Krüppel樣因子5在心血管重構(gòu)中的作用

曹培東 桂春

心臟和血管重構(gòu)是心力衰竭、動(dòng)脈粥樣硬化和血管成形術(shù)后再狹窄的基礎(chǔ)。物理應(yīng)激、缺血或感染激活心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，誘導(dǎo)心血管系統(tǒng)的重構(gòu)。Krüppel 樣因子（KLF）5 是心血管重構(gòu)中必不可少的轉(zhuǎn)錄因子。

1 KLF5概述

KLF 是以果蠅胚胎模式調(diào)控因子Krüppe1蛋白命名的結(jié)構(gòu)保守的轉(zhuǎn)錄因子家族，目前已在胎盤哺乳動(dòng)物中鑒定出18 個(gè)KLF 成員，命名為KLF1～KLF18[1]。KLF家族成員均有3個(gè)高度保守的經(jīng)典Cys2/His2 鋅指結(jié)構(gòu)，與“GC”和“CACCC”盒緊密結(jié)合。決定KLF 家族序列特異性的主要?dú)埢潜Ｊ氐模贒NA 結(jié)合位點(diǎn)之外，它們之間幾乎沒(méi)有相似之處。DNA 結(jié)合區(qū)外的保守缺失可能是不同家族成員發(fā)揮不同分子作用的關(guān)鍵因素。KLF5位于染色體13q22.1 上，其編碼的蛋白由457 個(gè)氨基酸組成。KLF5最初被稱為基本轉(zhuǎn)錄元件結(jié)合蛋白2（BTEB2），后因?yàn)樵谀c上皮細(xì)胞中表達(dá)水平最高，故又被稱為腸Krüppel 樣因子（IKLF）。KLF5 在內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞（VSMC）、心肌細(xì)胞中均有表達(dá)，是心血管重構(gòu)過(guò)程中的重要轉(zhuǎn)錄因子。在不同的細(xì)胞和生理環(huán)境中，KLF5 可作為轉(zhuǎn)錄激活物或抑制物、細(xì)胞增殖和損傷的啟動(dòng)子或抑制劑[2]。

2 KLF5在心血管重構(gòu)中的作用

2.1 KLF5與內(nèi)皮細(xì)胞

血管內(nèi)皮細(xì)胞是維持血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵，在生物力學(xué)和體液信號(hào)等不同生理刺激的傳導(dǎo)和調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。內(nèi)皮功能障礙是與血管收縮、血栓形成和炎性反應(yīng)等病理狀況相關(guān)的各種心血管疾病發(fā)生的關(guān)鍵標(biāo)志[3]。內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）控制內(nèi)皮細(xì)胞合成和釋放一氧化氮（NO）是重要的血管保護(hù)機(jī)制。在2 型糖尿?。═2DM）小鼠模型中，高胰島素血癥誘導(dǎo)的KLF5 和多個(gè)輔助調(diào)節(jié)因子（如轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白1）協(xié)同抑制內(nèi)皮一氧化氮合酶3 基因（NOS3）轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致eNOS 水平降低，抑制內(nèi)皮功能和血管生成[4]。研究發(fā)現(xiàn)，中藥通心絡(luò)能夠通過(guò)促進(jìn)人心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞中KLF5 的表達(dá)，增加緊密連接蛋白的表達(dá)水平[5]。緊密連接蛋白異常表達(dá)可導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙。

2.2 KLF5與血管平滑肌細(xì)胞

正常生理?xiàng)l件下，KLF5 在血管系統(tǒng)中的表達(dá)較低，但在動(dòng)脈粥樣硬化和激活的VSMC 中KLF5 表達(dá)明顯增加。研究表明，促動(dòng)脈粥樣硬化因子氧化低密度脂蛋白（oxLDL）可誘導(dǎo)KLF5 表達(dá)升高，從而促進(jìn)人主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞微小RNA（miRNA）-29a的表達(dá)。隨后，miR-29a 通過(guò)下調(diào)FBW7/細(xì)胞分裂周期相關(guān)蛋白激酶4（CDC4）的表達(dá)來(lái)增加KLF5 的穩(wěn)定性，從而形成促動(dòng)脈粥樣硬化的正反饋回路[6]。這一途徑可能是KLF5 介導(dǎo)動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制之一。研究發(fā)現(xiàn)，能夠調(diào)節(jié)緊密連接蛋白表達(dá)的miR-155 在過(guò)表達(dá)KLF5的VSMC 中表達(dá)增加[7]。來(lái)源于VSMC 的外泌體通過(guò)KLF5 誘導(dǎo)miR-155 從VSMC 轉(zhuǎn)移到內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)而破壞內(nèi)皮緊密連接和內(nèi)皮屏障的完整性，導(dǎo)致內(nèi)皮通透性增加并促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)展[7]。因此，KLF5 是阻斷外泌體介導(dǎo)的miR-155 在細(xì)胞間轉(zhuǎn)移的重要靶點(diǎn)。此外，在動(dòng)脈粥樣硬化患者和oxLDL 誘導(dǎo)的人臍靜脈平滑肌細(xì)胞（HUVSMC）中，泛素特異性蛋白酶36 環(huán)狀RNA（circ_USP36）和KLF5表達(dá)上調(diào)，miR-182-5p 表達(dá)下調(diào)。敲除circ_USP36可通過(guò)調(diào)節(jié)miR-182-5p/KLF5 軸抑制oxLDL 誘導(dǎo)的HUVSMC 的增殖和轉(zhuǎn)移，減輕oxLDL 介導(dǎo)的HUVSMC 損傷[8]，這為動(dòng)脈粥樣硬化的治療提供了新的思路。

KLF5過(guò)表達(dá)能夠促進(jìn)VSMC 增殖。研究發(fā)現(xiàn)，丹酚酸B（Sal B）可通過(guò)下調(diào)KLF5 和KLF5 激活的細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1），抑制血管緊張素Ⅱ（Ang Ⅱ）誘導(dǎo)的VSMC 增殖[9]。絲氨酸/精氨酸剪接因子（SRSF）1 是一種重要的剪接因子，可促進(jìn)VSMC 增殖和損傷誘導(dǎo)的新內(nèi)膜形成，有助于誘導(dǎo)具有相同增殖作用的Δ133p53（p53基因由于前體mRNA 選擇性剪切而產(chǎn)生的p53 異構(gòu)體）。通過(guò)Δ133p53-早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子1（EGR1）復(fù)合體可激活KLF5，促進(jìn)VSMC 的細(xì)胞周期進(jìn)展和增殖[10]。

KLF5 參與VSMC 衰老和炎性因子分泌。下調(diào)KLF5 會(huì)降低VSMC 中真核翻譯起始因子5A（eIF5A）的表達(dá)，增加活性氧（ROS）的生成，促進(jìn)線粒體裂變，加劇血管衰老和Ang Ⅱ誘導(dǎo)的腹主動(dòng)脈瘤（AAA）的進(jìn)展[11]。此外，VSMC 特異性KLF5基因敲除可顯著降低糖尿病小鼠血管組織中炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。研究表明，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）介導(dǎo)的過(guò)氧亞硝酸鹽生成可誘導(dǎo)KLF5 的表達(dá)和硝化，并增強(qiáng)硝化的KLF5 與核因子κB（NF-κB）p50 之間的相互作用，從而協(xié)同激活高糖誘導(dǎo)的VSMC 中炎性細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細(xì)胞介素（IL）-1β 的表達(dá)[12]，這為動(dòng)脈粥樣硬化的抗炎治療提供了新的方向。

KLF5 是VSMC 表型調(diào)節(jié)的重要調(diào)節(jié)因子。VSMC 從收縮表型轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲋潮硇褪莿?dòng)脈粥樣硬化或再狹窄的標(biāo)志。在動(dòng)脈粥樣硬化中，miR-145表達(dá)降低，而KLF5 表達(dá)增加。miR-145 通過(guò)KLF5和平滑肌特異性轉(zhuǎn)錄輔助激活因子MYOCD 調(diào)節(jié)VSMC 從收縮表型到增殖表型的轉(zhuǎn)換[13]。miR-145靶向降低KLF5 表達(dá)，還能夠抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)凋亡，抑制NF-κB 活化。在ApoE-/-小鼠中，miR-145過(guò)表達(dá)可使主動(dòng)脈斑塊顯著縮小[14]。此外，miR-9也可以通過(guò)靶向抑制KLF5 促進(jìn)VSMC 表型轉(zhuǎn)換，抑制其增殖和遷移[15]。

2.3 KLF5與心肌細(xì)胞

KLF5 參與心肌細(xì)胞肥大、凋亡和損傷。研究發(fā)現(xiàn)，硫化氫（H2S）通過(guò)對(duì)特異性蛋白1 在Cys664 處的硫化作用，使KLF5 的表達(dá)降低，并減少KLF5 向血小板衍生生長(zhǎng)因子A 啟動(dòng)子的募集和Ang Ⅱ刺激的心肌細(xì)胞中心房利鈉肽的表達(dá)，進(jìn)而抑制心肌肥大[16]。KLF5 在心肌細(xì)胞中具有促凋亡和加重?fù)p傷的功能。研究發(fā)現(xiàn)，miR-9 通過(guò)下調(diào)KLF5 發(fā)揮抗心肌細(xì)胞凋亡的作用，長(zhǎng)鏈非編碼 RNA（lncRNA）-TUG1通過(guò)靶向miR-9/KLF5通路促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡，加重缺血性損傷[17]。過(guò)表達(dá)miR-506 和miR-124 通過(guò)抑制KLF5 的表達(dá)對(duì)過(guò)氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)的人心肌細(xì)胞（HCM）損傷發(fā)揮保護(hù)作用[18]。此外，KLF5 還可以在心肌梗死時(shí)通過(guò)下調(diào)miR-27a 和激活谷氨酰胺果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)氨酶2（GFPT2）/轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）/Smad2/3 軸誘導(dǎo)心肌細(xì)胞和組織損傷[19]。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)KLF5能夠通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）/過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ 共激活因子-1α（PGC-1α）/TNF-α 通路，有效地減輕缺血再灌注所致的心肌損傷[20]，這有望成為心肌梗死術(shù)后治療的靶點(diǎn)。

KLF5 是心臟脂質(zhì)代謝中不可缺少的調(diào)節(jié)因子。心臟需要消耗大量的三磷酸腺苷（ATP）來(lái)維持收縮功能，而脂肪酸氧化（FAO）是成人心臟的主要能量來(lái)源。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α（PPARα）與FAO 相關(guān)蛋白的表達(dá)密切相關(guān)。研究表明，心肌細(xì)胞中的KLF5 可作為PPARα的正轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，抑制KLF5 的表達(dá)可導(dǎo)致心功能障礙[21]。KLF5 可促進(jìn)心肌細(xì)胞系HL-1 中PPARα 的表達(dá)[22]?？傊?，KLF5 可通過(guò)調(diào)節(jié)PPARα 的轉(zhuǎn)錄，在心臟中調(diào)節(jié)FAO。

心臟特異性KLF5缺陷小鼠模型在2～3 個(gè)月時(shí)心功能正常，在6 個(gè)月后會(huì)出現(xiàn)心肌收縮功能障礙，在12 個(gè)月時(shí)出現(xiàn)進(jìn)行性心肌脂質(zhì)堆積[22]。然而，糖尿病介導(dǎo)的心肌細(xì)胞叉頭狀轉(zhuǎn)錄因子O1（FoxO1）的激活可促進(jìn)KLF5 的表達(dá)，進(jìn)而刺激煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4（NOX4）的表達(dá)和神經(jīng)酰胺的累積，導(dǎo)致糖尿病心肌病的發(fā)生[23]。研究發(fā)現(xiàn)，KLF5是擴(kuò)張型心肌病的新易感基因，致病機(jī)制可能是KLF5單倍體不足[24]。因此，在特定的病理?xiàng)l件下抑制心肌細(xì)胞中的KLF5 是有益的。

3 小結(jié)

目前對(duì)KLF5 的研究主要集中在VSMC 和心肌細(xì)胞。KLF5 的功能特性與細(xì)胞所處的生理環(huán)境有關(guān)，具有雙刃劍的特性，在心肌細(xì)胞中尤為顯著。進(jìn)一步闡明KLF5 在心血管系統(tǒng)生理和病理?xiàng)l件下的作用機(jī)制對(duì)心血管重構(gòu)的防治具有重要意義，KLF5 有望成為治療心血管重構(gòu)的新干預(yù)靶點(diǎn)。