Kruppel 樣因子15 在心血管系統(tǒng)作用的研究進(jìn)展

徐麗新，吳志偉，陳華)

(1. 桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林；2. 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，廣西 桂林；3. 桂林醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院，廣西 桂林)

1 KLF15 對心臟纖維化的影響

心臟纖維化與大部分的心血管疾病有著密切關(guān)系，尤其是心肌梗死和心力衰竭。纖維化本身是創(chuàng)傷愈合和組織修復(fù)的一種適應(yīng)性反應(yīng)，然而它的持續(xù)激活是非常有害的，可以使心臟發(fā)生結(jié)構(gòu)改變和功能衰竭而導(dǎo)致死亡。心肌纖維化是心肌重構(gòu)的重要特征，而結(jié)締組織生長因子在心肌纖維化過程中起關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，新生大鼠心室成纖維細(xì)胞過表達(dá)KLF15 能夠抑制結(jié)締組織生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子β1 抑制心肌纖維化[1]。KLF15 可通過反饋調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)，抑制重組人結(jié)締組織生長因子(CTGF)及心肌素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子A(MRTF-A)的作用，減輕心肌間質(zhì)纖維化及心肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)變，從而改善心功能[2]。

2 KLF15 對心肌肥厚的影響

心肌肥厚是高血壓、心肌梗死等各種重大心血管疾病發(fā)生發(fā)展的重要病理過程，在心肌損傷、血管病變等因素誘發(fā)下，表現(xiàn)出心臟負(fù)荷超載應(yīng)激性改變。如果不能在早期階段對其發(fā)病過程進(jìn)行干預(yù)，將不可逆轉(zhuǎn)地誘發(fā)心肌細(xì)胞死亡、心肌纖維化等病理變化，最終導(dǎo)致心臟功能紊亂、心力衰竭及心源性猝死等嚴(yán)重后果。新近研究表明，KLF15 對心肌肥厚具有顯著的抑制效應(yīng)。在小鼠模型中，全身敲除KLF15 表達(dá)后，小鼠心肌肥厚的程度明顯加重[2]。

心臟肥大伴隨著心臟基因表達(dá)的重編程和編碼蛋白質(zhì)的“胎兒”心臟基因的激活，涉及收縮、鈣處理和代謝。已經(jīng)確定了特異性轉(zhuǎn)錄因子，如MEF2、GATA4、NFAT、SRF 和心肌素，可以激活這種胎兒基因程序[3-4]。Fisch 等[5]研究發(fā)現(xiàn)KLF15在肥厚的嚙齒動(dòng)物模型中表達(dá)降低，KLF15 是一種心肌肥厚的抑制因子，KLF15 缺失的小鼠存在心肌肥厚過度和明顯的心力衰竭，KLF15 能有效地抑制促肥厚因(GATA4)和心肌增強(qiáng)因子2(MEF2)的功能，進(jìn)而抑制肥厚因子心鈉肽(ANF)和腦鈉肽( BNP)啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄激活達(dá)到抑制心肌肥厚的目的。Leenders 等[6]研究證實(shí)了KLF15 能競爭性與心肌素相結(jié)合，從而有效抑制SRF 的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，抑制心肌細(xì)胞肥大，心肌成纖維細(xì)胞KLF15 的持續(xù)低表達(dá)是影響心肌重塑轉(zhuǎn)歸的一個(gè)重要決定因素；小鼠心肌細(xì)胞過表達(dá)KLF15 能明顯抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌肥厚，剔除KLF15 的小鼠對壓力超負(fù)荷表現(xiàn)為心臟重量增加、肥厚基因過度表達(dá)、心肌細(xì)胞增大、左心室腔擴(kuò)大，最終發(fā)展為離心性心臟肥厚；心室肌過表達(dá)KLF15 則抑制心肌細(xì)胞變大、抑制蛋白合成，并抑制肥厚性基因的表達(dá)，從而抑制心肌肥厚。KLF15 在新生大鼠心臟中表達(dá)較少，而在成年大鼠心臟中表達(dá)量達(dá)到高峰[7]。KLF15缺乏的小鼠，心鈉素和腦鈉素的表達(dá)都異常升高，并在超負(fù)荷壓力下發(fā)生嚴(yán)重的心肌肥大并伴有心衰，提示KLF15 對于心肌肥大具有抑制作用[8]。Noack 等[9]研究表明Wnt /β 聯(lián)蛋白信號(hào)通過調(diào)節(jié)心肌祖細(xì)胞的分化調(diào)控心臟重構(gòu)，而KLF15 與Wnt /β-連環(huán)蛋白途徑組分之間的新的心臟相互作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄的抑制KLF15 通過抑制β-連環(huán)蛋白調(diào)節(jié)成人心臟中心肌祖細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。這一認(rèn)知可能成為增強(qiáng)心肌內(nèi)源性修復(fù)的有效方法。Fisch 等[5]也證實(shí) KLF15 是壓力負(fù)荷性心肌肥厚的新型抑制劑。

3 KLF15 對心力衰竭的影響

心力衰竭是指在多種致病因素作用下，心臟泵功能發(fā)生異常變化，導(dǎo)致心輸出量絕對減少或相對不足，以致不能滿足機(jī)體組織細(xì)胞代謝需要，患者有明顯的臨床癥狀和體征的病理過程。眾所周知，KLF15 是全身葡萄糖穩(wěn)態(tài)，脂質(zhì)通量和利用以及氨基酸分解代謝的調(diào)節(jié)劑。FanL 等[10]研究表明，KLF15 通過GLUT4 調(diào)節(jié)胰島素分泌，增加胰島素敏感性和葡萄糖攝取改善心肌代謝，從而防止心力衰竭的發(fā)生。分子和遺傳學(xué)證據(jù)確定轉(zhuǎn)錄因子KLF15 是心臟中BCAA 分解代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵上游調(diào)節(jié)因子，使用遺傳小鼠模型的研究表明，BCAA 分解代謝缺陷促進(jìn)與誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和代謝紊亂相關(guān)的心力衰竭以響應(yīng)機(jī)械過載[11]。Zhang 等[12]研究表明，在心臟BCAA 代謝的晝夜節(jié)律振蕩是由KLF15 介導(dǎo)的。

Fisch 等[5]表明心臟肥大是對損傷和血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)激的常見反應(yīng)，也是心力衰竭和死亡的重要前兆。啟動(dòng)子分析和凝膠移位研究的組合表明KLF15 可以抑制GATA4 和MEF2的功能。這些研究將KLF15 鑒定為迄今未被認(rèn)識(shí)的調(diào)節(jié)心臟對血液動(dòng)力學(xué)應(yīng)激反應(yīng)的途徑的一部分。之前的一項(xiàng)研究表明，KLF15 在心肌細(xì)胞中的過度表達(dá)可以抑制心肌肥厚，缺乏KLF15 的小鼠會(huì)因壓力超負(fù)荷而出現(xiàn)嚴(yán)重的離心肥大。Haldar 等[13]研究發(fā)現(xiàn)KLF15 在小鼠中的缺乏通過共享的分子機(jī)制導(dǎo)致心力衰竭和主動(dòng)脈瘤形成。在心衰患者和主動(dòng)脈瘤組織中，Klf15 濃度顯著降低，并表明操縱KLF15功能可能是治療這些病態(tài)疾病的有效方法。心臟和血管平滑肌細(xì)胞通過緊密協(xié)調(diào)的基因調(diào)控途徑對應(yīng)激反應(yīng)。在人類和嚙齒動(dòng)物心肌病和主動(dòng)脈病中，KLF15 濃度降低。而剔除KLF15 的小鼠產(chǎn)生嚴(yán)重的心力衰竭，研究表明，KLF15 的激活能夠抑制p300 介導(dǎo)的p53 乙?；乐剐牧λソ吆椭鲃?dòng)脈瘤的產(chǎn)生。KLF15 在心肌細(xì)胞中表達(dá)，并作為病理性心臟肥大的抑制劑。Leenders 等[6]等表明心臟KLF15 水平的升高阻止了血管緊張素II 誘導(dǎo)的肥大模型中心臟肥大的發(fā)展，并提示KLF15 可能用作肥大和心力衰竭的治療靶點(diǎn)。未來的研究需要確定KLF15 的過表達(dá)是否可以改善心臟功能。在心肌肥厚和心力衰竭過程中，KLF15 在患者、小鼠和大鼠模型中持續(xù)下調(diào)[5][6]。

4 KLF15 對心律失常的作用

許多心血管疾病的發(fā)生具有一定的晝夜節(jié)律性，如急性心肌梗死、室性心律失常、心源性猝死等都有在早晨高發(fā)的趨勢。心律失常是指心律起源部位、頻率與節(jié)律以及沖動(dòng)傳導(dǎo)等任一項(xiàng)異常。惡性心律失常是指能在短期內(nèi)直接致死(如室顫)或隨時(shí)能發(fā)展成為致死性心律失常的異位室性節(jié)律。

大約一半心衰患者死亡是猝死，而猝死的最可能原因是致命性室性快速心律失常如VT 或VF，而心衰患者血清可以使HEK293 細(xì)胞IKr 強(qiáng)度增加，動(dòng)作電位時(shí)程縮短[14]。在擴(kuò)張型心肌病(DCM) 自身免疫相關(guān)的致心律失常研究中，KCNQ1 抗體直接調(diào)節(jié)心臟電生理，使DCM 患者心肌IKs 強(qiáng)度增加，QT 間期縮短[15]。由藥物引起的42 例QT 間期縮短患者，有35 例發(fā)生心律失常，部分與致命的MA 相關(guān)，7 例發(fā)作室顫，5 例發(fā)作心室驟停，3 例合并多源性室速[16]。因此，QT 間期不管延長還是縮短都會(huì)增加室性心律失常和猝死的風(fēng)險(xiǎn)[17]。

心律失常的發(fā)生具有晝夜節(jié)律，這種節(jié)律由生物鐘產(chǎn)生，KLF15 主要通過反式激活Kv 通道相互作用蛋白2(KChIP2)來參與生物鐘對心律失常的調(diào)節(jié)；在心電圖檢查中可以看到KLF15 敲除和KLF15 轉(zhuǎn)基因小鼠QTc 間期的晝夜節(jié)律均消失但心率不受影響，KLF15 敲除小鼠夜間QTc 間期延長，KLF15 轉(zhuǎn)基因小鼠QTc 間期縮短。因此生物鐘通過KLF15調(diào)節(jié)Ito 肌細(xì)胞復(fù)極化功能呈晝夜節(jié)律變化，是生物鐘影響心律失常發(fā)生的重要機(jī)制[18]。Nielsen 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，編碼鉀通道和輔助亞基的基因突變與心臟復(fù)極化有關(guān)，心房顫動(dòng)的易感性增加，KLF15 轉(zhuǎn)錄控制KChIP2 的節(jié)律性表達(dá)，KChIP2 是產(chǎn)生瞬時(shí)外向鉀電流(Ito)所需的關(guān)鍵亞基，并且KLF15 的缺乏或過量增加了心律失常的易感性。獲得性和遺傳性心臟病所致的心源性猝死均存在晝夜變化，KLF15 缺失小鼠和KLF15 轉(zhuǎn)基因小鼠均存在QTc 間期延長，QT 間期節(jié)律喪失，心室復(fù)極改變和心律失常易感性增加。具體而言，心臟離子通道表達(dá)和QT 間期持續(xù)時(shí)間在時(shí)鐘依賴性振蕩器-KLF15 的控制下表現(xiàn)出內(nèi)源性晝夜節(jié)律性。KLF15 轉(zhuǎn)錄控制KChIP2 的節(jié)律性表達(dá)，缺乏或過量的Klf15 導(dǎo)致節(jié)律性QT 變異的喪失，異常復(fù)極化和對室性心律失常的易感性增加。這些發(fā)現(xiàn)將離子通道的晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)錄識(shí)別為心律失常的機(jī)制[20]。

5 KLF15 對血管疾病的影響

血管疾病主要指動(dòng)脈粥樣硬化、炎癥性血管疾病、動(dòng)脈瘤疾病等。KLF15 對于血管平滑肌在促進(jìn)心血管系統(tǒng)發(fā)育中發(fā)揮著重要作用[2]。ShindoT 等[21]首次報(bào)道KLF15 通過對血小板衍生生長因子(APDGF-A)和TGF-β 的正轉(zhuǎn)錄作用在心血管重塑中起重要作用。在成纖維細(xì)胞中，KLF15 通過調(diào)節(jié)CTGF 的表達(dá)而抑制心肌纖維化的發(fā)生[22]，而CTGF 在動(dòng)脈粥樣硬化血管病變促纖維化過程中發(fā)揮著重要作用。在人類主動(dòng)脈瘤組織中，KLF15 濃度顯著降低。在人類和嚙齒動(dòng)物心肌病和主動(dòng)脈病中KLF15 濃度降低，KLF15 缺乏可導(dǎo)致嚴(yán)重的心肌病和主動(dòng)脈病，而剔除KLF15 的小鼠會(huì)形成主動(dòng)脈瘤[13]。LuY 等[7]研究發(fā)現(xiàn)VSMCs 通過一系列緊密協(xié)調(diào)的基因調(diào)控事件對機(jī)械損傷作出反應(yīng)。KLF15 在動(dòng)脈和靜脈血管床中廣泛表達(dá)，表達(dá)方式受血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)限制。藥物和機(jī)械刺激均能顯著降低KLF15 的表達(dá)。我們的體外和體內(nèi)觀察發(fā)現(xiàn)KLF15 是VSMC 對損傷反應(yīng)的一種新的和必要的調(diào)節(jié)因子。KLF15 在基礎(chǔ)條件下在體內(nèi)穩(wěn)定表達(dá)，并在損傷后顯著降低。鑒于KLF15 抑制VSMC 增殖和遷移，這種高基礎(chǔ)表達(dá)可用于防止無限制的SMC 激活。KLF15 抑制血管平滑肌的增殖和遷移，分別線性損傷剔除KLF15 的小鼠和對照組，發(fā)現(xiàn)基因剔除小鼠平滑肌細(xì)胞增殖遷移，新生內(nèi)膜過度生長。因此，KLF15 成為血管對損傷的應(yīng)答重要調(diào)節(jié)因子。