Kruppel 样因子15 在心血管系统作用的研究进展

徐丽新，吴志伟，陈华)

(1. 桂林医学院，广西 桂林；2. 桂林医学院附属医院，广西 桂林；3. 桂林医学院第二附属医院，广西 桂林)

1 KLF15 对心脏纤维化的影响

心脏纤维化与大部分的心血管疾病有着密切关系，尤其是心肌梗死和心力衰竭。纤维化本身是创伤愈合和组织修复的一种适应性反应，然而它的持续激活是非常有害的，可以使心脏发生结构改变和功能衰竭而导致死亡。心肌纤维化是心肌重构的重要特征，而结缔组织生长因子在心肌纤维化过程中起关键作用。研究发现，新生大鼠心室成纤维细胞过表达KLF15 能够抑制结缔组织生长因子和转化生长因子β1 抑制心肌纤维化[1]。KLF15 可通过反馈调节转化生长因子-β(TGF-β)，抑制重组人结缔组织生长因子(CTGF)及心肌素相关转录因子A(MRTF-A)的作用，减轻心肌间质纤维化及心肌成纤维细胞表型转变，从而改善心功能[2]。

2 KLF15 对心肌肥厚的影响

心肌肥厚是高血压、心肌梗死等各种重大心血管疾病发生发展的重要病理过程，在心肌损伤、血管病变等因素诱发下，表现出心脏负荷超载应激性改变。如果不能在早期阶段对其发病过程进行干预，将不可逆转地诱发心肌细胞死亡、心肌纤维化等病理变化，最终导致心脏功能紊乱、心力衰竭及心源性猝死等严重后果。新近研究表明，KLF15 对心肌肥厚具有显著的抑制效应。在小鼠模型中，全身敲除KLF15 表达后，小鼠心肌肥厚的程度明显加重[2]。

心脏肥大伴随着心脏基因表达的重编程和编码蛋白质的“胎儿”心脏基因的激活，涉及收缩、钙处理和代谢。已经确定了特异性转录因子，如MEF2、GATA4、NFAT、SRF 和心肌素，可以激活这种胎儿基因程序[3-4]。Fisch 等[5]研究发现KLF15在肥厚的啮齿动物模型中表达降低，KLF15 是一种心肌肥厚的抑制因子，KLF15 缺失的小鼠存在心肌肥厚过度和明显的心力衰竭，KLF15 能有效地抑制促肥厚因(GATA4)和心肌增强因子2(MEF2)的功能，进而抑制肥厚因子心钠肽(ANF)和脑钠肽( BNP)启动子的转录激活达到抑制心肌肥厚的目的。Leenders 等[6]研究证实了KLF15 能竞争性与心肌素相结合，从而有效抑制SRF 的转录调控作用，抑制心肌细胞肥大，心肌成纤维细胞KLF15 的持续低表达是影响心肌重塑转归的一个重要决定因素；小鼠心肌细胞过表达KLF15 能明显抑制血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥厚，剔除KLF15 的小鼠对压力超负荷表现为心脏重量增加、肥厚基因过度表达、心肌细胞增大、左心室腔扩大，最终发展为离心性心脏肥厚；心室肌过表达KLF15 则抑制心肌细胞变大、抑制蛋白合成，并抑制肥厚性基因的表达，从而抑制心肌肥厚。KLF15 在新生大鼠心脏中表达较少，而在成年大鼠心脏中表达量达到高峰[7]。KLF15缺乏的小鼠，心钠素和脑钠素的表达都异常升高，并在超负荷压力下发生严重的心肌肥大并伴有心衰，提示KLF15 对于心肌肥大具有抑制作用[8]。Noack 等[9]研究表明Wnt /β 联蛋白信号通过调节心肌祖细胞的分化调控心脏重构，而KLF15 与Wnt /β-连环蛋白途径组分之间的新的心脏相互作用，导致转录的抑制KLF15 通过抑制β-连环蛋白调节成人心脏中心肌祖细胞内环境稳态。这一认知可能成为增强心肌内源性修复的有效方法。Fisch 等[5]也证实 KLF15 是压力负荷性心肌肥厚的新型抑制剂。

3 KLF15 对心力衰竭的影响

心力衰竭是指在多种致病因素作用下，心脏泵功能发生异常变化，导致心输出量绝对减少或相对不足，以致不能满足机体组织细胞代谢需要，患者有明显的临床症状和体征的病理过程。众所周知，KLF15 是全身葡萄糖稳态，脂质通量和利用以及氨基酸分解代谢的调节剂。FanL 等[10]研究表明，KLF15 通过GLUT4 调节胰岛素分泌，增加胰岛素敏感性和葡萄糖摄取改善心肌代谢，从而防止心力衰竭的发生。分子和遗传学证据确定转录因子KLF15 是心脏中BCAA 分解代谢调节的关键上游调节因子，使用遗传小鼠模型的研究表明，BCAA 分解代谢缺陷促进与诱导的氧化应激和代谢紊乱相关的心力衰竭以响应机械过载[11]。Zhang 等[12]研究表明，在心脏BCAA 代谢的昼夜节律振荡是由KLF15 介导的。

Fisch 等[5]表明心脏肥大是对损伤和血流动力学应激的常见反应，也是心力衰竭和死亡的重要前兆。启动子分析和凝胶移位研究的组合表明KLF15 可以抑制GATA4 和MEF2的功能。这些研究将KLF15 鉴定为迄今未被认识的调节心脏对血液动力学应激反应的途径的一部分。之前的一项研究表明，KLF15 在心肌细胞中的过度表达可以抑制心肌肥厚，缺乏KLF15 的小鼠会因压力超负荷而出现严重的离心肥大。Haldar 等[13]研究发现KLF15 在小鼠中的缺乏通过共享的分子机制导致心力衰竭和主动脉瘤形成。在心衰患者和主动脉瘤组织中，Klf15 浓度显着降低，并表明操纵KLF15功能可能是治疗这些病态疾病的有效方法。心脏和血管平滑肌细胞通过紧密协调的基因调控途径对应激反应。在人类和啮齿动物心肌病和主动脉病中，KLF15 浓度降低。而剔除KLF15 的小鼠产生严重的心力衰竭，研究表明，KLF15 的激活能够抑制p300 介导的p53 乙酰化而防止心力衰竭和主动脉瘤的产生。KLF15 在心肌细胞中表达，并作为病理性心脏肥大的抑制剂。Leenders 等[6]等表明心脏KLF15 水平的升高阻止了血管紧张素II 诱导的肥大模型中心脏肥大的发展，并提示KLF15 可能用作肥大和心力衰竭的治疗靶点。未来的研究需要确定KLF15 的过表达是否可以改善心脏功能。在心肌肥厚和心力衰竭过程中，KLF15 在患者、小鼠和大鼠模型中持续下调[5][6]。

4 KLF15 对心律失常的作用

许多心血管疾病的发生具有一定的昼夜节律性，如急性心肌梗死、室性心律失常、心源性猝死等都有在早晨高发的趋势。心律失常是指心律起源部位、频率与节律以及冲动传导等任一项异常。恶性心律失常是指能在短期内直接致死(如室颤)或随时能发展成为致死性心律失常的异位室性节律。

大约一半心衰患者死亡是猝死，而猝死的最可能原因是致命性室性快速心律失常如VT 或VF，而心衰患者血清可以使HEK293 细胞IKr 强度增加，动作电位时程缩短[14]。在扩张型心肌病(DCM) 自身免疫相关的致心律失常研究中，KCNQ1 抗体直接调节心脏电生理，使DCM 患者心肌IKs 强度增加，QT 间期缩短[15]。由药物引起的42 例QT 间期缩短患者，有35 例发生心律失常，部分与致命的MA 相关，7 例发作室颤，5 例发作心室骤停，3 例合并多源性室速[16]。因此，QT 间期不管延长还是缩短都会增加室性心律失常和猝死的风险[17]。

心律失常的发生具有昼夜节律，这种节律由生物钟产生，KLF15 主要通过反式激活Kv 通道相互作用蛋白2(KChIP2)来参与生物钟对心律失常的调节；在心电图检查中可以看到KLF15 敲除和KLF15 转基因小鼠QTc 间期的昼夜节律均消失但心率不受影响，KLF15 敲除小鼠夜间QTc 间期延长，KLF15 转基因小鼠QTc 间期缩短。因此生物钟通过KLF15调节Ito 肌细胞复极化功能呈昼夜节律变化，是生物钟影响心律失常发生的重要机制[18]。Nielsen 等[19]研究发现，编码钾通道和辅助亚基的基因突变与心脏复极化有关，心房颤动的易感性增加，KLF15 转录控制KChIP2 的节律性表达，KChIP2 是产生瞬时外向钾电流(Ito)所需的关键亚基，并且KLF15 的缺乏或过量增加了心律失常的易感性。获得性和遗传性心脏病所致的心源性猝死均存在昼夜变化，KLF15 缺失小鼠和KLF15 转基因小鼠均存在QTc 间期延长，QT 间期节律丧失，心室复极改变和心律失常易感性增加。具体而言，心脏离子通道表达和QT 间期持续时间在时钟依赖性振荡器-KLF15 的控制下表现出内源性昼夜节律性。KLF15 转录控制KChIP2 的节律性表达，缺乏或过量的Klf15 导致节律性QT 变异的丧失，异常复极化和对室性心律失常的易感性增加。这些发现将离子通道的昼夜节律转录识别为心律失常的机制[20]。

5 KLF15 对血管疾病的影响

血管疾病主要指动脉粥样硬化、炎症性血管疾病、动脉瘤疾病等。KLF15 对于血管平滑肌在促进心血管系统发育中发挥着重要作用[2]。ShindoT 等[21]首次报道KLF15 通过对血小板衍生生长因子(APDGF-A)和TGF-β 的正转录作用在心血管重塑中起重要作用。在成纤维细胞中，KLF15 通过调节CTGF 的表达而抑制心肌纤维化的发生[22]，而CTGF 在动脉粥样硬化血管病变促纤维化过程中发挥着重要作用。在人类主动脉瘤组织中，KLF15 浓度显着降低。在人类和啮齿动物心肌病和主动脉病中KLF15 浓度降低，KLF15 缺乏可导致严重的心肌病和主动脉病，而剔除KLF15 的小鼠会形成主动脉瘤[13]。LuY 等[7]研究发现VSMCs 通过一系列紧密协调的基因调控事件对机械损伤作出反应。KLF15 在动脉和静脉血管床中广泛表达，表达方式受血管平滑肌细胞(VSMC)限制。药物和机械刺激均能显著降低KLF15 的表达。我们的体外和体内观察发现KLF15 是VSMC 对损伤反应的一种新的和必要的调节因子。KLF15 在基础条件下在体内稳定表达，并在损伤后显着降低。鉴于KLF15 抑制VSMC 增殖和迁移，这种高基础表达可用于防止无限制的SMC 激活。KLF15 抑制血管平滑肌的增殖和迁移，分别线性损伤剔除KLF15 的小鼠和对照组，发现基因剔除小鼠平滑肌细胞增殖迁移，新生内膜过度生长。因此，KLF15 成为血管对损伤的应答重要调节因子。