Kruppel样因子15在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的作用

杜胜利 范一帆 钟久昌 王乐丰

冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)的特征是动脉粥样硬化、血管狭窄或堵塞、心肌缺血缺氧、心肌重构，根本原因是糖脂代谢障碍、内皮细胞损伤及功能紊乱、炎性反应和心肌纤维化。Kruppel样因子(KLF)15参与调节心肌缺血、心肌细胞肥大及纤维化，在促进心血管系统发育、调节缺血适应、心脏重构等方面发挥重要作用。

1 KLF15概述

KLF是包含锌指结构的一类转录因子。在哺乳动物中，已经发现了18种KLF，命名为KLF1～KLF18[1]。KLF在所有的细胞类型中均有表达, 不同亚型的KLF具有相似的调节域，在不同细胞中发挥重要作用，包括促进心脏和血管发育，增强造血功能，抑制肿瘤发生，促进内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的产生，抑制单核细胞活化，促进糖异生等。KLF家族成员均含有3个高度保守的Cys2His2锌指结构，能够结合CACCC或GC盒等序列，在氨基末端均含有转录调控区，能与不同辅助因子结合，从而实现其功能的多样性和特异性。KLF15作为KLF家族的亚型，是重要的转录调节因子，其氨基末端含有丝氨酸和脯氨酸，这使其不同于其他KLF。KLF15首先被鉴定为肾脏特异性氯通道CLC-K1的抑制剂，随后发现其在肝脏、心脏、脂肪和骨骼肌等多种组织中表达，参与细胞增殖和分化、细胞死亡、抗肿瘤细胞增殖等生物学过程[2]。KLF15主要定位于细胞核，但持续缺氧可使其从细胞核向细胞质转移。KLF15的表达受多种物质的调控，激活的糖皮质激素受体、糖皮质激素信号、禁食等能够上调其表达，肥胖、白细胞介素-17等抑制其表达。在心脏中，KLF15更多表达于心肌细胞和成纤维细胞[3]。

2 KLF15在冠心病中的作用

2.1 KLF15与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种多因素疾病，涉及炎性细胞聚集、血管平滑肌细胞(VSMC)迁移和增殖、细胞外基质沉积等，其特征是血管内膜增厚，动脉壁变硬、弹性丧失，动脉管腔变窄，可能导致动脉血栓形成，是冠心病、急性冠脉综合征的重要病理基础。血管内皮细胞损伤和功能障碍是启动和促进动脉粥样硬化病理生理发展的重要因素。与VSMC相比，内皮细胞的KLF15表达水平相对较高[4]。研究发现，KLF15在人类动脉粥样硬化组织中的表达显著降低，敲减KLF15能使血管壁易受炎性损伤的影响。KLF15的过表达可激活Nrf2信号，抑制核因子κB(NF-κB)信号，增加一氧化氮(NO)的释放及eNOS的表达，降低肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)的表达[5]，对血管内皮细胞功能有保护作用。VSMC在维持血管内稳态方面发挥着重要作用，VSMC增殖是血管炎性反应致动脉粥样硬化及介入术后再狭窄的病理基础。在生理条件下，KLF15在VSMC中大量表达，但在机械损伤或促增殖/促炎性因子刺激下表达降低[6]。血管内膜损伤促使VSMC增殖、迁移，促进细胞外基质沉淀及细胞因子/趋化因子释放[7]。动物研究发现，相对于野生型小鼠，KLF15-/-小鼠新生内膜过度生长，VSMC增殖和迁移均明显增加[8]，表明KLF15可抑制上述过程。此外，KLF15通过与组蛋白直接作用，改变NF-κB通路蛋白活性，参与调节VSMC炎性激活过程[9]。因此，KLF15是血管对损伤应答的重要调节因子，在粥样硬化损伤的病理过程中具有重要作用。冠心病支架术后再狭窄的病理基础主要为血管内膜炎性反应及内皮细胞、平滑肌细胞增殖，KLF15有望成为治疗支架内再狭窄的潜在靶点。

2.2 KLF15与血管重构

KLF被证明是血管系统发育和生物学功能的关键调节因子[10]。血管内皮细胞通过产生促进生长或抑制生长的物质调控血管重构，通过表达和释放趋化因子和黏附分子介导炎性反应，通过合成和释放NO等血管活性产物来调节VSMC的舒缩。BMP结合内皮调节因子(BMPER)是血管发育重要的调控因子，是血管正常形成所必需的，而KLF15是直接促进BMPER表达的强有力激活因子。同样，精氨酸酶Ⅱ(ArgⅡ)通过负调控eNOS来源的NO，导致血管舒缩及内皮细胞功能紊乱。缺氧时，KLF15和eNOS表达明显下降，而ArgⅡ蛋白表达升高。KLF15过表达能够拮抗ArgⅡ的缩血管效应，增加内皮细胞eNOS的产生，从而减轻血管舒缩及内皮功能障碍[11]。肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)及血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)诱导的血管炎性反应和纤维化对冠状动脉粥样硬化、血管狭窄及重构等病理过程有重要的促进作用。平滑肌肌动蛋白α2(ACTα2)调节细胞增殖、迁移和细胞外基质蛋白的合成，促进血管重构，而KLF15能够抑制AngⅡ诱导的ACTα2表达增加、心肌成纤维细胞迁移和增殖，下调胶原蛋白基因的表达，抑制Smad2/3及Wnt/β-catenin信号通路的激活，从而减轻AngⅡ诱导的血管外膜炎性反应和纤维化，对RAAS激活相关的血管重构起到保护作用[12-13]。

2.3 KLF15与缺血再灌注损伤

缺血再灌注损伤机制比较复杂，包括钙超载、氧自由基形成、氧化应激、线粒体功能障碍、细胞能量代谢障碍和细胞凋亡增加等。实验证明，缺血再灌注损伤可以导致KLF15表达水平下调，而应用螺内酯可以逆转其水平下降[14]。心肌成纤维细胞中KLF15表达的增强能促进血管内膜生成[15]，而血管闭塞后侧支形成的数量及侧支血管开发时间均可影响再灌注损伤程度，所以KLF15可影响闭塞血管侧支形成从而减轻缺血再灌注对心肌的损伤。内质网在细胞内主要参与蛋白的生物合成、折叠、加工、分泌及转运[16]。在营养缺乏、缺血缺氧等病理状态下，内质网的内环境稳态被打破，导致蛋白质的错误合成、聚集及折叠，被称为内质网应激。内质网应激通过多种机制参与心肌缺血再灌注损伤。内质网应激同样可诱导KLF15表达，以恢复内质网稳态。动物实验发现，与野生型小鼠相比，KLF15-/-小鼠内质网应激、炎性反应和c-Jun氨基末端激酶(JNK)活化增加，其机制可能是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1(mTORC1)的激活[17]。mTORC1是细胞能量稳态的关键调节因子，能够活化内质网应激信号通路，促进胰岛素抵抗和脂质积累。Twist2属于转录因子，能够抑制炎性反应和内质网应激，改善线粒体含量和氧化应激，KLF15可以直接与Twist2启动子相互作用，增强Twist2的转录，抑制炎性反应和内质网应激，改善心肌细胞代谢及功能[18]。KLF15同时也是微小RNA(miRNA)-223-3p、miR-137-3p的直接靶标，两者均可以通过靶向抑制KLF15，降低KLF15的表达，增加心肌细胞凋亡和氧化应激，加重缺血再灌注损伤[19-20]。

2.4 KLF15与缺血后心肌重构

心肌缺血及坏死可导致心室重构，引起心力衰竭，导致死亡。KLF15可拮抗心脏重构相关基因的表达。研究发现，慢性心肌梗死导致心肌重构与KLF15蛋白水平降低有关，而白藜芦醇能够诱导KLF15的表达升高，改善心肌缺血及心肌重构[21]。结缔组织生长因子(CTGF)是介导心肌重构的重要因子。在新生大鼠心脏成纤维细胞中，KLF15的过表达抑制了转化生长因子-β1(TGF-β1)诱导的CTGF的表达；相反，在KLF15-/-小鼠的心脏中，CTGF表达水平升高，心肌胶原沉积增加[22]，提示KLF15是CTGF表达和心肌纤维化的负性调节因子，通过调节TGF-β1、CTGF和心肌素相关转录因子A(MRTF-A)的表达，改善甚至逆转心肌纤维化，延缓心肌重构。KLF15尚可调节β-连环蛋白(β-catenin)转录，而β-catenin转录是心脏祖细胞分化的关键调控因子[23]，这可能会为增强坏死心肌的内源性修复提供治疗方法。

2.5 KLF15与心律失常

昼夜节律和生物钟在心血管生理和病理学中发挥重要作用，如突发心肌梗死或卒中等心脑血管事件经常发生在清晨，经常昼夜倒班的员工患心血管和代谢性疾病的风险明显增加。KLF15可调控心脏昼夜震荡节律[24]。恶性心律失常是冠心病、心肌梗死患者发生猝死的主要原因，心肌细胞复极的改变如延长、缩短和早期复极均可增加室性心动过速、心室颤动等恶性心律失常的易感性。Jeyaraj等[25]研究发现，野生型小鼠在KLF15的调节下，心脏的离子通道表达和QT间期表现出昼夜变异性；而KLF15的过表达或缺失均可导致QT间期变化失节律，表现为QT间期的昼夜变化节律紊乱，心肌复极异常以及室性心律失常风险显著增加。进一步研究发现，KLF15可在转录水平调控钾离子通道相互作用蛋白2(KChIP2)的表达，KChIP2是编码瞬时外向钾离子通道所需的关键亚基，在心室复极的昼夜变化中起核心作用。无论KLF15缺失还是过表达，KChIP2的表达及心脏复极的昼夜变化都会受到影响，进而使心律失常的发生显著增加。

2.6 KLF15与冠心病危险因素

脂代谢紊乱与慢性炎性反应密切相关。血脂升高尤其是低密度脂蛋白胆固醇水平升高是动脉粥样硬化及冠心病发病的重要启动因素。研究表明，KLF15是脂肪形成晚期的调节因子[26]。肥胖小鼠的脂肪组织中KLF15表达明显下调。硬脂酰辅酶A去饱和酶1(SCD1)在肥胖症的发生、发展中发挥重要作用。通过与SCD1启动子连接，KLF15呈剂量依赖性地抑制SCD1的表达，从而降低脂质合成。乙酰辅酶A是各种代谢通路(脂肪酸代谢、胆固醇生物合成、三羧酸循环)的中间产物，由乙酰辅酶A合成酶2(ACAS2)合成。研究发现，KLF15能够诱导ACAS2基因的转录表达[27]，从而促进脂质分解，增强能量代谢。在心脏中，KLF15对维持心脏脂质代谢的平衡至关重要，其通过与p300的相互作用，招募启动子关键激活因子，发挥调节心肌细胞脂肪代谢的功能[28]。此外，KLF15是过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)参与心肌脂肪酸氧化时所必需的[29]。我国的一项人群研究发现，KLF15表达水平与三酰甘油、低密度脂蛋白胆固醇、体质量指数呈显著负相关，而与高密度脂蛋白胆固醇呈正相关[30]。这些研究均提示KLF15在脂质代谢中的重要作用，其有可能成为干预冠心病脂质水平的潜在治疗靶点。

高血糖是冠心病、动脉粥样硬化的另一危险因素。KLF15过表达可选择性抑制高血糖诱导的细胞外调节激酶1/2(ERK1/2)磷酸化和细胞增殖[31]，而ERK1/2信号转导通路激活是冠心病、血管炎性反应的重要机制。在禁食状态下，KLF15通过上调分解支链氨基酸((BCAA)的关键酶来抑制脂肪生成并促进糖异生[32-33]，抑制固醇调节元件结合蛋白1c(SREBP-1c)及其下游产脂基因的表达。然而，在餐后，KLF15被认为能够激活下游产脂基因的表达[33]，表明KLF15通过双向调节维持糖脂代谢平衡，降低动脉粥样硬化风险。Nagare等[34]等研究发现，与对照组相比，KLF15转基因小鼠胰岛素分泌增加，糖耐量也相应增加。研究发现，KLF15的过表达可以增加糖异生途径的关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)的表达，促进糖异生并导致血糖升高[35]。二甲双胍则是通过下调KLF15抑制糖异生及PEPCK的表达，抑制葡萄糖的生成。这些研究进一步揭示了KLF15在糖脂代谢中的双向调节功能，表达过高或过低均可导致代谢失衡，引发动脉粥样硬化。

3 小结

KLF15作为一类转录因子，通过多种机制起到抑制心肌及血管重构、减轻缺血再灌注损伤、调节心脏节律及糖脂代谢等作用。随着研究的深入，KLF15有望成为治疗冠心病的新干预靶点。然而，冠心病、心肌缺血的发生发展涉及到多种机制和病理基础，KLF15在其中的确切作用机制尚不完全清楚。