Kruppel樣因子15
——多功能轉錄因子的功能研究

李 麗，朱 偉，魏 盟(綜述),趙 清(審校)

(上海交通大學附屬第六人民醫院心內科，上海 200233)

Kruppel樣因子15(Kruppel-like factor-15，KLF15)由KLF15基因表達，具有3個高度保守的鋅指結構[1]。研究證實,3個鋅指結構具有核定位信號，使KLF15轉入細胞核并與DNA的CACCC元件和富含GC區連接定位，而鋅指結構2和3是KLF15進行核定位的必備條件[2]。KLF15在組織器官中廣泛表達，尤以心臟、腎、肝、脂肪細胞、骨骼肌為甚，KLF15的表達受許多物質的調控：激活的糖皮質激素受體、糖皮質激素信號、禁食等上調 KLF15表達，喂食、肥胖、白細胞介素17等抑制其表達[3]。KLF15在心臟疾病、腎病、糖代謝、能量利用等諸多方面具有重要功能。該文就KLF15功能的研究進展進行綜述。

1 KLF15在代謝中的作用

1.1KLF15在糖代謝中的作用 KLF15在肝臟中大量表達，在飽食和肥胖小鼠中KLF15的表達受到抑制。磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、葡萄糖-6-磷酸酶、過氧化物酶體增殖激活受體γ共激活因子1α均參與調節糖異生相關酶的基因表達。研究表明，KLF15與過氧化物酶體增殖激活受體γ共激活因子1α在協同作用下調節糖異生和氨基酸降解酶的基因表達。在培養的肝細胞中過量表達KLF15降低磷酸烯醇丙酮酸羧激酶基因表達，而腺病毒轉染特異性KLF15 mRNA的shRNA不僅抑制KLF15 mRNA，而且降低磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶mRNA的表達。特異性剔除糖尿病小鼠肝臟KLF15可明顯降低糖異生和氨基酸降解酶的基因表達并改善高血糖狀態。二甲雙胍是有效的降糖藥物，Takashima等[4]證實,二甲雙胍通過降解和下調KLF15 mRNA的表達水平達到降糖的目的。胰島素抵抗，糖利用率的下降是引起2型糖尿病的重要原因，而胰島素抵抗是由于缺乏葡萄糖轉運體4(glucose transport 4，GLUT4)。研究表明，在脂肪細胞和肌細胞中過表達KLF15可有效誘導GLUT4的表達。Gray等[5]采用共轉染技術證實，KLF 15與心肌增強因子協同激活GLUT4增強子。

1.2KLF15在脂肪細胞中的多種作用 研究表明，KLF15是脂肪形成晚期的調節因子[6]。肥胖小鼠的脂肪組織中KLF15表達明顯下調。Nagare等[7]建立脂肪組織特異型KLF15轉基因小鼠模型(aP2-KLF15 Tg)來研究其在脂肪組織(白色脂肪組織和棕色脂肪組織)中的作用，與對照組相比，aP2-KLF15 Tg小鼠胰島素分泌增加，糖耐量相應增加(P<0.01)。過表達KLF15增加脂肪組織線粒體的功能和過氧化物酶β的氧化，進而增加氧耗。硬脂酰-輔酶A脫氫酶1(stearoyl-CoA desaturase 1，SCD1)在肥胖病的發生、發展中發揮重要作用，脂肪細胞過表達KLF15呈劑量依賴性地抑制SCD1的表達，KLF15通過與SCD1啟動子連接發揮抑制作用。與其他組織相比胰島細胞對氧化應激更為敏感。體外培養β細胞系MIN6細胞，與對照組相比，腺病毒轉染KLF15的細胞氧化應激明顯下降(P<0.01)，這種抑制作用在aP2-KLF15 Tg小鼠中得到驗證。研究還建立SCD1 Tg和aP2-KLF15 Tg雙轉基因模型，與aP2-KLF15 Tg相比，雙轉基因小鼠血糖水平增加，胰島素分泌減少，血漿和白色脂肪組織的脂質過氧化物作用上調。研究數據表明，KLF15轉基因小鼠下調SCD1的表達，從而降低氧化應激，增加胰島β細胞，促進胰島素分泌，抵抗高脂飲食造成的肥胖。

乙酰輔酶A是各種代謝通路(脂肪酸代謝、膽固醇生物合成、三羧酸循環)的中間產物，由乙酰輔酶A合成酶2合成。研究發現，過表達KLF15誘導乙酰輔酶A合成酶2基因的轉錄表達，并與饑餓誘導的乙酰輔酶A合成酶2基因表達有關[8]。

2 KLF15對心血管的保護作用

心肌肥厚是對心肌損傷、血液動力學壓力增加的反應，是心力衰竭和死亡的征兆。心肌肥大的患者和大鼠模型中，KLF15的心肌表達量明顯下降。剔除KLF15的小鼠對壓力超負荷表現為心臟重量增加，肥厚基因過度表達，心肌細胞增大，左心室腔擴大，最終發展為離心性心臟肥厚。而新生大鼠心室肌過表達KLF15則抑制心肌細胞變大，抑制蛋白合成，并抑制肥厚性基因的表達，從而抑制心肌肥厚。Fisch等[9]證實,KLF15能有效地抑制促肥厚因子GATA4和心肌增強因子2的功能，進而抑制肥厚因子心鈉肽(atrial natriuretic peptide，ANF)和腦鈉肽(brain natriuretic peptide，BNP)啟動子的轉錄激活達到抑制心肌肥厚的目的。也有研究表明，KLF15強有效地抑制心肌素相關轉錄因子A和B,小鼠心肌細胞過表達KLF15能明顯抑制血管緊張素Ⅱ誘導的心肌肥厚[2]。Haldar等[10]發現，心力衰竭和主動脈瘤患者KLF15的水平下降，而剔除KLF15的小鼠產生嚴重的心力衰竭，并形成主動脈瘤。p53過度乙?；瘜е滦募〔『椭鲃用}病的發生。研究表明,KLF15的激活能夠抑制p300介導的p53乙?；乐剐牧λソ吆椭鲃用}瘤的產生。

Wnt/β聯蛋白信號通過調節心肌祖細胞的分化調控心臟重構，KLF15通過抑制β聯蛋白調節成人心臟中心肌祖細胞內環境穩態。這一認知可能成為增強心肌內源性修復的有效方法[11]。心肌纖維化是心肌重構的重要特征，而結締組織生長因子在心肌纖維化過程中起關鍵作用。研究發現，新生大鼠心室成纖維細胞過表達KLF15能夠抑制結締組織生長因子和轉化生長因子β1誘導的結締組織生長因子表達，從而抑制心肌纖維化[12]。此外，KLF15抑制血管平滑肌的增殖和遷移。Lu等[13]分別線性損傷剔除KLF15的小鼠和對照組，發現基因剔除小鼠平滑肌細胞增殖遷移，新生內膜過度生長。因此，KLF15成為血管對損傷的應答重要調節因子。

3 KLF15在腎臟疾病中的保護作用

足細胞的去分化是腎小球疾病的重要標志，研究發現KLF15促進足細胞的分化，KLF15在分化的足細胞中表達量增加，維甲酸促進足細胞中KLF15的表達。與未給予維甲酸的對照組相比，維甲酸組明顯促進KLF15與足細胞特異基因上的啟動子區域連接。對照組和人類免疫缺陷病毒感染組過表達KLF15明顯增加足細胞分化標志物的表達。人類免疫缺陷病毒感染相關腎病或特發性局灶節段性腎小球硬化患者其腎小球KLF15的表達量顯著降低。研究表明，KLF15能夠有效地抑制腎臟疾病的發生，成為治療足細胞損傷相關腎病的潛在新視點[14]。

此外，低蛋白飲食能夠抑制KLF15的表達，限制腎纖維化[15]。KLF15能夠降低腎小球細胞胞外基質的表達，抑制腎小球硬化，起到腎保護作用。不少研究者對部分腎切除的大鼠進行蛋白飲食控制研究，發現與正常蛋白飲食組相比，低蛋白飲食組能夠降低蛋白尿和血尿素氮水平，并減弱腎損傷[16]。腎部分切除后的殘余腎對KLF15的表達下降，而給予低蛋白飲食能夠促進剩余正常腎組織對KLF15的表達[16]。氧化應激、轉化生長因子β和腫瘤壞死因子α能夠抑制腎小球系膜細胞KLF15的表達，這種抑制作用通過腫瘤壞死因子受體1和核因子κB通路發揮作用。研究發現，系膜細胞過表達KLF15明顯降低纖連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白mRNA的表達水平，而在單側腎切除的小鼠中剔除KLF15后，其對各種刺激更為敏感，更易發展成為腎小球硬化[16]。

4 KLF15在骨骼肌中的作用

骨骼肌在運動期間提高脂質利用的能力是代謝可塑性的形式之一，對于機體的存活具有重要意義。研究證實，KLF15在骨骼肌對脂質利用和骨骼肌生理功能方面起重要作用。而缺乏KLF15的小鼠骨骼肌表現出異常的脂質和能量代謝，對糖類的過度依賴，肌肉極度疲勞，運動耐量受損。Haldar等[17]發現，做急性耐力運動的小鼠對KLF15的表達明顯升高，而KLF15剔除的小鼠運動耐力明顯降低，且肌肉極易疲勞。新生小鼠的肌肉中KLF15的表達量極低，而其表達量在生后隨著肌纖維的成熟逐漸增加。隨后，Haldar等[17]檢測剔除KLF15的小鼠中脂質通量通路中一系列相關基因的表達，發現相關基因的表達均明顯降低，包括調節脂肪酸轉運基因、線粒體脂質氧化相關基因、肌內脂質貯存相關基因，需要指出的是，這些相關基因表達的下調與其他調節骨骼肌脂質通量關鍵轉錄因子無關。此次研究還發現，在有氧耐力運動實驗中，剔除KLF15的小鼠呈現異常的底物和能量代謝，其血中脂肪酸水平升高，氧化代謝和脂質利用率降低，而以燃燒糖類作為維持能量消耗增加，進一步證實了KLF15在骨骼肌脂質利用及骨骼肌本身生理功能中的關鍵作用。

面肩肱型肌營養不良癥(facioscapulohumeral muscular dystrophy,FSHD)是一種顯性遺傳病，與染色體4長臂上端粒酶D4Z4重復序列的部分缺失有關。D4Z4重復序列含有一個較強的轉錄增強子，能夠激活FSHD相關基因。Dmitriev等[18]研究發現，該增強子能夠與KLF15連接。過表達KLF15激活D4Z4增強子引起雙同源框4-著絲粒和FSHD結構基因2的過表達。而在人類成纖維細胞中，D4Z4增強子能夠被肌源因子生肌決定因子激活，而這一作用又能被KLF15的失活所抵消，因此KLF15是肌源因子和D4Z4增強子之間的分子連接，在FSHD的發生、發展中起重要作用。

5 KLF15在其他方面的作用

KLF15不僅在代謝、心臟疾病、腎硬化、骨骼肌脂質代謝方面有重要作用，在其他方面同樣起著不可或缺的作用。最近的研究證實了生物鐘在調節心臟代謝、生長及對損傷應答方面的直接作用。Jeyaraj等[19]發現，KLF15的表達呈時間依賴性，而心臟離子通道的表達和QT間期的變化在KLF15的調控下呈現內源性的節律性。鉀離子通道相互作用蛋白2是產生瞬時外向鉀電流必需的重要亞單位，而KLF15的表達能夠調節鉀離子通道相互作用蛋白2的節律性表達。KLF15的過量或缺乏均可導致QT間期變化失節律，異常復極，室性心律失常。此外，Jeyaraj等[20]還發現，KLF15對調節機體氮平衡的多種酶進行節律性調控表達，使得氮穩態在KLF15的調控下呈現晝夜節律性。

糖皮質激素通過調節呼吸道平滑肌的結構和功能以達到治療哮喘的目的，但是糖皮質激素發揮作用的下游目標基因還未得到證實。Masuno等[21]在地塞米松處理人類呼吸道平滑肌24 h后應用轉錄分析技術和定量聚合酶鏈反應對近7500個基因進行分析，篩選出KLF15。對剔除KLF15的小鼠給予卵蛋白致敏處理，發現呼吸道對乙酰膽堿的反應消失，炎性反應減少。過表達KLF15減少人類呼吸道平滑肌細胞的增生，而剔除KLF15的小鼠呼吸道平滑肌細胞的凋亡明顯增加，從而證實了KLF15在調節呼吸道功能中的重要作用。

6 小 結

具有鋅指結構的轉錄因子KLF15是Kruppel樣轉錄因子家族中的一員，在諸多生物過程中發揮重要而關鍵的作用：下調KLF15的降糖作用，抑制肥胖，抑制心臟肥厚，防止心力衰竭和主動脈瘤的產生，抑制平滑肌細胞的增殖和遷移，抑制腎小球硬化，抑制腎臟疾病的發生和發展，增加骨骼肌脂質利用，提高骨骼肌運動耐量，調節心臟節律，調節體內氮穩態的晝夜節律，調節呼吸道平滑肌的高反應性等。隨著對KLF15研究的越來越深入，其功能受到越來越多的認識和重視，鑒于其重要而廣泛的功能，KLF15有望成為臨床上治療疾病的新靶點和新方向。

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