Kruppel 樣因子15 在心血管系統作用的研究進展

徐麗新，吳志偉，陳華)

(1. 桂林醫學院，廣西 桂林；2. 桂林醫學院附屬醫院，廣西 桂林；3. 桂林醫學院第二附屬醫院，廣西 桂林)

1 KLF15 對心臟纖維化的影響

心臟纖維化與大部分的心血管疾病有著密切關系，尤其是心肌梗死和心力衰竭。纖維化本身是創傷愈合和組織修復的一種適應性反應，然而它的持續激活是非常有害的，可以使心臟發生結構改變和功能衰竭而導致死亡。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 抑制心肌纖維化[1]。KLF15 可通過反饋調節轉化生長因子-β(TGF-β)，抑制重組人結締組織生長因子(CTGF)及心肌素相關轉錄因子A(MRTF-A)的作用，減輕心肌間質纖維化及心肌成纖維細胞表型轉變，從而改善心功能[2]。

2 KLF15 對心肌肥厚的影響

心肌肥厚是高血壓、心肌梗死等各種重大心血管疾病發生發展的重要病理過程，在心肌損傷、血管病變等因素誘發下，表現出心臟負荷超載應激性改變。如果不能在早期階段對其發病過程進行干預，將不可逆轉地誘發心肌細胞死亡、心肌纖維化等病理變化，最終導致心臟功能紊亂、心力衰竭及心源性猝死等嚴重后果。新近研究表明，KLF15 對心肌肥厚具有顯著的抑制效應。在小鼠模型中，全身敲除KLF15 表達后，小鼠心肌肥厚的程度明顯加重[2]。

心臟肥大伴隨著心臟基因表達的重編程和編碼蛋白質的“胎兒”心臟基因的激活，涉及收縮、鈣處理和代謝。已經確定了特異性轉錄因子，如MEF2、GATA4、NFAT、SRF 和心肌素，可以激活這種胎兒基因程序[3-4]。Fisch 等[5]研究發現KLF15在肥厚的嚙齒動物模型中表達降低，KLF15 是一種心肌肥厚的抑制因子，KLF15 缺失的小鼠存在心肌肥厚過度和明顯的心力衰竭，KLF15 能有效地抑制促肥厚因(GATA4)和心肌增強因子2(MEF2)的功能，進而抑制肥厚因子心鈉肽(ANF)和腦鈉肽( BNP)啟動子的轉錄激活達到抑制心肌肥厚的目的。Leenders 等[6]研究證實了KLF15 能競爭性與心肌素相結合，從而有效抑制SRF 的轉錄調控作用，抑制心肌細胞肥大，心肌成纖維細胞KLF15 的持續低表達是影響心肌重塑轉歸的一個重要決定因素；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，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；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。KLF15 在新生大鼠心臟中表達較少，而在成年大鼠心臟中表達量達到高峰[7]。KLF15缺乏的小鼠，心鈉素和腦鈉素的表達都異常升高，并在超負荷壓力下發生嚴重的心肌肥大并伴有心衰，提示KLF15 對于心肌肥大具有抑制作用[8]。Noack 等[9]研究表明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，而KLF15 與Wnt /β-連環蛋白途徑組分之間的新的心臟相互作用，導致轉錄的抑制KLF15 通過抑制β-連環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。Fisch 等[5]也證實 KLF15 是壓力負荷性心肌肥厚的新型抑制劑。

3 KLF15 對心力衰竭的影響

心力衰竭是指在多種致病因素作用下，心臟泵功能發生異常變化，導致心輸出量絕對減少或相對不足，以致不能滿足機體組織細胞代謝需要，患者有明顯的臨床癥狀和體征的病理過程。眾所周知，KLF15 是全身葡萄糖穩態，脂質通量和利用以及氨基酸分解代謝的調節劑。FanL 等[10]研究表明，KLF15 通過GLUT4 調節胰島素分泌，增加胰島素敏感性和葡萄糖攝取改善心肌代謝，從而防止心力衰竭的發生。分子和遺傳學證據確定轉錄因子KLF15 是心臟中BCAA 分解代謝調節的關鍵上游調節因子，使用遺傳小鼠模型的研究表明，BCAA 分解代謝缺陷促進與誘導的氧化應激和代謝紊亂相關的心力衰竭以響應機械過載[11]。Zhang 等[12]研究表明，在心臟BCAA 代謝的晝夜節律振蕩是由KLF15 介導的。

Fisch 等[5]表明心臟肥大是對損傷和血流動力學應激的常見反應，也是心力衰竭和死亡的重要前兆。啟動子分析和凝膠移位研究的組合表明KLF15 可以抑制GATA4 和MEF2的功能。這些研究將KLF15 鑒定為迄今未被認識的調節心臟對血液動力學應激反應的途徑的一部分。之前的一項研究表明，KLF15 在心肌細胞中的過度表達可以抑制心肌肥厚，缺乏KLF15 的小鼠會因壓力超負荷而出現嚴重的離心肥大。Haldar 等[13]研究發現KLF15 在小鼠中的缺乏通過共享的分子機制導致心力衰竭和主動脈瘤形成。在心衰患者和主動脈瘤組織中，Klf15 濃度顯著降低，并表明操縱KLF15功能可能是治療這些病態疾病的有效方法。心臟和血管平滑肌細胞通過緊密協調的基因調控途徑對應激反應。在人類和嚙齒動物心肌病和主動脈病中，KLF15 濃度降低。而剔除KLF15 的小鼠產生嚴重的心力衰竭，研究表明，KLF15 的激活能夠抑制p300 介導的p53 乙酰化而防止心力衰竭和主動脈瘤的產生。KLF15 在心肌細胞中表達，并作為病理性心臟肥大的抑制劑。Leenders 等[6]等表明心臟KLF15 水平的升高阻止了血管緊張素II 誘導的肥大模型中心臟肥大的發展，并提示KLF15 可能用作肥大和心力衰竭的治療靶點。未來的研究需要確定KLF15 的過表達是否可以改善心臟功能。在心肌肥厚和心力衰竭過程中，KLF15 在患者、小鼠和大鼠模型中持續下調[5][6]。

4 KLF15 對心律失常的作用

許多心血管疾病的發生具有一定的晝夜節律性，如急性心肌梗死、室性心律失常、心源性猝死等都有在早晨高發的趨勢。心律失常是指心律起源部位、頻率與節律以及沖動傳導等任一項異常。惡性心律失常是指能在短期內直接致死(如室顫)或隨時能發展成為致死性心律失常的異位室性節律。

大約一半心衰患者死亡是猝死，而猝死的最可能原因是致命性室性快速心律失常如VT 或VF，而心衰患者血清可以使HEK293 細胞IKr 強度增加，動作電位時程縮短[14]。在擴張型心肌病(DCM) 自身免疫相關的致心律失常研究中，KCNQ1 抗體直接調節心臟電生理，使DCM 患者心肌IKs 強度增加，QT 間期縮短[15]。由藥物引起的42 例QT 間期縮短患者，有35 例發生心律失常，部分與致命的MA 相關，7 例發作室顫，5 例發作心室驟停，3 例合并多源性室速[16]。因此，QT 間期不管延長還是縮短都會增加室性心律失常和猝死的風險[17]。

心律失常的發生具有晝夜節律，這種節律由生物鐘產生，KLF15 主要通過反式激活Kv 通道相互作用蛋白2(KChIP2)來參與生物鐘對心律失常的調節；在心電圖檢查中可以看到KLF15 敲除和KLF15 轉基因小鼠QTc 間期的晝夜節律均消失但心率不受影響，KLF15 敲除小鼠夜間QTc 間期延長，KLF15 轉基因小鼠QTc 間期縮短。因此生物鐘通過KLF15調節Ito 肌細胞復極化功能呈晝夜節律變化，是生物鐘影響心律失常發生的重要機制[18]。Nielsen 等[19]研究發現，編碼鉀通道和輔助亞基的基因突變與心臟復極化有關，心房顫動的易感性增加，KLF15 轉錄控制KChIP2 的節律性表達，KChIP2 是產生瞬時外向鉀電流(Ito)所需的關鍵亞基，并且KLF15 的缺乏或過量增加了心律失常的易感性。獲得性和遺傳性心臟病所致的心源性猝死均存在晝夜變化，KLF15 缺失小鼠和KLF15 轉基因小鼠均存在QTc 間期延長，QT 間期節律喪失，心室復極改變和心律失常易感性增加。具體而言，心臟離子通道表達和QT 間期持續時間在時鐘依賴性振蕩器-KLF15 的控制下表現出內源性晝夜節律性。KLF15 轉錄控制KChIP2 的節律性表達，缺乏或過量的Klf15 導致節律性QT 變異的喪失，異常復極化和對室性心律失常的易感性增加。這些發現將離子通道的晝夜節律轉錄識別為心律失常的機制[20]。

5 KLF15 對血管疾病的影響

血管疾病主要指動脈粥樣硬化、炎癥性血管疾病、動脈瘤疾病等。KLF15 對于血管平滑肌在促進心血管系統發育中發揮著重要作用[2]。ShindoT 等[21]首次報道KLF15 通過對血小板衍生生長因子(APDGF-A)和TGF-β 的正轉錄作用在心血管重塑中起重要作用。在成纖維細胞中，KLF15 通過調節CTGF 的表達而抑制心肌纖維化的發生[22]，而CTGF 在動脈粥樣硬化血管病變促纖維化過程中發揮著重要作用。在人類主動脈瘤組織中，KLF15 濃度顯著降低。在人類和嚙齒動物心肌病和主動脈病中KLF15 濃度降低，KLF15 缺乏可導致嚴重的心肌病和主動脈病，而剔除KLF15 的小鼠會形成主動脈瘤[13]。LuY 等[7]研究發現VSMCs 通過一系列緊密協調的基因調控事件對機械損傷作出反應。KLF15 在動脈和靜脈血管床中廣泛表達，表達方式受血管平滑肌細胞(VSMC)限制。藥物和機械刺激均能顯著降低KLF15 的表達。我們的體外和體內觀察發現KLF15 是VSMC 對損傷反應的一種新的和必要的調節因子。KLF15 在基礎條件下在體內穩定表達，并在損傷后顯著降低。鑒于KLF15 抑制VSMC 增殖和遷移，這種高基礎表達可用于防止無限制的SMC 激活。KLF15 抑制血管平滑肌的增殖和遷移，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。