Krüpple樣轉(zhuǎn)錄因子4與結(jié)腸癌發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究進(jìn)展

張孟哲 綜述 康向東 審校

結(jié)腸癌是消化道最常見的惡性腫瘤之一，居世界惡性腫瘤發(fā)病率的第二位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2006—2016年全球結(jié)直腸癌病例數(shù)從130萬(wàn)增至170萬(wàn)，發(fā)病率增加34%[1]，并呈逐年上升趨勢(shì)。結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展涉及多種癌基因、抑癌基因的異常表達(dá)，Krüpple樣轉(zhuǎn)錄因子4(KLF4)是近年來發(fā)現(xiàn)的一個(gè)與結(jié)腸癌發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子。KLF4高度富集于正常人的腸上皮組織中，在調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的成熟、分化、增殖、遷移等方面發(fā)揮重要作用，故又稱“胃腸富集Krüpple樣因子”[2]。由于雜合子缺失、啟動(dòng)子高甲基化等原因，KLF4在結(jié)直腸癌中低表達(dá)，并已在臨床標(biāo)本中得到了驗(yàn)證[3-4]。但是作為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的四個(gè)轉(zhuǎn)錄因子之一，KLF4在結(jié)腸癌干細(xì)胞中高表達(dá)，與腫瘤的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)、耐藥等呈正相關(guān)[5]。KLF4在結(jié)腸癌中發(fā)揮的雙重作用均表明它是結(jié)腸癌患者生存和復(fù)發(fā)的重要預(yù)測(cè)因子。現(xiàn)本文就近年來KLF4在結(jié)腸癌中發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用的分子機(jī)制進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)參與調(diào)控的信號(hào)通路進(jìn)行歸納分析。

2 KLF4在結(jié)腸癌中的分子機(jī)制

2.1 KLF4抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖

KLF4最初被證實(shí)在調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞生長(zhǎng)方面有重要作用，過表達(dá)KLF4可導(dǎo)致DNA合成受阻，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)[6]。Chen等[7]對(duì)KLF4轉(zhuǎn)錄譜的cDNA微陣列分析證明，KLF4通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)來抑制細(xì)胞周期。相關(guān)數(shù)據(jù)還證實(shí)，KLF4可直接與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程的基因結(jié)合，如p21WAF1/CIP1[8]、p27Kip1[9]、cyclin D1Sp1[10]等，影響細(xì)胞周期的G1/S期或G2/M期來調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程。Ma等[11]研究發(fā)現(xiàn)KLF4通過與NDRG2啟動(dòng)子結(jié)合激活NDRG2，進(jìn)一步上調(diào)P21WAF11/Cip1和下調(diào)cyclin D1抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖。Fang等[12]通過過表達(dá)KLF4導(dǎo)致結(jié)腸癌細(xì)胞生長(zhǎng)抑制，cyclin E和CDK4蛋白水平降低，并且P21的表達(dá)增加。

2.2 KLF4維持結(jié)腸癌干細(xì)胞特性

腫瘤干細(xì)胞(Cancer stem cells，CSCs)是一類具有干細(xì)胞特性，能夠進(jìn)行自我更新、趨異性分化和無限增殖的惡性腫瘤細(xì)胞群，與腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)及耐藥等關(guān)系密切。研究表明，KLF4在調(diào)節(jié)正常干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和腫瘤干細(xì)胞端粒酶活性方面發(fā)揮重要作用，KLF4和SOX2、OCT4、NANOG、SCA-1等常作為干性基因在腫瘤干細(xì)胞中高表達(dá)，在結(jié)腸癌干細(xì)胞中發(fā)揮致癌作用[13-14]。Hirashima等[15]將重編程因子OCT3/4、SOX2、KLF4和L-myc轉(zhuǎn)導(dǎo)至結(jié)腸癌細(xì)胞系中，發(fā)現(xiàn)其干細(xì)胞標(biāo)記分子CD133和ALDH1表達(dá)升高，并顯示出較強(qiáng)的腫瘤干細(xì)胞特性。Leng等[16]認(rèn)為KLF4在結(jié)腸癌干細(xì)胞富集的球狀細(xì)胞中充當(dāng)癌基因，通過敲減結(jié)腸癌細(xì)胞(DLD-1)中的KLF4，可以降低結(jié)腸癌干細(xì)胞標(biāo)記基因CD133的表達(dá)水平，在體內(nèi)外表現(xiàn)出致瘤能力、侵襲和遷移能力減弱。Ishida等[17]通過病毒構(gòu)建轉(zhuǎn)染OCT3/4、SOX2和KLF4至人結(jié)腸癌細(xì)胞系中，成功誘導(dǎo)其成為結(jié)腸癌干細(xì)胞樣細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)其球形成能力、癌組織重建能力增強(qiáng)。KLF4參與調(diào)控了結(jié)腸癌干細(xì)胞的產(chǎn)生，有利于維持其干細(xì)胞特性。

2.3 KLF4對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞耐藥性的影響

耐藥性的產(chǎn)生是導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，甚至出現(xiàn)死亡的主要原因。有研究顯示，在多種腫瘤中KLF4的表達(dá)水平與抗腫瘤藥物的敏感性相關(guān)[18]。GEO數(shù)據(jù)集分析表明KLF4與ERα的表達(dá)呈正相關(guān)，且增加KLF4對(duì)乳腺癌患者內(nèi)分泌治療起到增敏效果。Li等[19]通過分析168例經(jīng)西妥昔單抗治療的鼻咽癌患者，證實(shí)了細(xì)胞核中KLF4的表達(dá)與西妥昔單抗的耐藥性有關(guān)。同樣的，在結(jié)直腸癌患者中過表達(dá)KLF4可增加耐藥細(xì)胞對(duì)化療的敏感性。Yadav等[20]發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌中，KLF4促進(jìn)順鉑介導(dǎo)的G2/M細(xì)胞周期停滯，而KLF4敲低誘導(dǎo)順鉑介導(dǎo)的S期阻滯。另一方面，KLF4作為維持腫瘤干細(xì)胞特性的重要分子，可增加腫瘤干細(xì)胞的耐藥性。Leng等[16]從結(jié)腸癌細(xì)胞(DLD-S)中分離出具有干性特征的球狀細(xì)胞，通過敲減KLF4后可降低其5-FU耐藥性的產(chǎn)生，并減弱腫瘤的發(fā)生。由此可知，KLF4通過不同機(jī)制對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞的耐藥性具有雙重調(diào)節(jié)作用。

2.4 KLF4抑制結(jié)腸癌上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)的產(chǎn)生

EMT是上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的生物學(xué)過程，能夠促進(jìn)腫瘤的遷移和侵襲。其啟動(dòng)和執(zhí)行過程受到多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，如Snail-1、Snail-2、Zeb-1、Zeb-2、Twist、TGF-β1和NF-κB等，KLF4也是其中之一，可抑制間充質(zhì)基因的表達(dá)[21]。Tiwari等[21]應(yīng)用CHIP和基因測(cè)序技術(shù)分析顯示，一系列EMT關(guān)鍵基因是KLF4的直接轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，包括E-cadherin、N-cadherin、vimentin、β-catenin、VEGF-A、endothelin-1和Jnk1。Zeng等[22]發(fā)現(xiàn)敲低KLF4可促進(jìn)MMP2表達(dá)、抑制E-cadherin表達(dá)，促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。在其他癌癥中亦有類似的報(bào)道，雖然目前KLF4對(duì)結(jié)腸癌EMT影響的相關(guān)文獻(xiàn)較少，但是KLF4在非結(jié)腸癌中調(diào)節(jié)EMT的作用可以為我們了解KLF4與結(jié)腸癌EMT帶來更多啟示。

3 KLF4與結(jié)腸癌的重要調(diào)節(jié)通路

3.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路

Wnt/β-catenin信號(hào)通路可維持正常腸道穩(wěn)態(tài)，當(dāng)被過度激活后可促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制分化，導(dǎo)致結(jié)直腸癌的產(chǎn)生[23]。β-catenin可以說是Wnt信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵效應(yīng)因子，在整條通路中發(fā)揮重要作用。研究表明，KLF4可下調(diào)β-catenin表達(dá)水平，誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞生長(zhǎng)周期停滯，同時(shí)KLF4可抑制β-catenin介導(dǎo)的基因表達(dá)，影響腸道腫瘤的發(fā)生發(fā)展[24]。Evans等[25]發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸癌細(xì)胞中KLF4可直接與β-catenin的C末端反式激活結(jié)構(gòu)域相互作用，并且抑制β-catenin乙?；约癢nt靶基因上的組蛋白乙酰化，表明KLF4可介導(dǎo)抑制Wnt/β-catenin通路而發(fā)揮抑癌作用。

3.2 Notch信號(hào)通路

在結(jié)直腸癌中，Notch信號(hào)通路常被過度激活，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生發(fā)展，患者預(yù)后較差。研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制Notch信號(hào)通路可增加KLF4的表達(dá)和杯狀細(xì)胞分化，減少結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和腫瘤形成[26]。而且在HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞中過表達(dá)Notch可降低KLF4的水平，抑制KLF4啟動(dòng)子的活性[27]。Zheng等[28]揭示了Notch抑制KLF4的機(jī)制可能是Notch1的組成型活性形式(ICN1)抑制了KLF4啟動(dòng)子的活性。Miyamoto等[29]應(yīng)用Notch抑制劑DAPM可顯著降低結(jié)腸腫瘤的發(fā)生率，誘導(dǎo)KLF4和p21的表達(dá)，從而抑制細(xì)胞增殖。

3.3 TGF-β信號(hào)通路

TGF-β信號(hào)通路在腫瘤形成過程中具有雙重作用。在癌癥初期，它通過抑制細(xì)胞增殖導(dǎo)致細(xì)胞凋亡而發(fā)揮抑癌作用，在晚期癌癥中，TGF-β經(jīng)常過表達(dá)，并通過誘導(dǎo)EMT及腫瘤血管生成等增強(qiáng)侵襲和轉(zhuǎn)移能力，促進(jìn)癌癥的產(chǎn)生。有研究表明，TGF-β信號(hào)通路在結(jié)腸癌中起致癌作用，其TGF-β信號(hào)組成成分經(jīng)常發(fā)生突變，并且主要體現(xiàn)在結(jié)腸癌進(jìn)展過程中[30]。Bellone等[31]證實(shí)了TGF-β1的表達(dá)與結(jié)腸癌的進(jìn)展呈正相關(guān)。過表達(dá)KLF4可下調(diào)TGF-β1表達(dá)，抑制TGF-β通路[32]，而且KLF4可減弱TGF-β1誘導(dǎo)的EMT[33]。在結(jié)直腸癌中，Smad7缺失可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖，是患者預(yù)后良好的標(biāo)志物[34]。KLF4過表達(dá)后使Smad7下降并抑制致癌信號(hào)TGF-β1/Smad的傳導(dǎo)，顯著降低了侵襲力，使EMT相關(guān)分子下調(diào)[35]。

4 小結(jié)和展望

目前，臨床上治療結(jié)腸癌的方法有很多，但結(jié)腸癌患者的預(yù)后仍然較差。KLF4在結(jié)腸癌中的作用為人們更深入地了解結(jié)腸癌的發(fā)生奠定基礎(chǔ)，并為臨床治療提供了新的前景?，F(xiàn)有的研究證實(shí)，KLF4一方面能夠抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和EMT的發(fā)生，增加抗腫瘤藥物的敏感性；另一方面，在結(jié)腸癌干細(xì)胞中KLF4有利于干性特征的維持，促進(jìn)耐藥性的產(chǎn)生，并促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。而且KLF4在結(jié)腸癌中參與調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin、Notch、TGF-β多個(gè)信號(hào)通路，與結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。KLF4因其結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了其需要與其他分子相互作用和調(diào)節(jié)DNA結(jié)合效率來特異性的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性，從而發(fā)揮激活或者抑制作用[36]。有些報(bào)道還指出KLF4在癌癥中的作用，取決于不同的細(xì)胞環(huán)境，如在胃癌[37]、宮頸癌[9]、膀胱癌[38]、肝細(xì)胞癌[39]和食管癌[40]中發(fā)揮抑癌作用，而在乳腺癌[41]和黑色素瘤[42]中發(fā)揮促癌作用。但影響KLF4產(chǎn)生雙重調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵靶分子及特定條件仍未可知，其在結(jié)腸癌干細(xì)胞重編程和干性維持方面的確切機(jī)制尚不清楚，需進(jìn)一步深入探索。