Krüppel样因子4与免疫细胞调控

孙　亮，李　鑫，姬文婕，魏路清　综述　张健鹏　审校



Krüppel样因子4与免疫细胞调控

孙亮1,2，李鑫2，姬文婕2，魏路清2综述张健鹏3审校

Krüppel样因子4；细胞因子；调控

炎性反应一旦启动，与炎症有关的细胞因子往往呈瀑布式表达，但这些细胞因子的表达并非是无序和随意的，而是受复杂的网络调控的。但细胞因子在时向上的反常表达及分泌不平衡, 可在局部及全身炎性反应的发生、发展中起决定作用。因此，调控细胞因子的表达方向就成为调控炎性反应发生、发展的重要基础。研究发现，在炎性反应发生、发展过程中，许多转录因子可调控细胞因子的表达，在众多的转录因子中，Krüppel样因子家族是目前的研究热点之一。因此，笔者重点对Krüppel样因子 4(KLF4)对细胞因子表达调控的研究进展进行综述。

1　Krüppel样因子家族

Krüppel样因子(Krüppel-likefactors，KLFs) 家族已发现17个成员，根据N-端结构不同，17个成员分为3个亚组[1，2]，即第一组KLF3、KLF8和KLF12，第二组KLF1、KLF2、KLF4、KLF6和KLF7，第3组KLF9、KLF10、KLF11、KLF13、KLF14 和KLF16。虽然3个亚组中KLFs在功能上有所区别，但在同一亚组中不同的KLFs在部分功能上可出现重叠或互补[3]。

KLF4是第二组成员之一，由于其自身的结构特点，可以特异识别并结合靶基因启动子区富含GC的DNA序列[4，5]。与靶基因启动子结合后KLF4 可发挥激活和抑制基因转录两种功能，在不同的生理状态下发挥着不同的转录调节活性。研究发现，KLF4可单独或者与其他信号途径发挥协同调节多种细胞因子的表达[6]，在炎性反应中发挥重要作用。

2　KLF4对免疫细胞的调控

2.1对单核吞噬系统的调节单核-巨噬细胞属于免疫细胞，在炎性反应中发挥重要作用，调控单核-巨噬细胞的分化及细胞因子的分泌，对控制炎症的发展具有重要意义[7，8]。对患病儿童外周血单个核细胞(PBMCs)的研究发现，哮喘急性发作期，PBMCs细胞内KLF4mRNA和IL-17mRNA水平均分别高于缓解期和健康对照组，且KLF4mRNA和IL-17mRNA的表达呈正相关，因此认为KLF4是IL-17的正调节因子[9]。同样，KLF4也是调控巨噬细胞表型分化及细胞因子分泌的重要转录因子[10]，对LPS刺激的RAW264.7小鼠巨噬细胞研究后发现，KLF4高表达可通过抑制IL-1β、IL-6 启动子的转录活性抑制LPS诱导的IL-1β、IL-6 表达和释放[11，12]；高表达的KLF4能够增加IL-10启动子的转录活性，增加LPS诱导的IL-10表达[13]。同时，应用LPS刺激RAW264.7 巨噬细胞后，KLF4高表达的巨噬细胞高迁移率族蛋白B1(HMGB1)在细胞浆及细胞核中表达明显增高，而KLF4低表达的RAW264.7 巨噬细胞HMGB1表达明显降低[14]。Feinberg等[15]对人J774a巨噬细胞的研究发现,KLF4过表达可至诱导型一氧化氮合成酶 (iNOS) 的产生增加, 干扰KLF4 的表达能显著削弱IFN-γ和LPS诱导的iNOS表达。然而对于KLF4诱导巨噬细胞iNOS分泌的研究亦存在差异，Liao等[16]将KLF4缺失的巨噬细胞暴露大肠杆菌中则发现，低表达KLF4也能使巨噬细胞中iNOS表达升高，且KLF4缺失的巨噬细胞展现出更好的抗菌活性。

2.2对淋巴细胞的调节淋巴细胞是白细胞的一种，由淋巴器官产生，是机体免疫应答功能的重要细胞成分。研究发现，KLF4不仅对淋巴细胞表型分化具有调控作用[17]，同时也可调节淋巴细胞细胞因子的分泌，对CD4+Tcells的研究发现，KLF4可直接结合于IL-17α基因上的启动子，促进IL-17a的表达[18]。虽然淋巴细胞在炎性反应中发挥重要作用，但由于KLF4对淋巴细胞细胞因子分泌的影响研究较少。因此，不能明确在炎性反应时，KLF4在淋巴细胞中对其他细胞因子的表达是否也存在影响。

2.3对内皮细胞的调节血管内皮细胞在炎性反应时高表达黏附分子，与血流中白细胞表面黏附分子相互作用，从而介导白细胞穿越血管壁。因此，在炎性反应时调节炎症刺激所诱发的生物反应[19]。Hamik[20]对血管内皮细胞的研究发现，KLF4可诱导eNOS在血管内皮的表达，并可抑制血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)的表达。通过在敲除KLF4基因的内皮细胞中研究发现，敲除KLF4基因后，内皮细胞内由TNF-α诱导的VCAM-1表达增加。

2.4对神经胶质细胞的调节神经胶质细胞虽然不是免疫细胞，但存在部分免疫应答功能。Kaushik[21]应用LPS刺激神经胶质细胞发现，敲除KLF4后不但TNF-a,MCP-1 和IL-6的表达明显降低，而且iNOS和环加氧酶-2(Cox-2)的表达同时降低。但随后KaushikDK应用IL-β刺激相同的神经胶质细胞(BV-2 细胞)发现，敲除KLF4后Cox-2也降低，但高表达的KLF4也导致iNOS的表达降低[22]。笔者认为，造成以上不同结果，可能与细胞所暴露的环境，以及刺激物的浓度不同有关。

2.5对树突状细胞的调节树突状细胞(dendriticcells,DC)是机体功能最强的专职抗原递呈细胞(antigenpresentingcells,APC)，也是自身免疫细胞中的一种。在炎性反应过程中，DC不但提呈抗原，同样可分泌细胞因子，调节炎性反应。Jason等[23]在应用LPS刺激树突状细胞中研究发现，低表达KLF4也能明显减少IL-6的表达。

2.6对其他细胞的调节TetreaultMP等在构建食管鳞状细胞癌模型过程中，对KLF4高表达的食管角化上皮的研究发现，在造模3个月及6个月CXCL5、TNF-α、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)和IL-1α明显增高[24]。ZahltenJ等对肺泡上皮细胞的研究同样发现，KLF4可抑制肺炎球菌诱导的NF-κB及IL-8报告基因的激活和蛋白的释放[25]。对肾小管细胞的研究发现，KLF4 能够明显减轻由TGF-β1诱导的炎性反应[26]。

3　KLF4调节细胞因子表达的机制

3.1直接调控如上所说，由于KLF4自身的结构特点，其可特异识别并结合靶基因启动子区富含GC的DNA，直接调控靶基因的表达。序列生物信息学的分析发现, 在IL-1、IL-10、IL-15、IL-12、IL-18、IFN-γ、IL-3、IL-5 等炎症介质基因的启动子区含有KLF4 的结合元件，提示KLF4 可能与这些炎性介质的启动子直接结合, 调控这些炎性介质的表达[27]。不但如此，KLF4可能与更多的炎性介质基因启动子中的KLF4结合元件结合调控炎性介质的表达。

3.2干扰或增强其他信号途径NF-KB是系统性炎性反应的重要决定因子，NF-KB通过与数种基因启动子和内含子中的特定DNA序列结合而发挥转录因子作用。阻断NF-KB激活将有助于减少细胞因子的表达，治疗全身炎性反应和其他炎性疾病[28]。研究发现，KLF4可在多种细胞中阻断NF-κB的激活，进而减少促炎因子的表达，从而改善炎性反应，并在研究中发现这种阻断作用可能是由于提高了NF-KB阻断剂IκB的水平而发挥作用。同时，高表达的KLF4通过激活NF-KB，明显增加促炎因子的表达而加重炎性反应[24]。KLF4 通过与iNOS启动子区的KLF4结合位点结合(-95和-212bp)以及与NF-kB家族成员p65 的相互作用共同诱导iNOS的表达[15]。近期研究也发现，KLF4是糖皮质激素核受体信号感受器，在细胞内可与糖皮质激素受体(GR)发挥协同作用，共同调控GR信号作用后续基因的表达[29]。SevillaLM发现，KLF4与GR共同调控抗炎基因Tsc22d3和Zfp36的表达[6]。

3.3染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程，是一个重要的表观遗传学机制。研究发现，KLF4在体内及体外均可被P300乙酰化进而影响一些基因的表达[30]，Jason等[23]也发现，KLF4可通过乙酰化或去乙酰化重塑IL-6的启动子来影响IL-6的表达，但在研究中Jason也指出，这只是KLF4影响IL-6表达的其中一个机制。

3.4作为转运蛋白Shen等[31]对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的研究发现，KLF4可表达于HEK-293 及内皮细胞表面，kallistatin(一种丝氨酸蛋白酶抑制剂)可通过内皮细胞表面表达的KLF4，进入内皮细胞并在内皮细胞内上调eNOS的表达，促进NO的生成进而减轻炎性反应，但这种机制是否是KLF4调节细胞因子表达的明确机制，尚未被其他实验所验证。

3.5细胞因子间相互激活细胞因子的表达是一个复杂的网络，许多细胞因子的表达可以刺激炎症细胞表达其他细胞因子。比如，肾脏近端小管上皮TGF-β1表达后，又可诱导单核细胞驱化蛋白-1 (MCP-1)、IL-8、巨噬细胞炎性蛋白-3α(MIP-3α) 的表达[32-34]。在对巨噬细胞的研究中，LiuL等[11]也提出KLF4 对IL-6 调控，并非与IL-6基因的启动子区相结合而实现，而是通过调控其他细胞因子而调控IL-6 的表达和释放。

4　细胞因子对KLF4表达的影响

KLF4不只是调节细胞因子的表达，在多种细胞中，一些细胞因子也可与KLF4基因中的启动子结合诱导KLF4的表达[35]。研究发现，在巨噬细胞中，干扰素-γ(IFN-γ)，脂多糖(LPS) 及肿瘤坏死因子-α(TNF-α) 等促炎细胞因子均可显著诱导KLF4表达；一些抗炎因子如TGF-β1也能够抑制KLF4 的表达，减轻炎性反应[15]。同样，在乳腺癌SK-BR-3细胞中，TNF-α也可诱导KLF4表达，促进结肠癌细胞的凋亡[36]。Chen等[37]发现在结肠癌细胞中，IFN-γ也可上调KLF4的表达，抑制结肠癌细胞的生长，促进结肠癌细胞的凋亡。对血管内皮细胞的研究也同样发现，TNF,IL-I,IFN-γ以及LPS可诱导KLF4的表达[20]。

但是，关于IL-1β对KLF4的影响则存在争议，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[22]；对小鼠心肌细胞的研究则发现IL-1β对KLF4的表达并无影响[38]。

综上所述，KLF4对细胞因子表达的调节呈环境依赖性，在同一个细胞中、同一个生理过程中，KLF4可同时调节多种细胞因子的表达。而在不同的细胞、不同的生理过程中也可调节同一个细胞因子的表达。但必须指出，KLF4在不同的细胞中对细胞因子的调控表达也可能与炎性反应调控无关，而是参与其他生理过程。

由于KLF4在一些慢性炎性反应疾病(如慢性阻塞性肺疾病、肺间质纤维化等)中的研究尚处初始阶段。因此，KLF4在炎症性疾病中对炎性反应的调节能否成为治疗炎症性疾病的潜在靶点目前尚不明确，仍然需要对其在炎性反应中的作用及调节机制作深入研究。

[1]BiekerJJ.Krüppel-likefactors:threefingersinmanypies[J].JBiolChem, 2001, 276(37): 34355-34358.

[2]MooreDL,AparaA,GoldbergJL.Kruppel-liketranscriptionfactorsinthenervoussystem:novelplayersinneuriteoutgrowthandaxonregeneration[J].MolCellNeurosci, 2011, 47(4):233-243.

[3]HeardME,PabonaJM,ClaybergerC, et al.ThereproductivephenotypeofmicenullfortranscriptionfactorKruppel-likefactor13suggestscompensatoryfunctionoffamilymemberKruppel-likefactor9intheperi-implantationuterus[J].BiolReprod,2012, 87(5):115.

[4]ShieldsJM,YangVW.IdentificationoftheDNAsequencethatinteractswiththegut-enrichedKrüppel-likefactor[J].NucleicAcidsRes,1998,26(3): 796- 802.

[5]陈雪芬，姬文婕，魏路清.Krüppel样因子4在肺纤维化中的作用研究现状[J].武警后勤学院学报(医学版),2013, 22(7):662-665.

[6]SevillaLM,LatorreV,CarcellerE, et al.GlucocorticoidreceptorandKlf4coregulateanti-inflammatorygenesinkeratinocytes[J].MolCellEndocrinol,2015，S0303-7207(15):275-277.

[7]MosserDM,EdwardsJP.Exploringthefullspectrumofmacrophageactivation[J].NatRevImmunol,2008,8(12):958-969.

[8]EdwardsJP,ZhangX,FrauwirthKA, et al.Biochemicalandfunctionalcharacterizationofthreeactivatedmacrophagepopulations[J].JLeukocBiol， 2006，80(6): 1298-1307.

[9]徐庆雷,朱宝林,马小波.等.哮喘患儿外周血单个核细胞microRNA-206 表达及意义[J]. 临床儿科杂志,2015, 33 (2):105-108.

[10]LiaoX,SharmaN,KapadiaF, et al.Krüppel-likefactor4regulatesmacrophagepolarization[J].2011,121(7):2736-2749.

[11]冯衍生,刘梅冬,刘瑛.等.Kruppel样因子 4 对内毒素所致IL-6 基因表达的调控及机制研究[J].生物化学与生物物理进展,2009, 36(10): 1313-1318.

[12]LiuJ,YangT,LiuY, et al.Krüppel-likefactor4inhibitstheexpressionofinterleukin-1betainlipopolysaccharide-inducedRAW264.7macrophages[J].FEBSLett,2012,586(6):834-840

[13]LiuJ,ZhangH,LiuY, et al.KLF4regulatestheexpressionofinterleukin-10inRAW264.7macrophages[J].BiochemBiophysResCommun, 2007,362(3):575-581.

[14]LiuJ,LiuY,ZhangH,et al.KLF4promotestheexpression,translocation,andreleaseofHMGB1inRAW264.7macrophagesinresponsetoLPS[J].Shock,2008,30(3):260-266.

[15]FeinbergMW，CaoZ，WaraAK，et al.Krüppel-likefactor4isamediatorofproinflammatorysignalinginmacrophages[J].JBiolChem，2005, 280(46): 38247-38258.

[16]LiaoX,SharmaN,KapadiaF, et al.Krüppel-likefactor4regulatesmacrophagepolarization[J].JClinInvest, 2011,121(7):2736-2749.

[17]MamonkinM,ShenY,LeePH, et al.DifferentialrolesofKLF4inthedevelopmentanddifferentiationofCD8+Tcells[J].ImmunolLett,2013,156(1-2):94-101.

[18]AnJ,GolechS,KlaewsongkramJ, et al.Krüppel-likefactor4 (KLF4)directlyregulatesproliferationinthymocytedevelopmentandIL-17expressionduringTh17differentiation[J].FASEBJ,2011,25(10):3634-3645.

[19]MariaR.DiChiara,JeanneMarieKiely,MichaelA.Gimbrone,Jr.,Mu-EnLee,MarkA.Perrella,JamesN.TopperInhibitionofE-SelectinGeneExpressionbyTransformingGrowthFactorβinEndothelialCellsInvolvesCoactivatorIntegrationofSmadandNuclearFactorκB-MediatedSignals[J].JExpMed,2000September5,192(5): 695-704.

[20]HamikA,LinZ,KumarA, et al.Kruppel-likefactor4regulatesendothelialinflammation[J].JBiolChem, 2007,282(18):13769-13779.

[21]KaushikDK,GuptaM,DasS, et al.Krüppel-likefactor4,anoveltranscriptionfactorregulatesmicroglialactivationandsubsequentneuroinflammation[J].JNeuroinflammation,2010(7):68.

[22]KaushikDK，ThounaojamMC，KumawatKL， et al.Interleukin-1βorchestratesunderlyinginflammatoryresponsesinmicrogliaviaKrüppel-likefactor4[J].JNeurochem， 2013,127( 2): 233-244.

[23]RosenzweigJM,GlennJD,CalabresiPA,et al.KLF4modulatesexpressionofIL-6indendriticcellsviabothpromoteractivationandepigeneticmodification[J].JBiolChem,2013,288(33):23868-23874.

[24]TetreaultMP,WangML,YangY, et al.Klf4overexpressionactivatesepithelialcytokinesandinflammation-mediatedesophagealsquamouscellcancerinmice[J].Gastroenterology,2010,139(6):2124-2134.

[25]ZahltenJ,HertaT,KabusC, et al.PneumococciLytA-dependentKLF4ExpressionTerminatesIL-8SecretioninLungEpithelium[J].AmJRespirCellMolBiol,2015.53(3),273-276.

[26]MreichE,ChenXM,ZakyA, et al.TheroleofKLF4inTGFβinducedinflammatoryandfibroticresponsesinhumanproximaltubulecells[J].ClinExpPharmacolPhysiol, 2015(10)：1111/1440-1681.

[27]周智君, 张华莉, 刘俊文.等.KLF4 在内毒素血症小鼠中的表达模式及其意义[J]. 中国实验动物学报,2008,16(3),167-171.

[28]ShibataW,MaedaS,HikibaY, et al.Cuttingedge:theIkappaBkinase(IKK)inhibitor,NEMObindingdomainpeptide,blocksinflammatoryinjuryinmurinecolitis[J].JImmunol, 2007,179(5):2681-2685.

[29]KnoedlerJR,DenverRJ.Krüppel-likefactorsareeffectorsofnuclearreceptorsignaling[J].GenCompEndocrinol,2014,203:49-59.

[30]EvansPM,ZhangW,ChenX, et al.Kruppel-likefactor4isacetylatedbyp300andregulatesgenetranscriptionviamodulationofhistoneacetylation[J].JBiolChem, 2007，282(47)：33994-34002.

[31]ShenB,SmithRSJr,HsuYT,et al.Kruppel-likefactor4isanovelmediatorofKallistatinininhibitingendothelialinfla-mmationviaincreasedendothelialnitricoxidesynthaseexpression[J].JBiolChem,2009,284(51):35471-35478.

[32]QiW,ChenX,HolianJ, et al.Transforminggrowthfactorbeta1differentiallymediatesfibronectinandinflammatorycytokineexpressioninkidneytubularcells[J].AmJPhysiolRenalPhysiol, 2006,291(5):F1070-1077.

[33]QiW,ChenX,ZhangY, et al.Highglucoseinducesmacrophageinflammatoryprotein-3alphainrenalproximaltubulecellsviaatransforminggrowthfactor-beta1dependentmechanism[J].NephrolDialTransplant, 2007,22(11):3147-3153.

[34]WangWM,ZhangHD,JinYM, et al.PPAR-gammaagonistsinhibitTGF-beta1-inducedchemokineexpressioninhumantubularepithelialcells[J].ActaPharmacolSin, 2009,30(1):107-112.

[35]ChenZY,ShieJL,TsengCC.STAT1isrequiredforIFN-gamma-mediatedgut-enrichedKrüppel-likefactorexpression[J].ExpCellRes,2002,281(1):19-27.

[36]刘彩云，史建红，周金飒，等.肿瘤坏死因子α调节乳腺癌SK-BR-3细胞中KLF4表达及其机制研究[J]. 肿瘤防治研究,2015,42(2).117-120.

[37]ChenZY，ShieJ，TsengC.Up-regulationofgut-enrichedKrüppel-likefactorbymainhumancoloncarcinomacells[J].FEBSLett，2000, 477(1-2): 67-72.

[38]CullingfordTE,ButlerMJ,MarshallAK,elal.DifferentialregulationofKruppel-likefactorfamilytranscriptionfactorexpressioninneonatalratcardiacmyocytes:effectsofendothelin-1,oxidativestressandcytokines[J].BiochimBiophysActa, 2008, 1783(6), 1229-1236.

(2015-06-22收稿2015-10-17修回)

(责任编辑张楠)

国家自然科学基金 (81441101) ,武警后勤学院基础研究项目(WHJ2015020)

孙亮,博士研究生, 主治医师。

1.100853北京，解放军医学院；2.300162天津，武警后勤学院附属医院呼吸与重症医学科；3.100039北京，武警总医院呼吸科

张健鹏，E-mail：zjp99@vip.sina.com

392.1