KLF4與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)系在腫瘤中的研究進展

司書遙，李春鳴，梁 娜

(1.遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院 病理科，貴州 遵義 563099；2.遵義醫(yī)科大學 組織胚胎學教研室，貴州 遵義 563099)

KLF4(Krüppel-like factor 4)是KLFs轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族的重要成員之一。Yet等[1]在1998年首次在人血管內(nèi)皮細胞中克隆出KLF4基因的表達，通過對比cDNA序列，發(fā)現(xiàn)與小鼠上皮鋅指蛋白(EKF)高度同源。KLF4在調(diào)控細胞增殖、細胞分化及維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)等多種過程中發(fā)揮著重要作用[2]，并且參與干細胞的多潛能性[3]、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)

化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)和DNA的損傷修復等過程。KLF4能夠有效激活EMT，維持上皮細胞的特性及基因穩(wěn)定性，有研究顯示，KLF4表達缺失后改變了上皮細胞形態(tài)學和遷移行為，誘導上皮向間質(zhì)轉(zhuǎn)化，進而促進腫瘤的侵襲和遷移[4]。本文將對KLF4與EMT在腫瘤中的關(guān)系研究進展進行了簡要綜述。

1 KLF4的結(jié)構(gòu)特點及功能

KLF4基因是一個單拷貝基因，定位于人染色體9q31,靠近T細胞急性淋巴細胞白血病-2位點，KLF4基因大小約6.3 kb，內(nèi)含5個外顯子，其cDNA片段長為1 413 bp，轉(zhuǎn)錄區(qū)大小為3.5 kb。KLF4的cDNA編碼的蛋白質(zhì)由470個氨基酸構(gòu)成，相對分子量約為55 kd。KLF4啟動子區(qū)含有典型的CpG島,啟動子高甲基化是KLF4調(diào)控腫瘤的機制之一[5]。

KLF4蛋白含有多個功能結(jié)構(gòu)域，主要有DNA結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)域以及核定位信號域。高度保守的羧基端序列由81個氨基酸組成，同時含有3個Cys2-His2鋅指結(jié)構(gòu)的DNA結(jié)合域，每個鋅指結(jié)構(gòu)包含1個反向平行的β折疊和1個α螺旋。高度變異的氨基端序列含有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)域，包括富含絲氨酸的轉(zhuǎn)錄激活域和富含脯氨酸的轉(zhuǎn)錄抑制域，分別位于第125～149氨基酸殘基處和第179～415氨基酸殘基處，因此，KLF4對基因轉(zhuǎn)錄具有激活和抑制雙重調(diào)控作用[6]。KLF4蛋白主要定位于細胞核，有兩個核定位信號，分別位于鋅指結(jié)構(gòu)的氨基端和鋅指結(jié)構(gòu)域的前方，兩者緊密相鄰，其中任何一個都可以單獨將KLF4有效的轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)。除了轉(zhuǎn)錄調(diào)控，KLF4還可以通過磷酸化、泛素化、乙酰化和甲基化進行翻譯后修飾，進而調(diào)控KLF4的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、DNA結(jié)合能力和轉(zhuǎn)錄活性[7]。KLF4廣泛表達于機體組織，主要表達于胃腸道上皮、皮膚表皮、血管內(nèi)皮、角膜上皮以及胸腺等[8-11]，其中，KLF4在胃腸道上皮細胞表達最為豐富，故又稱為胃腸富集KLF(Gut-en riched krüppel-like factor，GKLF)。KLF4在多種生物學過程中都發(fā)揮著重要作用，包括細胞增殖、分化、凋亡、EMT、干細胞多能性、維持基因組穩(wěn)定性、DNA損傷修復和維持正常組織穩(wěn)態(tài)等[12-14]。

2 EMT簡介

Greenburg等[15]首次于1982年在胚胎學領(lǐng)域提出EMT的概念,他們發(fā)現(xiàn)晶狀體上皮細胞在膠原凝膠中可以形成偽足，轉(zhuǎn)變?yōu)殚g質(zhì)細胞樣形態(tài)。EMT過程是上皮細胞轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)細胞的可逆過程。在20世紀90年代，癌癥研究人員發(fā)現(xiàn)EMT與腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。EMT是一個多階段的動態(tài)過程，在這個過程中，上皮細胞失去極性，細胞骨架結(jié)構(gòu)重塑，細胞形態(tài)由立方上皮細胞變成紡錘形纖維細胞，上皮標志物表達減少，間質(zhì)標志物表達增加，這些特征性改變將導致細胞侵襲和遷移能力增強。其中上皮標志物E-cadherin表達的缺失被認為是癌癥發(fā)生過程中的重要步驟，也是EMT發(fā)生的關(guān)鍵步驟。研究表明，許多轉(zhuǎn)錄因子在EMT的過程中起著關(guān)鍵作用，包括Snail1 (Snail)、Snail2 (Slug)、ZEB1、ZEB2 (Sip1)、Twist1、FoxC2、NF-κB等[16]。近年來，KLF4被認為是EMT過程中上皮基因的轉(zhuǎn)錄激活因子和間充質(zhì)基因的抑制因子[17]。這些轉(zhuǎn)錄因子主要通過參與TGF-β、Wnt/β-catenin、Notch等信號通路誘導EMT過程。除了轉(zhuǎn)錄因子外，EMT還受表觀遺傳修飾、microrna和長鏈非編碼RNA等調(diào)控，其本質(zhì)是信號通路串擾的產(chǎn)物。上皮標志物E-cadherin是細胞黏附的橋梁，通過其胞外結(jié)構(gòu)域與相鄰上皮細胞的另一個E-cadherin結(jié)合，從而分解細胞與細胞的接觸點[18]，間質(zhì)標志物N-cadherin主要與癌細胞的活動性和侵襲潛能相關(guān)[19]，EMT 發(fā)生的關(guān)鍵就是上皮標志物表達的下調(diào)和間質(zhì)標志物的上調(diào)。研究表明，EMT與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，主要通過抑制上皮標志物，增加間質(zhì)標志物的表達，導致細胞粘性降低、細胞運動增強，促進腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[20]。除了驅(qū)動腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移外，EMT還被認為是治療耐藥的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[21]，幫助腫瘤細胞逃避免疫系統(tǒng)的破壞[22]。

3 KLF4與腫瘤EMT

KLF4是1個功能復雜的轉(zhuǎn)錄因子，在腫瘤的發(fā)生進程中，它既可以是原癌基因，又可以作為抑癌基因。例如KLF4在食管鱗狀細胞癌[23]、胃癌[24]、胰腺癌[25]、結(jié)直腸癌[26]中表達降低或缺失，而在乳腺癌[27]和口咽鱗狀細胞癌[28]中過表達。EMT在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在EMT過程中，上皮細胞失去其上皮特性，如頂端-基底極性和細胞-細胞粘附，同時獲得間充質(zhì)細胞特征，如侵襲和遷移的能力[29]。近期研究表明，KLF4是EMT的關(guān)鍵負調(diào)控因子，在EMT過程中KLF4的表達降低[30]。此外，Tiwari等[4]發(fā)現(xiàn)了一系列作為KLF4直接轉(zhuǎn)錄靶點的關(guān)鍵基因，包括E-cadherin、N-cadherin、vimentin、β-catenin、VEGF-A、內(nèi)皮素-1和Jnk1。研究發(fā)現(xiàn)，KLF4可以靶向調(diào)控多種腫瘤的EMT過程，例如鼻咽癌，胃癌，肝癌，結(jié)直腸癌以及乳腺癌等。

3.1KLF4與鼻咽癌EMT Li等[31]通過RNAi檢測異位KLF4表達和內(nèi)源性KLF4沉默的鼻咽癌細胞中上皮和間充質(zhì)標志物的變化,發(fā)現(xiàn)表達KLF4的細胞表現(xiàn)出典型的上皮樣表型，包括上皮標志物(E-cadherin)的上調(diào)和間質(zhì)標志物(N-cadherin)的下調(diào)。而內(nèi)源性KLF4的缺失導致上皮標志物下調(diào)，間質(zhì)標志物上調(diào)。提示KLF4作為鼻咽癌的抑癌基因，通過誘導E-cadherin表達，抑制EMT，減少鼻咽癌細胞的遷移和侵襲。Zhang等[32]研究發(fā)現(xiàn)KLF4是miR-10b在鼻咽癌中的直接靶點，miR-10b通過調(diào)節(jié)KLF4/Notch1/E-cadherin的表達來調(diào)控EMT，提示上調(diào)KLF4可以促進鼻咽癌細胞的侵襲和遷移。

3.2KLF4與胃癌EMT Zheng等[33]通過miRNA靶數(shù)據(jù)庫和熒光素酶報告基因檢測證實KLF4是miR-103在胃癌中的直接靶點，且在胃癌組織中miR-103和KLF4的表達呈顯著負相關(guān)。KLF4被認為是胃癌的抑癌基因，miR-103過表達可抑制KLF4介導的表達促進胃癌EMT。Zhang等[34]研究發(fā)現(xiàn)KLF4通過結(jié)合PODXL的5'UTR負調(diào)控胃癌細胞系中PODXL的表達，進而抑制EMT，減少腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。

3.3KLF4與肝癌EMT Yao等[35]研究發(fā)現(xiàn)KLF4可通過TGF-β 1下調(diào)Micro-135a-5p抑制肝癌細胞EMT過程。此外，其他的體外和體內(nèi)實驗證實，KLF4可以通過抑制Slug表達來逆轉(zhuǎn)EMT，提示過表達KLF4可以減少肝癌細胞遷移和侵襲。Hujie等[36]通過ChIP檢測和Western blot方法，發(fā)現(xiàn)miR-10b通過下調(diào)KLF11的抑制轉(zhuǎn)錄因子KLF4，誘導Smads信號活性來促進肝細胞癌的EMT過程。

3.4KLF4與結(jié)直腸癌EMT Agbo等[37]通過免疫熒光染色法，發(fā)現(xiàn)KLF4的表達在結(jié)直腸正常黏膜中與EMT上皮標記物呈正相關(guān)，而在結(jié)直腸癌中與EMT間質(zhì)標記物呈負相關(guān)，提示KLF4表達的缺失是結(jié)直腸癌EMT的一個潛在的重要指標。Leng等[38]研究發(fā)現(xiàn)KLF4能夠通過TGF-β1/Smad/ Snail途徑維持人結(jié)直腸癌模型的干性和間充質(zhì)特性。

3.5KLF4與乳腺癌EMT Yu等[39]研究發(fā)現(xiàn)KLF4通過調(diào)節(jié)乳腺癌中的Notch信號通路促進細胞遷移、侵襲和EMT。Yori等[40]認為E-cadherin是KLF4的直接轉(zhuǎn)錄靶點，KLF4通過對E-cadherin的調(diào)控維持乳腺上皮細胞的上皮表型，抑制乳腺癌細胞的EMT。此外，通過建立乳腺癌動物模型，發(fā)現(xiàn)KLF4可以通過減少Snail的表達抑制乳腺癌細胞的EMT。

4 展望

侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最重要的生物學特點，是決定患者預后的關(guān)鍵因素。EMT已被證實是造成腫瘤轉(zhuǎn)移的主要原因之一。因此，EMT作為腫瘤細胞轉(zhuǎn)移的一種潛在機制已引起廣泛關(guān)注。EMT受轉(zhuǎn)錄因子、細胞外配體和mirna的調(diào)控。KLF4被認為是EMT關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，在EMT過程中KLF4表達的缺失是促進腫瘤血管生成、惡性腫瘤進展和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵事件。然而KLF4在腫瘤EMT中的具體機制仍需進一步研究，深入探究KLF4與EMT在腫瘤中的關(guān)系，可以為腫瘤轉(zhuǎn)移的預防和治療提供新的思路。