轉(zhuǎn)錄因子KLF14 在動(dòng)脈粥樣硬化與2型糖尿病和腫瘤進(jìn)展中的作用*

侯玉麗 綜述,王培昌 審校

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院檢驗(yàn)科，北京 100053)

目前有大量關(guān)于KLF家族在人體的生理和病理過(guò)程中的作用的研究[1-3]。在哺乳動(dòng)物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)17種KLF基因(KLF1～KLF17),并且不同的KLF基因在腫瘤進(jìn)展中扮演不同的角色[4-5]。KLF14又名BTEB5，定位于7號(hào)染色體長(zhǎng)臂3區(qū)2帶3亞帶，編碼323個(gè)氨基酸，全長(zhǎng)約1 059 bp，是KLF 家族成員中唯一一個(gè)不含內(nèi)含子的基因[6]。KLF14 作為轉(zhuǎn)錄因子的一員，C 端具有一個(gè)高度保守的DNA 結(jié)合域，N 端含有一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)域，且C 端結(jié)合區(qū)含有三個(gè)連續(xù)的C2H2鋅指模體，能特異性識(shí)別和結(jié)合靶基因啟動(dòng)子區(qū)域的GC 盒、CACCC 盒等核心元件，直接作用于DNA，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展[7]。基因?qū)W研究發(fā)現(xiàn)KLF14是脂肪組織中的主要調(diào)控因子，并且KLF14與高脂血癥、肥胖及2型糖尿病(T2DM)等代謝綜合征有著緊密的聯(lián)系[8]。現(xiàn)就KLF14與動(dòng)脈粥樣硬化、T2DM和腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系作以下綜述。

1 KLF14與動(dòng)脈粥樣硬化

最近的全基因組相關(guān)分析顯示KLF14基因的變異體與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的心血管疾病(缺血性中風(fēng)和心肌梗死)相關(guān)。KLF14的多態(tài)性可以通過(guò)影響脂質(zhì)代謝相關(guān)的TPMR、ARSD、SLC7A10、APH1B、NINJ2、KLF13、GNB1和MYL5基因，調(diào)節(jié)脂質(zhì)含量[9]。KLF14 rs4731702的單核苷酸多態(tài)性中TT基因型漢族女性的總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、載脂蛋白A1(ApoAⅠ)和載脂蛋白B(ApoB)的水平較CT/CC型高[10]。有研究表明，KLF14的rs972283突變與5 169例T2DM患者中的高三酰甘油相關(guān)[11]。在另一項(xiàng)研究中KLF14 rs1562398的突變與歐洲女性的高三酰甘油水平相關(guān)，但在男性中沒有相關(guān)性。這種現(xiàn)象有可能與性別差異有關(guān)。肥胖是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生的主要危險(xiǎn)因子。研究發(fā)現(xiàn)KLF14還可以影響與肥胖相關(guān)的TPMT、SLC7A10、 C8orf82和 PRMT2基因,調(diào)控三酰甘油的代謝和肥胖指數(shù)[12]。VOIGHT等[13]分析23 720份皮下脂肪組織標(biāo)本的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)KLF14 的rs738134和 rs972283的SNP與KLF14在脂肪組織的表達(dá)密切相關(guān)。全基因組數(shù)據(jù)分析顯示KLF14在進(jìn)行高脂飲食喂養(yǎng)的雄性小鼠-B6中的表達(dá)較素食喂養(yǎng)小鼠高[14]。此外，在ANUNCIADO-KOZA等[15]的研究中，進(jìn)行高脂肪飲食喂養(yǎng)2周后的C57BL/6J小鼠的皮下和內(nèi)臟白色脂肪組織中KLF14與脂肪中胚層特異因子mRNA的表達(dá)具有明顯的相關(guān)性，認(rèn)為在白色脂肪組織中KLF14轉(zhuǎn)錄活性至少可以部分介導(dǎo)Bmp3、 Sfrp5、Nkd1和 Lep 的表達(dá)，從而促進(jìn)脂肪的積累。

動(dòng)脈粥樣硬化是由脂質(zhì)代謝失衡和動(dòng)脈壁中含有膽固醇的巨噬細(xì)胞積聚驅(qū)動(dòng)的適應(yīng)不良免疫反應(yīng)引起的一種慢性炎癥性疾病。載膽固醇巨噬細(xì)胞的形成和炎性反應(yīng)的參與是動(dòng)脈粥樣硬化病變的主要特征[16]。其中載膽固醇巨噬細(xì)胞的形成與血漿游離膽固醇增多有關(guān)，血漿中ApoAⅠ是高密度脂蛋白(HDL)對(duì)膽固醇進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)運(yùn)(RCT)的主要蛋白，通過(guò)該轉(zhuǎn)運(yùn)，膽固醇通過(guò)HDL從周圍組織轉(zhuǎn)運(yùn)回肝臟進(jìn)行后續(xù)的生化過(guò)程，RCT被認(rèn)為是HDL膽固醇抗動(dòng)脈粥樣硬化作用的主要機(jī)制。在肝臟中，KLF14的下調(diào)可以通過(guò)抑制ApoAⅠ的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致HDL水平降低，動(dòng)脈粥樣硬化形成的風(fēng)險(xiǎn)增高。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)小鼠進(jìn)行高脂肪飼養(yǎng)發(fā)現(xiàn)KLF14在其肝臟中有高表達(dá)，除此之外，在具有高風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)脈粥樣硬化的小鼠肝臟中有同樣的現(xiàn)象。對(duì)小鼠進(jìn)行KLF14敲除觀察到動(dòng)脈粥樣硬化斑塊減少、血液膽固醇降低、動(dòng)脈粥樣硬化病變延緩[17]。炎性反應(yīng)主要是由于MAPK和ERK1/2等基因激活導(dǎo)致炎癥細(xì)胞產(chǎn)生各種炎性因子為主，在動(dòng)脈粥樣硬化中對(duì)巨噬細(xì)胞內(nèi)膽固醇代謝平衡和相關(guān)基因表達(dá)有重要調(diào)控作用[18]。研究表明，在巨噬細(xì)胞中過(guò)表達(dá)KLF14可以激活p38 MAPK和ERK 1/2信號(hào)，同時(shí)伴有白細(xì)胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和單核細(xì)胞超化蛋白-1(MCP-1)的水平升高，而加入p38 MAPK和ERK 1/2抑制劑后可以顯著抵消因KLF14過(guò)表達(dá)引起的促炎細(xì)胞因子表達(dá)的能力，包括MCP-1、IL-6和TNF-α。抑制ERK 1/2和p38 MAPK的激活可以進(jìn)一步加重KLF14基因敲除對(duì)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-6、TNF-α和MCP-1的抑制作用[19]。這些結(jié)果表明，KLF14可能通過(guò)誘導(dǎo)這些信號(hào)分子的激活，促進(jìn)了前炎癥細(xì)胞因子的釋放和炎性反應(yīng)。這些研究將為KLF14在動(dòng)脈粥樣硬化中的更深一步機(jī)制及臨床研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

2 KLF14與T2DM

胰島素抵抗和β細(xì)胞功能障礙是T2DM的共同特點(diǎn)[20]。大量研究表明T2DM是環(huán)境和基因多態(tài)性共同作用的結(jié)果，尤其是基因因素在T2DM中發(fā)揮重要的作用[21]。最近，全基因組分析發(fā)現(xiàn)KLF14基因多態(tài)性與T2DM的發(fā)病密切相關(guān)。在日本人中，KLF14 rs972283突變可能是代謝疾病的危險(xiǎn)因素，并與T2DM的發(fā)病有相關(guān)性[22]。WANG等[23]對(duì)全球影響T2DM的基因Meta分析顯示，KLF14 rs972283-G表位與T2DM的高易感性相關(guān)。在妊娠性糖尿病發(fā)病過(guò)程中，KLF14基因rs4731702位點(diǎn)CC基因型發(fā)揮一定的作用，且與胰島功能異常、脂代謝異常有關(guān)，研究KLF14基因rs4731702位點(diǎn)的多態(tài)性有助于揭示脂代謝異常和胰島素抵抗的發(fā)病機(jī)制[24]。

T2DM變異的風(fēng)險(xiǎn)因素與脂肪形成缺陷和脂肪功能缺陷有關(guān)。下調(diào)KLF14的表達(dá)導(dǎo)致脂肪分布發(fā)生障礙，使脂肪易堆積在腹部而不是臀部，脂肪形成發(fā)生障礙，脂肪在身體中的代謝發(fā)生改變。脂肪細(xì)胞的大小是脂肪組織功能障礙和代謝疾病的重要標(biāo)志，在某些研究中，脂肪組織的大小可以預(yù)測(cè)胰島素抵抗和T2DM的發(fā)生，而與肥胖無(wú)關(guān)。KLF14不同的等位基因的脂肪細(xì)胞的大小不同，并與胰島素抵抗相關(guān)。KLF14下調(diào)還可導(dǎo)致葡萄糖攝取障礙而使脂肪細(xì)胞生成和成熟受損[8]。INS受體(INSR)/AKT是胰島素作用的經(jīng)典通路，當(dāng)INS與INSR結(jié)合后，可以激活I(lǐng)NSR中具有酪氨酸激酶活性的β亞基，進(jìn)一步激活下游的磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)、蛋白激酶B(AKT)和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白通路(mTOR)等。通過(guò)此通路促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖原合成等參與糖代謝。INSR、IRS的酪氨酸激酶活性降低和/或AKT絲/蘇氨酸激酶活性下降，能夠明顯抑制INS發(fā)揮作用，進(jìn)而導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生[25]。研究表明KLF14可以通過(guò)活化胰島素經(jīng)典INSR/AKT信號(hào)通路，增加胰島素敏感性，改善胰島素抵抗[26]。最近的體外研究表明KLF14還可以通過(guò)PI3K/AKT信號(hào)通路提高葡萄糖攝取和胰島素敏感性[27]。因此KLF14作為一種胰島素敏感化轉(zhuǎn)錄因子，可作為一種新的預(yù)防胰島素抵抗及相關(guān)疾病的治療目標(biāo)。

3 KLF14與腫瘤

KLF家族中的KLF4、KLF6和KLF17都扮演抑癌基因的作用[28-30]。在結(jié)腸癌中研究發(fā)現(xiàn)，miR-1275可以促進(jìn)結(jié)腸癌的進(jìn)展，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，KLF14作為miR-1275的靶基因，被miR-1275/HAND2-AS1調(diào)節(jié)軸負(fù)調(diào)控，抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的擴(kuò)增和轉(zhuǎn)移[31]。腫瘤細(xì)胞的無(wú)限增殖需要攝取大量的葡萄糖和碳源，其能量主要來(lái)源為糖酵解方式，在結(jié)腸癌研究中發(fā)現(xiàn)，作為抑癌基因的KLF14過(guò)表達(dá)可以導(dǎo)致糖酵解速率降低，其主要是通過(guò)調(diào)控LDHB的表達(dá)，而LDHB的功能是催化丙酮酸和乳酸的相互轉(zhuǎn)化，并伴隨著NADH和NAD+在糖酵解后過(guò)程中相互轉(zhuǎn)化的酶。因此，KLF14在結(jié)腸癌中通過(guò)調(diào)節(jié)LDHB的表達(dá)，參與糖酵解途徑，抑制癌細(xì)胞能量供應(yīng)和癌癥進(jìn)展[32]。

對(duì)細(xì)胞增殖起正向調(diào)控的中心體擴(kuò)增是癌癥的主要特征[33]。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，中心粒組織中心體，準(zhǔn)確控制它們的數(shù)量，這對(duì)維持中心體完整性至關(guān)重要。PLK4作為控制中心粒擴(kuò)增的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要[34]。在31例乳腺癌中研究發(fā)現(xiàn)21例乳腺癌患者PLK4高表達(dá)但是KLF14低表達(dá)，在15例結(jié)腸癌中研究發(fā)現(xiàn)11例結(jié)腸癌組織表現(xiàn)為PLK4高表達(dá)而KLF14低表達(dá)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，說(shuō)明KLF14和PLK4在體內(nèi)表達(dá)之間存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系[35]。進(jìn)一步深度分析發(fā)現(xiàn)，KLF14的敲除可以誘導(dǎo)多極紡錘體的形成和中心粒的多重復(fù)，而PLK4的缺乏可以明顯地減少KLF14敲除引起的中心粒擴(kuò)增的作用，這些數(shù)據(jù)表明KLF14在PLK4的表達(dá)和中心體完整性控制中起重要作用。KLF14過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致有絲分裂停滯，有絲分裂的紡錘體極完整性破壞，DNA凝集，DNA斷裂最后至細(xì)胞死亡。共轉(zhuǎn)染PLK4可以抑制KLF14過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，表明PLK4表達(dá)降低在一定程度上與KLF14過(guò)表達(dá)引起的有絲分裂紊亂有關(guān)。但是，考慮到PLK4共表達(dá)僅部分阻斷KLF14過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)的G2/M阻滯和細(xì)胞死亡，本文認(rèn)為或許還有其他的通路參與KLF14過(guò)表達(dá)引起的有絲分裂災(zāi)難，但是PLK4的缺失會(huì)明顯地減少KLF14缺失引起的中心粒擴(kuò)增。綜上所述，KLF14作為PLK4的轉(zhuǎn)錄抑制因子在腫瘤中扮演抑癌基因的作用。

4 小 結(jié)

KLF14作為轉(zhuǎn)錄因子，參與基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控，參與多種疾病的進(jìn)展。動(dòng)脈粥樣硬化中，KLF14作為調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)ERK1/2和P38 MAPK途徑促進(jìn)炎癥因子的釋放和動(dòng)脈粥樣硬化的形成。在T2DM中，KLF14通過(guò)胰島素相關(guān)信號(hào)通路，增加胰島素的敏感性，緩解疾病的進(jìn)展。除此之外，KLF14還可以通過(guò)調(diào)節(jié)與糖酵解相關(guān)的LDHB基因與調(diào)節(jié)中心粒增殖的PLK4基因，在腫瘤中扮演抑癌基因的角色。作為轉(zhuǎn)錄因子的KLF14主要是通過(guò)參與糖代謝和脂肪代謝調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化、T2DM和腫瘤的進(jìn)展，并且在不同疾病中扮演不同的角色，具體的機(jī)制有待更深一步的研究和探討。