[摘要]Krüppel樣轉(zhuǎn)錄因子(Krüppel-liketranscriptionfactor,KLF)是一類含有鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子,參與基因表達(dá)的調(diào)控過(guò)程,在多種疾病中表達(dá)異常。在糖尿病腎?。╠iabetickidneydisease,DKD)中,KLF通過(guò)調(diào)控細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、線粒體自噬、細(xì)胞脂毒性和纖維化等過(guò)程發(fā)揮重要作用。本文就KLF家族在DKD中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,為今后DKD的預(yù)防和治療提供新的靶點(diǎn)和理論依據(jù)。
[關(guān)鍵詞]Krüppel樣轉(zhuǎn)錄因子;糖尿病腎??;足細(xì)胞;腎小管上皮細(xì)胞;線粒體自噬
[中圖分類號(hào)]R587.2[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[DOI]10.3969/j.issn.1673-9701.2024.25.032
糖尿病腎病(diabetickidneydisease,DKD)是糖尿病最常見(jiàn)的微血管并發(fā)癥,也是導(dǎo)致終末期腎病的主要原因[1]。隨著全球糖尿病患病率的顯著增加,DKD成為全球面臨的重要公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)[2]。DKD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,表現(xiàn)為腎小球系膜擴(kuò)張、腎小球基底膜增厚及腎小球硬化,最終演變?yōu)檫M(jìn)行性纖維化性腎病[3]。既往研究表明,DKD的進(jìn)展涉及多個(gè)病理因素,包括自噬功能障礙、足細(xì)胞損傷及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT)[4-6]。因此,深入研究DKD的發(fā)病機(jī)制,尋找預(yù)測(cè)其發(fā)生和發(fā)展的生物標(biāo)志物,探索新的治療靶點(diǎn),對(duì)防治DKD至關(guān)重要。Krüppel樣轉(zhuǎn)錄因子(Krüppel-liketranscriptionfactor,KLF)是一類含有鋅指結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子,廣泛存在于真核生物中,通過(guò)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡等生物學(xué)過(guò)程[7]。研究表明,KLF在DKD中的異常表達(dá)與疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[8]。本文闡述KLF在DKD中對(duì)腎臟內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞及腎小管上皮細(xì)胞的重要作用,旨在為后續(xù)探究KLF在DKD發(fā)病機(jī)制中的作用及疾病的發(fā)生和發(fā)展提供新的認(rèn)識(shí),并為未來(lái)開(kāi)發(fā)新的治療策略提供理論支持。
1KLF概述
KLF是Cys2/His2鋅指結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合蛋白的重要亞家族[9]。最初,KLF1在紅細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn),目前人類基因組中已識(shí)別出18個(gè)KLF成員,根據(jù)發(fā)現(xiàn)順序命名為KLF1至KLF18[8]。這些轉(zhuǎn)錄因子在其C端含有保守的鋅指結(jié)構(gòu)域,能夠與目標(biāo)DNA序列結(jié)合,從而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[10]。KLF在調(diào)節(jié)多種生理功能方面發(fā)揮重要作用,包括心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)[11-13]。
目前,已知涉及調(diào)控DKD的KLF蛋白包括KLF2、KLF4、KLF5、KLF6、KLF9、KLF10和KLF15,它們通過(guò)調(diào)控腎臟細(xì)胞的凋亡、炎癥反應(yīng)及腎臟纖維化等生物學(xué)過(guò)程參與DKD的發(fā)生與發(fā)展。深入研究KLF蛋白在DKD中的作用機(jī)制,可更好地理解其在腎臟內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞中的功能,從而為DKD的預(yù)防和治療提供新思路。
2KLF與DKD
DKD是糖尿病患者常見(jiàn)并發(fā)癥之一,其發(fā)病機(jī)制異常復(fù)雜,嚴(yán)重威脅患者的生命質(zhì)量和壽命[14]。在DKD的發(fā)病機(jī)制中,KLF2、KLF4、KLF5、KLF6、KLF9、KLF10和KLF15發(fā)揮關(guān)鍵作用。
通過(guò)對(duì)6例DKD患者的腎活檢樣本進(jìn)行KLF2的免疫組織化學(xué)染色和定量分析,發(fā)現(xiàn)DKD患者腎組織中KLF2的表達(dá)顯著低于正常對(duì)照者[15]。在鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)誘導(dǎo)的特異性內(nèi)皮細(xì)胞KLF2基因敲除大鼠和野生型大鼠中,KLF2敲除大鼠表現(xiàn)出更顯著的腎小球肥大、蛋白尿增加及內(nèi)皮細(xì)胞損傷,足細(xì)胞損傷也更明顯[15-16]。說(shuō)明KLF2在足細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞串?dāng)_中發(fā)揮重要作用。因此,在DKD中KLF2可能通過(guò)調(diào)節(jié)腎小球肥大、蛋白尿和內(nèi)皮細(xì)胞損傷發(fā)揮保護(hù)作用,為進(jìn)一步探索DKD新的治療方法提供理論依據(jù)。
一項(xiàng)隊(duì)列研究對(duì)120份人的血清樣本進(jìn)行KLF4mRNA定量分析,結(jié)果顯示,糖尿病患者的KLF4mRNA表達(dá)水平較健康對(duì)照者顯著降低;而在DKD患者中,KLF4mRNA表達(dá)水平進(jìn)一步顯著下降[17]。提示KLF4可能在糖尿病并發(fā)腎病中發(fā)揮重要作用。Yanar等[18]發(fā)現(xiàn)Δ9-四氫大麻酚可上調(diào)大鼠腎臟中KLF4mRNA表達(dá)水平,發(fā)揮抗炎和抗氧化作用,從而減輕腎臟炎癥。因此,KLF4可能在DKD的治療中具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。
糖尿病小鼠腎臟皮質(zhì)中KLF5蛋白的表達(dá)水平較野生型小鼠顯著升高[19-20]。研究表明在STZ誘導(dǎo)大鼠的腎臟皮質(zhì)中,KLF5蛋白表達(dá)水平顯著下降。達(dá)格列凈可恢復(fù)KLF5表達(dá)進(jìn)而保護(hù)腎臟功能[21]。目前的研究結(jié)果存在矛盾,還需進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。
Horne等[22]對(duì)7例DKD早期患者和17例晚期患者的腎活檢樣本進(jìn)行KLF6免疫熒光測(cè)定,顯示DKD晚期患者足細(xì)胞中KLF6表達(dá)顯著下降。因此KLF6可能是反映DKD進(jìn)展的重要生物學(xué)標(biāo)志。
生物信息學(xué)分析顯示,KLF9上調(diào)可視為DKD的生物標(biāo)志物[23]。Cui等[24]通過(guò)對(duì)糖尿病患者和健康對(duì)照者的腎臟組織樣本進(jìn)行差異表達(dá)基因篩選和微陣列分析,發(fā)現(xiàn)miR-17-5p、miR-20a和miR-106a可能是DKD的生物標(biāo)志物,預(yù)測(cè)靶基因正是KLF9。通過(guò)對(duì)血清樣本進(jìn)行KLF9mRNA定量分析,發(fā)現(xiàn)DKD患者血清中KLF9mRNA表達(dá)水平較健康對(duì)照人群顯著升高[25]。這些研究表明KLF9可能是DKD的生物標(biāo)志物,還可能是潛在的治療靶點(diǎn)。
Lin等[26]發(fā)現(xiàn)DKD患者KLF10mRNA表達(dá)水平較健康對(duì)照者顯著升高。Papadakis等[27]證實(shí)KLF10通過(guò)直接結(jié)合轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforminggrowthfactor-β,TGF-β)受體Ⅱ的啟動(dòng)子區(qū)域,促進(jìn)TGF-β表達(dá),從而誘發(fā)炎癥反應(yīng)。在STZ誘導(dǎo)的KLF10基因敲除小鼠中,發(fā)現(xiàn)腎臟重量減輕及尿蛋白/肌酐比值下降,且TGF-β、Ⅳ型膠原、纖連蛋白和Dickkopf-1(DKK-1)表達(dá)水平均有所下降[28]。這表明敲除KLF10可改善DKD引起的腎功能損傷、蛋白尿和腎臟纖維化。因此,KLF10可能是改善DKD患者腎功能、腎臟炎癥和纖維化的潛在治療靶點(diǎn)。
Han等[29]對(duì)21例經(jīng)腎穿刺活檢確診為DKD的患者進(jìn)行研究,通過(guò)免疫組織化學(xué)定量分析其腎組織中KLF15的表達(dá)水平并隨訪30個(gè)月,發(fā)現(xiàn)KLF15表達(dá)水平高的患者在隨訪期間未出現(xiàn)血清肌酐翻倍的情況,且未進(jìn)展到終末期腎病。表明KLF15對(duì)延緩DKD的進(jìn)展具有保護(hù)作用,提示其可作為腎組織活檢中的潛在生物學(xué)標(biāo)志物。
3KLF與內(nèi)皮細(xì)胞
內(nèi)皮細(xì)胞在調(diào)節(jié)細(xì)胞屏障功能、炎癥反應(yīng)、凝血、血管張力和血管生成過(guò)程中發(fā)揮重要作用[30]。因此,內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙可使血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡,導(dǎo)致多種疾病,包括DKD[31-32]。KLF2和KLF4在內(nèi)皮細(xì)胞中具有重要作用,參與DKD的病理生理過(guò)程。
研究證實(shí)KLF2在DKD早期階段對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞具有保護(hù)作用[15-16]。KLF2通過(guò)直接靶向內(nèi)皮型一氧化氮合酶調(diào)控多種關(guān)鍵內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物的基因表達(dá),從而減輕糖尿病高血糖狀態(tài)下腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[15]。因此,KLF2在DKD中具有保護(hù)腎臟內(nèi)皮細(xì)胞的作用,有望成為未來(lái)治療DKD的重要靶點(diǎn)。
在構(gòu)建DKD內(nèi)皮細(xì)胞損傷模型的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中,內(nèi)皮細(xì)胞異常增殖,凋亡和炎癥反應(yīng)加劇,自噬功能障礙,同時(shí)KLF4表達(dá)顯著降低[33]。然而,過(guò)表達(dá)KLF4可顯著改善內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和線粒體自噬功能[33]。表明KLF4在DKD中具有保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞的作用,其機(jī)制可能與炎癥反應(yīng)和線粒體自噬功能有關(guān)。
4KLF與足細(xì)胞
足細(xì)胞損傷是DKD發(fā)展中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其導(dǎo)致的蛋白尿是疾病進(jìn)展的標(biāo)志之一[34]。因此,保護(hù)足細(xì)胞免受損傷可能是防止DKD進(jìn)展的重要策略之一。KLF4、KLF5、KLF9、KLF10在足細(xì)胞中發(fā)揮重要作用,參與DKD的病理生理過(guò)程。
KLF4在DKD中發(fā)揮調(diào)節(jié)足細(xì)胞表型和減少蛋白尿的關(guān)鍵作用[35]。KLF4通過(guò)直接結(jié)合腎病蛋白(nephrin)啟動(dòng)子上的位點(diǎn),促使其去甲基化,從而增加nephrin表達(dá)[35]。在蛋白尿動(dòng)物模型和人類患者中,尤其在DKD動(dòng)物模型腎臟足細(xì)胞中,KLF4表達(dá)水平顯著降低[35]。在足細(xì)胞中一過(guò)性過(guò)表達(dá)KLF4可顯著減少蛋白尿并減輕足細(xì)胞損傷[35]。表明KLF4在DKD中具有保護(hù)腎臟的作用,其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)足細(xì)胞中nephrin表達(dá)水平、減少蛋白尿有關(guān)。
脂質(zhì)代謝紊亂引起的腎臟脂毒性可能是導(dǎo)致DKD腎功能障礙的致病機(jī)制[36]。在體外構(gòu)建的DKD足細(xì)胞損傷模型中,KLF5與其下游的腺苷三磷酸結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1(ATP-bindingcassettetransporterA1,ABCA1)表達(dá)下調(diào),從而導(dǎo)致膽固醇代謝紊亂,足細(xì)胞損傷加重[21]。這提示KLF5在足細(xì)胞脂代謝過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。而達(dá)格列凈能恢復(fù)高糖誘導(dǎo)足細(xì)胞中KLF5和ABCA1的表達(dá)水平,減輕足細(xì)胞損傷[21]。Li等[37]通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),過(guò)表達(dá)KLF5sDPEqurazYqNOUal73xzGQ==可顯著改善DKD中足細(xì)胞損傷引起的異常細(xì)胞周期和凋亡。以上研究結(jié)果表明KLF5在DKD中可能具有保護(hù)足細(xì)胞的作用,其機(jī)制與促進(jìn)膽固醇代謝和減少足細(xì)胞脂毒性有關(guān)。
線粒體自噬功能障礙在DKD的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[38]。KLF6在維持線粒體功能和防止足細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。它通過(guò)結(jié)合線粒體細(xì)胞色素C氧化酶組裝基因的啟動(dòng)子,減少細(xì)胞色素C釋放并抑制內(nèi)在凋亡途徑的激活,從而維持線粒體的完整性[39]。在DKD足細(xì)胞損傷模型中,敲除KLF6可導(dǎo)致細(xì)胞色素C氧化合成酶2表達(dá)下降,增加足細(xì)胞線粒體損傷和凋亡;相反,過(guò)表達(dá)KLF6可改善該損傷[22]。表明KLF6在DKD中具有保護(hù)腎臟的作用,其機(jī)制可能與維持線粒體功能和防止足細(xì)胞凋亡有關(guān)。
在高糖誘導(dǎo)的小鼠足細(xì)胞中,KLF9表達(dá)顯著升高,其上游調(diào)控因子miR-106a、miR-31-5p表達(dá)顯著降低[25,40]。這一發(fā)現(xiàn)提示調(diào)控KLF9及其上游微RNA表達(dá)可能成為未來(lái)治療DKD的潛在策略。
研究發(fā)現(xiàn),在高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞中,組蛋白去甲基化酶KDM6A表達(dá)下降,其下游靶標(biāo)KLF10表達(dá)增加,而KLF10的表達(dá)增加反過(guò)來(lái)抑制足細(xì)胞特異性標(biāo)記蛋白(如腎素、nephrin等),同時(shí)進(jìn)一步增加KDM6A表達(dá)[26]。這種KDM6A與KLF10形成的正反饋循環(huán),通過(guò)加重足細(xì)胞損傷和功能障礙,促進(jìn)DKD進(jìn)展。因此,阻斷這一有害循環(huán)和維持足細(xì)胞功能,可能為DKD提供新的治療策略。
5KLF與腎小管上皮細(xì)胞
腎小管上皮細(xì)胞損傷是DKD的關(guān)鍵過(guò)程[41]。KLF4和KLF5在腎小管上皮細(xì)胞中發(fā)揮重要作用,參與DKD的病理生理過(guò)程。
在高糖誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞中,KLF4表達(dá)水平顯著降低,TGF-β1表達(dá)水平顯著升高;過(guò)表達(dá)KLF4可有效保護(hù)HK-2細(xì)胞免受TGF-β1誘導(dǎo)的炎癥纖維化損傷[42]。說(shuō)明KLF4在DKD腎小管上皮細(xì)胞中可通過(guò)發(fā)揮抗炎作用減輕腎臟損傷。
溶血磷脂酸和溶血磷脂酸受體信號(hào)通路在DKD纖維化發(fā)展中起重要作用[43]。Lee等[20]發(fā)現(xiàn)在高糖誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞中,溶血磷脂酸通過(guò)溶血磷脂酸受體1調(diào)控KLF5加重HK-2細(xì)胞的腎小管纖維化和EMT。此外,在高糖誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞中,KLF5表達(dá)顯著上調(diào),EMT進(jìn)程明顯加快;敲低KLF5可明顯延緩高糖誘導(dǎo)下HK-2細(xì)胞的EMT進(jìn)程[44]。因此KLF5通過(guò)參與脂毒性誘導(dǎo)腎小管纖維化和EMT,在DKD腎小管上皮細(xì)胞中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
6總結(jié)
KLF家族在DKD發(fā)病機(jī)制中扮演著重要角色,這些轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)調(diào)控細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、線粒體自噬、細(xì)胞脂毒性和纖維化等生物學(xué)過(guò)程,對(duì)DKD的病理生理機(jī)制產(chǎn)生影響。隨著研究的不斷深入,KLF有望成為DKD治療的新靶點(diǎn),為患者帶來(lái)更多的治療選擇和希望。盡管KLF在DKD中的研究已取得顯著進(jìn)展,但仍有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步探索。未來(lái)可進(jìn)一步深入研究KLF在DKD中的具體機(jī)制,并將這些機(jī)制轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用,從而更好地預(yù)防和治療DKD。
利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。
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(收稿日期:2024–06–04)
(修回日期:2024–08–05)