驱动蛋白Kif4的功能以及与疾病的关系

孙昊1，栾毅君2,3，徐岩1*

2 山东大学齐鲁医学院口腔医学院 山东省口腔组织再生重点实验室 山东省口腔生物材料与组织再生工程实验室 250012；

3山东大学齐鲁医院口腔科 250012

   摘要：驱动蛋白Kif4（kinesin superfamily protein 4，Kif4）是驱动蛋白超家族成员之一，在真核细胞DNA的修复、有丝分裂的调节以及神经元细胞的发育等生命活动中扮演重要角色。近年来，因其功能和表达的异常与包括肿瘤在内的多种疾病的关系密切而引起了人们的关注。更好的了解Kif4的致病机制，将有助于我们加深对相关疾病的认识，为疾病的早期诊断、治疗和预后评估提供帮助。

关键词：Kif4；驱动蛋白超家族；有丝分裂；肿瘤

生物体细胞在自身发展过程中，形成了独特的细胞内运输系统，以维持细胞自身的功能和形态。这些细胞内运输系统受到微管依赖性的驱动蛋白的空间和时间的调控[1]。驱动蛋白超家族（kinesin superfamily proteins，KIFs）是一个巨大的马达蛋白家族，它们主要位于真核细胞内，使用微管作为“轨道”来运输“货物”。驱动蛋白可以转运多种膜性细胞器、mRNA、蛋白质复合体等来保证细胞本身基本功能的发挥[2]。驱动蛋白Kif4（kinesin superfamily protein 4，Kif4）就是驱动蛋白超家族成员之一[3]，在多种细胞生理活动进程中发挥关键作用，如DNA修复和DNA复制、有丝分裂的调节、染色体凝聚和胞质分裂以及神经元细胞的生长发育等。随着研究的深入，不断有证据证实因其功能和表达的异常，Kif4在包括肿瘤在内的多种疾病的发生及进展中起到重要作用。因此，本文就近些年来Kif4的基本功能和相关疾病的关系研究进展做一综述，以期为临床提供参考。

1  驱动蛋白Kif4的基本功能

    人类Kif4的cDNA是由60bp的5’非翻译区（UTR），一个3696bp的开放阅读框架（ORF）和740bp完整的3’非翻译区（UTR）三部分组成，形成一个可编码140KDa蛋白的1232个氨基酸序列[4]。Kif4蛋白有一个高度保守的N-末端运动区域，能够与微管结合并水解ATP释放能量，为其运输及微管运动提供动力；中间是一个超螺旋区域；其C端是“货物”绑定区域，富含半胱氨酸。Kif4沿着微管正极向细胞的外围以0.2μm/s的速度运动。大部分的Kif4分布在细胞核内，少部分在细胞胞浆中[5]。

Kif4是一种公认的染色体绑定驱动蛋白，在细胞循环过程中起着重要作用。Kif4与DNA以及DNA相关蛋白相互作用，保持染色质和染色体结构的稳定[6]。有丝分裂期间，当染色质开始聚集，Kif4位于染色体轴部的位置，并且以特定的间隔与condensin I蛋白相互作用，保持中间轴的稳定。正确的染色体聚合和中间轴的稳定性使得染色体能够正常的分离，确保细胞的基因组稳定[7]。有丝分裂过程中，Kif4还可以参与纺锤体的形成及其功能的行使，并且调控染色体臂的形态[8]。在细胞质分裂的后期，Kif4位于中间区和中间体位置，在细胞质分裂末期时，Kif4在两个子细胞的顶端彼此相对出现，并且与微管束之间形成环绕微管束的环形结构，这都表明Kif4参与胞质的分裂[9]。在Kif4缺乏的细胞中，会导致无法招募相关组蛋白，使得DNA复制的显著减慢[6]，异染色质也显著增多[10]。Kif4还是DNA损伤的早期反应因子，通过BRCA2/Rad51旁路调节同源重组修复基因的功能，参与DNA的修复[11]。

Kif4还参与神经元细胞的生理机能调控、细胞的增殖以及凋亡过程[12]。Kif4可通过尾部结构域与ADP核糖聚合酶1（PARP-1）结合，抑制PARP-1的功能。PARP-1是一种多功能核蛋白酶，它有保持细胞的稳态，控制细胞凋亡的作用。在稳定状态下，Kif4-PARP-1结合体在神经元中聚集，利用高钾或电刺激使细胞膜去极化时，Kif4发生磷酸化与PARP-1解聚，使其活化抑制细胞凋亡[13]。Kif4在神经元的生长锥和神经突触中，转运含有细胞粘性分子L1的膜性细胞器，参与神经细胞轴突的形成和自发性收缩[14]。

2 驱动蛋白Kif4与肿瘤的关系

    由于Kif4在有丝分裂过程中纺锥体形成和稳定、染色体分离、胞质的分裂以及DNA 损伤修复起到关键作用，当其表达的异常可导致多种有丝分裂缺陷，包括染色体错位、纺锤体缺陷和胞质分裂异常，引起细胞增殖、分化异常，这些都可能导致肿瘤的发生。前期大量的研究表明，在人体不同部位的肿瘤中，如口腔癌[15]、肺癌[16]、乳腺癌[17]、胃癌[18]、骨肉瘤[19]、胰腺导管腺癌[20] 、肝癌[21]、宫颈癌[22]、多发性骨髓瘤或急性髓系白血病[23

]、肾透明细胞癌[24]、前列腺癌[25]、结肠癌[26]以及胶质细胞瘤[27]等，Kif4表现出异常的表达[28]，并且与肿瘤的发生发展有着密切关系，因此Kif4已成为近年来研究者关注的目标。

在宫颈癌中，Kif4 基因的表达显著高于正常组织[29]。胰腺导管腺癌中，Kif4的高表达预示着患者生存期更短[20]。乙肝病毒感染是导致肝癌的一个主要因素，它可以激活Kif4的基因启动子，使得Kif4的基因和蛋白表达水平增高[21]。Kif4基因在非小细胞肺癌（NSCLC）细胞中被激活，促进癌细胞生长，并且在NSCLC患者中Kif4阳性的患者与Kif4阴性的患者相比，无癌生存期会更短[30]。另有研究发现，Kif4可以与肺癌相关因子PHF14直接绑定形成功能复合体，沉默Kif4可延长肿瘤细胞的M期，抑制肿瘤细胞的增殖[31]。在口腔鳞状细胞癌中，Kif4的基因和蛋白水平处于过表达状态，可以干扰纺锤体检测蛋白BUB1、MAD2、CDC20等的功能[15]。Kif4蛋白的表达水平同口腔鳞癌肿瘤的大小有正相关。敲除Kif4能使口腔鳞癌细胞的增殖和侵袭都受到抑制，MMP-2表达降低[32]。Kif4参与口腔鳞癌的进展是通过激活纺锤体的装配位点以及改变巨噬细胞极化达到的[33]。以上结果强烈暗示了Kif4在口腔鳞状细胞癌进展中起到重要作用，而且Kif4也可以成为口腔癌治疗的一个个性化的治疗靶点[15]。在前列腺癌中，抑制Kif4使得p53和TGF-β信号通道改变，导致肿瘤细胞的生长停滞，促进细胞的凋亡[25]。在一些特定的乳腺癌中，雌激素促进肿瘤细胞增殖同时也强烈刺激诱导Kif4的表达[34]。阿霉素诱导的Kif4过表达能够降低PAR的表达，抑制PARP1的活性，显著的促进乳腺癌细胞的凋亡[35]。在结肠癌中，Kif4促进细胞的增殖和淋巴结的转移[26]。在胶质细胞瘤中，KIF4A通过转录抑制Rac1/Cdc42诱导胶质瘤细胞的细胞骨架重塑来驱动胶质瘤的生长[27]。

然而，一些相反的结论也有报道。约有35%的人肿瘤组织中，Kif4的水平是减低的，而且敲除Kif4的胚胎干细胞在裸鼠体内能够形成肿瘤[36]。在胃癌中，Kif4的表达降低，而且其降低的程度与肿瘤的恶性程度有相关性。在胃癌细胞中通过过表达Kif4蛋白，可以抑制细胞的增殖，也抑制细胞的成瘤作用[18]。在多发性骨髓瘤和急性髓系白血病中，Kif4表达也降低[23]。体内实验表明，增加Kif4的表达，能显著抑制骨肉瘤的生长[19]。上述结果表明，Kif4可以用作肿瘤检测的重要指标和一种潜在的新型生物治疗的目标。

3 驱动蛋白Kif4与其他疾病的关系

   在鼠的原始海马神经元中，Kif4可以改变神经元的兴奋性和抑制性突触传递之间的平衡，这种不平衡现象普遍存在于人类的自闭症患者的神经元中[37]。在阿尔茨海默病中，Aβ蛋白通过抑制有丝分裂运动蛋白Eg5、Kif4和MCAK，破坏有丝分裂纺锤体的形成和稳定，极大地诱导了染色体错配和非整倍体的形成[38]。Kif4可以运输艾滋病病毒中的逆转录病毒Gag多聚蛋白。在HIV早期感染的细胞中，Kif4直接与病毒蛋白Gag结合，提高病毒的感染率。敲减Kif4的基因，能够减慢Gag的转运进程，导致Gag的降解，可见Kif4在调节HIV-1 Gag运输和稳定性中发挥重要作用[39]。在NIH3T3细胞中，Kif4直接与EB1结合诱导稳定的微管形成，在细胞迁移中起到至关重要的作用[40]。在特发性炎性肌疾病（IIMs）中，例如多发性肌炎、包涵体肌炎、皮肌炎等，在激活的外周血T淋巴细胞中Kif4与健康人相比，有显著的改变。并且实验表明Kif4参与活化T细胞，并参与IIMs中原位T细胞的激活以及T细胞骨架的修整[41]。

4 预期以及展望

驱动蛋白Kif4在真核细胞的染色体凝集和分离、纺锤体的形成和稳定、胞质分裂，DNA的修复以及神经元的发育中起到了关键作用，Kif4的异常表达也与许多疾病如艾滋病、阿尔茨海默症和肿瘤等的发生发展紧密相关。目前，Kif4在疾病的研究中主要集中在表达检测上，对于Kif4在相关疾病的具体作用机制尚不十分清楚。我们需要进一步的更有针对性的研究，来加深对Kif4的了解，为疾病的诊断、治疗和预后评估治疗提供有价值的信息和参考。

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*通讯作者：徐岩( E-mail: [e-mail])