KLF4的生物學(xué)功能及其研究進(jìn)展

易麗嫻，湯新逸，王勝軍*

（1．江蘇大學(xué)檢驗醫(yī)學(xué)研究所，江蘇鎮(zhèn)江212013；2．蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州215009）

KLF4的生物學(xué)功能及其研究進(jìn)展

易麗嫻1，2，湯新逸1，王勝軍1*

（1．江蘇大學(xué)檢驗醫(yī)學(xué)研究所，江蘇鎮(zhèn)江212013；2．蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇蘇州215009）

KLF4；炎癥；腫瘤；免疫細(xì)胞

Krüppel樣因子（Krüppel-like factors，KLFs）家族為鋅指蛋白類轉(zhuǎn)錄因子，是生物體內(nèi)一類具有重要功能的蛋白質(zhì)，參與調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化、胚胎發(fā)育等重要生命過程，在細(xì)胞分化和細(xì)胞周期阻滯中起重要作用。KLF4又稱為胃腸富集KLF（gut-enriched Krüppel-like factor，GKLF），是目前研究較多的KLFs家族成員之一。KLF4與不同的靶基因結(jié)合發(fā)揮的生物學(xué)作用也不同，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)錄激活或抑制，故對腫瘤的發(fā)生發(fā)展起抑制和促進(jìn)雙重作用，并與腫瘤的預(yù)后密切相關(guān)，可作為腫瘤靶向治療的一個位點。鑒于KLF4在細(xì)胞增殖和腫瘤、炎癥等病理過程中發(fā)揮的重要作用，深入研究KLF4基因?qū)⒂兄谶M(jìn)一步了解疾病的本質(zhì)。

1 KLF4的結(jié)構(gòu)和組織分布

Yet等［1］在1998年首次報道并克隆出人的KL F4基因。KLF4蛋白具有多個功能結(jié)構(gòu)域，其羧基端序列高度保守，含有3個與果蠅同源的C2H2鋅指結(jié)構(gòu)，由81個氨基酸組成，該區(qū)域為DNA結(jié)合域；氨基端含有高度變異的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)域，其中，轉(zhuǎn)錄激活域（第91～117位氨基酸殘基）富含脯氨酸和絲氨酸，轉(zhuǎn)錄抑制域（第181～388位氨基酸殘基）富含脯氨酸，表明KLF4對基因轉(zhuǎn)錄起激活和抑制雙重作用。除此之外，KLF4蛋白包含2個有效的核定位信號：一個位于鋅指結(jié)構(gòu)的N-端；另一個位于第1個鋅指結(jié)構(gòu)域的前方，2個核定位信號緊密相鄰，兩者都能單獨有效地將KLF4轉(zhuǎn)移至核內(nèi)。

KLF4在機體廣泛表達(dá)，主要表達(dá)于消化道、口腔、食管上皮、皮膚表皮、血管內(nèi)皮及胸腺上皮細(xì)胞［2－3］。其中，胃腸道上皮細(xì)胞表達(dá)KLF4最為豐富，故又稱之為GKLF，主要調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化，并參與局部炎癥反應(yīng)。在睪丸中，尤其是減數(shù)分裂后的生殖細(xì)胞和支持細(xì)胞，KLF4呈高表達(dá)，提示其在睪丸分化中起重要作用。

KLF4在組織及細(xì)胞中的表達(dá)受多種因素調(diào)節(jié)，如炎癥因子促進(jìn)其表達(dá)，而抗炎因子則抑制其表達(dá)。干擾素-γ、TNF-α及脂多糖等炎癥因子明顯促進(jìn)KLF4表達(dá)，從而活化巨噬細(xì)胞，加重炎癥反應(yīng)［4］。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中，IL-1β作為一種重要的促炎因子可明顯上調(diào)KLF4的表達(dá)［5］；而一些抗炎因子如TGF-β1則抑制KLF4表達(dá)。

2 KLF4與細(xì)胞增殖

KLF4在細(xì)胞增殖分化及胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。其可致細(xì)胞周期停滯于G1／S和G2／M期，從而抑制細(xì)胞的增殖［6］；并可與細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白抑制劑——p21WAF1／Cip1基因啟動子中富含GC的特異性順式作用元件作用，反式激活p21WAF1／Cip1，上調(diào)其表達(dá)，致細(xì)胞周期阻止，從而抑制細(xì)胞增殖［7］。此外，KLF4還可抑制細(xì)胞周期蛋白cyclin B1和cyclin D1基因的啟動子，下調(diào)兩者蛋白表達(dá)，致細(xì)胞阻滯于G2／M期，抑制細(xì)胞增殖并促進(jìn)細(xì)胞凋亡［8－9］。體內(nèi)研究也證實KLF4水平與細(xì)胞增殖狀態(tài)相關(guān)，KLF4除可抑制細(xì)胞DNA合成外，對細(xì)胞內(nèi)蛋白和膽固醇的生物合成也有明顯抑制作用［10］。以上結(jié)論均闡明KLF4是一種生長抑制相關(guān)基因，抑制細(xì)胞增殖。

KLF4表達(dá)與細(xì)胞DNA損傷程度相關(guān)。在DNA輕度損傷可修復(fù)時，p53轉(zhuǎn)錄激活KLF4，KLF4表達(dá)明顯上調(diào)，與p53相互作用，進(jìn)一步激活細(xì)胞周期抑制靶基因p21，從而阻滯細(xì)胞周期；在DNA重度損傷不可修復(fù)時，HuR作為一種RNA結(jié)合蛋白與KLF4 mRNA的結(jié)合明顯減少，導(dǎo)致KLF4 mRNA穩(wěn)定性下降，KLF4表達(dá)明顯下調(diào)，致使p53轉(zhuǎn)錄激活凋亡靶基因Bax［11］，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。以上結(jié)果提示，KLF4在DNA損傷機制中起重要作用。

此外，KLF4對平滑肌細(xì)胞的增殖分化也發(fā)揮著重要作用。KLF4和過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activatedreceptorsγ，PPARγ）共同參與血管平滑肌細(xì)胞的增殖和分化。PPARγ抑制細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞分化并具有抗炎及抗動脈粥樣硬化等作用。相關(guān)研究證明，PPARγ過表達(dá)可快速誘導(dǎo)KLF4表達(dá)，且其激動劑吡格列酮能夠在不影響KLF4基因轉(zhuǎn)錄的基礎(chǔ)上增加KLF4蛋白的水平；反之，用靶向PPAR-γ的siRNA轉(zhuǎn)染血管平滑肌細(xì)胞敲除PPAR-γ會降低KLF4的表達(dá)，同時能消除吡格列酮對KLF4表達(dá)的促進(jìn)作用［12］。研究結(jié)果表明，KLF4是一個直接受PPARγ蛋白調(diào)控的下游靶基因。在血管平滑肌細(xì)胞中，PPARγ和KLF4通過相互調(diào)節(jié)來維持KLF4蛋白的穩(wěn)定表達(dá)，從而共同影響血管平滑肌細(xì)胞的增殖分化。除了與PPARγ共同調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖分化之外，KLF4還通過調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞標(biāo)志基因和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，對其表型轉(zhuǎn)化發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。對于非平滑肌細(xì)胞如內(nèi)皮細(xì)胞，KLF4則在血管損傷后通過抑制動脈炎癥來調(diào)控新生內(nèi)膜的形成［13］。

3 KLF4在腫瘤中的生物學(xué)功能

眾多研究表明，KLF4在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中既可作為抑癌基因［14－17］，又可作為癌基因［18－20］，具有雙重作用，同時其表達(dá)具有組織或細(xì)胞特異性。免疫組織化學(xué)和實時定量PCR等實驗證實，在皮膚癌、T細(xì)胞白血病、胃癌、結(jié)腸癌、食管癌、膀胱癌及宮頸癌等多種腫瘤中，KLF4表達(dá)降低，且表達(dá)與胃癌和結(jié)腸癌的預(yù)后密切相關(guān)，可作為疾病預(yù)后不良的指標(biāo)［14－15］。同時，體外實驗證實，在結(jié)腸癌或胃癌中，KLF4低表達(dá)可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移，而KLF4過表達(dá)則可抑制結(jié)腸癌的形成、轉(zhuǎn)移和浸潤，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡［16－18］。KLF4在眾多腫瘤中表達(dá)下調(diào)的機制可能包括雜合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）、啟動子甲基化記憶突變所致的蛋白質(zhì)活性破壞等［21］。

KLF4基因抑制腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機制目前尚不明確。研究顯示，KLF4基因表達(dá)上調(diào)可阻止細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期，進(jìn)而抑制細(xì)胞增殖。KLF4激活p21和p27等重要的細(xì)胞周期相關(guān)靶基因，并抑制cyclin D1，阻滯細(xì)胞于G1期，從而抑制腫瘤生長［22－24］。KLF4也可將細(xì)胞阻滯于G2／M期，進(jìn)而發(fā)揮抑癌作用。

KLF4基因還可通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡來抑制腫瘤細(xì)胞增殖。Wei等［25］研究發(fā)現(xiàn)上調(diào)KLF4表達(dá)可誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞出現(xiàn)典型的凋亡，提示KLF4具有抑制腫瘤作用。在結(jié)腸癌和胃癌中，KLF4通過結(jié)合β-連環(huán)蛋白（β-catenin）轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，抑制其介導(dǎo)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄過程，從而抑制細(xì)胞的癌變和惡性轉(zhuǎn)化［26－27］。另外Hu等［17］發(fā)現(xiàn)，肺癌中KLF4還可通過抑制端粒酶活性發(fā)揮其抑制腫瘤功能?？傊?，KLF4作為腫瘤抑制基因，其高表達(dá)可抑制腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移，并影響患者的預(yù)后。

在發(fā)育異常的口腔上皮、鱗狀細(xì)胞癌及大多數(shù)乳腺癌中KLF4基因呈高表達(dá)［28］。研究顯示，70%的人乳腺癌中KLF4表達(dá)升高，尤其在原位導(dǎo)管癌早期階段最為明顯，而且乳腺癌中KLF4的核內(nèi)定位預(yù)示患者預(yù)后較差。在體外實驗中抑制KLF4的表達(dá)會影響腫瘤干細(xì)胞的自我更新，并可降低乳腺癌細(xì)胞株MCF-7和MDA-MB-231的遷徙能力［29］。該現(xiàn)象可為研究KLF4基因的促癌機制提供一定的思路。

4 KLF4與免疫細(xì)胞

轉(zhuǎn)錄因子可有效誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞的靜默、終止分化以及影響淋巴細(xì)胞的歸巢，對于免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)有著重要的作用。KLF4對免疫細(xì)胞的表達(dá)和成熟也起重要作用。KLF4在幼稚B細(xì)胞中低表達(dá)，而在pre-B細(xì)胞和成熟B細(xì)胞中不斷增加。在對KLF4缺陷小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，極少的B細(xì)胞能進(jìn)入S期完成細(xì)胞分裂，原因是KLF4能直接結(jié)合細(xì)胞周期蛋白D2的啟動子并誘導(dǎo)其表達(dá)，而KLF4的低表達(dá)導(dǎo)致B細(xì)胞D2蛋白表達(dá)減少，從而抑制了B細(xì)胞的分裂增殖［30］。Yamada等［31］研究指出，KLF4轉(zhuǎn)錄因子可影響CD8＋T細(xì)胞亞群的分化，如KLF4上游因子ELF4缺失，直接影響KLF4的表達(dá)進(jìn)而導(dǎo)致CD8＋CD44細(xì)胞失調(diào)。

此外，KLF4是Th17細(xì)胞分化的一個重要轉(zhuǎn)錄因子，在成熟T細(xì)胞中KLF4呈高表達(dá)，而在敲除KLF4小鼠體內(nèi)，Th17細(xì)胞明顯減少，表明KLF4是Th17細(xì)胞分化的一個重要調(diào)節(jié)因子［32］。研究表明，皮肌炎患者中miR-206下調(diào)，對靶基因KLF4的抑制作用減弱，致患者外周血中KLF4表達(dá)增加，從而促進(jìn)Th17細(xì)胞分化，高水平的Th17細(xì)胞進(jìn)一步推動疾病的發(fā)展［33］。在Th17細(xì)胞的分化過程中IL-6發(fā)揮著重要作用［34］。研究表明，KLF4可通過直接激活轉(zhuǎn)錄和影響啟動子的乙酰化來調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞分泌IL-6，并在IL-6啟動子的染色質(zhì)重組中起重要作用［27］。

綜上所述，KLF4作為一種重要的鋅指轉(zhuǎn)錄因子，廣泛表達(dá)于體內(nèi)多種組織及細(xì)胞中，參與細(xì)胞周期的分化和調(diào)節(jié)，抑制細(xì)胞增殖和DNA合成，在不同的細(xì)胞背景下顯示出不同的功能。KLF4與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后密切相關(guān)，在許多腫瘤組織中呈高表達(dá)，起到促癌作用；KLF4亦可通過影響細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等途徑抑制腫瘤細(xì)胞增殖，從而起到抑癌作用。另外，KLF4可調(diào)控B細(xì)胞和T細(xì)胞分化發(fā)育。

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R392

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1671-7783（2014）06－0545－04

10．13312／j．issn．1671－7783．y140260

*：通訊作者，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：sjwjs＠ujs．edu．cn

2014－09－29 ［編輯］劉星星