(1.南華大學(xué)藥物藥理研究所，湖南 衡陽 421001；2.湖南醫(yī)藥學(xué)院新型抗體藥物及其智能運(yùn)輸系統(tǒng)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 懷化 418000)

1993年人們?cè)诤诟构壔騅rüppel中發(fā)現(xiàn)其同系物KLF1，隨后陸續(xù)證實(shí)其有多種同源基因，現(xiàn)稱為Krüppel樣因子家族(Krüppel-like factors, KLFs)[1]。KLF5是KLFs家族中研究較多的成員之一，其蛋白的C末端有三個(gè)能與DNA結(jié)合的鋅指結(jié)構(gòu)，屬于DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族，具有多種生物學(xué)功能。KLF5在人體結(jié)腸、食管、皮膚、小腸、胃、膀胱等組織中廣泛表達(dá)，在炎癥、腫瘤、肥胖、心血管等生理病理進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)KLF5與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，KLF5在不同類型腫瘤中均出現(xiàn)異常表達(dá)，且在不同腫瘤中發(fā)揮不同的作用。研究者目前正竭力進(jìn)行KLF5在腫瘤中的作用機(jī)制研究，為其成為腫瘤治療的有效靶標(biāo)提供理論依據(jù)。

1 KLF5的分子特性

人源性KLF5基因位于第13號(hào)染色體長臂21區(qū)1帶，cDNA長達(dá)3 350 bp，由4個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子組成，基因總長度為18.5 Kb，編碼蛋白由457個(gè)氨基酸組成。KLF5蛋白的多個(gè)位點(diǎn)能進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)修飾，圖1為KLF5的遺傳示意圖并包含其主要蛋白修飾位點(diǎn)[1]。KLF5蛋白上有多個(gè)位點(diǎn)能發(fā)生蘇素化調(diào)節(jié)KLF5的核定位。同時(shí)其蛋白上的磷酸化位點(diǎn)發(fā)生磷酸化時(shí)可以增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄激活能力，但磷酸化的KLF5容易被泛素化降解。位于其蛋白324-328位的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(Transcription Activation Domain，TAD)有利于KLF5發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子活性。E3泛素連接酶能特異性識(shí)別TAD，促進(jìn)底物的泛素化和降解。乙酰轉(zhuǎn)移酶p300誘導(dǎo)KLF5的K369位點(diǎn)發(fā)生乙?；揎?，從而誘導(dǎo)KLF5的轉(zhuǎn)錄活性增加。KLF5蛋白的C末端是一個(gè)由81個(gè)氨基酸構(gòu)成的鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger，XZF)，該結(jié)構(gòu)能識(shí)別GC堿基豐富的DNA序列，介導(dǎo)XZF與靶基因的DNA結(jié)合。XZF發(fā)生脫乙?；?，使KLF5更容易被蛋白酶體降解。同時(shí)KLF5基因編碼的蛋白質(zhì)也是一種核轉(zhuǎn)錄激活因子。在細(xì)胞質(zhì)完成翻譯之后通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核，直接與目標(biāo)基因的啟動(dòng)子5′端上游特定序列結(jié)合，調(diào)控基因的表達(dá)。因此KLF5可能通過調(diào)控不同功能基因的表達(dá)而發(fā)揮不同的生理作用。KLF5結(jié)構(gòu)的修飾及其對(duì)靶基因的調(diào)控作用參與了多種病理生理過程，并能特異性地影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

圖1 KLF5基因遺傳示意圖

2 KLF5與腫瘤

腫瘤的低治愈率和高復(fù)發(fā)率是腫瘤患者死亡的主要原因。腫瘤已嚴(yán)重威脅人類的健康，如何有效地治療腫瘤已成為一個(gè)亟待解決的問題。研究證實(shí)多種腫瘤在13q21-22位存在染色體缺失，基因組學(xué)分析3.3Mb的基因組區(qū)域，發(fā)現(xiàn)其中明星分子KLF5與腫瘤發(fā)生有關(guān)。臨床數(shù)據(jù)顯示KLF5在多數(shù)腫瘤中都有不同比例的基因缺失，進(jìn)一步提示KLF5在腫瘤發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用。

2.1 KLF5與乳腺癌

大量臨床和基礎(chǔ)研究均證實(shí)KLF5在乳腺癌中的表達(dá)水平和患者的生存率呈負(fù)相關(guān)。在不同類型的乳腺癌細(xì)胞中其表達(dá)水平有較大差異，KLF5在三陰性乳腺癌(Triple Negative Breast Cancer，TNBC)中特異性高表達(dá)，并是維持TNBC干性的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。下調(diào)KLF5能抑制腫瘤細(xì)胞的干性可用于TNBC的治療。在乳腺癌中多種藥物能夠調(diào)控KLF5的表達(dá)。降血糖藥物二甲雙胍藥理作用廣泛并在多種腫瘤中都有治療作用[2]。Shi等[3]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍通過調(diào)控糖原合成酶激酶-3β(Glycogen Synthase Kinase-3β，GSK-3β)直接在蛋白的S303位磷酸化KLF5，而磷酸化的KLF5能被E3泛素連接酶泛素化并被26S蛋白酶體降解。二甲雙胍顯著降低TNBC中KLF5蛋白的穩(wěn)定性并下調(diào)其蛋白的表達(dá)從而抑制TNBC干細(xì)胞。Li等[4]發(fā)現(xiàn)KLF5是地塞米松(Dexamethasone，Dex)的誘導(dǎo)基因，Dex能上調(diào)KLF5提高TNBC對(duì)紫杉醇，多西他賽，多柔比星等化療藥物的耐受性，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞耐藥。另有研究表明KLF5受到MicroRNA的調(diào)控，在TNBC中MicroRNA-217能作為一種腫瘤抑制因子下調(diào)KLF5以及其下游靶基因成纖維細(xì)胞生長因子結(jié)合蛋白(Fibroblast growth factor-binding protein, FGF-BP)和cyclinD1的表達(dá)，從而抑制TNBC細(xì)胞生長、遷移和侵襲[5]。長鏈非編碼RNA也能調(diào)控KLF5的表達(dá)，Tang等[6]發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA PVT1通過調(diào)控KLF5蛋白的表達(dá)進(jìn)一步促進(jìn)β-catenin的表達(dá)從而促進(jìn)腫瘤的形成。上述研究提示藥物、MicroRNA和長鏈非編碼RNA都能調(diào)控KLF5的表達(dá)，KLF5在TNBC中可促進(jìn)腫瘤形成發(fā)揮促腫瘤的作用。但另一方面，KLF5在一些乳腺癌中存在表達(dá)缺失的情況并發(fā)揮著腫瘤抑制的作用。在ER受體陽性的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)KLF5與激素及其受體相互調(diào)控影響乳腺癌的生長。Guo等[7]發(fā)現(xiàn)KLF5能與雌激素受體ERα相互作用，并下調(diào)雌激素E2水平調(diào)控E2-ER-ERE信號(hào)傳導(dǎo)，從而抑制雌激素誘導(dǎo)細(xì)胞增殖。此時(shí)KLF5所發(fā)揮的作用與細(xì)胞激素水平或受體狀態(tài)有關(guān)，也可能與其調(diào)控的下游靶蛋白有關(guān)。

2.2 KLF5與結(jié)腸癌

KLF5屬于腸道富集型Krüppel樣因子并在結(jié)腸癌中發(fā)揮著重要的作用。人類結(jié)腸癌中最常見的突變基因是RAS基因，RAS和WNT通路可以正向調(diào)節(jié)KLF5的表達(dá)從而提高腫瘤細(xì)胞的增殖活性。同時(shí)WNT信號(hào)通路通過KLF5增強(qiáng)β-catenin的穩(wěn)定性并促進(jìn)其核轉(zhuǎn)位以加速結(jié)腸癌的發(fā)展進(jìn)程。KLF5小分子抑制劑ML264可阻滯腫瘤細(xì)胞周期并抑制細(xì)胞增殖活性[8]，表明KLF5是致癌信號(hào)通路中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。除受上述信號(hào)通路調(diào)節(jié)外，晚期糖基化終產(chǎn)物(Advanced glycation end products,AGEs)也能調(diào)控KLF5。AGEs是過量的糖和蛋白質(zhì)結(jié)合的產(chǎn)物，它能促進(jìn)KLF5的轉(zhuǎn)錄和核轉(zhuǎn)位。AGEs促使KLF5在細(xì)胞核與致癌基因小鼠雙微體基因(Murine double minute 2,MDM2)結(jié)合并上調(diào)MDM2的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖[9]。這表明KLF5在結(jié)直腸癌中致癌信號(hào)通路和AGEs可以調(diào)控KLF5發(fā)揮促腫瘤的作用。然而Bateman等[10]研究發(fā)現(xiàn)KLF5能促進(jìn)正常腸道細(xì)胞增長，在腫瘤中能發(fā)揮抗腫瘤的特性。在正常的腸上皮細(xì)胞系如IEC-18和IMCE細(xì)胞中KLF5上調(diào)cyclinD1的表達(dá)，促進(jìn)集落形成。而在結(jié)腸癌細(xì)胞系中KLF5的表達(dá)水平與細(xì)胞生長呈負(fù)相關(guān)，上調(diào)KLF5能減少結(jié)腸癌細(xì)胞的集落數(shù)目。例如在結(jié)腸癌HCT116b細(xì)胞中沉默KLF5可以使細(xì)胞增殖加快，但實(shí)驗(yàn)并未深入研究，其具體機(jī)制也有待進(jìn)一步探索[10]。

2.3 KLF5與前列腺癌

前列腺癌中KLF5在染色體13q21區(qū)段經(jīng)常出現(xiàn)雜合性缺失。KLF5的基因表達(dá)缺失與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。與乳腺癌中的情況類似，在前列腺癌中KLF5也能與激素及其受體相互作用。研究顯示雌激素受體ERβ通過與KLF5共激活從而抑制前列腺癌生長。當(dāng)使用高劑量的雌激素E2處理小鼠，E2能通過ERβ和KLF5途徑抑制前列腺腫瘤生長[11]。上述研究說明KLF5可能在雌激素誘導(dǎo)的抗腫瘤效應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。與之相反雄激素受體可通過誘導(dǎo)KLF5表達(dá)升高來促進(jìn)前列腺癌的發(fā)展[12]。由此可知KLF5在不同的激素及激素受體作用下能表現(xiàn)出雙重作用。除激素的影響之外，KLF5還受腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factorα,TNF-α)的調(diào)控。敲低KLF5的表達(dá)之后發(fā)現(xiàn)TNF-α誘導(dǎo)的前列腺癌細(xì)胞凋亡明顯減少[13]，表明KLF5能介導(dǎo)TNF-α的促凋亡作用。轉(zhuǎn)化生長因子-β(Transforming growth factor-β,TGF-β)也能與KLF5相互作用。TGF-β能進(jìn)入細(xì)胞核并募集乙?；窹300使KLF5在賴氨酸369(K369)位上發(fā)生乙酰化。乙酰化的KLF5穩(wěn)定性增加并能抑制前列腺癌細(xì)胞的生長和增殖。同時(shí)，組蛋白去乙?；?/2(Histone deacetylase1/2,HDAC1/2)能促進(jìn)前列腺癌的增殖。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HDAC1/2使KLF5去乙?；?，去乙酰化后KLF5穩(wěn)定性降低并容易被蛋白酶體降解，從而促進(jìn)前列腺腫瘤細(xì)胞增殖[14]。KLF5在前列腺癌中受激素和細(xì)胞因子的調(diào)控并發(fā)揮著不同作用，其作用機(jī)制可能與細(xì)胞所處的微環(huán)境或KLF5的乙?；癄顟B(tài)有關(guān)。

2.4 KLF5與肺癌

KLFs家族中有8個(gè)成員與肺癌的發(fā)生相關(guān)，其中大部分成員表現(xiàn)為抑癌作用，但KLF5在肺癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮雙重作用。一方面，人補(bǔ)體片斷5a(Human Complement fragment 5a,C5a)能誘導(dǎo)非小細(xì)胞肺癌的增殖，在非小細(xì)胞肺癌所處的微環(huán)境中發(fā)現(xiàn)C5a的產(chǎn)生增多，C5a上調(diào)KLF5、組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶GCN5(General control of nucleotide synthesis,GCN5)和人生長分化因子15(Growth differentiation factor-15,GDF15)進(jìn)而影響腫瘤的形成。KLF5直接與GCN5結(jié)合形成復(fù)合物，這種復(fù)合物能結(jié)合GDF15的啟動(dòng)子并使GDF15的表達(dá)升高從而促進(jìn)肺癌的增殖。另一方面，沉默裸鼠中的KLF5基因，異種移植腫瘤的生長被極大地抑制[15]，表明KLF5在介導(dǎo)C5a的促非小細(xì)胞肺癌增殖的過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。KLF5也能通過多種下游靶標(biāo)影響肺癌的增殖。在缺氧條件下敲低KLF5可以下調(diào)周期蛋白cyclinB1和凋亡抑制基因Survivin表達(dá)，同時(shí)也能上調(diào)caspase-3表達(dá)進(jìn)而抑制非小細(xì)胞肺癌的活性。上述情況中KLF5多表現(xiàn)為促增殖作用，然而Meyer等[16]在肺癌模型中研究發(fā)現(xiàn)，通常情況下KLF5不會(huì)促使肺癌增殖。與之前存在RAS突變的結(jié)腸癌相比，在無RAS突變的肺癌中，KLF5不受致癌基因RAS的調(diào)控。此時(shí)KLF5的高表達(dá)不會(huì)誘導(dǎo)肺癌的惡性增殖，反而在一些藥物的作用環(huán)境中上調(diào)KLF5的表達(dá)能減少多藥耐藥蛋白ABCG2的表達(dá)，從而減弱腫瘤細(xì)胞的耐藥，增強(qiáng)腫瘤對(duì)藥物的敏感性。因此，過表達(dá)KLF5能提高非小細(xì)胞肺癌患者的生存率。這些研究結(jié)果揭示在一些藥物作用的微環(huán)境中，KLF5能減少耐藥蛋白的產(chǎn)生，增強(qiáng)藥物的抗腫瘤作用。

2.5 KLF5與腎透明細(xì)胞癌

腎透明細(xì)胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)是致命的泌尿系統(tǒng)惡性腫瘤之一。研究發(fā)現(xiàn)膽固醇與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，在ccRCC中發(fā)現(xiàn)膽固醇能以時(shí)間依賴的方式上調(diào)KLF5的mRNA和蛋白水平。在ccRCC中KLF5直接結(jié)合并上調(diào)miR-27a的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)展導(dǎo)致腫瘤的不良預(yù)后。miR-27a通過與含F(xiàn)框/WD重復(fù)域蛋白7(F-box/WD repeat-containing protein 7，F(xiàn)BXW7)的3′UTR結(jié)合下調(diào)FBXW7的表達(dá)，從而抑制KLF5的泛素化降解，這種反饋調(diào)節(jié)進(jìn)一步導(dǎo)致KLF5的累積，進(jìn)而促進(jìn)ccRCC遷移和侵襲[17]。另一方面KLF5高表達(dá)也能改善腫瘤的不良預(yù)后，使ccRCC患者的總體存活率顯著提高。DNA高甲基化是腫瘤抑制基因失調(diào)的一種常見表現(xiàn)。KLF5基因在ccRCC中多被甲基化修飾所沉默，并在甲基化修飾的微環(huán)境中作為腫瘤抑制因子而存在。Fu等[18]發(fā)現(xiàn)在ccRCC中使用甲基化抑制劑5-氮雜-2，脫氧胞苷(5-Aza-2，-deoxycytidine,5-Aza-CdR)抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1能恢復(fù)KLF5的表達(dá)從而抑制腫瘤的形成。同時(shí)，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，恢復(fù)KLF5的表達(dá)可以抑制ccRCC增殖、遷移和侵襲。小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證KLF5可抑制ccRCC異種移植物的生長和轉(zhuǎn)移。這些結(jié)果均揭示，甲基化導(dǎo)致的腫瘤抑制基因失調(diào)可能介導(dǎo)了KLF5的腫瘤抑制作用。而在膽固醇的調(diào)控下KLF5卻能發(fā)揮促腫瘤的作用。提示KLF5在ccRCC中發(fā)揮的具體作用與其所處的微環(huán)境以其被調(diào)控的因素有關(guān)。

2.6 KLF5與其他惡性腫瘤

KLF5不僅在乳腺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌等腫瘤中發(fā)揮著雙重作用，還與其他腫瘤密切相關(guān)并受多種因素調(diào)控。多項(xiàng)研究表明，KLF5過表達(dá)可以促進(jìn)腫瘤的形成導(dǎo)致腫瘤惡化。miR-152在多數(shù)腫瘤中都被視為一種腫瘤抑制因子。在宮頸癌中，miR-152通過下調(diào)KLF5進(jìn)而調(diào)控周期蛋白而發(fā)揮腫瘤抑制作用。在肝癌中，腫瘤抑制因子miR-1455-p與KLF5表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，KLF5過表達(dá)能拮抗miR-1455-p的腫瘤抑制作用[19]。提示多種微RNA與KLF5相互作用參與調(diào)控腫瘤的形成過程。此外，KLF5通過調(diào)節(jié)不同的靶蛋白影響腫瘤的發(fā)生。KLF5直接靶向腫瘤壞死因子受體超家族成員11a(Tumor necrosis factor receptor superfamily11a,TNFRSF11a)與其啟動(dòng)子結(jié)合促進(jìn)TNFRSF11a的表達(dá)，從而促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲并增加宮頸癌患者的死亡風(fēng)險(xiǎn)[20]。在人卵巢腺癌細(xì)胞中，KLF5過表達(dá)能誘導(dǎo)Survivin基因表達(dá)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，KLF5低表達(dá)增加順鉑或紫杉醇對(duì)腫瘤細(xì)胞的抗癌效力。在急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞中，KLF5誘導(dǎo)Survivin表達(dá)，或與腫瘤抑制因子p53相互作用進(jìn)而發(fā)揮抗凋亡作用。敲低KLF5后，Survivin表達(dá)明顯下調(diào)，同時(shí)阿霉素的抗腫瘤活性增加，其機(jī)制是KLF5與Survivin啟動(dòng)子結(jié)合后與p53相互作用從而發(fā)揮腫瘤抑制作用。在甲狀腺癌組織中，KLF5高表達(dá)能促進(jìn)NF-κB的核轉(zhuǎn)位，進(jìn)而促進(jìn)了甲狀腺癌細(xì)胞的生長和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[21]。關(guān)于KLF5抑癌的研究都未深入研究，其參與腫瘤的具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步探討?？偠灾?，KLF5是一個(gè)具有多種生理功能的轉(zhuǎn)錄因子，其與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密不可分。KLF5通過調(diào)控多種微RNA和靶蛋白水平，參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。

3 總結(jié)與展望

惡性腫瘤能通過改變糖代謝途徑等方式誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的耐藥[22]，因而通過基因治療調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子水平或能帶來惡性腫瘤治療的新思路。轉(zhuǎn)錄因子KLF5與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其作用機(jī)制復(fù)雜，在惡性腫瘤中的作用與細(xì)胞的類型或細(xì)胞所處的狀態(tài)有關(guān)，具有腫瘤環(huán)境依賴性。在不同的惡性腫瘤組織中藥物、激素、細(xì)胞因子和微RNA等上游調(diào)控因素能介導(dǎo)KLF5發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。同時(shí)KLF5也能通過調(diào)控Survivin基因、腫瘤壞死因子、耐藥蛋白和周期蛋白等下游靶點(diǎn)對(duì)惡性腫瘤產(chǎn)生截然不同的生理作用。即在不同的惡性腫瘤組織中因KLF5的上下游調(diào)控因素的差異而產(chǎn)生促腫瘤或抑腫瘤兩種完全相反的作用。調(diào)控KLF5的水平能影響惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。因此，KLF5可能將成為惡性腫瘤治療的有效靶標(biāo)。但是這種能調(diào)控KLF5的上游或者下游因子仍需進(jìn)一步去發(fā)掘和證實(shí)?？傊?，調(diào)控KLF5水平有望為惡性腫瘤患者提供有效的治療策略。