第 24 卷第 6 期 2014 年 11 月江苏大学学报 ( 医学版 ) JournalofJiangsuUniversity(MedicineEdition) Vol.24 No.6 Nov.2014 KLF4 的生物学功能及其研究进展易丽娴 1,2, 汤新逸 1 1, 王胜军 (1. 江苏

Size: px

Start display at page:

Download "第 24 卷第 6 期 2014 年 11 月江苏大学学报 ( 医学版 ) JournalofJiangsuUniversity(MedicineEdition) Vol.24 No.6 Nov.2014 KLF4 的生物学功能及其研究进展易丽娴 1,2, 汤新逸 1 1, 王胜军 (1. 江苏"

应稔阮
5 years ago
Views:

1 第 24 卷第 6 期 2014 年 11 月江苏大学学报 ( 医学版 ) JournalofJiangsuUniversity(MedicineEdition) Vol.24 No.6 Nov.2014 KLF4 的生物学功能及其研究进展易丽娴 1,2, 汤新逸 1 1, 王胜军 (1. 江苏大学检验医学研究所, 江苏镇江 ;2. 苏州卫生职业技术学院, 江苏苏州 ) [ 关键词 ] KLF4; 炎症 ; 肿瘤 ; 免疫细胞 [ 中图分类号 ] R392 [ 文献标志码 ] B [ 文章编号 ] (2014) DOI: /j.isn y Krüppel 样因子 (Krüppel likefactors,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 en richedkrüppel likefactor,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 [1] Yet 等在 1998 年首次报道并克隆出人的 KLF4 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 G 1 /S 和 G 2 /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 cyclinb1 和 cyclind1 基因的启动子, 下调两者蛋白表达, 致细胞阻滞于 G 2 /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 KLF4mRNA 的结合明显减少, 导致 KLF4mRNA 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 : 通讯作者, 教授, 博士生导师,E mail:sjwjs@ujs.edu.cn

2 546 江苏大学学报 ( 医学版 ) 第 24 卷此外,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 activatedreceptors γ, 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 (losofheterozy gosity,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 G 1 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 G 1 期, 从而抑制肿瘤生长 [22-24] KLF4 也可将细胞阻滞于 G 2 /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 [25] 细胞增殖 Wei 等研究发现上调 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] [17] 另外 Hu 等发现, 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 D 2 的启动子并诱导其表达, 而 KLF4 的低表达导致 B 细胞 D 2 蛋白表达减少, 从而抑制了 B 细胞的分裂增殖 [30] [31] Yamada 等研究指出,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

3 第 6 期易丽娴, 等.KLF4 的生物学功能及其研究进展 547 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 [ 参考文献 ] [1] YetSF,McA NultyMM,FoltaSC,etal.HumanEZF, akrüppel likezincfingerprotein,isexpresedinvascu larendothelialcelsandcontainstranscriptionalactiva tionandrepresiondomains[j].jbiolchem,1998, 273(2): [2] Garet SinhaLA,EberspaecherH,SeldinMF,etal. Ageneforanovelzinc fingerproteinexpresedindifer entiatedepithelialcelsandtransientlyincertainmesen chymalcels[j].jbiolchem,1996,271(49): [3] PanigadaM,PorceliniS,SutiF,etal.GKLFinthy musepitheliumasadevelipmentalyregulatedelementof thymocyte stromacros talk[j].mechdev,1999,81 (1/2): [4] FeinbergMW,CaoZ,WaraAK,etal.Kruppel like factor4isamediatorofproinflammatorysignalingin macrophages[j].jbiolchem,2005,280(46): [5] KaushikDK,ThounaojamMC,KumawatKL,etal.In terleukin 1β orchestratesunderlying inflammatory re sponsesinmicrogliaviakrüppel likefactor4[j].j Neurochem,2013,127(2): [6] ShieldsJM,ChristyRJ,YangVW.Identificationand characterization ofa gene encoding a gut enriched Krüppel likefactorexpresedduringgrowtharest[j].j BiolChem,1996,271(33): [7] ZhangW,GeimanDE,ShieldsJM,etal.Thegut en richedkruppel likefactor(kruppel likefactor4)medi atesthetransactivatingefectofp53onthep21waf1/ Cip1promoter[J].JBiolChem,2000,275(24): [8] YoonHS,YangVW.RequirementofKrüppel likefac tor4 inpreventingentryintomitosisfolowingdna damage[j].jbiolchem,2004,279(6): [9] ShieJL,ChenZY,FuM,etal.Gut enrichedkrü ppel likefactorrepresescyclind1 promoteractivity throughsp1motif[j].nucleicacidsres,2000,28 (15): [10] WhitneyEM,GhalebAM,ChenX,etal.Transcrip tionalprofilingofthecelcyclecheckpointgenekrü ppel likefactor4revealsaglobalinhibitoryfunctionin macromolecularbiosynthesis[j].geneexpr,2006,13 (2): [11] GhalebAM,KatzJP,KaestnerKH,elal.Krüppel like factor4exhibitsantiapoptoticactivityfolowingγ radia tion induceddna damage[j].oncogene,2007,26 (16): [12] SunY,ZhengB,ZhangXH,etal.PPAR γagonist stabilizesklf4proteinviaactivatingaktsignalingand reducingklf4ubiquitination[j].biochembiophysres Commun,2014,443(2): [13] YoshidaT,YamashitaM,HorimaiC,etal.Deletionof krüppel likefactor4inendothelialandhematopoietic celsenhancesneointimalformationfolowingvascular injury[j].jamheartasoc,2014,3(1):e [14] KanaiM,WeiD,LiQ,etal.LosofKrüppel likefac tor4expresioncontributestosp1overexpresionand humangastriccancerdevelopmentandprogresion[j]. ClinCancerRes,2006,12(21): [15] OhnishiS,OhnamiS,LaubF,etal.Downregulation andgrowthinhibitoryefectofepithelial typekrüppel liketranscriptionfactorklf4,butnotklf5,inbladder cancer[j].biochembiophysrescommun,2003,308 (2): [16] LiQ,GaoY,JiaZ,etal.DysregulatedKrüppel likefac tor4andvitamindreceptorsignalingcontributestopro gresionofhepatocelularcarcinoma[j].gastroenterolo gy,2012,143(3): [17] HuW,HofsteterWL,LiH,etal.Putativetumor sup presirefunctionofkrüppel likefactor4inprimarylung carcinoma[j].clincancerres,2009,15(18): [18] ChenYJ,WuCY,ChangCC,etal.NuclearKrüppel like factor4expresionisasociatedwithhumanskinsqua mouscelcarcinomaprogresionandmetastasis[j]. CancerBiolTher,2008,7(5): [19] TaiSK,YangMH,ChangSY,etal.PersistentKrüppel likefactor4expresionpredictsprogresionandpoor prognosisofheadandnecksquamouscelcarcinoma [J].CancerSci,2011,102(4): [20] HuangCC,LiuZ,LiX,etal.KLF4andPCNAidentify stagesoftumorinitiationinaconditionalmodelofcuta

4 548 江苏大学学报 ( 医学版 ) 第 24 卷 neoussquamousepithelialneoplasia[j].cancerbiolt her,2005,4(12): [21] McConnelBB, YangVW. Mammalian Krüppel like factorsinhealthanddiseases[j].physiolrev,2010, 90(4): [22] RowlandBD,PeeperDS.KLF4,p21andcontext de pendentopposingforcesincancer[j].natrevcancer, 2006,6(1): [23] WeiD,KanaiM,JiaZ,etal.Krüppel likefactor4in ducesp27kip1expresioninandsuppresesthegrowth andmetastasisofhumanpancreaticcancercels[j]. CancerRes,2008,68(12): [24] ShieJL,ChenZY,FuM,etal.Gut enrichedkrüppel likefactorrepresescyclind1promoteractivitythrough Sp1motif[J].NucleicAcidsRes,2000,28(15): [25] WeiD,GongW,KanaiM,etal.Drasticdown regula tionofkrüppel likefactor4expresioniscriticalinhu mangastriccancerdevelopmentandprogresion[j]. CancerRes,2005,65(7): [26] ZhangW,ChenX,KatoY,etal.Novelcrostalkof Krüppel likefactor4andβ cateninregulatesnormalin testinalhomeostasisandtumorrepresion[j].molcel Biol,2006,26(6): [27] ZhangN,ZhangJ,ShuaiL,etal.Krüppel likefactor4 negativelyregulatesβ cateninexpresionandinhibits theproliferation,invasionandmetastasisofgastriccanc er[j].intjoncol,2012,40(6): [28] PandyaAY,TaleyLI,FrostAR,etal.Nuclearlocali zationofklf4isasociatedwithanaggresivepheno typeinearly stagebreastcancer[j].clincancerres, 2004,10(8): [29] YuF,LiJ,ChenH,etal.Krüppel likefactor4 (KLF4) isrequiredformaintenanceofbreastcancer stemcelsandforcelmigrationandinvasion[j].onco gene,2011,30(18): [30] KlaewsongkramJ,YangY,GolechS,etal.Krüppel likefactor4regulatesbcelnumberandactivation in ducedbcelproliferation[j].jimmunol,2007,179 (7): [31] YamadaT,ParkCS,MamonkinM,etal.Transcription factorelf4 controlstheproliferation and homingof CD8 + TcelsviatheKrüppel likefactorsklf4and KLF2[J].NatImmunol,2009,10(6): [32] AnJ,GolechS,KlaewsongkramJ,etal.Krüppel like factor4(klf4)directlyregulatesproliferationinthy mocytedevelopmentandil 17expresionduringTh17 diferentiation[j].faseb J,2011,25(10): [33] TangX,TianX,ZhangY,etal.Corelationbetween thefrequencyofth17celandtheexpresionofmicror NA 206inpatientswithdermatomyositis[J].ClinDev Immunol,2013,2013: [34] Acosta RodriguezEV,NapolitaniG,LanzavecchiaA, etal.interleukins 1βand6butnottransforminggrowth factor βareesentialforthediferentiationofinterleukin 17 producinghumanthelpercels[j].natimmunol, 2007,8(9): [ 收稿日期 ] [ 编辑 ] 刘星星本刊对来稿中实验动物描述的要求根据国家科学技术部 1988 年颁布的实验动物管理条例和卫生部 1998 年颁布的医学实验动物管理实施细则, 本刊对论文中有关实验动物的描述, 根据实验内容的不同, 分别要求写清楚以下事项 :(1) 品种品系及亚系的确切名称 ;(2) 遗传背景或其来源 ;(3) 微生物检测状况 ;(4) 雌雄年龄体质量 ;(5) 质量等级及合格证书编号 ;(6) 饲养环境和实验环境 ;(7) 健康状况 ;(8) 对实验动物的处理方式医学实验动物分为四级 : 一级为普通级 ; 二级为清洁级 ; 三级为无特定病原体级 ; 四级为无菌级部级以上课题及研究生毕业论文等科研实验必须用二级以上的实验动物

7 北京大学学报医学版 # +94* 4 ' % 论著!! "# $ #% %"&!%'!! $ "( )& * $ +,-.)/ ) 01 " * ). " 2")3 )01 ( /" 433% /1 " 0 "51 " -.)/$ 6',)") 4.))%) 0

7 北京大学学报医学版 # +94* 4 ' % 论著!! # $ #% %&!%'!! $ ( )& * $ +,-.)/ ) 01 * ). 2)3 )01 ( / 433% /1 0 51 -.)/$ 6',)) 4.))%) 0 论著!! "# $ #% %"&!%'!! $ "( )& * $ +,-.)/ ) 01 " * ). " 2")3 )01 ( /" 433% /1 " 0 "51 " -.)/$ 6',)") 4.))%) 0 ".. " - 23 )"." ( ).)") 4. " ' $ 7 " #$%"$8 &' + +." 0"3 / 3 3( 0 ) %.% "(% 2). +.) ")( ) (

第 24 卷第 6 期 2014 年 11 月 江苏大学学报 ( 医学版 ) JournalofJiangsuUniversity(MedicineEdition) Vol.24 No.6 Nov.2014 KLF4 的生物学功能及其研究进展 易丽娴 1,2, 汤新逸 1 1, 王胜军 (1. 江苏

第 24 卷第 6 期 2014 年 11 月江苏大学学报 ( 医学版 ) JournalofJiangsuUniversity(MedicineEdition) Vol.24 No.6 Nov.2014 KLF4 的生物学功能及其研究进展易丽娴 1,2, 汤新逸 1 1, 王胜军 (1. 江苏