KLF4的生物学功能及其研究进展

易丽娴，汤新逸，王胜军*

（1．江苏大学检验医学研究所，江苏镇江212013；2．苏州卫生职业技术学院，江苏苏州215009）

KLF4的生物学功能及其研究进展

易丽娴1，2，汤新逸1，王胜军1*

（1．江苏大学检验医学研究所，江苏镇江212013；2．苏州卫生职业技术学院，江苏苏州215009）

KLF4；炎症；肿瘤；免疫细胞

Krüppel样因子（Krüppel-like factors，KLFs）家族为锌指蛋白类转录因子，是生物体内一类具有重要功能的蛋白质，参与调控细胞的增殖、分化、胚胎发育等重要生命过程，在细胞分化和细胞周期阻滞中起重要作用。KLF4又称为胃肠富集KLF（gut-enriched Krüppel-like factor，GKLF），是目前研究较多的KLFs家族成员之一。KLF4与不同的靶基因结合发挥的生物学作用也不同，表现为转录激活或抑制，故对肿瘤的发生发展起抑制和促进双重作用，并与肿瘤的预后密切相关，可作为肿瘤靶向治疗的一个位点。鉴于KLF4在细胞增殖和肿瘤、炎症等病理过程中发挥的重要作用，深入研究KLF4基因将有助于进一步了解疾病的本质。

1 KLF4的结构和组织分布

Yet等［1］在1998年首次报道并克隆出人的KL F4基因。KLF4蛋白具有多个功能结构域，其羧基端序列高度保守，含有3个与果蝇同源的C2H2锌指结构，由81个氨基酸组成，该区域为DNA结合域；氨基端含有高度变异的转录调节域，其中，转录激活域（第91～117位氨基酸残基）富含脯氨酸和丝氨酸，转录抑制域（第181～388位氨基酸残基）富含脯氨酸，表明KLF4对基因转录起激活和抑制双重作用。除此之外，KLF4蛋白包含2个有效的核定位信号：一个位于锌指结构的N-端；另一个位于第1个锌指结构域的前方，2个核定位信号紧密相邻，两者都能单独有效地将KLF4转移至核内。

KLF4在机体广泛表达，主要表达于消化道、口腔、食管上皮、皮肤表皮、血管内皮及胸腺上皮细胞［2－3］。其中，胃肠道上皮细胞表达KLF4最为丰富，故又称之为GKLF，主要调节细胞的增殖、分化，并参与局部炎症反应。在睾丸中，尤其是减数分裂后的生殖细胞和支持细胞，KLF4呈高表达，提示其在睾丸分化中起重要作用。

KLF4在组织及细胞中的表达受多种因素调节，如炎症因子促进其表达，而抗炎因子则抑制其表达。干扰素-γ、TNF-α及脂多糖等炎症因子明显促进KLF4表达，从而活化巨噬细胞，加重炎症反应［4］。在中枢神经系统的小神经胶质细胞中，IL-1β作为一种重要的促炎因子可明显上调KLF4的表达［5］；而一些抗炎因子如TGF-β1则抑制KLF4表达。

2 KLF4与细胞增殖

KLF4在细胞增殖分化及胚胎发育过程中发挥重要作用。其可致细胞周期停滞于G1／S和G2／M期，从而抑制细胞的增殖［6］；并可与细胞周期调节蛋白抑制剂——p21WAF1／Cip1基因启动子中富含GC的特异性顺式作用元件作用，反式激活p21WAF1／Cip1，上调其表达，致细胞周期阻止，从而抑制细胞增殖［7］。此外，KLF4还可抑制细胞周期蛋白cyclin B1和cyclin D1基因的启动子，下调两者蛋白表达，致细胞阻滞于G2／M期，抑制细胞增殖并促进细胞凋亡［8－9］。体内研究也证实KLF4水平与细胞增殖状态相关，KLF4除可抑制细胞DNA合成外，对细胞内蛋白和胆固醇的生物合成也有明显抑制作用［10］。以上结论均阐明KLF4是一种生长抑制相关基因，抑制细胞增殖。

KLF4表达与细胞DNA损伤程度相关。在DNA轻度损伤可修复时，p53转录激活KLF4，KLF4表达明显上调，与p53相互作用，进一步激活细胞周期抑制靶基因p21，从而阻滞细胞周期；在DNA重度损伤不可修复时，HuR作为一种RNA结合蛋白与KLF4 mRNA的结合明显减少，导致KLF4 mRNA稳定性下降，KLF4表达明显下调，致使p53转录激活凋亡靶基因Bax［11］，导致细胞凋亡。以上结果提示，KLF4在DNA损伤机制中起重要作用。

此外，KLF4对平滑肌细胞的增殖分化也发挥着重要作用。KLF4和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activatedreceptorsγ，PPARγ）共同参与血管平滑肌细胞的增殖和分化。PPARγ抑制细胞增殖、促进细胞分化并具有抗炎及抗动脉粥样硬化等作用。相关研究证明，PPARγ过表达可快速诱导KLF4表达，且其激动剂吡格列酮能够在不影响KLF4基因转录的基础上增加KLF4蛋白的水平；反之，用靶向PPAR-γ的siRNA转染血管平滑肌细胞敲除PPAR-γ会降低KLF4的表达，同时能消除吡格列酮对KLF4表达的促进作用［12］。研究结果表明，KLF4是一个直接受PPARγ蛋白调控的下游靶基因。在血管平滑肌细胞中，PPARγ和KLF4通过相互调节来维持KLF4蛋白的稳定表达，从而共同影响血管平滑肌细胞的增殖分化。除了与PPARγ共同调节血管平滑肌细胞增殖分化之外，KLF4还通过调节血管平滑肌细胞标志基因和细胞周期调节基因的表达，对其表型转化发挥重要的调节作用。对于非平滑肌细胞如内皮细胞，KLF4则在血管损伤后通过抑制动脉炎症来调控新生内膜的形成［13］。

3 KLF4在肿瘤中的生物学功能

众多研究表明，KLF4在肿瘤发生发展过程中既可作为抑癌基因［14－17］，又可作为癌基因［18－20］，具有双重作用，同时其表达具有组织或细胞特异性。免疫组织化学和实时定量PCR等实验证实，在皮肤癌、T细胞白血病、胃癌、结肠癌、食管癌、膀胱癌及宫颈癌等多种肿瘤中，KLF4表达降低，且表达与胃癌和结肠癌的预后密切相关，可作为疾病预后不良的指标［14－15］。同时，体外实验证实，在结肠癌或胃癌中，KLF4低表达可促进肿瘤细胞增殖和转移，而KLF4过表达则可抑制结肠癌的形成、转移和浸润，促进肿瘤细胞的凋亡［16－18］。KLF4在众多肿瘤中表达下调的机制可能包括杂合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）、启动子甲基化记忆突变所致的蛋白质活性破坏等［21］。

KLF4基因抑制肿瘤发生、发展的机制目前尚不明确。研究显示，KLF4基因表达上调可阻止细胞从G1期进入S期，进而抑制细胞增殖。KLF4激活p21和p27等重要的细胞周期相关靶基因，并抑制cyclin D1，阻滞细胞于G1期，从而抑制肿瘤生长［22－24］。KLF4也可将细胞阻滞于G2／M期，进而发挥抑癌作用。

KLF4基因还可通过诱导细胞凋亡来抑制肿瘤细胞增殖。Wei等［25］研究发现上调KLF4表达可诱导胃癌细胞出现典型的凋亡，提示KLF4具有抑制肿瘤作用。在结肠癌和胃癌中，KLF4通过结合β-连环蛋白（β-catenin）转录激活结构域，抑制其介导的相关转录过程，从而抑制细胞的癌变和恶性转化［26－27］。另外Hu等［17］发现，肺癌中KLF4还可通过抑制端粒酶活性发挥其抑制肿瘤功能。总之，KLF4作为肿瘤抑制基因，其高表达可抑制肿瘤的形成和转移，并影响患者的预后。

在发育异常的口腔上皮、鳞状细胞癌及大多数乳腺癌中KLF4基因呈高表达［28］。研究显示，70%的人乳腺癌中KLF4表达升高，尤其在原位导管癌早期阶段最为明显，而且乳腺癌中KLF4的核内定位预示患者预后较差。在体外实验中抑制KLF4的表达会影响肿瘤干细胞的自我更新，并可降低乳腺癌细胞株MCF-7和MDA-MB-231的迁徙能力［29］。该现象可为研究KLF4基因的促癌机制提供一定的思路。

4 KLF4与免疫细胞

转录因子可有效诱导淋巴细胞的静默、终止分化以及影响淋巴细胞的归巢，对于免疫系统调节有着重要的作用。KLF4对免疫细胞的表达和成熟也起重要作用。KLF4在幼稚B细胞中低表达，而在pre-B细胞和成熟B细胞中不断增加。在对KLF4缺陷小鼠的研究中发现，极少的B细胞能进入S期完成细胞分裂，原因是KLF4能直接结合细胞周期蛋白D2的启动子并诱导其表达，而KLF4的低表达导致B细胞D2蛋白表达减少，从而抑制了B细胞的分裂增殖［30］。Yamada等［31］研究指出，KLF4转录因子可影响CD8＋T细胞亚群的分化，如KLF4上游因子ELF4缺失，直接影响KLF4的表达进而导致CD8＋CD44细胞失调。

此外，KLF4是Th17细胞分化的一个重要转录因子，在成熟T细胞中KLF4呈高表达，而在敲除KLF4小鼠体内，Th17细胞明显减少，表明KLF4是Th17细胞分化的一个重要调节因子［32］。研究表明，皮肌炎患者中miR-206下调，对靶基因KLF4的抑制作用减弱，致患者外周血中KLF4表达增加，从而促进Th17细胞分化，高水平的Th17细胞进一步推动疾病的发展［33］。在Th17细胞的分化过程中IL-6发挥着重要作用［34］。研究表明，KLF4可通过直接激活转录和影响启动子的乙酰化来调节树突状细胞分泌IL-6，并在IL-6启动子的染色质重组中起重要作用［27］。

综上所述，KLF4作为一种重要的锌指转录因子，广泛表达于体内多种组织及细胞中，参与细胞周期的分化和调节，抑制细胞增殖和DNA合成，在不同的细胞背景下显示出不同的功能。KLF4与肿瘤的发生、发展及预后密切相关，在许多肿瘤组织中呈高表达，起到促癌作用；KLF4亦可通过影响细胞周期、诱导细胞凋亡等途径抑制肿瘤细胞增殖，从而起到抑癌作用。另外，KLF4可调控B细胞和T细胞分化发育。

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1671-7783（2014）06－0545－04

10．13312／j．issn．1671－7783．y140260

*：通讯作者，教授，博士生导师，E-mail：sjwjs＠ujs．edu．cn

2014－09－29 ［编辑］刘星星