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本文全面综述了 Kelch 样（KLHL）蛋白家族。该家族通过泛素化调控多种生理过程，如细胞骨架组织、氧化应激反应等。其异常与多种疾病相关，包括神经退行性疾病、癌症等。同时探讨了针对 KLHL 蛋白的治疗策略，极具研究价值。
KLHL 蛋白的结构、分类与功能概述
KLHL 蛋白家族具有保守的 BTB、BACK 和 Kelch 结构域。BTB/POZ 结构域促进 Cullin3 结合和蛋白二聚化；BACK 结构域连接其他两个区域，其突变与人类疾病有关；Kelch 结构域形成 β- 螺旋桨结构，负责底物识别。这些结构域使 KLHL 蛋白成为 Cullin 3-RING 连接酶（CRL3）的底物适配体，参与泛素 - 蛋白酶体系统（UPS），调节蛋白质降解，维持细胞内稳态 。同时，KLHL 蛋白还通过非蛋白酶体降解机制调节蛋白质稳态。
KLHL 蛋白在生理过程中的作用
1. 细胞骨架动力学调节
KLHL2 在大脑中高度表达，参与神经元和少突胶质细胞的过程延伸和形态分化，通过与粘着斑激酶（FAK）和 Fyn 相互作用，调节肌动蛋白重塑。KLHL12 通过与 Dishevelled（DVL）蛋白相互作用，调节 Wnt/β-catenin 通路，影响细胞命运和极性，还参与胶原蛋白分泌。KLHL21 泛素化微管相关蛋白 EB1，促进粘着斑解聚和细胞骨架重组，同时调节 IKKβ 活性，参与炎症反应调节。KLHL23 与 vinculin 和 paxillin 相互作用，促进肌动蛋白应力纤维形成和维持细胞粘附 。
2. 血管收缩和血压调节
KLHL2 和 KLHL3 通过与 WNK 激酶相互作用，调节血管收缩和血压。KLHL2 靶向 WNK3 进行降解，影响血管平滑肌细胞对血管紧张素 II（Ang II）的敏感性；KLHL3 靶向 WNK1 和 WNK4 进行泛素化和降解，调节肾脏中钠和氯的运输，维持体液和电解质平衡 。
3. 氧化应激反应调节
KLHL19（Keap1）在氧化应激反应中起关键作用。在生理条件下，它与 Nrf2 结合，促进 Nrf2 的泛素化和降解，阻止其进入细胞核启动抗氧化反应元件（ARE）相关基因的转录。在氧化应激时，KLHL19 与 Nrf2 的相互作用被破坏，Nrf2 进入细胞核，激活抗氧化基因的转录，提供细胞保护 。
4. 细胞周期、有丝分裂和 DNA 修复调节
KLHL4 与 p53 相互作用，增强 p53 的转录激活，促进 p21WAF1/CIP1途径，调节细胞周期。KLHL9、KLHL13 和 KLHL21 参与有丝分裂过程，调节 Aurora B 的泛素化和定位，确保染色体正确附着和分离。KLHL15 通过靶向 CtIP 进行泛素化和降解，维持基因组稳定性，调节 DNA 修复途径的平衡。KLHL18 靶向 Aurora A 激酶进行泛素化和降解，确保有丝分裂的正确进行，同时在视网膜光感受器细胞中调节光敏感性。KLHL19 在肝脏再生过程中调节细胞周期，其缺失会导致 S 期进入延迟和有丝分裂进程紊乱。KLHL22 通过泛素化 Polo 样激酶 1（PLK1），调节有丝分裂纺锤体组装检查点（SAC）的激活 。
5. 细胞凋亡、自噬和衰老调节
KLHL9 在免疫细胞抗诺如病毒感染过程中起重要作用，其缺失会导致免疫细胞对诺如病毒感染的控制能力下降。KLHL9/KLHL13 复合物还靶向线粒体蛋白 IMMT 进行泛素化，调节线粒体活性氧（mtROS）水平，影响细胞内稳态和细菌感染过程。此外，该复合物还降解 IRS1，影响胰岛素信号通路和胰岛素抵抗 。
KLHL19 通过调节氧化应激和维持氧化还原平衡，参与细胞衰老和应激反应。它与 IKKβ 相互作用，促进其降解，抑制 NF-κB 信号通路，影响细胞存活。KLHL20 靶向死亡相关蛋白激酶 1（DAPK1）进行泛素化和降解，抑制细胞凋亡和自噬，其作用受干扰素（IFN）-α 和 IFN-γ 调节。KLHL39 通过抑制 KLHL20 与底物的相互作用，稳定 PML 和 DAPK1，发挥肿瘤抑制作用 。
6. 发育和分化调节
KLHL6 在 B 细胞发育和存活中起关键作用，其缺失会导致 B 细胞成熟和免疫反应受损。KLHL10 在精子发生过程中至关重要，其突变会导致男性不育。KLHL14 在神经元和 B 细胞发育中具有双重作用，参与限制轴突延伸和调节 B 细胞分化 。
KLHL31 和 KLHL30 参与骨骼肌发育。KLHL31 通过调节 Wnt/β-catenin 信号通路，降解 Filamin-C（FlnC），维持骨骼肌完整性；KLHL30 促进成肌细胞融合和肌管形成，调节肌生成转录因子。KLHL40 和 KLHL41 稳定肌节蛋白，如 Nebulin 和 Lmod3，对维持肌肉结构和功能至关重要，其突变会导致肌肉疾病。KLHL42 作为促纤维化因子，促进细胞外基质沉积和成纤维细胞激活，参与组织纤维化过程 。
KLHL 蛋白在病理过程中的作用
1. 遗传性疾病
KLHL2、KLHL3 和 Cul3 的突变与家族性高钾血症性高血压（FHHt）或假性低醛固酮血症 II 型（PHAII）相关。这些突变导致 WNK 激酶降解受损，肾钠氯共转运体（NCC）过度激活，引起高血压 。
KLHL4 的突变与 X 连锁腭裂（CPX）有关，但具体作用机制尚待进一步研究。KLHL7 的突变导致常染色体显性视网膜色素变性（adRP），其 BACK 结构域突变影响 E3 连接酶活性，导致非泛素化蛋白质积累，引起视网膜变性 。
KLHL24 的功能获得性突变导致皮肤脆性和大疱性表皮松解症（EB），同时影响心肌细胞中 desmin 的降解，导致扩张型心肌病。KLHL26 的突变与 Ebstein 畸形（EA）和左心室心肌致密化不全（LVNC）相关，可能参与心脏发育和结构完整性的维持 。
2. 癌症
KLHL5 的失调导致 Akt、RhoA、MCL1 和 STAT3 等蛋白积累，促进多种癌症的发生和转移。KLHL6 在 B 细胞恶性肿瘤中具有复杂作用，在慢性淋巴细胞白血病（CLL）中作用不明确，在弥漫性大 B 细胞淋巴瘤（DLBCL）中作为肿瘤抑制因子 。
KLHL7 的过表达与乳腺癌和肝细胞癌的不良预后相关，它通过降解肿瘤抑制蛋白 RASA2 和 p53，促进肿瘤进展。KLHL12 在肝癌中，由于超级潜能癌症干细胞（spCSCs）上调 Dsh 蛋白，绕过其介导的降解，激活 Wnt 通路，促进肿瘤生长 。
KLHL14 在不同癌症中作用不同，在恶性间皮瘤、甲状腺癌和 DLBCL 中作为肿瘤抑制因子，但在非功能性垂体神经内分泌肿瘤（PitNETs）中，其与 E-cadherin 的核共定位与肿瘤侵袭性增加相关。KLHL16 通过促进 p16 和 NF-κB 的泛素化和降解，抑制头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）细胞存活，增强化疗敏感性 。
KLHL18 在非小细胞肺癌（NSCLC）中作为肿瘤抑制因子，靶向 PI3K-p85 和 PD-L1 进行降解，抑制肿瘤细胞增殖和侵袭，增强免疫检测。KLHL19 在 NSCLC 和肝癌中抑制肿瘤生长和迁移，靶向 IKKβ、SOX9 和 Myosin 9b 进行降解 。
KLHL20 通过降解 PML 和 DAPK1，支持肿瘤细胞存活；KLHL39 则通过稳定 PML 和 DAPK1，对抗 KLHL20 的促肿瘤作用。KLHL21 在不同肿瘤中作用不同，在肝癌和胆管癌中可能作为癌基因，在子宫内膜肿瘤和膀胱癌中其表达下调与不良预后相关 。
KLHL22 在结直肠癌（CRC）中作为肿瘤抑制因子，调节上皮 - 间质转化（EMT），但在乳腺癌和恶性黑色素瘤中，其过表达导致 DEPDC5 降解，激活 mTORC1 通路，促进肿瘤生长。KLHL23 在肝癌、胰腺癌和胃癌中，其低表达与肿瘤侵袭、转移和不良预后相关 。
KLHL25 通过调节 ATP - 柠檬酸裂解酶（ACLY）的降解，抑制肺癌细胞增殖和肿瘤生长。KLHL29 通过降解 DDX3X，使 CCND1 mRNA 不稳定，导致细胞周期停滞，其在三阴性乳腺癌（TNBC）中的下调支持肿瘤生长和化疗耐药 。
KLHL37 在多种癌症中发挥作用，通过调节肌动蛋白细胞骨架组织，影响肿瘤生长、迁移和预后。KLHL38 在 NSCLC 中过表达导致肿瘤抑制蛋白 PTEN 降解，激活 PI3K/Akt 通路，促进肿瘤生长。KLHL42 在 MYC 高表达的癌症中，促进 pRB1 的泛素化和降解，导致细胞周期失控，使 TNBC 对 CDK4/6 抑制剂产生耐药性 。
3. 神经退行性疾病
KLHL1 参与调节神经元电压门控钙通道，其下调会影响钙内流调节、神经递质释放和突触可塑性，与阿尔茨海默病和帕金森病的发病机制相关。KLHL11 与副肿瘤性神经系统综合征（PNS）相关，患者常产生 KLHL11 特异性自身抗体，与副肿瘤性菱形脑炎的发生高度相关 。
KLHL14 与 TorsinA 相互作用，其与 TorsinA 的结合受 TorsinA 突变影响，可能参与肌张力障碍的发病机制。KLHL15 促进神经元中 doublecortin（DCX）的下调，其失调会影响神经发育过程，导致智力残疾和其他发育障碍 。
KLHL16 对维持神经元细胞骨架完整性至关重要，其突变会导致巨轴突神经病（GAN），引起异常轴突肿胀和进行性神经病变。KLHL17 参与调节谷氨酸受体的表达，其缺失会导致神经元中钙内流增加，与婴儿痉挛症和自闭症谱系障碍等神经系统疾病相关 。
针对 KLHL 蛋白的治疗干预策略
针对 KLHL 蛋白的治疗干预策略主要包括开发小分子抑制剂、肽基抑制剂、蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）和分子胶，以及进行高通量筛选。小分子抑制剂可阻断 KLHL 蛋白与底物的相互作用，稳定关键细胞调节因子，如针对 KLHL20 的抑制剂可用于癌症治疗，干扰 Keap1-Nrf2 相互作用的小分子可增强抗氧化防御 。
肽基抑制剂可模拟底物结合基序，与 KLHL 蛋白竞争结合天然靶点，如针对 KLHL3 的肽可用于治疗 PHAII，针对 KLHL12 的肽可用于调节癌症中的 Wnt 信号通路 。
PROTACs 利用 KLHL 蛋白选择性降解与疾病相关的靶蛋白，拓宽了可靶向蛋白的范围。分子胶可稳定 KLHL 蛋白与底物之间的催化相互作用，也被作为治疗剂进行研究 。
高通量筛选可用于识别针对 KLHL 底物相互作用的新型抑制剂，通过靶向 Kelch 重复结构域来实现 。
结论
KLHL 蛋白家族通过泛素化作用调节细胞过程，对维持细胞内稳态至关重要。其失调与多种疾病相关，针对 KLHL 蛋白的治疗策略具有调节蛋白质稳态和疾病机制的潜力，但仍需进一步研究以实现选择性、最小化脱靶效应，并深入探索其作用机制 。
