Krüpple样转录因子4与结肠癌发生发展关系的研究进展

张孟哲 综述 康向东 审校

结肠癌是消化道最常见的恶性肿瘤之一，居世界恶性肿瘤发病率的第二位。据统计，从2006—2016年全球结直肠癌病例数从130万增至170万，发病率增加34%[1]，并呈逐年上升趋势。结肠癌的发生发展涉及多种癌基因、抑癌基因的异常表达，Krüpple样转录因子4(KLF4)是近年来发现的一个与结肠癌发生发展密切相关的转录因子。KLF4高度富集于正常人的肠上皮组织中，在调节肠上皮细胞的成熟、分化、增殖、迁移等方面发挥重要作用，故又称“胃肠富集Krüpple样因子”[2]。由于杂合子缺失、启动子高甲基化等原因，KLF4在结直肠癌中低表达，并已在临床标本中得到了验证[3-4]。但是作为诱导多能干细胞的四个转录因子之一，KLF4在结肠癌干细胞中高表达，与肿瘤的转移、复发、耐药等呈正相关[5]。KLF4在结肠癌中发挥的双重作用均表明它是结肠癌患者生存和复发的重要预测因子。现本文就近年来KLF4在结肠癌中发挥双重调节作用的分子机制进行总结，并对参与调控的信号通路进行归纳分析。

2 KLF4在结肠癌中的分子机制

2.1 KLF4抑制结肠癌细胞增殖

KLF4最初被证实在调节肠道上皮细胞生长方面有重要作用，过表达KLF4可导致DNA合成受阻，抑制细胞生长[6]。Chen等[7]对KLF4转录谱的cDNA微阵列分析证明，KLF4通过调节细胞周期相关基因的表达来抑制细胞周期。相关数据还证实，KLF4可直接与调节细胞周期进程的基因结合，如p21WAF1/CIP1[8]、p27Kip1[9]、cyclin D1Sp1[10]等，影响细胞周期的G1/S期或G2/M期来调节细胞周期进程。Ma等[11]研究发现KLF4通过与NDRG2启动子结合激活NDRG2，进一步上调P21WAF11/Cip1和下调cyclin D1抑制结肠癌细胞增殖。Fang等[12]通过过表达KLF4导致结肠癌细胞生长抑制，cyclin E和CDK4蛋白水平降低，并且P21的表达增加。

2.2 KLF4维持结肠癌干细胞特性

肿瘤干细胞(Cancer stem cells，CSCs)是一类具有干细胞特性，能够进行自我更新、趋异性分化和无限增殖的恶性肿瘤细胞群，与肿瘤的增殖、转移、复发及耐药等关系密切。研究表明，KLF4在调节正常干细胞稳态和肿瘤干细胞端粒酶活性方面发挥重要作用，KLF4和SOX2、OCT4、NANOG、SCA-1等常作为干性基因在肿瘤干细胞中高表达，在结肠癌干细胞中发挥致癌作用[13-14]。Hirashima等[15]将重编程因子OCT3/4、SOX2、KLF4和L-myc转导至结肠癌细胞系中，发现其干细胞标记分子CD133和ALDH1表达升高，并显示出较强的肿瘤干细胞特性。Leng等[16]认为KLF4在结肠癌干细胞富集的球状细胞中充当癌基因，通过敲减结肠癌细胞(DLD-1)中的KLF4，可以降低结肠癌干细胞标记基因CD133的表达水平，在体内外表现出致瘤能力、侵袭和迁移能力减弱。Ishida等[17]通过病毒构建转染OCT3/4、SOX2和KLF4至人结肠癌细胞系中，成功诱导其成为结肠癌干细胞样细胞，并发现其球形成能力、癌组织重建能力增强。KLF4参与调控了结肠癌干细胞的产生，有利于维持其干细胞特性。

2.3 KLF4对结肠癌细胞耐药性的影响

耐药性的产生是导致肿瘤复发和转移，甚至出现死亡的主要原因。有研究显示，在多种肿瘤中KLF4的表达水平与抗肿瘤药物的敏感性相关[18]。GEO数据集分析表明KLF4与ERα的表达呈正相关，且增加KLF4对乳腺癌患者内分泌治疗起到增敏效果。Li等[19]通过分析168例经西妥昔单抗治疗的鼻咽癌患者，证实了细胞核中KLF4的表达与西妥昔单抗的耐药性有关。同样的，在结直肠癌患者中过表达KLF4可增加耐药细胞对化疗的敏感性。Yadav等[20]发现在结肠癌中，KLF4促进顺铂介导的G2/M细胞周期停滞，而KLF4敲低诱导顺铂介导的S期阻滞。另一方面，KLF4作为维持肿瘤干细胞特性的重要分子，可增加肿瘤干细胞的耐药性。Leng等[16]从结肠癌细胞(DLD-S)中分离出具有干性特征的球状细胞，通过敲减KLF4后可降低其5-FU耐药性的产生，并减弱肿瘤的发生。由此可知，KLF4通过不同机制对结肠癌细胞的耐药性具有双重调节作用。

2.4 KLF4抑制结肠癌上皮间充质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)的产生

EMT是上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程，能够促进肿瘤的迁移和侵袭。其启动和执行过程受到多种转录因子的调控，如Snail-1、Snail-2、Zeb-1、Zeb-2、Twist、TGF-β1和NF-κB等，KLF4也是其中之一，可抑制间充质基因的表达[21]。Tiwari等[21]应用CHIP和基因测序技术分析显示，一系列EMT关键基因是KLF4的直接转录靶点，包括E-cadherin、N-cadherin、vimentin、β-catenin、VEGF-A、endothelin-1和Jnk1。Zeng等[22]发现敲低KLF4可促进MMP2表达、抑制E-cadherin表达，促进结肠癌细胞的转移。在其他癌症中亦有类似的报道，虽然目前KLF4对结肠癌EMT影响的相关文献较少，但是KLF4在非结肠癌中调节EMT的作用可以为我们了解KLF4与结肠癌EMT带来更多启示。

3 KLF4与结肠癌的重要调节通路

3.1 Wnt/β-catenin信号通路

Wnt/β-catenin信号通路可维持正常肠道稳态，当被过度激活后可促进细胞增殖、抑制分化，导致结直肠癌的产生[23]。β-catenin可以说是Wnt信号级联反应的关键效应因子，在整条通路中发挥重要作用。研究表明，KLF4可下调β-catenin表达水平，诱导结直肠癌细胞生长周期停滞，同时KLF4可抑制β-catenin介导的基因表达，影响肠道肿瘤的发生发展[24]。Evans等[25]发现在结肠癌细胞中KLF4可直接与β-catenin的C末端反式激活结构域相互作用，并且抑制β-catenin乙酰化以及Wnt靶基因上的组蛋白乙酰化，表明KLF4可介导抑制Wnt/β-catenin通路而发挥抑癌作用。

3.2 Notch信号通路

在结直肠癌中，Notch信号通路常被过度激活，导致肿瘤发生发展，患者预后较差。研究发现，通过抑制Notch信号通路可增加KLF4的表达和杯状细胞分化，减少结直肠癌细胞的增殖和肿瘤形成[26]。而且在HT-29结肠癌细胞中过表达Notch可降低KLF4的水平，抑制KLF4启动子的活性[27]。Zheng等[28]揭示了Notch抑制KLF4的机制可能是Notch1的组成型活性形式(ICN1)抑制了KLF4启动子的活性。Miyamoto等[29]应用Notch抑制剂DAPM可显著降低结肠肿瘤的发生率，诱导KLF4和p21的表达，从而抑制细胞增殖。

3.3 TGF-β信号通路

TGF-β信号通路在肿瘤形成过程中具有双重作用。在癌症初期，它通过抑制细胞增殖导致细胞凋亡而发挥抑癌作用，在晚期癌症中，TGF-β经常过表达，并通过诱导EMT及肿瘤血管生成等增强侵袭和转移能力，促进癌症的产生。有研究表明，TGF-β信号通路在结肠癌中起致癌作用，其TGF-β信号组成成分经常发生突变，并且主要体现在结肠癌进展过程中[30]。Bellone等[31]证实了TGF-β1的表达与结肠癌的进展呈正相关。过表达KLF4可下调TGF-β1表达，抑制TGF-β通路[32]，而且KLF4可减弱TGF-β1诱导的EMT[33]。在结直肠癌中，Smad7缺失可抑制结肠癌细胞的增殖，是患者预后良好的标志物[34]。KLF4过表达后使Smad7下降并抑制致癌信号TGF-β1/Smad的传导，显著降低了侵袭力，使EMT相关分子下调[35]。

4 小结和展望

目前，临床上治疗结肠癌的方法有很多，但结肠癌患者的预后仍然较差。KLF4在结肠癌中的作用为人们更深入地了解结肠癌的发生奠定基础，并为临床治疗提供了新的前景。现有的研究证实，KLF4一方面能够抑制结肠癌细胞增殖和EMT的发生，增加抗肿瘤药物的敏感性；另一方面，在结肠癌干细胞中KLF4有利于干性特征的维持，促进耐药性的产生，并促进肿瘤转移和复发。而且KLF4在结肠癌中参与调节Wnt/β-catenin、Notch、TGF-β多个信号通路，与结肠癌的发生发展密切相关。KLF4因其结构的特殊性，决定了其需要与其他分子相互作用和调节DNA结合效率来特异性的调节转录活性，从而发挥激活或者抑制作用[36]。有些报道还指出KLF4在癌症中的作用，取决于不同的细胞环境，如在胃癌[37]、宫颈癌[9]、膀胱癌[38]、肝细胞癌[39]和食管癌[40]中发挥抑癌作用，而在乳腺癌[41]和黑色素瘤[42]中发挥促癌作用。但影响KLF4产生双重调节作用的关键靶分子及特定条件仍未可知，其在结肠癌干细胞重编程和干性维持方面的确切机制尚不清楚，需进一步深入探索。