HIF-1α在胃癌中的臨床表達(dá)關(guān)系與治療

崔立莎 綜述 宋 光 審校

胃癌的發(fā)生是多步驟，多因素進(jìn)行性發(fā)展的過程，胃癌細(xì)胞在缺氧環(huán)境中呈多基因表達(dá)，缺氧能促進(jìn)惡性腫瘤的發(fā)展，并增強(qiáng)其侵襲性，腫瘤細(xì)胞也存在著對缺血缺氧的自身調(diào)節(jié)機(jī)制，其機(jī)制主要是通過激活HIF-1α，特異性的結(jié)合于下游靶基因的缺氧反應(yīng)元件（5'-RCGTG-3'）來參與提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖酵解及腫瘤血管生成，為其浸潤生長提供必要的條件。HIF-1α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、侵襲及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移方面起重要作用，同時也增加多種轉(zhuǎn)錄因子和靶基因產(chǎn)物的表達(dá)，使腫瘤細(xì)胞在缺氧環(huán)境下生長、增殖。因此，HIF-1α的過表達(dá)，致癌可能性及臨床病理關(guān)系在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

1 HIF-1α在胃癌中的表達(dá)

HIF-1α是缺氧狀態(tài)下血管生成的核心調(diào)控因子［1］，陽性著色主要位于腫瘤細(xì)胞的胞核及細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，呈棕黃色顆粒；而在癌旁組織及腫瘤間質(zhì)內(nèi)則幾乎不表達(dá)。氧調(diào)節(jié)亞單位在氧濃度低于6%時才表達(dá)，且在氧濃度梯度降至0.2%～0.1%，幾近無氧的條件下其活性呈顯著增長，缺氧時α亞單位的降解被阻斷，使其得以在核內(nèi)蓄積。隨著人們對腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制研究的深入，發(fā)現(xiàn)新生血管生成不僅是維持腫瘤生長的必要條件，而且與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的過程均密切相關(guān)。腫瘤新生血管生成取決于腫瘤周圍微環(huán)境中促進(jìn)因子和抑制因子等正負(fù)調(diào)控因子的平衡。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是目前已知重要的血管生成促進(jìn)因子，是一高度特異性的血管內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂素。HIF在多個層次調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)，其功能包括增強(qiáng)VEGF的轉(zhuǎn)錄活性與增加VEGF mRNA穩(wěn)定性兩個方面；HIF-1α可通過調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)、增加胃癌新生血管的生成，促進(jìn)胃癌的侵襲轉(zhuǎn)移。Urano等［2］研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α在胃癌中呈高表達(dá)狀態(tài)，這與在缺氧環(huán)境下受HIF-1α調(diào)控的VEGF表達(dá)相關(guān)，與腫瘤分型及化療敏感性無關(guān)［3］。HIF-1在基因水平上直接調(diào)控VEGF的表達(dá)，在缺氧時通過增加微血管新生而調(diào)節(jié)腫瘤組織適應(yīng)缺氧微環(huán)境。盡管常氧濃度下HIF-1α表達(dá)，但很快被泛素蛋白酶體系所降解，因此，幾乎檢測不到其表達(dá)。Ma等［4］研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α在胃癌組織中陽性表達(dá)。隨著腫瘤浸潤深度的增加（T1-T2→T3-T4），淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的發(fā)生，pTNM分期的越晚（Ⅰ、Ⅱ期→Ⅲ、Ⅵ期），HIF-1α陽性率逐漸增高，局部微環(huán)境缺氧加重，腫瘤細(xì)胞對缺氧微環(huán)境的調(diào)節(jié)和適應(yīng)主要是通過提高葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和糖酵解能力及腫瘤新生血管生成，是腫瘤在發(fā)生、發(fā)展過程中克隆性選擇的結(jié)果。并與腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移關(guān)系密切，而且是導(dǎo)致腫瘤治療效果差、易產(chǎn)生放化療耐受性的重要原因。Suzuki等［5］研究表明VEGF的表達(dá)、染色強(qiáng)度和VEGF受體染色細(xì)胞陽性比例，與彌漫型胃癌中較高的微血管密度相關(guān)。腫瘤內(nèi)微血管密度（MVD）是一個重要的反映腫瘤小血管生成的重要指標(biāo)，在胃癌組織中的MVD值高于正常胃黏膜組織。研究證實(shí)各類胃黏膜病變中也存在HIF-1α的表達(dá)，腸型胃癌及伴異型增生慢性萎縮性胃炎中HIF-1α的陽性率顯著高于慢性淺表性胃炎和伴腸化生慢性萎縮性胃炎［6］。

2 HIF-1α致癌機(jī)制的可能性

惡性腫瘤生長特點(diǎn)之一是增生失控。腫瘤組織增生過快必然會造成局部組織嚴(yán)重缺氧和代謝紊亂，而HIF-1α恰好能通過誘導(dǎo)VEGF和糖酵解相關(guān)酶的表達(dá)，增加供血、供氧、供能，使得腫瘤細(xì)胞能夠適應(yīng)缺氧的微環(huán)境，并促進(jìn)腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移。HIF-1被認(rèn)為是腫瘤血管生成環(huán)節(jié)中的中心啟動子，主要因?yàn)槭侨毖鯒l件下存在于人體內(nèi)的一種異源二聚體核轉(zhuǎn)錄因子而VEGF是其重要的靶基因，其激活VEGF的轉(zhuǎn)錄，在低氧環(huán)境下促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長、腫瘤血管生成、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，糖酵解酶和遺傳變異影響腫瘤細(xì)胞的生長。近來研究表明HIF-1α、VEGF是所有腫瘤進(jìn)展的重要因素［7］。環(huán)氧化酶-2（COX-2）是炎癥過程中一個重要誘導(dǎo)酶，在炎癥和瘤變組織中發(fā)揮著將花生四烯酸轉(zhuǎn)變成前列腺素的功能。前列腺炎性細(xì)胞因子、癌基因、生長因子和缺氧都能誘導(dǎo)其產(chǎn)生，在野生型胃癌細(xì)胞系中給予外源性依前列醇刺激后，HIF-1α及VEGF均表達(dá)增加，這種效應(yīng)可被依前列醇的拮抗劑所阻斷，可見在胃癌血管生成中COX-2/地諾前列酮/HIF-1/VEGF可能是參與了腫瘤發(fā)生的一條重要的通路。有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移胃癌患者腫瘤組織中COX-2 mRNA的表達(dá)明顯高于無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者，且COX-2高表達(dá)與胃癌病灶直徑大小呈正相關(guān)。氧化也參與惡性腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移活動，升高的ROS（reactive oxygenspecies）是一類細(xì)胞代謝產(chǎn)物，包括O2、OH-、H2O2等，其水平升高反映了氧化狀態(tài)的存在可導(dǎo)致DNA的損傷［8］。在常氧條件下，胃癌細(xì)胞中HIF-1α也存在高表達(dá)，這是依賴于內(nèi)源性ROS途徑產(chǎn)生的，而不是由于pVHL基因的喪失。最近的研究發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌（HP）感染，A型萎縮性胃炎與胃癌的發(fā)展密切相關(guān)［9］。幽門螺桿菌（HP）是存在于人類的螺旋桿菌屬。HP是一種能產(chǎn)生毒素的無質(zhì)粒革蘭氏陰性桿菌，有鞭毛，呈螺旋形運(yùn)動，具有基因組多樣性等特點(diǎn)，并特異性定植于人胃黏液層及其下方胃黏膜層。HP感染后誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS，使HIF-1α不論任何氧條件下都能持續(xù)表達(dá)，HP感染后不僅能產(chǎn)生ROS，還能通過誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）催化左旋精氨酸與氧分子經(jīng)多步氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生一氧化氮，證明一氧化氮在常氧條件下可以干擾HIF-1α的脯氨酸羥化酶，防止其降解，以致其在胞核內(nèi)積聚和活化。HIF-1α表達(dá)水平增高，反之又誘導(dǎo)iNOS表達(dá)，依次形成正反饋環(huán)。這表明HIF-1α在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，不僅調(diào)節(jié)血管形成，調(diào)節(jié)眾多的下游基因以維持或促進(jìn)腫瘤的發(fā)展，而且可反饋接受腫瘤生長過程中所產(chǎn)生的因子或缺氧環(huán)境上調(diào)表達(dá)，如此形成的惡性循環(huán)促進(jìn)腫瘤生長，調(diào)節(jié)腫瘤的生物學(xué)特性。

3 HIF-1α在胃腺癌組織中的臨床病理關(guān)系

HIF-1α在胃癌組織中的表達(dá)存在著顯著的異質(zhì)性，主要表現(xiàn)為隨著胃癌分化程度的降低，其表達(dá)強(qiáng)度及陽性率逐漸升高；在同一種胃癌組織內(nèi)，分化較好的區(qū)域HIF-1α的表達(dá)較弱，而在分化較差的區(qū)域其表達(dá)則較強(qiáng)；有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組和無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組內(nèi)，HIF-1α的陽性表達(dá)率也有明顯的差異；HIF-1α在胃癌組織中的表達(dá)與TNM分期、浸潤深度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，而與性別、年齡、分化程度及腫瘤大小無關(guān)［10］。提示HIF-1α不但隨胃癌的演進(jìn)表達(dá)增強(qiáng)，其也可能促進(jìn)胃癌的演進(jìn)過程。細(xì)胞及間質(zhì)細(xì)胞分泌蛋白酶不僅通過降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜，促進(jìn)腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移，而且也可以促進(jìn)腫瘤組織中新生血管的形成，增強(qiáng)了腫瘤侵襲能力和轉(zhuǎn)移能力。但是，隨著腫瘤的迅速生長，常導(dǎo)致瘤體組織的血液供應(yīng)不足而發(fā)生缺血性壞死，造成了局部缺氧的微環(huán)境，又誘導(dǎo)HIF-1蛋白的陽性表達(dá)，導(dǎo)致HIF-1促血管因子等相互影響，在胃黏液腺癌血管生成和侵襲轉(zhuǎn)移中具有雙重作用。

4 HIF-1α與胃癌的治療

4.1 藥物治療

HIF-1α是胃癌低氧微環(huán)境中重要的轉(zhuǎn)錄因子，低氧能激活PI3K/AKT信號通路，這個通路的活化可通過多種途徑上調(diào)HIF-1α和VEGF的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤生長、血管生成［11-12］，從而提供腫瘤生長所需的氧氣和營養(yǎng)，促使腫瘤的增殖、浸潤和轉(zhuǎn)移。阻斷HIF-1α的活性能使腫瘤細(xì)胞失去適應(yīng)缺氧的能力，從而抑制進(jìn)展。Garlich等［13］應(yīng)用2-（4-morpholiny1）-8-pheny1-4H-1 benzopyr-an-4-oneLY294002、渥曼青霉素抑制PI3K-AKT-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白或絲裂原活化蛋白激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，能抑制胃癌生長、進(jìn)展。胃癌中PI3K/AKT信號通路調(diào)控著HIF-1α表達(dá)，缺氧誘導(dǎo)因子在胃癌細(xì)胞增殖和凋亡方面的確切影響機(jī)制仍然是一個有爭議的問題［14］。PI3K和HIF-1α表達(dá)與胃癌患者的年齡、性別、腫瘤直徑大小、周圍神經(jīng)浸潤無關(guān)，與胃癌腫瘤分化程度、浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、淋巴管浸潤、血管浸潤、TNM分期有關(guān)，p-AKT表達(dá)與胃癌患者的年齡、性別、腫瘤直徑大小、浸潤深度、周圍神經(jīng)浸潤無關(guān)，與胃癌腫瘤分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、淋巴管浸潤、血管浸潤及TNM分期有關(guān)，應(yīng)用LY294002抑制PI3K/AKT信號通路后，能使HIF-1α表達(dá)相應(yīng)下調(diào)、腫瘤生長速度減慢，可顯著控制腫瘤誘發(fā)的血管生成和腫瘤生長。PI3K-AKT-mTOR信號通路與人類腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，mTOR其活性異常不僅能導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，還與腫瘤細(xì)胞的遷移、黏附、腫瘤血管生成等有關(guān)。哺乳動物雷帕霉素靶因子途徑的關(guān)鍵是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和增殖，進(jìn)入這個領(lǐng)域的研究已經(jīng)表明，通路失調(diào)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在各種癌癥中雷帕霉素是最典型的mTOR抑制劑［15］。應(yīng)用雷帕霉素不僅可顯著抑制胃癌細(xì)胞HIF-1α等基因的表達(dá)及遷移活性，還可以抑制裸鼠移植瘤的血管生成及生長速率 。YC-1［3-（5-hydroxymeth-yl-2-furyl）-1-benzylindazole］是一種可溶性鳥苷環(huán)化酶刺激素，有抑制血小板聚集和血管收縮的功能，阻斷血管生成和抑制腫瘤生長的作用，可以減少血管數(shù)量，降低HIF-1α及其調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，用于治療循環(huán)系統(tǒng)疾?。?6］。YC-1可抑制多種癌細(xì)胞HIF-1α及其下游基因的表達(dá)如VEGF、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶、醛縮酶等，YC-1通過下調(diào)Survivin的表達(dá)，細(xì)胞凋亡的發(fā)生并抑制細(xì)胞增殖具有潛在的治療價值。5-氟尿嘧啶（5-FU）是胃腸道腫瘤化療的首選和基本用藥，其抗腫瘤機(jī)制之一是誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，而腫瘤在低氧環(huán)境下可抵抗5-FU的抗腫瘤作用［17-18］。

4.2 基因治療

HIF-1α為靶點(diǎn)的基因療法如RNA干擾（RNAi）、反義技術(shù)等成為癌癥輔助治療的新策略。通過設(shè)計(jì)、構(gòu)建HIF-1α編碼基因的siRNA（small interfering RNA），轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞系，抑制HIF-1基因mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡。熱休克蛋白（HSP）70-2是HSP 70家族成員，在缺氧環(huán)境下高表達(dá)，可加強(qiáng)對缺氧誘導(dǎo)凋亡的抵抗HIF-1α siRNA轉(zhuǎn)染HCC細(xì)胞，HSP70-2表達(dá)減少，癌細(xì)胞生長增殖受到抑制［19］。

5 HIF-1α與腫瘤預(yù)后的關(guān)系

Isobe等［20］研究表明HIF-1α在胃癌的侵襲及血管形成中起重要作用，HIF-1α高表達(dá)腫瘤組與腫瘤的復(fù)發(fā)及淋巴結(jié)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移明顯相關(guān)。Mizokami等［21］研究表明無HIF-1α表達(dá)的胃癌患者其5年生存率為81.5%，而HIF-1α過表達(dá)的胃癌患者其5年生存率為58.4%，明顯低于無HIF-1α表達(dá)患者。Griffiths等［22］在HP相關(guān)胃炎、腸化生、不典型增生和腸型、彌漫型胃腺癌中應(yīng)用免疫組織化學(xué)檢測HIF-1α的表達(dá)，并比較HIF-1α的表達(dá)與胃癌、賁門癌的預(yù)后相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)在正常胃黏膜中HIF-1α不表達(dá)，而在HP相關(guān)胃炎到腸型胃癌的演進(jìn)過程中，可見其染色強(qiáng)度和密度均增加。這表明HIF-1α可能參與了腸型胃癌的演變和進(jìn)展過程，且通過多因素分析發(fā)現(xiàn)HIF-1α對于生存預(yù)后的影響較弱，HIF-1α的表達(dá)影響胃癌對放化療的敏感性?？傊?，隨著胃癌的不斷演進(jìn)，HIF-1α的表達(dá)是不斷升高的；HIF-1α在胃癌中的過表達(dá)，也會加劇胃癌的演進(jìn)與異質(zhì)化的進(jìn)程。因此檢測HIF-1α的表達(dá)有助于了解胃癌的演進(jìn)與異質(zhì)化的程度，并對預(yù)后的評估有一定的指導(dǎo)意義。

6 小結(jié)

HIF-1α廣泛存在于動物及人體的多種腫瘤細(xì)胞中，其活性對維持腫瘤細(xì)胞的能量代謝、腫瘤血管生成、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移起重要作用。因此，研究HIF-1α對研究腫瘤生長、浸潤和轉(zhuǎn)移、治療及胃癌患者的預(yù)后等方面都有重要意義。

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