1. 引言
研究发现，kelch家族的很多基因在生物组织发育、肿瘤的发生及转移过程中发挥重要作用 [1] [2] [3]。近年来，人们通过构建人胎脑cDNA文库和大规模测序发现kelch基因家族的新成员KLHL5，并发现该基因可能与多种疾病的发生及部分肿瘤的转移相关，或许其可作为新的基因治疗靶点。本文就基因KLHL5的相关研究进展作一综述。
2. 基因KLHL5的结构及功能特点
通过构建人胎脑cDNA文库和大规模测序得到许多条高度重叠的表达序列标签，拼接后得到一条新的全长的人类基因。该cDNA长3505 bp，包含一个2268 bp的开放阅读框(open reading frame, ORF)，从76~2343 nt，编码755个氨基酸，3’端没有经典的加尾信号，但是有Poly A尾巴。该基因在核酸和蛋白水平与很多kelch家族的成员有很高的同源性，被命名为KLHL5。KLHL5的分子量是84.5 KD，等电点(pI)是6.54。它在蛋白水平上和果蝇的76.5 KD的kelch蛋白有非常高的同源性(相同性43%，相似性59%)，其它有较高同源性的蛋白包括小鼠的kelch-1样蛋白、人的KLHL2 (Mayven)、KLHL3 [4]。通过模式搜索方法分析确定了KLHL5有两个保守结构域，即BTB结构域和kelch-repeat结构域。BTB结构域位于KLHL5的氨基末端；由六个串联排列的kelch结构域组成的kelch-repeat结构域位于KLHL5的羧基末端。KLHL5的两个保守结构域均与果蝇kelch蛋白的BTB结构域及kelch-repeat结构域有很高的同源性。KLHL5的kelch-repeat结构域与果蝇kelch蛋白的比对揭示了残基的保守模式，包括甘氨酸-甘氨酸双峰，其在几乎所有的kelch重复中是不变特征 [5]。KLHL5已经在人体成功克隆的，其基因位于人染色体的4p13-4p15.1。通过Northern印迹技术分析显示，在卵巢、肾上腺、甲状腺和胸腺中有大量KLHL5转录产物，而前列腺、睾丸、脊髓、淋巴结和气管中KLHL5的含量较低 [4]。
Xu等 [6] 研究分离到KLHL5的两个不同剪接变异体，分别命名为KLHL5a和KLHL5b。KLHL5a的cDNA长3488 bp，含有2268 bp的ORF，编码755个氨基酸；而KLHL5b的cDNA长3305 bp，包含2085 bp的ORF，编码694个氨基酸，分子量为77.4 KD，pI为6.1。研究发现KLHL5a和KLHL5b都有6个保守的kelch-repeat基序和一个保守的BTB结构域。KLHL5a由11个外显子组成，而KLHL5b缺少第2个外显子，因此，10个外显子和9个内含子组成KLHL5b，比KLHL5少183 bp，且KLHL5b蛋白比KLHL5a短61个氨基酸，且氨基酸的缺失发生在KLHL5b的BTB结构域内，这可能截断KLHL5b的BTB结构域的“核心区域”的一部分。因此有学者推测由这两个BTB结构域介导的功能可能不同，因为截断KLHL5b的BTB结构域可能阻止结构域的正确折叠。
研究结果显示KLHL5a和KLHL5b在人体多种组织中普遍表达，它们在成人心脏、脑、胎盘、肝脏、肾脏和胰腺中强烈表达，而在肺、脾、卵巢和小肠中表达较弱。KLHL5a 和KLHL5b在肾脏和胰腺中的表达模式不同，因此我们推测KLHL5a和KLHL5b的不同组织表达模式可能意味着不同的功能。
3. KLHL5与疾病的相关性研究
KLHL5是一种含有BTB-BACK-Kelch (BBK)结构域的蛋白质，尽管研究很少，它属于与基于cullin 3 (Cul3)的E3泛素连接酶相关的蛋白质家族。研究表明BBK蛋白在底物识别和Cul3靶向中起关键作用，其中BTB结构域与Cul3相互作用，且kelch结构域参与与底物的结合。研究发现鞘氨醇激酶1 (sphingosine kinase 1, SK1)的蛋白酶体降解是由其在Lys183的泛素化引起的，而这种泛素化似乎是由SK1结构的构象变化促成的，进一步发现KLHL5是连接SK1和Cul3泛素连接酶复合物的重要蛋白适配器 [7]。靶向敲除KLHL5或Cul3可抑制由所有试剂诱导的SK1蛋白酶体的降解。这些发现突出了癌症治疗的新潜在目标。
研究表明KLHL5的表达降低了对抗癌药物，特别是Akt/PI3K/mTOR抑制剂的敏感性。KLHL5敲除与细胞周期抑制剂和Akt/PI3K/mTOR抑制剂协同作用，可降低肿瘤增生和生存能力，增加了对多种抗癌药物的敏感性。另外发现KLHL5是头颈部鳞癌中仅有的两种表达改变的KLHL之一，在肾乳头中的表达显著降低。这意味着KLHL5抑制或调节可能是一种潜在的肿瘤细胞对特定药物敏感的方法 [8]。
Kelch蛋白家族是一种新型的微丝结合蛋白，在维持血小板活性过程中肌动蛋白微丝的结构发挥着重要作用 [9]。MiR-495可通过作用于KLHL5，与KLHL5 mRNA的3’非翻译区相结合而抑制KLHL5基因的表达 [10]，影响血小板的肌动蛋白微丝，进而影响血小板的活性。
在原发性结直肠癌(colorectal cancer, CRC)与腹膜种植转移间不同的基因表达预测CRC转移潜能的研究中，基因芯片检测结果示腹膜转移细胞系中KLHL5为其中一个上调基因，且KLHL5可能与接触抑制有关 [11]。
在鉴定乳腺癌热疗诱导基因，区分乳腺正常上皮细胞和癌细胞的热休克反应研究中发现：基因KLHL5在轻度热休克后三个乳腺癌系中表达有明显差异。这是区分乳腺癌细胞与乳腺上皮细胞热应答的核心基因之一，其可能存在有助于确定轻度热疗如何优先选择抗肿瘤细胞的机制 [12]。
在检索KLHL5所定位染色体的基因与疾病的染色体信息时发现 [5]，该染色体区段有一些重要的致病基因，如UCHL1 (ubiquitin carboxyl-terminal esterase L1)、HIP2 (huntingtin-interacting protein2)、TLRI (toll-like receptor 1)等。UCHL1是帕金森病5型的致病基因，而帕金森病是一种普遍存在的神经退行性疾病，严重危害人类的健康；HIP2编码的蛋白能够与Huntingtin相互作用，而Huntingtin是另一种神经退行性疾病Huntingtin-disease的致病基因。考虑到功能有联系的基因通常在染色体上呈簇分布，KLHL5可能和UCHLI、HIP2、TLRI等基因以及帕金森病、Huntingtin-disease疾病等相关。另外，MAFD6、RCDP2、MRTAB4疾病的致病基因也定位到该区段。MAFD6是6型疯狂性精神压抑病；RCDP2是一种隐性遗传病，表现为骨骼发育不全，呈树根形、多孔状；MRTAB4是一种智力缺陷病。考虑到kelch蛋白的重要作用，KLHL5可能是MAFD6、RCDP2、MRTAB4等疾病的重要候选基因，为定位克隆这些疾病的致病基因提供重要线索。
研究显示，若几条基因序列能聚在一个类内，则说明这几条序列在样本内的表达情况相似，同时也说明这些基因的功能有一定的相似或者相关联的地方。在对KLHL5在12张肝癌表达谱芯片的聚类分析显示，KLHL5与其它致癌基因的表达相似，它们可能参与相同的生理活动或受同样的调节，即KLHL5可能与肝癌的发生相关 [5]。
4. 小结
目前国内外对KLHL5基因的研究较少，仅了解其结构特征、表达和分布区域，而其功能和致病机制尚不完全清楚。根据文献报道，KLHL5可能与帕金森氏病、急性脑梗死、亨廷顿病、头颈部鳞癌、乳腺癌、肝癌和原发性CRC转移相关，但大多数限于临床数据整理和分析。导致疾病发生、影响肿瘤转移的分子机制和信号传导途径仍需要大量研究来阐明。KLHL5可能是许多疾病的重要候选基因，并且可以为这些疾病致病基因的定位克隆提供重要线索。如果其具体机制可以明确，我们将能通过基因编辑和其他手段使KLHL5成为治疗疾病的新靶标。同时，KLHL5基因是否仍然与其他肿瘤的出现和转移有关的问题也是我们需要关注和思考的。随着基因组学和蛋白质组学的飞速发展，以及芯片技术、质谱技术、测序技术等技术的发展，相信人们对KLHL5基因与疾病尤其是肿瘤之间相关性的研究将继续取得进展。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。