KLF4对血管平滑肌细胞发挥促增殖与促分化双重作用的分子机制

在课题组前期发现血管平滑肌细胞（VSMC）增殖与分化两种相反的细胞生物学事件都需要KLF4参与的基础上，结合国外相关研究成果，提出KLF4是一种对VSMC具有促增殖和促分化双重作用的转录因子。该因子依据胞外刺激信号及其所激活的信号转导途径不同，通过蛋白质-蛋白质相互作用，选择性地与p300或HDAC2结合并被其乙酰化/脱乙酰基修饰，进而改变KLF4与VSMC分化标志基因顺式元件的结合活性及反式激活功能，实现对VSMC分化标志基因的激活或阻抑。本项目利用研究蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质-DNA相互作用、蛋白质功能获得与缺失等现代分子与细胞生物学研究技术，从多个层面上揭示KLF4乙酰化/脱乙酰基修饰是使其功能在促增殖与促分化之间相互转变的结构基础，证实我们的假说是正确的，提出调制VSMC表型的新思路。

KLF4作为一种多能转录因子，在VSMC增殖与分化过程中均发挥重要作用。分别用维甲酸（ATRA）和PDGF作为促分化和促增殖因子诱导VSMC表型转化，研究KLF4对VSMC发挥促增殖与促分化双重作用的分子机制。取得下述研究成果：第一，KLF4以乙酰化/脱乙酰基依赖的方式，通过与SM22α启动子区的不同顺式元件结合或解离，行使其对VSMC的促增殖与促分化功能。ATRA通过诱导KLF4 磷酸化及KLF4与p300相互作用使KLF4乙酰化，乙酰化型KLF4与SM22α启动子区的KLF4 结合位点2相结合，促进SM22α表达和VSMC 分化。PDGF通过诱导KLF4脱磷酸及促进KLF4与HDAC2相结合，使 KLF4脱乙酰基，KLF4脱乙酰基后从SM22α启动子区的KLF4 结合位点1上脱落下来，结果导致VSMC 分化基因表达受阻而造成VSMC增殖。第二，KLF4 既通过TGFβR 调节Smad 和p38 MAPK 信号，本身也是Smad 和p38 MAPK 信号途径的下游分子。KLF4 直接与TGFβR 启动子区的KLF4 结合位点结合，激活TGFβR转录；Smad2通过与TGFβR 启动子区的Smad结合元件相互作用激活TGFβR基因表达。没有与顺式元件结合的游离KLF4 还可与结合在Smad 位点上的Smad2 形成复合物并协同激活TGFβR 转录。TGFβ 通过激活Smad 和p38 MAPK 信号，促进KLF4 磷酸化和KLF4 与Smad2 的相互作用，没有与顺式元件结合的游离KLF4 还可与结合在Smad 位点上的Smad2 形成复合物协同激活TGFβR 转录，从而发挥抑制VSMC 增殖和诱导VSMC 分化的作用。第三，TGF-β1通过促进Sp1与KLF4解离和诱导KLF4与PPAR-γ结合而抑制AT1R表达和VSMC增殖。在基础状态下，Sp1与KLF4形成复合物，结合于AT1R基因启动子的TCE元件上，促进AT1R基因表达；TGF-β1促进Sp1与KLF4解离的同时，使KLF4与PPAR-γ形成复合物并结合于TCE元件上，抑制AT1R基因表达和VSMC增殖。