轉錄因子KLF14 在動脈粥樣硬化與2型糖尿病和腫瘤進展中的作用*

侯玉麗 綜述,王培昌 審校

(首都醫科大學宣武醫院檢驗科，北京 100053)

目前有大量關于KLF家族在人體的生理和病理過程中的作用的研究[1-3]。在哺乳動物中，已經發現17種KLF基因(KLF1～KLF17),并且不同的KLF基因在腫瘤進展中扮演不同的角色[4-5]。KLF14又名BTEB5，定位于7號染色體長臂3區2帶3亞帶，編碼323個氨基酸，全長約1 059 bp，是KLF 家族成員中唯一一個不含內含子的基因[6]。KLF14 作為轉錄因子的一員，C 端具有一個高度保守的DNA 結合域，N 端含有一個轉錄調節域，且C 端結合區含有三個連續的C2H2鋅指模體，能特異性識別和結合靶基因啟動子區域的GC 盒、CACCC 盒等核心元件，直接作用于DNA，調節靶基因的轉錄，參與腫瘤的發生發展[7]。基因學研究發現KLF14是脂肪組織中的主要調控因子，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系[8]。現就KLF14與動脈粥樣硬化、T2DM和腫瘤發生發展的關系作以下綜述。

1 KLF14與動脈粥樣硬化

最近的全基因組相關分析顯示KLF14基因的變異體與動脈粥樣硬化相關的心血管疾病(缺血性中風和心肌梗死)相關。KLF14的多態性可以通過影響脂質代謝相關的TPMR、ARSD、SLC7A10、APH1B、NINJ2、KLF13、GNB1和MYL5基因，調節脂質含量[9]。KLF14 rs4731702的單核苷酸多態性中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[11]。在另一項研究中KLF14 rs1562398的突變與歐洲女性的高三酰甘油水平相關，但在男性中沒有相關性。這種現象有可能與性別差異有關。肥胖是動脈粥樣硬化發生的主要危險因子。研究發現KLF14還可以影響與肥胖相關的TPMT、SLC7A10、 C8orf82和 PRMT2基因,調控三酰甘油的代謝和肥胖指數[12]。VOIGHT等[13]分析23 720份皮下脂肪組織標本的數據發現KLF14 的rs738134和 rs972283的SNP與KLF14在脂肪組織的表達密切相關。全基因組數據分析顯示KLF14在進行高脂飲食喂養的雄性小鼠-B6中的表達較素食喂養小鼠高[14]。此外，在ANUNCIADO-KOZA等[15]的研究中，進行高脂肪飲食喂養2周后的C57BL/6J小鼠的皮下和內臟白色脂肪組織中KLF14與脂肪中胚層特異因子mRNA的表達具有明顯的相關性，認為在白色脂肪組織中KLF14轉錄活性至少可以部分介導Bmp3、 Sfrp5、Nkd1和 Lep 的表達，從而促進脂肪的積累。

動脈粥樣硬化是由脂質代謝失衡和動脈壁中含有膽固醇的巨噬細胞積聚驅動的適應不良免疫反應引起的一種慢性炎癥性疾病。載膽固醇巨噬細胞的形成和炎性反應的參與是動脈粥樣硬化病變的主要特征[16]。其中載膽固醇巨噬細胞的形成與血漿游離膽固醇增多有關，血漿中ApoAⅠ是高密度脂蛋白(HDL)對膽固醇進行逆向轉運(RCT)的主要蛋白，通過該轉運，膽固醇通過HDL從周圍組織轉運回肝臟進行后續的生化過程，RCT被認為是HDL膽固醇抗動脈粥樣硬化作用的主要機制。在肝臟中，KLF14的下調可以通過抑制ApoAⅠ的轉錄，導致HDL水平降低，動脈粥樣硬化形成的風險增高。同時發現，對小鼠進行高脂肪飼養發現KLF14在其肝臟中有高表達，除此之外，在具有高風險動脈粥樣硬化的小鼠肝臟中有同樣的現象。對小鼠進行KLF14敲除觀察到動脈粥樣硬化斑塊減少、血液膽固醇降低、動脈粥樣硬化病變延緩[17]。炎性反應主要是由于MAPK和ERK1/2等基因激活導致炎癥細胞產生各種炎性因子為主，在動脈粥樣硬化中對巨噬細胞內膽固醇代謝平衡和相關基因表達有重要調控作用[18]。研究表明，在巨噬細胞中過表達KLF14可以激活p38 MAPK和ERK 1/2信號，同時伴有白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和單核細胞超化蛋白-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過表達引起的促炎細胞因子表達的能力，包括MCP-1、IL-6和TNF-α。抑制ERK 1/2和p38 MAPK的激活可以進一步加重KLF14基因敲除對巨噬細胞產生IL-6、TNF-α和MCP-1的抑制作用[19]。這些結果表明，KLF14可能通過誘導這些信號分子的激活，促進了前炎癥細胞因子的釋放和炎性反應。這些研究將為KLF14在動脈粥樣硬化中的更深一步機制及臨床研究提供一定的理論基礎。

2 KLF14與T2DM

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

T2DM變異的風險因素與脂肪形成缺陷和脂肪功能缺陷有關。下調KLF14的表達導致脂肪分布發生障礙，使脂肪易堆積在腹部而不是臀部，脂肪形成發生障礙，脂肪在身體中的代謝發生改變。脂肪細胞的大小是脂肪組織功能障礙和代謝疾病的重要標志，在某些研究中，脂肪組織的大小可以預測胰島素抵抗和T2DM的發生，而與肥胖無關。KLF14不同的等位基因的脂肪細胞的大小不同，并與胰島素抵抗相關。KLF14下調還可導致葡萄糖攝取障礙而使脂肪細胞生成和成熟受損[8]。INS受體(INSR)/AKT是胰島素作用的經典通路，當INS與INSR結合后，可以激活INSR中具有酪氨酸激酶活性的β亞基，進一步激活下游的磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)、蛋白激酶B(AKT)和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路(mTOR)等。通過此通路促進葡萄糖轉運、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發揮作用，進而導致胰島素抵抗的發生[25]。研究表明KLF14可以通過活化胰島素經典INSR/AKT信號通路，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PI3K/AKT信號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錄因子，可作為一種新的預防胰島素抵抗及相關疾病的治療目標。

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]。在結腸癌中研究發現，miR-1275可以促進結腸癌的進展，進一步研究發現，KLF14作為miR-1275的靶基因，被miR-1275/HAND2-AS1調節軸負調控，抑制結腸癌細胞的擴增和轉移[31]。腫瘤細胞的無限增殖需要攝取大量的葡萄糖和碳源，其能量主要來源為糖酵解方式，在結腸癌研究中發現，作為抑癌基因的KLF14過表達可以導致糖酵解速率降低，其主要是通過調控LDHB的表達，而LDHB的功能是催化丙酮酸和乳酸的相互轉化，并伴隨著NADH和NAD+在糖酵解后過程中相互轉化的酶。因此，KLF14在結腸癌中通過調節LDHB的表達，參與糖酵解途徑，抑制癌細胞能量供應和癌癥進展[32]。

對細胞增殖起正向調控的中心體擴增是癌癥的主要特征[33]。在哺乳動物細胞中，中心粒組織中心體，準確控制它們的數量，這對維持中心體完整性至關重要。PLK4作為控制中心粒擴增的關鍵調節因子，對腫瘤的發生發展至關重要[34]。在31例乳腺癌中研究發現21例乳腺癌患者PLK4高表達但是KLF14低表達，在15例結腸癌中研究發現11例結腸癌組織表現為PLK4高表達而KLF14低表達，差異有統計學意義(P<0.05)，說明KLF14和PLK4在體內表達之間存在明顯的負相關關系[35]。進一步深度分析發現，KLF14的敲除可以誘導多極紡錘體的形成和中心粒的多重復，而PLK4的缺乏可以明顯地減少KLF14敲除引起的中心粒擴增的作用，這些數據表明KLF14在PLK4的表達和中心體完整性控制中起重要作用。KLF14過度表達導致有絲分裂停滯，有絲分裂的紡錘體極完整性破壞，DNA凝集，DNA斷裂最后至細胞死亡。共轉染PLK4可以抑制KLF14過表達誘導的細胞死亡，表明PLK4表達降低在一定程度上與KLF14過表達引起的有絲分裂紊亂有關。但是，考慮到PLK4共表達僅部分阻斷KLF14過表達誘導的G2/M阻滯和細胞死亡，本文認為或許還有其他的通路參與KLF14過表達引起的有絲分裂災難，但是PLK4的缺失會明顯地減少KLF14缺失引起的中心粒擴增。綜上所述，KLF14作為PLK4的轉錄抑制因子在腫瘤中扮演抑癌基因的作用。

4 小 結

KLF14作為轉錄因子，參與基因的轉錄、表達和調控，參與多種疾病的進展。動脈粥樣硬化中，KLF14作為調節脂質代謝的關鍵點，通過ERK1/2和P38 MAPK途徑促進炎癥因子的釋放和動脈粥樣硬化的形成。在T2DM中，KLF14通過胰島素相關信號通路，增加胰島素的敏感性，緩解疾病的進展。除此之外，KLF14還可以通過調節與糖酵解相關的LDHB基因與調節中心粒增殖的PLK4基因，在腫瘤中扮演抑癌基因的角色。作為轉錄因子的KLF14主要是通過參與糖代謝和脂肪代謝調控動脈粥樣硬化、T2DM和腫瘤的進展，并且在不同疾病中扮演不同的角色，具體的機制有待更深一步的研究和探討。