杜勝利 范一帆 鐘久昌 王樂豐

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)的特征是動(dòng)脈粥樣硬化、血管狹窄或堵塞、心肌缺血缺氧、心肌重構(gòu)，根本原因是糖脂代謝障礙、內(nèi)皮細(xì)胞損傷及功能紊亂、炎性反應(yīng)和心肌纖維化。Kruppel樣因子(KLF)15參與調(diào)節(jié)心肌缺血、心肌細(xì)胞肥大及纖維化，在促進(jìn)心血管系統(tǒng)發(fā)育、調(diào)節(jié)缺血適應(yīng)、心臟重構(gòu)等方面發(fā)揮重要作用。

1 KLF15概述

KLF是包含鋅指結(jié)構(gòu)的一類轉(zhuǎn)錄因子。在哺乳動(dòng)物中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了18種KLF，命名為KLF1～KLF18[1]。KLF在所有的細(xì)胞類型中均有表達(dá), 不同亞型的KLF具有相似的調(diào)節(jié)域，在不同細(xì)胞中發(fā)揮重要作用，包括促進(jìn)心臟和血管發(fā)育，增強(qiáng)造血功能，抑制腫瘤發(fā)生，促進(jìn)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的產(chǎn)生，抑制單核細(xì)胞活化，促進(jìn)糖異生等。KLF家族成員均含有3個(gè)高度保守的Cys2His2鋅指結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)合CACCC或GC盒等序列，在氨基末端均含有轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)，能與不同輔助因子結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)其功能的多樣性和特異性。KLF15作為KLF家族的亞型，是重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，其氨基末端含有絲氨酸和脯氨酸，這使其不同于其他KLF。KLF15首先被鑒定為腎臟特異性氯通道CLC-K1的抑制劑，隨后發(fā)現(xiàn)其在肝臟、心臟、脂肪和骨骼肌等多種組織中表達(dá)，參與細(xì)胞增殖和分化、細(xì)胞死亡、抗腫瘤細(xì)胞增殖等生物學(xué)過程[2]。KLF15主要定位于細(xì)胞核，但持續(xù)缺氧可使其從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移。KLF15的表達(dá)受多種物質(zhì)的調(diào)控，激活的糖皮質(zhì)激素受體、糖皮質(zhì)激素信號(hào)、禁食等能夠上調(diào)其表達(dá)，肥胖、白細(xì)胞介素-17等抑制其表達(dá)。在心臟中，KLF15更多表達(dá)于心肌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞[3]。

2 KLF15在冠心病中的作用

2.1 KLF15與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化是一種多因素疾病，涉及炎性細(xì)胞聚集、血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)遷移和增殖、細(xì)胞外基質(zhì)沉積等，其特征是血管內(nèi)膜增厚，動(dòng)脈壁變硬、彈性喪失，動(dòng)脈管腔變窄，可能導(dǎo)致動(dòng)脈血栓形成，是冠心病、急性冠脈綜合征的重要病理基礎(chǔ)。血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷和功能障礙是啟動(dòng)和促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化病理生理發(fā)展的重要因素。與VSMC相比，內(nèi)皮細(xì)胞的KLF15表達(dá)水平相對較高[4]。研究發(fā)現(xiàn)，KLF15在人類動(dòng)脈粥樣硬化組織中的表達(dá)顯著降低，敲減KLF15能使血管壁易受炎性損傷的影響。KLF15的過表達(dá)可激活Nrf2信號(hào)，抑制核因子κB(NF-κB)信號(hào)，增加一氧化氮(NO)的釋放及eNOS的表達(dá)，降低腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)的表達(dá)[5]，對血管內(nèi)皮細(xì)胞功能有保護(hù)作用。VSMC在維持血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用，VSMC增殖是血管炎性反應(yīng)致動(dòng)脈粥樣硬化及介入術(shù)后再狹窄的病理基礎(chǔ)。在生理?xiàng)l件下，KLF15在VSMC中大量表達(dá)，但在機(jī)械損傷或促增殖/促炎性因子刺激下表達(dá)降低[6]。血管內(nèi)膜損傷促使VSMC增殖、遷移，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉淀及細(xì)胞因子/趨化因子釋放[7]。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，相對于野生型小鼠，KLF15-/-小鼠新生內(nèi)膜過度生長，VSMC增殖和遷移均明顯增加[8]，表明KLF15可抑制上述過程。此外，KLF15通過與組蛋白直接作用，改變NF-κB通路蛋白活性，參與調(diào)節(jié)VSMC炎性激活過程[9]。因此，KLF15是血管對損傷應(yīng)答的重要調(diào)節(jié)因子，在粥樣硬化損傷的病理過程中具有重要作用。冠心病支架術(shù)后再狹窄的病理基礎(chǔ)主要為血管內(nèi)膜炎性反應(yīng)及內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞增殖，KLF15有望成為治療支架內(nèi)再狹窄的潛在靶點(diǎn)。

2.2 KLF15與血管重構(gòu)

KLF被證明是血管系統(tǒng)發(fā)育和生物學(xué)功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[10]。血管內(nèi)皮細(xì)胞通過產(chǎn)生促進(jìn)生長或抑制生長的物質(zhì)調(diào)控血管重構(gòu)，通過表達(dá)和釋放趨化因子和黏附分子介導(dǎo)炎性反應(yīng)，通過合成和釋放NO等血管活性產(chǎn)物來調(diào)節(jié)VSMC的舒縮。BMP結(jié)合內(nèi)皮調(diào)節(jié)因子(BMPER)是血管發(fā)育重要的調(diào)控因子，是血管正常形成所必需的，而KLF15是直接促進(jìn)BMPER表達(dá)的強(qiáng)有力激活因子。同樣，精氨酸酶Ⅱ(ArgⅡ)通過負(fù)調(diào)控eNOS來源的NO，導(dǎo)致血管舒縮及內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂。缺氧時(shí)，KLF15和eNOS表達(dá)明顯下降，而ArgⅡ蛋白表達(dá)升高。KLF15過表達(dá)能夠拮抗ArgⅡ的縮血管效應(yīng)，增加內(nèi)皮細(xì)胞eNOS的產(chǎn)生，從而減輕血管舒縮及內(nèi)皮功能障礙[11]。腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)及血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)誘導(dǎo)的血管炎性反應(yīng)和纖維化對冠狀動(dòng)脈粥樣硬化、血管狹窄及重構(gòu)等病理過程有重要的促進(jìn)作用。平滑肌肌動(dòng)蛋白α2(ACTα2)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、遷移和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成，促進(jìn)血管重構(gòu)，而KLF15能夠抑制AngⅡ誘導(dǎo)的ACTα2表達(dá)增加、心肌成纖維細(xì)胞遷移和增殖，下調(diào)膠原蛋白基因的表達(dá)，抑制Smad2/3及Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活，從而減輕AngⅡ誘導(dǎo)的血管外膜炎性反應(yīng)和纖維化，對RAAS激活相關(guān)的血管重構(gòu)起到保護(hù)作用[12-13]。

2.3 KLF15與缺血再灌注損傷

缺血再灌注損傷機(jī)制比較復(fù)雜，包括鈣超載、氧自由基形成、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、細(xì)胞能量代謝障礙和細(xì)胞凋亡增加等。實(shí)驗(yàn)證明，缺血再灌注損傷可以導(dǎo)致KLF15表達(dá)水平下調(diào)，而應(yīng)用螺內(nèi)酯可以逆轉(zhuǎn)其水平下降[14]。心肌成纖維細(xì)胞中KLF15表達(dá)的增強(qiáng)能促進(jìn)血管內(nèi)膜生成[15]，而血管閉塞后側(cè)支形成的數(shù)量及側(cè)支血管開發(fā)時(shí)間均可影響再灌注損傷程度，所以KLF15可影響閉塞血管側(cè)支形成從而減輕缺血再灌注對心肌的損傷。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細(xì)胞內(nèi)主要參與蛋白的生物合成、折疊、加工、分泌及轉(zhuǎn)運(yùn)[16]。在營養(yǎng)缺乏、缺血缺氧等病理狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)被打破，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的錯(cuò)誤合成、聚集及折疊，被稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過多種機(jī)制參與心肌缺血再灌注損傷。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激同樣可誘導(dǎo)KLF15表達(dá)，以恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，KLF15-/-小鼠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、炎性反應(yīng)和c-Jun氨基末端激酶(JNK)活化增加，其機(jī)制可能是哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1(mTORC1)的激活[17]。mTORC1是細(xì)胞能量穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，能夠活化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路，促進(jìn)胰島素抵抗和脂質(zhì)積累。Twist2屬于轉(zhuǎn)錄因子，能夠抑制炎性反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，改善線粒體含量和氧化應(yīng)激，KLF15可以直接與Twist2啟動(dòng)子相互作用，增強(qiáng)Twist2的轉(zhuǎn)錄，抑制炎性反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，改善心肌細(xì)胞代謝及功能[18]。KLF15同時(shí)也是微小RNA(miRNA)-223-3p、miR-137-3p的直接靶標(biāo)，兩者均可以通過靶向抑制KLF15，降低KLF15的表達(dá)，增加心肌細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，加重缺血再灌注損傷[19-20]。

2.4 KLF15與缺血后心肌重構(gòu)

心肌缺血及壞死可導(dǎo)致心室重構(gòu)，引起心力衰竭，導(dǎo)致死亡。KLF15可拮抗心臟重構(gòu)相關(guān)基因的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，慢性心肌梗死導(dǎo)致心肌重構(gòu)與KLF15蛋白水平降低有關(guān)，而白藜蘆醇能夠誘導(dǎo)KLF15的表達(dá)升高，改善心肌缺血及心肌重構(gòu)[21]。結(jié)締組織生長因子(CTGF)是介導(dǎo)心肌重構(gòu)的重要因子。在新生大鼠心臟成纖維細(xì)胞中，KLF15的過表達(dá)抑制了轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)誘導(dǎo)的CTGF的表達(dá)；相反，在KLF15-/-小鼠的心臟中，CTGF表達(dá)水平升高，心肌膠原沉積增加[22]，提示KLF15是CTGF表達(dá)和心肌纖維化的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，通過調(diào)節(jié)TGF-β1、CTGF和心肌素相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子A(MRTF-A)的表達(dá)，改善甚至逆轉(zhuǎn)心肌纖維化，延緩心肌重構(gòu)。KLF15尚可調(diào)節(jié)β-連環(huán)蛋白(β-catenin)轉(zhuǎn)錄，而β-catenin轉(zhuǎn)錄是心臟祖細(xì)胞分化的關(guān)鍵調(diào)控因子[23]，這可能會(huì)為增強(qiáng)壞死心肌的內(nèi)源性修復(fù)提供治療方法。

2.5 KLF15與心律失常

晝夜節(jié)律和生物鐘在心血管生理和病理學(xué)中發(fā)揮重要作用，如突發(fā)心肌梗死或卒中等心腦血管事件經(jīng)常發(fā)生在清晨，經(jīng)常晝夜倒班的員工患心血管和代謝性疾病的風(fēng)險(xiǎn)明顯增加。KLF15可調(diào)控心臟晝夜震蕩節(jié)律[24]。惡性心律失常是冠心病、心肌梗死患者發(fā)生猝死的主要原因，心肌細(xì)胞復(fù)極的改變?nèi)缪娱L、縮短和早期復(fù)極均可增加室性心動(dòng)過速、心室顫動(dòng)等惡性心律失常的易感性。Jeyaraj等[25]研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠在KLF15的調(diào)節(jié)下，心臟的離子通道表達(dá)和QT間期表現(xiàn)出晝夜變異性；而KLF15的過表達(dá)或缺失均可導(dǎo)致QT間期變化失節(jié)律，表現(xiàn)為QT間期的晝夜變化節(jié)律紊亂，心肌復(fù)極異常以及室性心律失常風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，KLF15可在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控鉀離子通道相互作用蛋白2(KChIP2)的表達(dá)，KChIP2是編碼瞬時(shí)外向鉀離子通道所需的關(guān)鍵亞基，在心室復(fù)極的晝夜變化中起核心作用。無論KLF15缺失還是過表達(dá)，KChIP2的表達(dá)及心臟復(fù)極的晝夜變化都會(huì)受到影響，進(jìn)而使心律失常的發(fā)生顯著增加。

2.6 KLF15與冠心病危險(xiǎn)因素

脂代謝紊亂與慢性炎性反應(yīng)密切相關(guān)。血脂升高尤其是低密度脂蛋白膽固醇水平升高是動(dòng)脈粥樣硬化及冠心病發(fā)病的重要啟動(dòng)因素。研究表明，KLF15是脂肪形成晚期的調(diào)節(jié)因子[26]。肥胖小鼠的脂肪組織中KLF15表達(dá)明顯下調(diào)。硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD1)在肥胖癥的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。通過與SCD1啟動(dòng)子連接，KLF15呈劑量依賴性地抑制SCD1的表達(dá)，從而降低脂質(zhì)合成。乙酰輔酶A是各種代謝通路(脂肪酸代謝、膽固醇生物合成、三羧酸循環(huán))的中間產(chǎn)物，由乙酰輔酶A合成酶2(ACAS2)合成。研究發(fā)現(xiàn)，KLF15能夠誘導(dǎo)ACAS2基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[27]，從而促進(jìn)脂質(zhì)分解，增強(qiáng)能量代謝。在心臟中，KLF15對維持心臟脂質(zhì)代謝的平衡至關(guān)重要，其通過與p300的相互作用，招募啟動(dòng)子關(guān)鍵激活因子，發(fā)揮調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞脂肪代謝的功能[28]。此外，KLF15是過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)參與心肌脂肪酸氧化時(shí)所必需的[29]。我國的一項(xiàng)人群研究發(fā)現(xiàn)，KLF15表達(dá)水平與三酰甘油、低密度脂蛋白膽固醇、體質(zhì)量指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，而與高密度脂蛋白膽固醇呈正相關(guān)[30]。這些研究均提示KLF15在脂質(zhì)代謝中的重要作用，其有可能成為干預(yù)冠心病脂質(zhì)水平的潛在治療靶點(diǎn)。

高血糖是冠心病、動(dòng)脈粥樣硬化的另一危險(xiǎn)因素。KLF15過表達(dá)可選擇性抑制高血糖誘導(dǎo)的細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)磷酸化和細(xì)胞增殖[31]，而ERK1/2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活是冠心病、血管炎性反應(yīng)的重要機(jī)制。在禁食狀態(tài)下，KLF15通過上調(diào)分解支鏈氨基酸((BCAA)的關(guān)鍵酶來抑制脂肪生成并促進(jìn)糖異生[32-33]，抑制固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1c(SREBP-1c)及其下游產(chǎn)脂基因的表達(dá)。然而，在餐后，KLF15被認(rèn)為能夠激活下游產(chǎn)脂基因的表達(dá)[33]，表明KLF15通過雙向調(diào)節(jié)維持糖脂代謝平衡，降低動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)。Nagare等[34]等研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，KLF15轉(zhuǎn)基因小鼠胰島素分泌增加，糖耐量也相應(yīng)增加。研究發(fā)現(xiàn)，KLF15的過表達(dá)可以增加糖異生途徑的關(guān)鍵酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)的表達(dá)，促進(jìn)糖異生并導(dǎo)致血糖升高[35]。二甲雙胍則是通過下調(diào)KLF15抑制糖異生及PEPCK的表達(dá)，抑制葡萄糖的生成。這些研究進(jìn)一步揭示了KLF15在糖脂代謝中的雙向調(diào)節(jié)功能，表達(dá)過高或過低均可導(dǎo)致代謝失衡，引發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化。

3 小結(jié)

KLF15作為一類轉(zhuǎn)錄因子，通過多種機(jī)制起到抑制心肌及血管重構(gòu)、減輕缺血再灌注損傷、調(diào)節(jié)心臟節(jié)律及糖脂代謝等作用。隨著研究的深入，KLF15有望成為治療冠心病的新干預(yù)靶點(diǎn)。然而，冠心病、心肌缺血的發(fā)生發(fā)展涉及到多種機(jī)制和病理基礎(chǔ)，KLF15在其中的確切作用機(jī)制尚不完全清楚。