缺氧誘導(dǎo)因子 缺氧誘導(dǎo)因子1α

缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1α

缺氧誘導(dǎo)因子篇(一):缺氧誘導(dǎo)因子在惡性腫瘤中的作用

單位：400016重慶醫(yī)科高校附屬一院消化內(nèi)科

缺氧誘導(dǎo)因子惡性腫瘤基因細(xì)胞凋亡細(xì)胞增殖

0

引言

缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxiainduciblefactor,hif1）是在缺氧條件下廣泛存在于人和哺乳動物體內(nèi)的一種轉(zhuǎn)錄因子。1995年wang等［1］從培育鼠的hep3b和2helas3細(xì)胞中提純了hif1，以后又從hep3b細(xì)胞cdna文庫中克隆了hif1α和hif1β的全長cdna序列。近年來，隨著對hif1的討論的進(jìn)一步深化，發(fā)覺它廣泛存在于動物和人類的多種腫瘤細(xì)胞中，其活性對維持腫瘤細(xì)胞能量代謝、新生血管形成、促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移起重要作用，并同腫瘤細(xì)胞的凋亡、增殖有關(guān)，且受多種因子如腫瘤抑制蛋白pvhl、癌基因vsrc、p53及pten的調(diào)控或影響。hif1調(diào)控的靶基因促紅細(xì)胞生成素（epo）、血管內(nèi)皮生長因子（vegf）、內(nèi)皮素1(endothelin1)、磷酸果糖激酶、醛縮酶、乳酸脫氫酶a、轉(zhuǎn)鐵蛋白因子等均與氧或能量代謝有關(guān)。epo、vegf等的變化使腫瘤細(xì)胞在適應(yīng)缺氧微環(huán)境的同時，增加了腫瘤的侵襲性和對放、化療的抗拒性。因此討論hif1在腫瘤發(fā)生、進(jìn)展中的作用及探究以hif1為靶點(diǎn)的抗腫瘤治療，可能為進(jìn)一步探究腫瘤的預(yù)防和治療供應(yīng)新的思路和途徑。

1

hif1的結(jié)構(gòu)及基本功能

hif1是一個異源二聚體，由120kd含826個氨基酸殘基的hif1α和91kd～94kd含774～789個氨基酸殘基的hif1β亞單位組成，α、β亞單位均為bhlh（helixloophelix）超家族成員。hif1β是芳羥受體核轉(zhuǎn)位子（arylhydrocarbonreceptornucleartranslocator,arnt）基因產(chǎn)物,是bhlhpas蛋白家族中一般的亞基。可與其他bhlh蛋白形成二聚體。hif1α是氧調(diào)整亞基，打算hif的活性。細(xì)胞氧濃度下降時，hif1α蛋白水平呈指數(shù)增加。缺氧時hif1αmrna的表達(dá)同富氧時比較并不增加，但蛋白表達(dá)明顯增多。主要是缺氧阻擋了hif1α的降解，使在非缺氧時易降解的hif1α蛋白穩(wěn)定性增加。hif1β對氧的依靠性弱,但對hif1是不行缺少的，由于只有兩個亞單位聚合成二聚體時才能形成有活性的hif1，arnt缺陷的hepa1細(xì)胞在缺氧時不能誘導(dǎo)hif1活性，轉(zhuǎn)染arnt基因后hif1活性恢復(fù)，因而認(rèn)為可能同hif1穩(wěn)定及二聚化有關(guān)。hif1α和hif1β的全長cdna序列已克隆，編碼hif1α和hif1β的基因分別位于人類第14號染色體q2124區(qū)和第1號染色體q21。hif1是bhlhpas復(fù)合物，n端具有的pas結(jié)構(gòu)域與異二聚化有關(guān)，可能影響dna的結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活。bhlh結(jié)構(gòu)域中的堿性區(qū)域介導(dǎo)dna結(jié)合，同pas共同供應(yīng)亞單位間蛋白二聚化的功能界面。hif1α和hif1βc端均有一個或多個激活區(qū)域，主要參加轉(zhuǎn)錄激活作用。

2

hif1表達(dá)的調(diào)整及其對靶基因的調(diào)控

2.1

hif1表達(dá)的調(diào)整

調(diào)整腫瘤細(xì)胞內(nèi)hif1的機(jī)制特別簡單，與氧依靠的信號傳導(dǎo)機(jī)制親密相關(guān)。目前認(rèn)為調(diào)整hif1可能機(jī)制包括(1)氧依靠的hif1α降解。(2)蛋白的磷酸化。(3)轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)和蛋白穩(wěn)定。(4)配體的結(jié)合力量和在細(xì)胞內(nèi)的定位。wang等［1］在1995年發(fā)覺用ser/thr激酶抑制劑2羥基嘌呤（2ap）對低氧誘導(dǎo)的hif1α蛋白增加有較強(qiáng)的抑制作用。4.5.7三羥基異黃酮、酪氨酸激酶抑制劑能完全抑制hif1α蛋白的合成。鐵離子螯合劑、cocl2等可誘導(dǎo)hif1的表達(dá)。no也掌握hif1的活性，同缺氧一樣能增加hif1的結(jié)合活性和hif1蛋白的量［2］。近來討論發(fā)覺，某些癌基因的激活和腫瘤抑制基因的失活與hif1表達(dá)增加有關(guān)。

2.1.1

抑制hif1α表達(dá)的基因

2.1.1.1

p53

blagoskionny等［3］發(fā)覺體內(nèi)缺氧誘導(dǎo)的調(diào)亡所必需的p53能抑制hif1α轉(zhuǎn)錄激活，抑制hif1α的p53水平比p53介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄所需的水平高。p53促進(jìn)mdm2介導(dǎo)hif1α亞單位的降解。缺氧誘導(dǎo)p53需要hif1α協(xié)同作用，hif1α能與p53結(jié)合并使其穩(wěn)定［4］。p53功能失活導(dǎo)致hif1α表達(dá)增加，促進(jìn)新生血管生成。在宮頸癌的討論中發(fā)覺，病毒癌基因蛋白e6使p53降解失活，促進(jìn)hif1α表達(dá)。hif1α能對野生型p53蛋白的降解起抑制作用，穩(wěn)定p53使p53水平上升，而對突變型p53無作用［5］。這種選擇的結(jié)果使突變型p53成為腫瘤細(xì)胞的主要表型。由于缺氧誘導(dǎo)和放化療誘導(dǎo)的凋亡基因是全都的，因此，缺氧通過降低凋亡潛能細(xì)胞的選擇作用而增加對放化療的抗拒性。

2.1.1.2

vhl

目前vhl基因在討論hif1的調(diào)整中最受人關(guān)注。它是與vonhippellindau(vhl)綜合征和腎細(xì)胞癌有關(guān)的抑癌基因。同hif1α降解親密有關(guān)，hif1α的水解過程需vhl蛋白和e3蛋白連接酶存在［6］。vhl的β域與hif1α的氧依靠的降解結(jié)構(gòu)域結(jié)合，在蛋白因子elonginb、c等共同參加下水解hif1α。hif1α缺陷或pvhlβ結(jié)構(gòu)突變則不能相互識別，突變的pvhl不能降解hif1［7］而導(dǎo)致腫瘤中hif1α高水平表達(dá)，血管形成增多。

2.1.1.3

pten基因

pten位于人體第10號染色體q23.3區(qū),通過p13k/akt信號傳導(dǎo)途徑負(fù)調(diào)整hif1,抑制vegf的表達(dá)。故pten基因失活能誘導(dǎo)hif1而使vegf表達(dá)增加，增加腫瘤的血管形成,加速腫瘤的進(jìn)展［8］。

2.1.1.4

inos基因

yin等［9］運(yùn)用inos基因和vegf啟動子啟動的熒光素酶基因傳染的c6神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞發(fā)覺，在缺氧條件下inos的表達(dá)，產(chǎn)生的no可抑制缺氧條件c6細(xì)胞的hif1活性，提示癌細(xì)胞內(nèi)存在hif1inos負(fù)反饋環(huán)。

2.1.2

增加hif1表達(dá)的基因

2.1.2.1

vsrc

vsrc基因是一個能促進(jìn)細(xì)胞分化，參加其調(diào)整的癌基因。jiang的討論［10］認(rèn)為在缺氧和非缺氧狀態(tài)下，vsrc產(chǎn)物可使hif1αmrna表達(dá)，hif1dna結(jié)合活性及依靠hif1的基因的表達(dá)增加。還可以通過p13k/akt信號途徑使hif1活性增加。

2.1.2.2

igf1（胰島素樣生長因子1）和igf2

能誘導(dǎo)hif1α蛋白的表達(dá)，而hif1α反過來促進(jìn)兩者結(jié)合蛋白1、2、3的表達(dá)。在結(jié)腸癌討論中發(fā)覺抑制hif1的高表達(dá)同時編碼igf2的基因高度上調(diào)。

缺氧誘導(dǎo)因子篇(二):缺氧誘導(dǎo)因子可調(diào)控心肌肥厚

缺氧誘導(dǎo)因子可調(diào)控心肌肥厚

核心提示：有討論首次證明，缺氧誘導(dǎo)因子可調(diào)控心肌肥厚，哈醫(yī)大藥學(xué)院初文峰教授在楊寶峰院士的指導(dǎo)下完成了這項(xiàng)討論。

哈爾濱醫(yī)科高校一項(xiàng)討論首次證明，當(dāng)機(jī)體輕度缺氧時，HIF-1α（缺氧誘導(dǎo)因子-1α）可以調(diào)控心肌肥厚，該誘導(dǎo)因子有望為生理性或病理性心肌肥厚的防治供應(yīng)新的靶點(diǎn)和藥物干預(yù)策略。相關(guān)討論論文已于近期在國際著名雜志《細(xì)胞分子醫(yī)學(xué)》上發(fā)表。

哈醫(yī)大藥學(xué)院初文峰教授在楊寶峰院士的指導(dǎo)下完成了這項(xiàng)討論。據(jù)初文峰介紹，體育熬煉人群或高原性心臟病患者均可消失心肌肥厚。而長期的慢性缺氧作為一個重要誘因參加到心肌肥厚的發(fā)生進(jìn)展過程之中。細(xì)胞內(nèi)鈣濃度（[Ca2+]i）的增高為誘發(fā)心肌肥厚的重要機(jī)制之一，但在缺氧條件下其增高機(jī)制尚不明確。

初文峰等采納電生理學(xué)、影像學(xué)和分子生物學(xué)等試驗(yàn)技術(shù)，在證明輕度缺氧造成心肌細(xì)胞肥大的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡明其機(jī)制與HIF-1α的表達(dá)上調(diào)，從而激活TRPC3、TRPC6通道，并導(dǎo)致外鈣內(nèi)流引起細(xì)胞內(nèi)鈣濃度的增加，增高的鈣濃度繼而激活參加心肌細(xì)胞肥大關(guān)鍵調(diào)整分子-活化T細(xì)胞核因子信號通路等諸多環(huán)節(jié)有關(guān)。

缺氧誘導(dǎo)因子篇(三):東南高校附屬中大醫(yī)院劉必成教授：低氧誘導(dǎo)因子：腎性貧血治療的新靶點(diǎn)

劉必成教授

東南高校附屬中大醫(yī)院

前言：

貧血是慢性腎臟?。╟hronickidneydisease,CKD）的重要臨床表現(xiàn)之一，并且隨著CKD的進(jìn)展其發(fā)生率漸漸增加，幾乎累及全部的CKD5期患者。一般認(rèn)為，腎性貧血的發(fā)生是由多種因素綜合所致，其中促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin,EPO）的肯定或相對缺乏是導(dǎo)致腎性貧血的最主要緣由，其它因素如：鐵劑、葉酸及B族維生素缺乏；感染、炎癥、出血、氧化應(yīng)激以及透析不充分等，均可導(dǎo)致貧血的發(fā)生。

1、腎性貧血治療現(xiàn)狀

EPO是腎臟分泌的一種糖蛋白類激素，能與紅細(xì)胞表面的EPO受體結(jié)合，刺激紅細(xì)胞增生、分化和成熟[1]。紅細(xì)胞生成刺激劑（erythropoiesis-stimulatingagents,ESAs）的臨床應(yīng)用是腎性貧血治療的一個里程碑，極大減輕了慢性腎衰竭患者對輸血的依靠和輸血帶來的風(fēng)險，改善了CKD患者的預(yù)后。第1代ESAs是重組人促紅細(xì)胞生成素，是一種免疫學(xué)及生物學(xué)特性均與人EPO極其相像的唾液酸蛋白激素，由于其半衰期短，每周需給藥1-3次[2]。隨后半衰期較長的第2代ESAs達(dá)依泊汀α，第3代ESAs甲氧基-聚乙二醇EPOβ應(yīng)運(yùn)而生[3,4]。生物仿制EPO以及EPOθ也在很多國家授權(quán)使用[5]。

隨著ESAs在臨床的廣泛應(yīng)用，盡管越來越多的貧血患者得到治療，然而，目前使用的ESAs也有諸多不足，比如需要冷藏保存、反復(fù)靜脈或皮下給藥等，給很多CKD非透析患者帶來不便，而對血液透析患者，靜脈給藥增加了護(hù)士的工作量。此外，很多臨床討論發(fā)覺，傳統(tǒng)ESAs的使用，還有引起血壓上升、血栓形成、增加心血管大事發(fā)生以及產(chǎn)生抗體導(dǎo)致純紅細(xì)胞再障等副作用，使其臨床應(yīng)用受到了肯定的限制[6]。

此外，閱歷性應(yīng)用ESAs治療的過程中人們還發(fā)覺，在訂正貧血的過程中鐵劑的消耗增加，導(dǎo)致功能性的鐵缺乏，從某種程度上增加了鐵調(diào)素的水平[7]。而賜予靜脈鐵劑，盡管可能會削減ESAs的使用劑量，改善貧血，但是沒有改善鐵調(diào)素上調(diào)導(dǎo)致的鐵利用障礙。因此，查找新型腎性貧血治療藥物具有非常重要的臨床意義。

2、低氧誘導(dǎo)因子（Hypoxia-induciblefactors,HIFs）的發(fā)覺及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

低氧是刺激紅細(xì)胞生成的經(jīng)典途徑，在闡明這個應(yīng)答機(jī)制的過程中，人們發(fā)覺了EPO和HIF轉(zhuǎn)錄因子。HIFs是參加細(xì)胞低氧應(yīng)答的主要介質(zhì)，早在1992年，Semenza和Wang在低氧的肝癌細(xì)胞株Hep3B的細(xì)胞核提取物中發(fā)覺，HIFs可以與EPO基因增加子的寡核苷酸序列特異性的結(jié)合，促進(jìn)EPO基因轉(zhuǎn)錄[8]。無論是在低氧應(yīng)激或者正常狀況下，HIFs都是紅細(xì)胞生成所必需的。在轉(zhuǎn)基因動物模型中，HIFs表達(dá)缺失可導(dǎo)致貧血的發(fā)生。與此同時，HIFs過表達(dá)可導(dǎo)致紅細(xì)胞生成增多[9,10]。

EPO是由HIFs調(diào)整的廣泛分布的低氧誘導(dǎo)基因表達(dá)的一部分。HIFs以異二聚體形式存在，包含一種氧敏感α亞基和一種組成性表達(dá)β亞基[11]。目前已證明哺乳動物中有3種α亞基：HIF-1α，HIF-2α和HIF-3α，目前討論主要集中在HIF-1α和HIF-2α，它們在調(diào)整細(xì)胞低氧應(yīng)答中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。HIF-1α普遍存在，它與HIF-2α協(xié)同，可以促進(jìn)氧的轉(zhuǎn)運(yùn)以及細(xì)胞對低氧的應(yīng)答，轉(zhuǎn)變特定細(xì)胞的基因表達(dá)，從而提高腎臟和肝臟的EPO表達(dá)，增加鐵的利用，轉(zhuǎn)變骨髓微環(huán)境，促進(jìn)紅系祖細(xì)胞成熟和增殖[12]。雖然HIF-1α和HIF-2α共同調(diào)整了很多基因表達(dá)，但在成人，EPO合成以及鐵代謝主要由HIF-2α調(diào)控[13]。

3、HIFs的降解

HIF-α亞基持續(xù)不斷生成的同時，也在不斷的降解。因此，掌握HIF-α的降解速度是調(diào)控HIFs活性和紅細(xì)胞生成的關(guān)鍵因素。HIF-1α和HIF-2α各包含兩個脯氨酸殘基，在正常狀況下，氧依靠性HIFs的降解始于脯氨酰-4-羥化酶結(jié)構(gòu)域（prolyl-4-hydroxylasedomain,PHD）介導(dǎo)的HIF-α亞基的脯氨酸羥化[13]。PHD包括PHD1，PHD2和PHD3三種酶或者跨膜PHD蛋白，屬于2-氧化戊二酸（2-OG）依靠的加雙氧酶，以氧為基質(zhì)，羥化HIF-α特異性的脯氨酸殘基，羥化的HIF-α隨即被VHL泛素連接酶復(fù)合物識別降解[14]。

PHD2是調(diào)整HIFs活性的主要羥化酶，討論表明，PHD2基因突變導(dǎo)致其催化活性受到抑制，會引起紅細(xì)胞生成增多[15]。在低氧狀況下，PHD羥化受到抑制，HIFs信號通路激活。腎臟是合成EPO最主要的場所，同時也在不同的細(xì)胞中表達(dá)PHD1、PHD2和PHD3，然而討論發(fā)覺，在EPO合成細(xì)胞中可以觀看到全部PHDs的基因轉(zhuǎn)錄[16]。此外，在HIF-α羧基端反式激活結(jié)構(gòu)域，HIF抑制因子可以通過催化天冬酰胺殘基羥基化，調(diào)整共激活因子活化，轉(zhuǎn)錄激活HIF二聚體[15]。（HIFs降解以及低氧誘導(dǎo)紅細(xì)胞生成示意圖，見圖1）

圖1.

注:Pro-OH（羥化的脯氨酸殘基）

4、HIFs的作用與腎性貧血

低氧狀況下，HIF-2α通過HIF-PHD氧敏感信號通路使EPO生成增加，進(jìn)而引起紅細(xì)胞生成增多。與此同時，該信號通路也可通過增加鐵攝入以及鐵的利用率，滿意骨髓造血的需求。HIF-2α在鐵的攝入中發(fā)揮重要作用，在鐵缺乏動物模型中，它可以增加二價金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1（divalentmetaltransporter1,DMT1）和十二指腸細(xì)胞色素b還原酶（DCYTB）1基因轉(zhuǎn)錄[14]。DMT1主要負(fù)責(zé)將鐵轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，DCYTB可以削減在鐵劑被腸道攝取之前的三價鐵（Fe3+）向二價鐵（Fe2+）轉(zhuǎn)化。其他HIFs調(diào)整的參加鐵代謝的因子包括轉(zhuǎn)鐵蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、血漿銅藍(lán)蛋白、血紅素加氧酶-1、膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ferroportin,FPN）等，其中FPN是迄今為止發(fā)覺的唯一的細(xì)胞鐵輸出蛋白，參加細(xì)胞內(nèi)鐵向血漿轉(zhuǎn)運(yùn)，并且可以被鐵調(diào)素降解[17，18]。

鐵調(diào)素是由25個氨基酸組成的小分子活性肽，主要由肝細(xì)胞產(chǎn)生，可以抑制腸道鐵的汲取以及機(jī)體貯備鐵的釋放。炎癥可促進(jìn)鐵調(diào)素表達(dá)增加，從而引起腸道鐵汲取削減和巨噬細(xì)胞鐵潴留。CKD患者由于炎癥刺激以及腎臟對鐵調(diào)素排泄削減，導(dǎo)致鐵調(diào)素表達(dá)增加，最終導(dǎo)致鐵利用障礙性貧血的發(fā)生，這可能也是腎性貧血的機(jī)制之一[19]。討論表明，低氧誘導(dǎo)HIFs信號通路的激活，抑制肝臟鐵調(diào)素合成，可以增加鐵的攝取和利用。早期的討論表明，

HIF-1α可以和鐵調(diào)素mRNA啟動子結(jié)合，影響其轉(zhuǎn)錄[20]。

然而隨后的動物試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥C明，HIFs誘導(dǎo)的鐵調(diào)素表達(dá)抑制主要依靠于EPO介導(dǎo)的紅細(xì)胞生成增多，提示HIF-2α介導(dǎo)的EPO表達(dá)增加是HIF抑制鐵調(diào)素表達(dá)的主要機(jī)制，而不是HIF-1α對鐵調(diào)素基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，這一假設(shè)在隨后的討論中已被證明[21]。（HIFs對鐵代謝的影響，見圖2）

圖2.

5、HIFs穩(wěn)定劑

如上所述，藥理學(xué)激活HIFs有可能為治療腎性貧血供應(yīng)新的治療策略。HIFs穩(wěn)定劑主要是指PHD抑制劑，通過與包含二價鐵的激活位點(diǎn)結(jié)合，抑制2-OG共底物，進(jìn)而抑制PHD催化活性。HIFs穩(wěn)定劑可維持血漿EPO濃度在一個相對生理學(xué)范疇，這就避開了大劑量靜脈給藥造成EPO過量，削減心血管大事的發(fā)生，同時可以增加鐵的汲取和利用，削減靜脈鐵劑的使用。

然而PHDs屬于2-OG依靠加氧酶超家族，因此，理論上講PHD抑制劑可以影響其他非HIFs作用靶點(diǎn)的2-OG依靠加氧酶，這種潛在的脫靶效應(yīng)需要在進(jìn)行臨床試驗(yàn)前謹(jǐn)慎評估[22]。HIFs增多本身也存在肯定風(fēng)險，討論證明，HIFs參加血管緊急性以及血壓的調(diào)整，可以導(dǎo)致肺動脈高壓的發(fā)生[11]。此外，激活HIFs信號可以引起很多惡性腫瘤的發(fā)生，參加血管內(nèi)皮生長因子（vascularendothelialgrowthfactor,VEGF）的調(diào)控，對血管再生也有肯定作用[11,23]。與到目前為止，有6種以促進(jìn)EPO合成以及激活HIFs為目的的PHD抑制劑在臨床試驗(yàn)中注冊。

FG-2216在原理循證討論中，PHD抑制劑FG-2216可以顯著提高血液透析患者的血漿EPO濃度，令人驚異的是，

FG-2216對無腎患者也有肯定的功效[24]。然而該試驗(yàn)也存在嚴(yán)峻的不良大事，由于一例致死性肝壞死的發(fā)生，導(dǎo)致該藥物的II期臨床試驗(yàn)被FDA臨時叫停。

FG-4592可以同時抑制三種HIF-PHD，半衰期約12小時，并且可以每二周或者每三周一次口服給藥，劑量從1mg/kg到2mg/kg不等。目前，討論已證明，在血液透析、腹膜透析以及非透析CKD患者中，F(xiàn)G-4592都有良好的耐受性，可以維持Hb濃度在靶目標(biāo)范圍內(nèi)，對鐵代謝也有肯定的作用[25]。FG-4592可以增加總鐵結(jié)合力，降低血清鐵蛋白水平，并且可以降低鐵調(diào)素的濃度。此外，F(xiàn)G-4592對紅細(xì)胞生成的作用不受炎癥因素的影響[25]。目前FG-4592已進(jìn)入III期臨床討論。

GSK1278863由葛蘭素史克公司研發(fā)，已進(jìn)入II期臨床試驗(yàn)，可以抑制PHD2和PHD3的活性，同時增加HIF-1α和HIF-2α的穩(wěn)定性。在小鼠模型中，GSK127886360mg/kg口服給藥，可以快速提高肝臟EPOmRNA的表達(dá)，以及6小時后可觀看到腎臟EPOmRNA表達(dá)增加，與基線水平相比，在給藥6-8小時后可以觀看到血漿EPO濃度上升8倍以上[14]。近期的一項(xiàng)多中心隨機(jī)單盲勸慰劑對比