转录因子KLF5在恶性肿瘤发生中作用的研究进展

(1.南华大学药物药理研究所，湖南 衡阳 421001；2.湖南医药学院新型抗体药物及其智能运输系统湖南省重点实验室，湖南 怀化 418000)

1993年人们在黑腹果蝇基因Krüppel中发现其同系物KLF1，随后陆续证实其有多种同源基因，现称为Krüppel样因子家族(Krüppel-like factors, KLFs)[1]。KLF5是KLFs家族中研究较多的成员之一，其蛋白的C末端有三个能与DNA结合的锌指结构，属于DNA结合转录调节因子家族，具有多种生物学功能。KLF5在人体结肠、食管、皮肤、小肠、胃、膀胱等组织中广泛表达，在炎症、肿瘤、肥胖、心血管等生理病理进程中发挥着重要作用。近年来研究发现KLF5与肿瘤的发生发展密切相关，KLF5在不同类型肿瘤中均出现异常表达，且在不同肿瘤中发挥不同的作用。研究者目前正竭力进行KLF5在肿瘤中的作用机制研究，为其成为肿瘤治疗的有效靶标提供理论依据。

1 KLF5的分子特性

人源性KLF5基因位于第13号染色体长臂21区1带，cDNA长达3 350 bp，由4个外显子和3个内含子组成，基因总长度为18.5 Kb，编码蛋白由457个氨基酸组成。KLF5蛋白的多个位点能进行相应的结构修饰，图1为KLF5的遗传示意图并包含其主要蛋白修饰位点[1]。KLF5蛋白上有多个位点能发生苏素化调节KLF5的核定位。同时其蛋白上的磷酸化位点发生磷酸化时可以增强其转录激活能力，但磷酸化的KLF5容易被泛素化降解。位于其蛋白324-328位的转录激活结构域(Transcription Activation Domain，TAD)有利于KLF5发挥转录因子活性。E3泛素连接酶能特异性识别TAD，促进底物的泛素化和降解。乙酰转移酶p300诱导KLF5的K369位点发生乙酰化修饰，从而诱导KLF5的转录活性增加。KLF5蛋白的C末端是一个由81个氨基酸构成的锌指结构(zinc finger，XZF)，该结构能识别GC碱基丰富的DNA序列，介导XZF与靶基因的DNA结合。XZF发生脱乙酰化，使KLF5更容易被蛋白酶体降解。同时KLF5基因编码的蛋白质也是一种核转录激活因子。在细胞质完成翻译之后通过核孔进入细胞核，直接与目标基因的启动子5′端上游特定序列结合，调控基因的表达。因此KLF5可能通过调控不同功能基因的表达而发挥不同的生理作用。KLF5结构的修饰及其对靶基因的调控作用参与了多种病理生理过程，并能特异性地影响肿瘤的发生发展。

图1 KLF5基因遗传示意图

2 KLF5与肿瘤

肿瘤的低治愈率和高复发率是肿瘤患者死亡的主要原因。肿瘤已严重威胁人类的健康，如何有效地治疗肿瘤已成为一个亟待解决的问题。研究证实多种肿瘤在13q21-22位存在染色体缺失，基因组学分析3.3Mb的基因组区域，发现其中明星分子KLF5与肿瘤发生有关。临床数据显示KLF5在多数肿瘤中都有不同比例的基因缺失，进一步提示KLF5在肿瘤发展过程中发挥着重要作用。

2.1 KLF5与乳腺癌

大量临床和基础研究均证实KLF5在乳腺癌中的表达水平和患者的生存率呈负相关。在不同类型的乳腺癌细胞中其表达水平有较大差异，KLF5在三阴性乳腺癌(Triple Negative Breast Cancer，TNBC)中特异性高表达，并是维持TNBC干性的关键转录因子。下调KLF5能抑制肿瘤细胞的干性可用于TNBC的治疗。在乳腺癌中多种药物能够调控KLF5的表达。降血糖药物二甲双胍药理作用广泛并在多种肿瘤中都有治疗作用[2]。Shi等[3]发现二甲双胍通过调控糖原合成酶激酶-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泛素连接酶泛素化并被26S蛋白酶体降解。二甲双胍显著降低TNBC中KLF5蛋白的稳定性并下调其蛋白的表达从而抑制TNBC干细胞。Li等[4]发现KLF5是地塞米松(Dexamethasone，Dex)的诱导基因，Dex能上调KLF5提高TNBC对紫杉醇，多西他赛，多柔比星等化疗药物的耐受性，诱导肿瘤细胞耐药。另有研究表明KLF5受到MicroRNA的调控，在TNBC中MicroRNA-217能作为一种肿瘤抑制因子下调KLF5以及其下游靶基因成纤维细胞生长因子结合蛋白(Fibroblast growth factor-binding protein, FGF-BP)和cyclinD1的表达，从而抑制TNBC细胞生长、迁移和侵袭[5]。长链非编码RNA也能调控KLF5的表达，Tang等[6]发现长链非编码RNA PVT1通过调控KLF5蛋白的表达进一步促进β-catenin的表达从而促进肿瘤的形成。上述研究提示药物、MicroRNA和长链非编码RNA都能调控KLF5的表达，KLF5在TNBC中可促进肿瘤形成发挥促肿瘤的作用。但另一方面，KLF5在一些乳腺癌中存在表达缺失的情况并发挥着肿瘤抑制的作用。在ER受体阳性的细胞中发现KLF5与激素及其受体相互调控影响乳腺癌的生长。Guo等[7]发现KLF5能与雌激素受体ERα相互作用，并下调雌激素E2水平调控E2-ER-ERE信号传导，从而抑制雌激素诱导细胞增殖。此时KLF5所发挥的作用与细胞激素水平或受体状态有关，也可能与其调控的下游靶蛋白有关。

2.2 KLF5与结肠癌

KLF5属于肠道富集型Krüppel样因子并在结肠癌中发挥着重要的作用。人类结肠癌中最常见的突变基因是RAS基因，RAS和WNT通路可以正向调节KLF5的表达从而提高肿瘤细胞的增殖活性。同时WNT信号通路通过KLF5增强β-catenin的稳定性并促进其核转位以加速结肠癌的发展进程。KLF5小分子抑制剂ML264可阻滞肿瘤细胞周期并抑制细胞增殖活性[8]，表明KLF5是致癌信号通路中的关键转录因子。除受上述信号通路调节外，晚期糖基化终产物(Advanced glycation end products,AGEs)也能调控KLF5。AGEs是过量的糖和蛋白质结合的产物，它能促进KLF5的转录和核转位。AGEs促使KLF5在细胞核与致癌基因小鼠双微体基因(Murine double minute 2,MDM2)结合并上调MDM2的表达，促进结肠癌细胞的增殖[9]。这表明KLF5在结直肠癌中致癌信号通路和AGEs可以调控KLF5发挥促肿瘤的作用。然而Bateman等[10]研究发现KLF5能促进正常肠道细胞增长，在肿瘤中能发挥抗肿瘤的特性。在正常的肠上皮细胞系如IEC-18和IMCE细胞中KLF5上调cyclinD1的表达，促进集落形成。而在结肠癌细胞系中KLF5的表达水平与细胞生长呈负相关，上调KLF5能减少结肠癌细胞的集落数目。例如在结肠癌HCT116b细胞中沉默KLF5可以使细胞增殖加快，但实验并未深入研究，其具体机制也有待进一步探索[10]。

2.3 KLF5与前列腺癌

前列腺癌中KLF5在染色体13q21区段经常出现杂合性缺失。KLF5的基因表达缺失与肿瘤的发生发展密切相关。与乳腺癌中的情况类似，在前列腺癌中KLF5也能与激素及其受体相互作用。研究显示雌激素受体ERβ通过与KLF5共激活从而抑制前列腺癌生长。当使用高剂量的雌激素E2处理小鼠，E2能通过ERβ和KLF5途径抑制前列腺肿瘤生长[11]。上述研究说明KLF5可能在雌激素诱导的抗肿瘤效应中发挥着重要作用。与之相反雄激素受体可通过诱导KLF5表达升高来促进前列腺癌的发展[12]。由此可知KLF5在不同的激素及激素受体作用下能表现出双重作用。除激素的影响之外，KLF5还受肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factorα,TNF-α)的调控。敲低KLF5的表达之后发现TNF-α诱导的前列腺癌细胞凋亡明显减少[13]，表明KLF5能介导TNF-α的促凋亡作用。转化生长因子-β(Transforming growth factor-β,TGF-β)也能与KLF5相互作用。TGF-β能进入细胞核并募集乙酰化酶P300使KLF5在赖氨酸369(K369)位上发生乙酰化。乙酰化的KLF5稳定性增加并能抑制前列腺癌细胞的生长和增殖。同时，组蛋白去乙酰化酶1/2(Histone deacetylase1/2,HDAC1/2)能促进前列腺癌的增殖。实验发现HDAC1/2使KLF5去乙酰化，去乙酰化后KLF5稳定性降低并容易被蛋白酶体降解，从而促进前列腺肿瘤细胞增殖[14]。KLF5在前列腺癌中受激素和细胞因子的调控并发挥着不同作用，其作用机制可能与细胞所处的微环境或KLF5的乙酰化状态有关。

2.4 KLF5与肺癌

KLFs家族中有8个成员与肺癌的发生相关，其中大部分成员表现为抑癌作用，但KLF5在肺癌发生发展中发挥双重作用。一方面，人补体片断5a(Human Complement fragment 5a,C5a)能诱导非小细胞肺癌的增殖，在非小细胞肺癌所处的微环境中发现C5a的产生增多，C5a上调KLF5、组蛋白乙酰基转移酶GCN5(General control of nucleotide synthesis,GCN5)和人生长分化因子15(Growth differentiation factor-15,GDF15)进而影响肿瘤的形成。KLF5直接与GCN5结合形成复合物，这种复合物能结合GDF15的启动子并使GDF15的表达升高从而促进肺癌的增殖。另一方面，沉默裸鼠中的KLF5基因，异种移植肿瘤的生长被极大地抑制[15]，表明KLF5在介导C5a的促非小细胞肺癌增殖的过程中发挥着不可或缺的作用。KLF5也能通过多种下游靶标影响肺癌的增殖。在缺氧条件下敲低KLF5可以下调周期蛋白cyclinB1和凋亡抑制基因Survivin表达，同时也能上调caspase-3表达进而抑制非小细胞肺癌的活性。上述情况中KLF5多表现为促增殖作用，然而Meyer等[16]在肺癌模型中研究发现，通常情况下KLF5不会促使肺癌增殖。与之前存在RAS突变的结肠癌相比，在无RAS突变的肺癌中，KLF5不受致癌基因RAS的调控。此时KLF5的高表达不会诱导肺癌的恶性增殖，反而在一些药物的作用环境中上调KLF5的表达能减少多药耐药蛋白ABCG2的表达，从而减弱肿瘤细胞的耐药，增强肿瘤对药物的敏感性。因此，过表达KLF5能提高非小细胞肺癌患者的生存率。这些研究结果揭示在一些药物作用的微环境中，KLF5能减少耐药蛋白的产生，增强药物的抗肿瘤作用。

2.5 KLF5与肾透明细胞癌

肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma,ccRCC)是致命的泌尿系统恶性肿瘤之一。研究发现胆固醇与肿瘤的发生密切相关，在ccRCC中发现胆固醇能以时间依赖的方式上调KLF5的mRNA和蛋白水平。在ccRCC中KLF5直接结合并上调miR-27a的表达，从而促进肿瘤的发展导致肿瘤的不良预后。miR-27a通过与含F框/WD重复域蛋白7(F-box/WD repeat-containing protein 7，FBXW7)的3′UTR结合下调FBXW7的表达，从而抑制KLF5的泛素化降解，这种反馈调节进一步导致KLF5的累积，进而促进ccRCC迁移和侵袭[17]。另一方面KLF5高表达也能改善肿瘤的不良预后，使ccRCC患者的总体存活率显著提高。DNA高甲基化是肿瘤抑制基因失调的一种常见表现。KLF5基因在ccRCC中多被甲基化修饰所沉默，并在甲基化修饰的微环境中作为肿瘤抑制因子而存在。Fu等[18]发现在ccRCC中使用甲基化抑制剂5-氮杂-2，脱氧胞苷(5-Aza-2，-deoxycytidine,5-Aza-CdR)抑制DNA甲基转移酶1能恢复KLF5的表达从而抑制肿瘤的形成。同时，体外实验证实，恢复KLF5的表达可以抑制ccRCC增殖、迁移和侵袭。小鼠体内实验也验证KLF5可抑制ccRCC异种移植物的生长和转移。这些结果均揭示，甲基化导致的肿瘤抑制基因失调可能介导了KLF5的肿瘤抑制作用。而在胆固醇的调控下KLF5却能发挥促肿瘤的作用。提示KLF5在ccRCC中发挥的具体作用与其所处的微环境以其被调控的因素有关。

2.6 KLF5与其他恶性肿瘤

KLF5不仅在乳腺癌、结直肠癌、前列腺癌等肿瘤中发挥着双重作用，还与其他肿瘤密切相关并受多种因素调控。多项研究表明，KLF5过表达可以促进肿瘤的形成导致肿瘤恶化。miR-152在多数肿瘤中都被视为一种肿瘤抑制因子。在宫颈癌中，miR-152通过下调KLF5进而调控周期蛋白而发挥肿瘤抑制作用。在肝癌中，肿瘤抑制因子miR-1455-p与KLF5表达水平呈负相关，KLF5过表达能拮抗miR-1455-p的肿瘤抑制作用[19]。提示多种微RNA与KLF5相互作用参与调控肿瘤的形成过程。此外，KLF5通过调节不同的靶蛋白影响肿瘤的发生。KLF5直接靶向肿瘤坏死因子受体超家族成员11a(Tumor necrosis factor receptor superfamily11a,TNFRSF11a)与其启动子结合促进TNFRSF11a的表达，从而促进宫颈癌细胞增殖、迁移和侵袭并增加宫颈癌患者的死亡风险[20]。在人卵巢腺癌细胞中，KLF5过表达能诱导Survivin基因表达促进肿瘤的发生，KLF5低表达增加顺铂或紫杉醇对肿瘤细胞的抗癌效力。在急性淋巴细胞白血病细胞中，KLF5诱导Survivin表达，或与肿瘤抑制因子p53相互作用进而发挥抗凋亡作用。敲低KLF5后，Survivin表达明显下调，同时阿霉素的抗肿瘤活性增加，其机制是KLF5与Survivin启动子结合后与p53相互作用从而发挥肿瘤抑制作用。在甲状腺癌组织中，KLF5高表达能促进NF-κB的核转位，进而促进了甲状腺癌细胞的生长和淋巴结转移[21]。关于KLF5抑癌的研究都未深入研究，其参与肿瘤的具体作用机制还有待进一步探讨。总而言之，KLF5是一个具有多种生理功能的转录因子，其与肿瘤的发生发展密不可分。KLF5通过调控多种微RNA和靶蛋白水平，参与肿瘤的发生发展过程。

3 总结与展望

恶性肿瘤能通过改变糖代谢途径等方式诱导肿瘤细胞对化疗药物的耐药[22]，因而通过基因治疗调控转录因子水平或能带来恶性肿瘤治疗的新思路。转录因子KLF5与恶性肿瘤的发生发展密切相关，其作用机制复杂，在恶性肿瘤中的作用与细胞的类型或细胞所处的状态有关，具有肿瘤环境依赖性。在不同的恶性肿瘤组织中药物、激素、细胞因子和微RNA等上游调控因素能介导KLF5发挥不同的生物学效应。同时KLF5也能通过调控Survivin基因、肿瘤坏死因子、耐药蛋白和周期蛋白等下游靶点对恶性肿瘤产生截然不同的生理作用。即在不同的恶性肿瘤组织中因KLF5的上下游调控因素的差异而产生促肿瘤或抑肿瘤两种完全相反的作用。调控KLF5的水平能影响恶性肿瘤的发生发展。因此，KLF5可能将成为恶性肿瘤治疗的有效靶标。但是这种能调控KLF5的上游或者下游因子仍需进一步去发掘和证实。总之，调控KLF5水平有望为恶性肿瘤患者提供有效的治疗策略。