馬國燕 盧 靜 (邯鄲市中心醫(yī)院生殖醫(yī)學科，河北 邯鄲 056001)

Krüppel樣因子(KLFs)家族屬于真核生物中含鋅指結構轉錄因子家族。該家族成員在多種細胞系中均有表達，主要參與細胞生長、增殖、分化及凋亡等多個生命活動的調控。Krüppel樣因子4(KLF4)是KLF家族中研究較多的成員之一。隨著對KLF4研究的不斷深入，該蛋白的生物學功能以及與腫瘤、心血管疾病等老年人?；技膊〉年P系已經(jīng)逐漸明確。由于KLF4蛋白在眾多疾病中均有重要作用，本文對KLF4基因表達調控的研究進展進行綜述。

1 KLF4的結構及功能特征

KLF4又稱胃腸富集Krüppel樣因子(GKLF)或表皮鋅指因子(EZF)。該蛋白常見表達于胃腸道上皮，并由Yet等〔1〕在1998年首次克隆出人的KLF4基因。KLF4的羧基末端具有一個DNA結合結構域，含有3個C2H2鋅指結構，由81個高度保守的氨基酸形成，與GC盒或CACCC元件有高度的親和性，主要識別并結合靶基因啟動子區(qū)富含GC的DNA序列〔2〕。在KLF4氨基端含有高度變異的轉錄調節(jié)結構域，在91～117位氨基酸殘基之間含有一個轉錄激活結構域，富含脯氨酸和絲氨酸，而在181～388位氨基酸殘基之間存在轉錄抑制結構域，富含脯氨酸，表明KLF4具有激活基因轉錄和抑制基因轉錄兩種方式，并發(fā)揮不同的轉錄調節(jié)功能。

2 KLF4的組織分布及功能

在胚胎發(fā)育過程中KLF4到胚胎發(fā)育的后期才有較高的表達水平。在成熟的組織中，KLF4主要在消化道、口腔、食管上皮、皮膚表皮、血管內(nèi)皮及胸腺上皮中表達〔3，4〕。在上皮的各層中，KLF4在上層分化細胞中表達較高，而在基底層生長迅速的細胞中表達很低。在收縮表型(分化型)血管平滑肌細胞(VSMC)中KLF4通常不表達〔5〕，但血管受到損傷后，VSMC發(fā)生表型轉變，KLF4表達水平會迅速升高〔6〕。

VSMC的表型轉化是高血壓、動脈粥樣硬化和血管再狹窄等血管重塑性疾病的主要細胞病理學基礎。KLF4在VSMC表型轉化中發(fā)揮了重要的作用。KLF4通過與VSMC分化標志基因的啟動子結合而激活分化標志基因的表達，抑制去分化標志基因SMemb的表達，參與了ATRA誘導VSMC的分化。KLF4能結合于SMα-actin以及SM22α基因啟動子的TCE元件，抑制TGF-β1對VSMC分化標志基因表達的誘導作用〔7〕。

KLF4通過使細胞周期停滯在G1/S和G2/M期抑制細胞的增殖〔8〕。KLF4 通過 p53 抑制 VSMC 增殖〔9〕。KLF4 可與p21WAF1/Cip1基因啟動子上富含GC的特異的順式作用元件作用，反式激活細胞周期蛋白依賴激酶抑制劑p21WAF1/Cip1蛋白，上調該蛋白的表達，使細胞周期受到阻止，抑制細胞增殖〔10〕。相反，KLF4 又可抑制細胞周期蛋白 cyclinB1〔11〕和 cyclinD1〔12〕基因的啟動子，下調cyclinB1與cyclinD1蛋白的表達，使細胞周期阻滯于G2/M期，抑制細胞增殖并促進細胞凋亡。

KLF4在細胞的增殖及分化中發(fā)揮著重要的作用。KLF4在皮膚癌、T細胞白血病、食管癌、胃癌、結腸癌、膀胱癌以及宮頸癌等多種腫瘤〔13～16〕中表達下調。過表達KLF4可以抑制腫瘤細胞的增殖，促進腫瘤細胞凋亡，明顯減少人類結腸癌的發(fā)生〔17〕。但是在發(fā)育異常的口腔上皮、鱗狀細胞癌及大多數(shù)乳腺癌中KLF4基因呈高表達狀態(tài)〔18〕，這表明KLF4既可以表現(xiàn)為抑癌基因也可以表現(xiàn)為癌基因。

3 各種因素調控KLF4的表達

目前對KLF4調控靶基因的研究較多，已證實的可被KLF4激活的有 p21WAF1/Cip1、γ球蛋白、CD24及角蛋白 4和9〔19～22〕等基因的啟動子，可被 KLF4 抑制的有 β 球蛋白〔22〕、cyclinD1、cyclinB1、細胞色素 P450〔23〕及 p53〔24〕等。而對 KLF4 基因自身的表達調控以及相關的信號通路研究尚少，但是通過對GKLF基因上游的調控序列分析，發(fā)現(xiàn)它含有Sp1、AP1、CDX、GATA、USF等多種轉錄因子的結合位點和KLF4自身的順式作用元件，提示這些轉錄因子可能調控KLF4的表達，但是盡管KLF4啟動子上也存在很多GATA蛋白的順式作用元件，但是GATA因子對GKLF啟動子沒有影響〔23〕。

3.1 KLF4參與自我調控 KLF4基因的典型的結構特點是在其5'端附近富含GC的DNA序列，而KLF4含有鋅指結構，主要與DNA的CACCC元件結合，能夠識別和結合富含GC的序列，所以能夠直接和自身基因的TATA盒5'末端的三個GC盒相互作用，從而序列特異性地反式激活自身的啟動子，作為順式作用元件調節(jié)自身的轉錄，KLF4能夠和這三個GC盒結合，突變一個或多個GC盒位點都會導致KLF4反式激活啟動子的能力降低〔24〕。

3.2 KLF4與KLF5對KLF4基因啟動子的相反作用 KLF4和KLF5是Krüppel樣轉錄因子KLFs家族中密切相關的兩個轉錄因子，均在小腸上皮表達，KLF4主要在終末分化的絨毛細胞中表達，而KLF5主要在增生的隱窩細胞中表達，表現(xiàn)相反的生物學效應。Dang等〔25〕人的研究證實，在KLF4基因的啟動子區(qū)含有KLF4和KLF5的結合位點，二者都能夠與同一個順式作用元件CACCC結合，可以競爭性結合于此位點。KLF4和KLF5在對KLF4的表達上有相反的生物學功能，KLF4激活其自身啟動子的活性，KLF5抑制KLF4基因啟動子的活性〔25〕。KLF4和KLF5在組織的表達分布和對KLF4啟動子活性的對立影響，為二者協(xié)調參與胃腸上皮細胞的增殖和分化提供了基礎〔25〕。

3.3 KLF4在人結腸癌細胞株RKO中的表達依賴于CDX2結腸腺瘤性息肉病(APC)基因可以誘導KLF4的表達〔26〕，在家族性多發(fā)性腺瘤(FAP)患者，由于抑癌基因APC的功能丟失，導致KLF4的表達明顯下調。尾型同源核轉錄因子CDX-2是腸道上皮特異性表達轉錄因子，增強腸上皮細胞的CDX2表達能夠延遲細胞生長和誘導細胞分化。在KLF4啟動子上有一個CDX2的結合位點，CDX2可以反式激活KLF4啟動子。但是野生型的CDX2能夠激活KLF4啟動子，而突變的CDX2抑制野生型CDX-2對KLF4啟動子的活化，表現(xiàn)為負效應〔27〕。在幾種人結腸癌細胞系中，RKO細胞中的KLF4表達最低，因為RKO細胞有一個CDX2的突變等位基因，導致蛋白羧基端讀框移位。通過對人結腸癌細胞系RKO的研究發(fā)現(xiàn)，結腸腺瘤性息肉病(APC)基因誘導KLF4的表達需要依賴CDX2激活KLF4的啟動子〔27〕。

3.4 PDGF-BB誘導平滑肌的表型轉化過程中SP1活化KLF4血小板源性生長因子(PDGF)可刺激VSMC發(fā)生表型轉化。PDGF-BB可誘導KLF4的表達，在VSMC分化中發(fā)揮重要的作用。在KLF4啟動子區(qū)含有3個SP1的結合位點，用一系列截短的KLF4啟動子，發(fā)現(xiàn)只有含有SP1結合位點的片段才可以被PDGF-BB活化〔28〕。另外，過表達SP1可以增加KLF4啟動子的活性。而且用SP1特異性的小干擾RNA抑制內(nèi)源性SP1的表達后，明顯減弱PDGF-BB對KLF4表達的影響〔28〕。突變KLF4啟動子上的3個SP1結合位點也可以明顯減弱PDGF-BB對KLF4表達的影響〔28〕。這些結果均表明，PDGF-BB體外刺激或者血管受到損傷時都可以增加SP1與KLF4啟動子區(qū)的結合。這些結果表明SP1能夠直接結合到KLF4啟動子區(qū)調節(jié)KLF4基因的表達。因此，在血管損傷誘導SMC表型轉化過程中，至少部分是通過SP1上調KLF4的表達發(fā)生作用的〔28〕。

3.5 TGF-β1誘導KLF4表達 轉化生長因子 β1(TGF-β1)是一類多肽類生長因子，具有多種生物學功能，通過與受體TβRI(TGF-β type I receptor)或 TβRⅡ(TGF-β type Ⅱ receptor，TβRⅡ)相互作用調節(jié)細胞的生長、分化和凋亡〔29〕。研究發(fā)現(xiàn)，在VSMC表型轉化過程中，TGF-β1能夠顯著誘導 KLF4的表達〔30〕，TGF-β1也可以誘導VSMC標志基因的表達。但是TGF-β1誘導KLF4表達的具體機制尚不清楚。

3.6 Notch對KLF4啟動子的活性的抑制 Notch通路在調節(jié)多種細胞的分化過程中發(fā)揮著重要的作用，在小鼠的胃腸道杯狀細胞分化過程中，通過抑制KLF4基因從而調節(jié)杯狀細胞分化〔31〕。但是Notch并不直接抑制KLF4的表達，可能是通過與ICN1(ICN1，a COOH-terminal region of human Notch1)效應元件結合的轉錄因子發(fā)揮間接作用。ICN1效應元件在啟動子上游151和122間的核苷酸，能與KLF4啟動子上ICN1效應元件相結合的轉錄因子FoxD3可能介導Notch對KLF4的抑制。然而，Notch和FoxD3之間的關系仍然不清楚，Notch信號通路可能直接或間接地調節(jié)FoxD3。FoxD3與KLF4啟動子上ICN1效應元件的結合，F(xiàn)oxD3對KLF4的調節(jié)目前仍不十分明確。研究發(fā)現(xiàn)，在腸上皮細胞Notch信號抑制KLF4表達〔32〕。在腸腫瘤和結直腸癌細胞中Notch表達上調，抑制Notch能夠上調KLF4的表達，促進杯狀細胞的分化，抑制增殖和腫瘤的形成。

3.7 在VSMC中維甲酸衍生物ATRA誘導KLF4表達 全反式維甲酸(all-trans retinoic acid，ATRA)通過與胞內(nèi)受體RAR/RXR作用在多種細胞的生長、增殖、分化及凋亡過程中發(fā)揮著重要的調節(jié)作用。ATRA能夠促進體外培養(yǎng)的VSMC由去分化型向分化型轉變。研究發(fā)現(xiàn)，ATRA呈時間依賴性和劑量依賴性誘導KLF4的表達〔33〕。但是對ATRA調控KLF4基因表達的分子機制尚不清楚。

3.8 炎癥因子誘導KLF4表達，抗炎因子抑制KLF4表達 在巨噬細胞中，干擾素-γ(IFN-γ)，脂多糖(LPS)及腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎性細胞因子可以顯著誘導 KLF4表達〔34〕，促進巨噬細胞的激活，一些抗炎因子如TGF-β1能減輕炎癥反應，抑制KLF4的表達。Chen等發(fā)現(xiàn)在結腸癌細胞中，IFN-γ能夠上調KLF4的表達，抑制結腸癌細胞的生長，促進結腸癌細胞的凋亡〔35〕。

3.9 某些化學物質上調KLF4的表達

3.9.1 在結腸癌細胞中，丁酸鹽反式激活KLF4 KLF4在結腸癌中表現(xiàn)的一些生理學性質與短鏈脂肪酸相似，在HT-29細胞中，丁酸鹽能夠誘導KLF4 mRNA的表達，反式激活KLF4啟動子活性〔36〕。丁酸鹽對KLF4的反式激活可能是通過與KLF4啟動子上SP1結合區(qū)相互作用，也可能參與組蛋白的乙?；饔谩?6〕。在KLF4啟動子上游109和91間共有序列SP1的結合區(qū)，含有丁酸鹽反應元件。在結腸癌中，KLF4是丁酸鹽下游區(qū)的效應器，調節(jié)生長抑制效應〔36〕。

3.9.2 硒在生長抑制中，KLF4是硒的一個新的介質 給予硒可以有效降低前列腺癌的發(fā)生率，抑制前列腺癌細胞的生長。在前列腺癌細胞中，硒上調KLF4的表達，并且增加KLF4的DNA結合活性〔37〕。用小干擾RNA敲低KLF4表達明顯減弱硒在抑制DNA合成，誘導凋亡，以及上調3個KLF4靶基因cyclinD1，p21/WAF1和 p27/Kip1的表達方面的作用〔37〕。因此，KLF4在硒抑制前列腺癌細胞生長中起了關鍵作用，是硒的一個重要的靶點。

3.9.3 環(huán)孢素A(CSA)上調KLF4表達 CSA免疫抑制與高風險的動脈移植，冠脈疾病，高血壓，高血脂相關，CSA能夠抑制培養(yǎng)的血管平滑肌細胞的增殖和體內(nèi)損傷后的血管新生內(nèi)膜形成。在VSMC中，CSA也下調VSMC的分化標志基因，而上調細胞周期蛋白依賴激酶抑制劑-1A(CDKN1A)和基質金屬蛋白酶3(MMP3)。CSA上調KLF4的表達，促進VSMC的表型調節(jié)〔38〕。

綜上，KLF4的表達受多種因素的精密調控。盡管目前對KLF4基因表達調控的研究在逐漸增多，但對于KLF4調控的各種因素如何在體內(nèi)相互作用并共同調控KLF4基因的表達仍需進一步研究。

1 Yet SF，McA'Nulty MM，F(xiàn)olta SC，et al.Human EZF，a Krüppel-like zinc finger protein，is expressed in vascular endothelial cells and contains transcriptional activation and repression domains〔J〕.J Biol Chem，1998;273:1026-31.

2 Shields JM，Yang VW.Identification of the DNA sequence that interacts with the gut-enriched Krüppel-like factor〔J〕.Nucleic Acids Res，1998;26:796-802.

3 Garrett-Sinha LA，Eberspaecher H，Seldin MF，et al.A gene for a novel zinc-finger protein expressed in differentiated epithelial cells and transiently in certain mesenchymal cells〔J〕.J Biol Chem，1996;271:31384-90.

4 Panigada M，Porcellini S，Sutti F，et al.GKLF in thymus epithelium as a developmentally regulated element of thymocyte-stroma cross-talk〔J〕.Mech Dev，1999;81:103-13.

5 Adam PJ，Regan CP，Hautmann MB，et al.Positive-and negative-acting Krüppel-like transcription factors bind a transforming growth factor beta control element required for expression of the smooth muscle cell differentiation marker SM22alpha in vivo〔J〕.J Biol Chem，2000;275:37798-806.

6 Liu Y，Sinha S，McDonald OG，et al.Krüppel-like factor 4 abrogates myocardin-induced activation of smooth muscle gene expression〔J〕.J Biol Chem，2005;280:9719-27.

7 Ross R.Atherosclerosis-an inflammatory disease〔J〕.N Engl J Med，1999;340:115-26.

8 Shields JM，Christy RJ，Yang VW.Identification and characterization of a gene encoding a gut-enriched Krüppel-like factor expressed during growth arrest〔J〕.J Biol Chem，1996;271:20009-17.

9 Wassmann S，WassmannK，Jung A，et al.Induction of p53 by GKLF is essential for inhibition of proliferation of vascular smooth muscle cells〔J〕.J Mol Cell Cardiol，2007;43:301-7.

10 Zhang W，Geiman DE，Shields JM，et al.The gut-enriched Krüppel-like factor(Krüppel-like factor 4)mediates the transactivating effect of p53 on the p21WAF1/Cip1 promoter〔J〕.J Biol Chem，2000;275:18391-8.

11 Yoon H，Yang V.Requirement of Kruppel-like factor 4 in preventing entry into mitosis following DNA damage〔J〕.J Biol Chem，2004;279:5035-41.

12 Shie J，Chen Z，F(xiàn)u M，et al.Gut-enriched Kruppel-like factor represses cyclin D1 promoter activity through Sp1 motif〔J〕.Nucleic Acids Res，2000;28:2969-76.

13 Yasunaga J，Taniguchi Y，Nosaka K，et al.Identification of aberrantly methylated genes in association with adult T-cell leukemia〔J〕.Cancer Res，2004;64:6002-9.

14 Luo A，Kong J，Hu G，et al.Discovery of Ca2+-relevant and differentiation-associated genes downregulated in esophageal squamous cell carcinoma using cDNA microarray〔J〕.Oncogene，2004;23:1291-9.

15 Kanai M，Wei D，Li Q，et al.Loss of Krüppel-like factor 4 expression contributes to Sp1 overexpression and human gastric cancer development and progression〔J〕.Clin Cancer Res，2006;12:6395-402.

16 Ohnishi S，Ohnami S，Laub F，et al.Downregulation and growth inhibitory effect of epithelial-type Krüppel-like transcription factor KLF4，but not KLF5，in bladder cancer〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2003;308:251-6.

17 Dang D，Chen X，F(xiàn)eng J，et al.Overexpression of Krüppel-like factor 4 in the human colon cancer cell line RKO leads to reduced tumorigenecity〔J〕.Oncogene，2003;22:3424-30.

18 Pandya AY，Talley LI，F(xiàn)rost AR，et al.Nuclear localization of KLF4 is associated with an aggressive phenotype in early-stage breast cancer〔J〕.Clin Cancer Res，2004;10:2709-19.

19 Zhang P，Basu P，Redmond LC，et al.A functional screen for Krüppellike factors that regulate the human gamma-globin gene through the CACCC promoter element〔J〕.Blood Cells Mol Dis，2005;35:227-35.

20 Feinberg MW，Wara AK，Cao Z，et al.The Krüppel-like factor KLF4 is a critical regulator of monocyte differentiation〔J〕.EMBO J，2007;26:4138-48.

21 Jenkins TD，Opitz OG，Okano J，et al.Transactivation of the human keratin 4 and Epstein-Barr virus ED-L2 promoters by gut-enriched Krüppel-like factor〔J〕.J Biol Chem，1998;273:10747-54.

22 Brembeck FH，Rustgi AK.The tissue-dependent keratin 19 gene transcription is regulated by GKLF/KLF4 and Sp1〔J〕.J Biol Chem，2000;275:28230-9.

23 Mahatan CS，Kaestner KH，Geiman DE，et al.Characterization of the structure and regulation of the murine gene encoding gut-enriched Krüppel-like factor(Krüppel-like factor 4)〔J〕.Nucleic Acids Res，1999;27:4562-9.

24 Shields JM，Christy RJ，Yang VW.Identification and characterization of a gene encoding a gut-enriched Krüppel-like factor expressed during growth arrest〔J〕.J Biol Chem，1996;271:20009-17.

25 Dang DT，Zhao W，Mahatan CS，et al.Opposing effects of Krüppel-like factor 4 and Krüppel-like factor 5 on the promoter of the Krüppel-like factor 4 gene〔J〕.Nucleic Acids Res，2002;30:2736-41.

26 Chen ZY，Shie JL，Tseng CC.STAT1 is required for IFN-gamma-mediated gut-enriched Kruppel-like factor expression〔J〕.Exp Cell Res，2002;281:19-27.

27 Dang DT，Mahatan CS，Dang LH.Expression of the gut-enriched Krüppel-like factor(Krüppel-like factor 4)gene in the human colon cancer cell line RKO is dependent on CDX2〔J〕.Oncogene，2001;20:4884-90.

28 Deaton RA，Gan Q，Owens GK.Sp1-dependent activation of KLF4 is required for PDGF-BB-induced phenotypic modulation of smooth muscle〔J〕.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2009;296:H1027-37.

29 Moustakas A，Pardali K，Gaal A，et al.Mechanisms of TGF-beta signaling in regulation of cell growth and differentiation〔J〕.Immunol Lett，2002;82:85-91.

30 Li HX，Han Mei，Michel Bernier，et al.Krüppel-like factor 4 promotes differentiation by transforming growth factor-β receptor-mediated Smad and p38 MAPK signaling in vascular smooth muscle cells〔J〕.J Biol Chem，2010;285:17846-56.

31 Zheng H，Pritchard DM，Yang XD，et al.KLF4 gene expression is inhibited by the notch signaling pathway that controls goblet cell differentiation in mouse gastrointestinal tract〔J〕.Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2009;296:490-8.

32 Ghaleb AM，Aggarwal G，Bialkow ska AB，et al.Notch inhibits expression of the Krüppel-like factor 4 tumor suppressor in the intestinal epithelium〔J〕.Mol Cancer Res，2008;6:1920-7.

33 Wang C，Han M，Zhao XM，et al.Krüppel-like factor 4 is required for the expression of vascular smooth muscle cell differentiation marker genes induced by all-trans retinoic acid〔J〕.J Biochem，2008;144:313-21.

34 Feinberg MW，Cao Z，Wara AK，et al.Krüppel-like factor 4 is a mediator of proinflammatory signaling in macrophages〔J〕.J Biol Chem，2005;280:38247-58.

35 Chen ZY，Shie J，Tseng C.Up-regulation of gut-enriched Krüppel-like factor byma in human colon carcinoma cells〔J〕.FEBS Lett，2000;477:67-72.

36 Chen ZY，Rex S，Tseng CC.Krüppel-Like Factor 4 is transactivated by butyrate in colon cancer cells〔J〕.J Nutr，2004;134:792-8.

37 Liu S，Zhang HT，Zhu LY.Krüppel-Like Factor 4 is a novel mediator of selenium in growth inhibition〔J〕.Mol Cancer Res，2008;6:306-13.

38 Garvey SM，Sinden DS，Schoppee Bortz PD，et al.Cyclosporine up-regulates Krüppel-like factor-4(KLF4)in vascular smooth muscle cells and drives phenotypic modulation in vivo〔J〕.JPET，2010;333:34-42.