77岁）的差异。
3.4 亚组分析
3.4.1 按运动模式
除联合有氧-抗阻训练外，所有模式均产生显著的s-Klotho升高。HIIT显示最大合并效应估计，但该亚组仅包含三项小样本试验，置信区间宽且重叠，现有证据不足以确定其优于其他模式。数值上，该亚组异质性最低（k=3；Hedges' g=1.55；95% CI 0.78–2.32；P<0.001；I2=65%）。抗阻训练产生大效应（k=4；g=1.42；95% CI 0.51–2.33；P=0.002；I2=90%），有氧训练为中等至大效应（k=5；g=1.14；95% CI 0.32–1.95；P=0.006；I2=86%）。联合有氧-抗阻是唯一无统计学显著效应的模式（k=3；g=0.62；95% CI ?0.10–1.34；P=0.09；I2=91%）。
3.4.2 按干预时长
项目分为短期（≤12周；k=10项RCT）和长期（>12周）。短期项目合并效应g≈1.10（95% CI 0.45–1.75；P=0.001；I2=82%），长期项目合并效应更大（g≈1.55；95% CI 0.90–2.20；P<0.0001；I2=85%）。更长时长伴随更大效应的观察与持续训练可能通过表观遗传机制逐步恢复KL启动子可及性的假说一致，但尚不能证明因果关系。
3.4.3 按临床人群
在健康久坐成人中（n≈300），合并效应g=1.05（95% CI 0.40–1.70；P=0.002；I2=80%）。在CKD患者中，四项RCT（n=272）以绝对变化合并，MD=158.82 pg/mL（95% CI 122.33–194.31；P=0.001；I2=0%），表示治疗效应高度一致。值得注意的是，该亚组I2=0%表明研究间无异质性，与同一亚组FGF23的异质性（I2=97%）形成鲜明对比，后者反映FGF23测量方法（完整型 vs. C末端）和CKD分期分布的差异。在衰弱前期老年参与者中（n=69，平均年龄77岁），仅在经典抗阻训练组观察到s-Klotho显著升高，调整肾功能后爆发力训练和对照组无显著效应。
3.5 发表偏倚
漏斗图（图3）显示中等程度不对称，阳性结果研究过多。Egger检验截距P=0.07，未达到传统显著性水平，但提示存在偏向显著结果的发表偏倚趋势。裁剪-填补校正使合并估计降低约8%（调整后g≈1.10），仍保持统计显著性。大效应量（校正后g>1.0）为防止合并结果被抵消提供了缓冲。由于许多纳入试验样本量小（18–40名），小研究效应可能对合并效应的高估有所贡献，但Egger P=0.07未达到常规显著性，因此这种贡献是可能的而非已证实。
3.6 证据确定性（GRADE）
在所有人群中，结构化运动对循环s-Klotho效应的证据确定性评为低（⊕⊕??），因严重不一致性（I2=84%；点估计范围g=0.15至2.20）和疑似发表偏倚（漏斗图不对称；Egger P=0.07；裁剪-填补使合并估计降低约8%）而降级。CKD亚组证据确定性评为中等（⊕⊕⊕?）：效应高度一致（I2=0%）且精确（MD=158.82 pg/mL；95% CI 122.33–194.31），仅因贡献试验数量有限（k=4；n=272）而降级一级。CKD中运动诱导的FGF23降低评为低（⊕⊕??），因非常严重的不一致性（I2=97%）降两级，归因于异质的检测方法（完整型 vs. C末端）。各运动模式亚组估计评为低至极低，反映不一致性（I2=65%–91%）及每个亚组内试验数量少、样本小导致的精确性不足。
4 讨论
本系统综述和Meta分析提供了量化证据，表明结构化体力活动对≥30岁成人循环α-Klotho浓度有大的显著效应，合并Hedges' g=1.20。此估计与Corrêa等（2022）在12项RCT中报告的合并效应1.30（95% CI 0.69–1.90）一致，并支持将α-Klotho归类为候选运动因子。然而，研究间异质性高（I2=84%）和按性别分层数据有限，妨碍了在所有年龄组和临床环境中无保留的推广。异质性可能源于人群临床多样性、运动模式/强度/容量差异、12–24周干预时长、不同商业ELISA平台（IBL、Cusabio、Wuhan EIAab）导致系统不同的绝对浓度，以及基线循环Klotho差异。高异质性本身不使估计偏上：预设的随机效应模型和HKSJ校正旨在加宽置信区间并产生保守估计。逐项剔除最有力试验后估计仅降至g=1.10，裁剪-填补也得到g≈1.10，两者仍大且显著。因此数据表明效应稳健，精确幅度在g≈1.10–1.20的合理范围内。与Corrêa等相比，本综述纳入其后发表的试验（包括首项针对77岁衰弱前期成人的证据），并增加了预设亚组分析及正式的敏感性、Meta回归和小研究效应评估，从而巩固并批判性评价了先前综述。
4.1 分子机制
以下分子机制来源于临床前动物模型、体外研究和机械性子研究，未纳入主要Meta分析。它们作为可能解释运动诱导s-Klotho升高的生物学合理假说提出，但均未在纳入的RCT中直接证实。包括TET2/DNMT介导的KL启动子表观遗传调控、PGC-1α–ESRRα–NRF轴、ADAM10/17依赖性胞外域剪切、Nrf2信号及肌因子irisin、BDNF和VEGF在内的多种相互关联分子通路已在临床前和机制工作中被提出与运动和Klotho表达相关；但纳入试验中未测量这些通路，仅作为生物学合理、产生假说的候选。两项机制在纳入的人体研究中具有最直接支持。第一，CKD试验中观察到的运动相关FGF23降低可能解除对肾脏Klotho表达的抑制，因为FGF23抑制肾小管KL转录。第二，运动减轻全身炎症（IL-6、TNF-α），已知炎症可下调KL转录。两者在此背景下仍然是生物学合理假说，而非已确立的介质，因为均未在合并的随机试验中直接评估。
4.2 模式特定考虑
亚组分析显示清晰等级：HIIT（g=1.55；I2=65%）>抗阻训练（g=1.42；I2=90%）>有氧训练（g=1.14；I2=86%）>联合有氧-抗阻（g=0.62；P=0.09；I2=91%）。联合训练无显著效应需谨慎解读。在推断机制前应考虑几种替代解释：（1）统计功效有限——仅三项小型异质性RCT（n=19–74）；（2）方案变异性——三种联合干预在有氧-抗阻比例、顺序和每周频率上差异较大；（3）参与者特征——三项研究均纳入久坐中年人，限制了普遍性。AMPK–mTORC1并行训练干扰假说是另一个生物学合理的解释框架，但未在纳入试验中直接检验，不应作为既定机制。未来需要以Klotho为主要终点区分这些解释。HIIT试验异质性较低（I2=65%）提示方案标准化程度更高，支持在以升高s-Klotho为目标的运动处方中优先考虑该模式。Rippl等（2025）的临床重要发现——经典抗阻训练而非爆发力训练显著升高77岁衰弱前期成人s-Klotho——可能反映卫星细胞机械感觉通路和与离心负荷相关的时间紧张特征的差异参与，值得进一步机制研究。
4.3 人群特定发现
最具临床说服力的亚组结果是CKD人群中完全没有研究间异质性（I2=0%），四项RCT得出平均绝对增加158.82 pg/mL。这种同质性提示CKD环境——以肾Klotho表达组成性抑制、NF-κB驱动炎症和FGF23升高为特征——创造了生物学上一致的底物，使运动诱导的Klotho恢复呈现一致轨迹。同时观察到的运动诱导FGF23降低（MD=?102.07 pg/mL）将运动定位为FGF23-Klotho轴的双重调节剂，对CKD中血管钙化、左心室肥厚和继发性甲状旁腺功能亢进有下游意义。卧床对抗试验进一步证明，即使短期制动也会抑制55–65岁成人循环Klotho，而每日联合运动逆转了这一效应——支持运动-Klotho关系的双向性，以及预防住院老年患者身体失能的重要性。
4.4 临床意义
基于全部证据，结构化体力活动与下列成人循环s-Klotho增加相关：≥60岁伴肌少症前期或低
