低氧誘導(dǎo)因子-1的病理生理及相關(guān)藥物研究進展

馮世杰，馬秀娟，宗 英，毛 煜，張曉冬，弓雪蓮，張曉芳，陸國才 (第二軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生毒理學(xué)教研室，上海 200433)

1992年,Semenza等[1]對經(jīng)低氧處理的Hep3B細胞株的核提取物進行電泳位移分析時，首先發(fā)現(xiàn)了低氧誘導(dǎo)因子-1 (hypoxia-inducible factor-1, HIF-1)，隨后在1997和1998年又相繼發(fā)現(xiàn)了HIF-2及HIF-3，目前認為HIF在體內(nèi)可能存在一個家族。現(xiàn)已知的HIFs家族成員HIF-1、HIF-2和HIF-3都是由低氧敏感的α亞基和構(gòu)成性表達的β亞基構(gòu)成的異源二聚體，低氧均能誘導(dǎo)HIFs的轉(zhuǎn)錄、翻譯及激活，在體內(nèi)結(jié)合目的基因的低氧反應(yīng)原件而發(fā)揮病理或生理作用。其中HIF-1α和HIF-2α在氨基酸序列上具有50%的序列同源性，但兩者在組織分布、靶基因及功能上存在顯著差異[2]。目前對HIF-3α的認識不夠深入，認為其可能對低氧誘導(dǎo)相關(guān)基因的表達和HIF-1的活性起負性調(diào)節(jié)作用。HIFs家族中維持細胞氧穩(wěn)態(tài)平衡的主要分子是HIF-1，對HIF-1的研究也最多、最深入。本文就HIF-1的結(jié)構(gòu)與調(diào)控、生物學(xué)效應(yīng)及相關(guān)藥物研究進展作簡要綜述。

1 HIF-1結(jié)構(gòu)與調(diào)控

1.1 HIF-1結(jié)構(gòu)特征 HIF-1是由胞質(zhì)內(nèi)相對分子質(zhì)量(Mr)為120 000的α亞單位和細胞核內(nèi)Mr為91 000～94 000的β亞單位構(gòu)成的異源二聚體轉(zhuǎn)錄因子。兩個亞單位的氨基末端均包括堿性-螺旋-環(huán)-螺旋(basic-helix-hoop-helix, bHLH)-PAS(per-ARNT-AHR-Sim)源結(jié)構(gòu)域，介導(dǎo)DNA的結(jié)合與異二聚化，它們同屬于bHLH-PAS超家族的成員。

人HIF-1α亞基位于14號染色體(14q21～q24)，是HIF-1的主要調(diào)節(jié)亞基和活性亞基，其穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性受細胞內(nèi)氧濃度的嚴(yán)密調(diào)控[3]。HIF-1α蛋白由4個功能結(jié)構(gòu)域組成，4個功能結(jié)構(gòu)域分別是：①bHLH域，介導(dǎo)與靶基因低氧反應(yīng)元件(hypoxia response element, HRE)DNA結(jié)合和二聚化；②PAS結(jié)構(gòu)域，與bHLH共同構(gòu)成蛋白異二聚化功能界面；③氧依賴性降解域(oxygen-dependent degradation domain，ODDD), 介導(dǎo)常氧時HIF-1的泛素-蛋白酶體途徑降解；④羧基末端的兩個轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(terminal transactivation domain，TAD)，N-TAD(與ODDD部分重合)和C-TAD，負責(zé)與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物結(jié)合和參與轉(zhuǎn)錄活化，兩者之間互為抑制結(jié)構(gòu)域(inhibitory domain, ID)，能降低該分子TAD的活性，常氧條件下該抑制作用明顯。此外，HIF-1α羧基、氨基末端各含一個核定位信號序列(nuclear localization signal-C，NLSC和nuclear localization signal-N，NLSN)，低氧時，HIF-1α必須在NLS介導(dǎo)下才能入核，與HIF-1β異二聚化形成有活性的HIF-1，從而調(diào)節(jié)多種基因的轉(zhuǎn)錄。

HIF-1β亞基又稱芳香烴受體核轉(zhuǎn)位子，為哺乳動物芳香烴受體復(fù)合物的亞型，是很多轉(zhuǎn)錄因子共有的亞基，由bHLH、PAS和TAD三個結(jié)構(gòu)域組成。研究表明其在細胞核內(nèi)穩(wěn)定過量表達，不受細胞氧濃度的調(diào)節(jié)，并可與其他bHLH蛋白形成二聚體[4]。

1.2 HIF-1的調(diào)控 HIF-1在體內(nèi)的表達和活性調(diào)節(jié)受mRNA水平、蛋白質(zhì)水平、核轉(zhuǎn)位水平、二聚化水平和轉(zhuǎn)錄激活水平等多因素調(diào)控。目前認為，HIF-1的調(diào)控主要發(fā)生于蛋白水平[5]，涉及蛋白的合成與降解，其合成是穩(wěn)定性調(diào)控機制，而降解則屬于氧依賴性調(diào)控機制。HIF-1β表達穩(wěn)定，因此HIF-1的調(diào)控主要是對HIF-1α亞基的調(diào)節(jié)。

1.2.1 HIF-1α的氧依賴調(diào)節(jié) 研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α蛋白表達量和轉(zhuǎn)錄活性受細胞內(nèi)氧濃度的嚴(yán)密調(diào)節(jié)，其中兩種羥化酶起到了關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵酶之一是脯氨酸羥化酶(protyl hydroxylases，PHD)。目前已知的PHD有3種，PHD2在常氧條件下起關(guān)鍵作用，PHD1、PHD3在慢性缺氧條件下起一定的生理作用。常氧條件下，PHD2可將HIF-1α ODD區(qū)的第402位和第564位脯氨酸殘基羥化，羥化后的脯氨酸殘基能被希佩爾-林道腫瘤抑制蛋白(von Hippe-Lindau tumor suppressor protein, pVHL)特異性識別，并發(fā)揮泛素連接酶的作用，使HIF-1α與泛素依賴的26 S蛋白酶體復(fù)合物結(jié)合而被該酶降解。所以，常氧下HIF-1α不穩(wěn)定，半衰期很短，為5～10 min。如除去此ODD區(qū)，HIF-1α則不再降解，而是自發(fā)地異二聚化、DNA結(jié)合和反式活化。此外，PHD的羥化作用還需要O2、Fe2+、α-酮戊二酸的參與。低氧則抑制了ODD區(qū)域的脯氨酸殘基羥化，導(dǎo)致HIF-1α不能與pVHL結(jié)合，而與熱休克蛋白90(HSP 90)heat shock protein結(jié)合，增強其穩(wěn)定性，從而阻斷了HIF-1α的泛素-蛋白酶體途徑降解，使得其在胞質(zhì)內(nèi)穩(wěn)定表達，通過積聚、活化、轉(zhuǎn)位入核，與HIF-1β結(jié)合形成HIF-1，致使其表達量在細胞內(nèi)呈幾何級數(shù)增加。此外，二價鈷離子、錳離子、鎳離子以及鐵離子螯合劑，都可以阻斷HIF-1α亞基的羥化，妨礙HIF-1α的水解，進而增加了HIF-1的穩(wěn)定性。

另一個關(guān)鍵酶是天冬氨酸羥化酶，又稱HIF-1抑制因子(factor inhibiting HIF-1, FIH)。FIH對于逃脫了蛋白酶體降解途徑的HIF-1α起二級負向調(diào)控作用。HIF-1α的TAD必須與轉(zhuǎn)錄輔因子結(jié)合，才能發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用。常氧下，F(xiàn)IH可將HIF-1α亞基TAD的第803位天冬氨酸殘基羥化，從而阻止c-TAD與轉(zhuǎn)錄輔因子的反應(yīng)，進而抑制HIF-1α的轉(zhuǎn)錄活性。與PHD類似，F(xiàn)IH活性作用的發(fā)揮依賴環(huán)境中的氧分子、二價鐵離子、α-酮戊二酸。因此，在低氧或有鐵離子螯合劑存在時，F(xiàn)IH 的活性受抑制，HIF-1的轉(zhuǎn)錄增加。除此以外，F(xiàn)IH還可以通過與pVHL和組蛋白脫乙?；傅姆磻?yīng)間接抑制c-TAD的轉(zhuǎn)錄激活功能。

1.2.2 HIF-1α的非氧依賴調(diào)節(jié)途徑 除了低氧刺激外，細胞內(nèi)還存在HIF-1α的一些非氧依賴性調(diào)節(jié)途徑。如抑癌基因也在調(diào)節(jié)HIF-1α穩(wěn)定性、失活及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上發(fā)揮重要作用。如P53可通過直接抑制HIF-1α轉(zhuǎn)錄活性和通過促進鼠雙微體2(Murine Double Minutes2，MDM 2)蛋白介導(dǎo)的HIF-1α泛素化-蛋白酶降解兩種形式調(diào)節(jié)HIF-1α。一些生長因子和細胞因子，如表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)、胰島素(insulin)、胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor，IGF)、白介素-1β等可與其受體蛋白酪氨酸激酶結(jié)合后進一步激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase, PI3K )或絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號途徑，進而使HIF-1α蛋白表達增加，增強HIF-1的DNA連接活性，促進HIF-1靶基因的表達。當(dāng)HIF-1α蛋白合成速度超過降解速度時，未降解的HIF-lα進入細胞核與HIF-1β結(jié)合形成有功能的HIF-1。另外，還有一些非氧因素，如鐵離子螯合劑、鈷、鎳、溫度、細菌內(nèi)毒素脂多糖、一氧化氮、活化的Ras等對HIF-1α也有調(diào)節(jié)作用。

2 HIF-1的生物學(xué)效應(yīng)

低氧時，HIF-1在多種組織細胞中都有表達，包括腎、肝、肺、腦、心等，近年來還發(fā)現(xiàn)其對骨形成也有一定的作用；同時HIF-1α也是多種病理反應(yīng)的中介因子，介導(dǎo)多種病理作用的發(fā)生與發(fā)展。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100多種受其靶向調(diào)控的基因，涉及紅細胞生成、血管增生、血流供應(yīng)、氧化和能量代謝等。

2.1 HIF-1介導(dǎo)的保護作用

2.1.1 HIF-1與胚胎發(fā)育 除了與外界直接相通的呼吸道之外，成人機體內(nèi)組織、器官的氧分壓遠遠低于大氣壓，氧濃度范圍在3 % ～ 5 %。而當(dāng)胚胎開始發(fā)育時，氧氣濃度為1 %～5 %，胚胎組織處在生理性低氧微環(huán)境中。Yoon等研究發(fā)現(xiàn)，基因敲除(HIF-1α-/-)小鼠在胚胎期10.5 d時，由于心臟發(fā)育畸形、心血管和紅細胞發(fā)育缺陷而死亡，表明HIF-1α與血液循環(huán)系統(tǒng)正常發(fā)育密切相關(guān)[6]。條件性敲除特定細胞系內(nèi)的HIF-1α-/-基因，則會不同程度的影響軟骨及脂肪形成、B淋巴細胞生長、T淋巴細胞分化和先天性免疫功能等，進而影響胚胎正常發(fā)育。HIF-1α-/-小鼠在發(fā)育過程中出現(xiàn)發(fā)育不良現(xiàn)象，但是當(dāng)?shù)脱跽T導(dǎo)的HIF-1活性過強時，也能導(dǎo)致胚胎發(fā)育失調(diào)及畸胎。

2.1.2 HIF-1與軟骨及骨形成 構(gòu)成肢體的大部分骨骼是經(jīng)軟骨內(nèi)化骨的方式發(fā)生，其中，血管侵入是骨形成和骨代替軟骨組織的標(biāo)志。正常生理情況下，成人關(guān)節(jié)軟骨組織內(nèi)無直接的血液供應(yīng)，生長板軟骨雖有血液供應(yīng)，但遠不能滿足細胞需要，因此，軟骨細胞處于低氧微環(huán)境。體外敲除生長板軟骨細胞內(nèi)HIF-1α-/-基因，發(fā)現(xiàn)HIF-1α-/-軟骨細胞增殖低于HIF-1α+/+細胞[7]。運用Cre-Loxp方法條件性敲除小鼠軟骨細胞內(nèi)HIF-1α-/-基因，導(dǎo)致軟骨發(fā)育障礙，并因支氣管塌陷和肋骨畸形引起呼吸困難，在出生前即死亡。另外，軟骨細胞分泌、合成的細胞外基質(zhì)也相應(yīng)減少，造成軀體支架結(jié)構(gòu)發(fā)育障礙、胚胎出生前死亡[8]。進一步敲除生長板中心軟骨細胞HIF-1α?xí)r，軟骨細胞大量凋亡、無軟骨特有的Ⅱ型和Ⅸ型膠原表達；而未敲除的生長板外周細胞HIF-1α代償性表達增加。

軟骨內(nèi)化為骨時，HIF-1α作為上游調(diào)控基因，能直接或間接地促進血管入侵到軟骨中，促進骨的形成。目前已知的機制包括：①激活血管內(nèi)皮生長因子(vascular epithelial growth factor, VEGF)促進血管增生;②誘導(dǎo)成纖維細胞表達核結(jié)合因子(core binding factor , CBF)以介導(dǎo)成骨細胞早期分化;③誘導(dǎo)胰島素樣生長因子-2 (insulin-like growth factor-2, IGF-2)以利于骨功能形成;④誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor-β, TGF-β)和骨鈣蛋白以利于骨轉(zhuǎn)換[9]。

2.1.3 HIF-1與缺氧性腦血管疾病 大腦對缺血及隨之而來的缺氧十分敏感，在全腦缺血模型、局灶性腦缺血模型中，均發(fā)現(xiàn)腦組織中HIF-1α的大量表達和激活增加[10]。Bergeron等對新生大鼠給予8 %低氧預(yù)處理，3 h后發(fā)現(xiàn)HIF-1α mRNA水平及HIF-1α和HIF-1β蛋白水平在整個腦組織中的表達顯著增加。HIF-1的上調(diào)具有腦保護作用[11]，其作用機制主要是通過調(diào)控一系列下游靶基因的轉(zhuǎn)錄激活，通過改善腦缺血后的能量代謝障礙、促進血流動力學(xué)恢復(fù)、抑制興奮性氨基酸的神經(jīng)毒性、減少細胞凋亡等發(fā)揮腦保護作用[12]。其中血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)基因和促紅細胞生成素(erythropoietin, EPO)基因是明確具有腦保護作用的HIF-1靶基因。此外HIF-1α表達增加還能促進葡萄糖的轉(zhuǎn)移、利用及酵解，為腦組織提供能量、減少細胞凋亡以減輕腦損傷。但很多研究還發(fā)現(xiàn)，HIF除了可以促進神經(jīng)細胞存活，還可以啟動凋亡途徑，多種促凋亡因子如P53也受HIF-1α調(diào)控，輕度低氧不能使P53聚集，長時間嚴(yán)重缺氧能去磷酸化HIF-1α進而導(dǎo)致P53穩(wěn)定性增加，介導(dǎo)神經(jīng)細胞死亡，可見，HIF在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮雙重作用。

2.1.4 HIF-1與缺血性心血管疾病 冠狀動脈粥樣硬化引起的血管狹窄或痙攣會導(dǎo)致心肌血流灌注不足，進而引發(fā)心肌組織氧和能量供給不足，加重心臟疾病。為改善心肌缺血，機體會代嘗性重構(gòu)側(cè)支血管，以增加血流，并主動繞過血管狹窄區(qū)域。Resan等[13]研究基因調(diào)控水平對冠脈側(cè)支循環(huán)發(fā)育的影響時，發(fā)現(xiàn)HIF-1多態(tài)性與缺血性心臟病患者的側(cè)支循環(huán)形成有重要關(guān)系。約2/3冠狀動脈嚴(yán)重狹窄的患者體內(nèi)都有一條甚至多條側(cè)支血管，當(dāng)粥樣硬化斑塊彌漫阻塞冠脈、誘發(fā)心臟病時，有側(cè)支血管的患者梗死面積較小、更易存活。在冠脈嚴(yán)重狹窄的患者中，與未生成側(cè)支血管的患者相比，有側(cè)支血管的患者其HIF-1α第582位脯氨酸殘基變成絲氨酸殘基的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)增加5倍。

缺血預(yù)處理可以增強心肌的缺血適應(yīng)性并產(chǎn)生保護作用，大量研究發(fā)現(xiàn)HIF-1α參與了缺血預(yù)適應(yīng)啟動的心肌保護作用，是缺血預(yù)適應(yīng)的一個標(biāo)志[14]。給小鼠注射CoCl2來模擬缺氧反應(yīng)，抑制HIF-1α的降解，發(fā)現(xiàn)經(jīng)CoCl2預(yù)處理的心臟模型的心梗面積顯著降低，同時心肌HIF-1α的DNA活性也顯著增加。HIF-1α+/-小鼠則完全沒有這種預(yù)適應(yīng)現(xiàn)象[15]。HIF-1不僅是心肌低氧而且也是心肌應(yīng)激的主要調(diào)控因子，促進VEGF、EPO、iNOS等基因的轉(zhuǎn)錄，引起一系列適應(yīng)性病理生理反應(yīng)。

2.2 HIF-1介導(dǎo)的病理作用

2.2.1 腫瘤 腫瘤的發(fā)生、發(fā)展與腫瘤細胞的大量增殖、轉(zhuǎn)移和凋亡減少有關(guān)，其中腫瘤細胞的高速增殖和腫瘤源性結(jié)構(gòu)、功能異常性血管增生導(dǎo)致腫瘤組織持續(xù)處于低氧微環(huán)境。有研究表明，低氧可觸發(fā)腫瘤產(chǎn)生一系列應(yīng)激性保護反應(yīng)，使得腫瘤細胞在低氧狀態(tài)下免受損傷或死亡。而HIF-1α是調(diào)節(jié)腫瘤細胞適應(yīng)低氧的核心轉(zhuǎn)錄因子，目前已在多種惡性腫瘤及癌前病變組織中檢測到HIF-1α蛋白高表達，表明HIF-1α參與調(diào)節(jié)多種腫瘤低氧適應(yīng)靶基因的轉(zhuǎn)錄激活、靶蛋白表達增加，導(dǎo)致腫瘤細胞生物學(xué)特性發(fā)生改變[16]。HIF-1α有100多種目的基因，與腫瘤關(guān)系密切的包括腫瘤干細胞維持[17]、細胞增殖與凋亡相關(guān)因子、內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換[18]、遺傳穩(wěn)定性、腫瘤的血管形成、葡萄糖代謝[19]、腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移及放療抵抗等相關(guān)基因。研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α表達水平增加，會促進腫瘤生長，而當(dāng)HIF-1活性喪失時，腫瘤生長速率降低[20]。HIF-1α促進腫瘤發(fā)展的生物學(xué)機制包括：①促進腫瘤新生血管形成。VEGF基因是HIF-1α最重要的靶基因之一，亦是新生血管的關(guān)鍵調(diào)控因子。在組織缺氧時，HIF-1α不僅可以促進VEGF基因轉(zhuǎn)錄，還能增加VEGF 的mRNA穩(wěn)定性，從而上調(diào)VEGF表達[21]。VEGF對血管內(nèi)皮細胞有特異性促分裂增殖作用，有很強的血管通透性并與細胞外基質(zhì)相聯(lián)系，有利于腫瘤血管生成和浸潤。②提高細胞的糖酵解水平。HIF-1α在缺氧時可增加與能量代謝相關(guān)的基因的表達，主要包括葡萄糖載體1，3以及與糖酵解有關(guān)的酶。這些靶基因表達的增加可使腫瘤細胞攝取和利用葡萄糖的能力增加，為腫瘤在缺氧狀態(tài)下提供足夠的能量供應(yīng)，以維持腫瘤的生長。另外，糖酵解的增加還可減少有氧代謝中活性氧對細胞DNA快速復(fù)制的破壞。③影響腫瘤細胞的凋亡。腫瘤細胞凋亡有p53依賴性和非p53依賴性途徑。HIF-1α 可與p53共同作用啟動凋亡基因而誘導(dǎo)腫瘤細胞的凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α可通過抑制MDM2介導(dǎo)的p53泛素化和阻斷MDM2介導(dǎo)的p53向核外轉(zhuǎn)運而穩(wěn)定p53，提高腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。某些腫瘤基因改變，如腎癌透明細胞中pVHL功能缺失，也能激活HIF-1[22]。有些腫瘤細胞中，HIF-1的活性在富氧條件下表達也升高，使這些腫瘤更難治療和控制。近年的研究還表明，HIF-1表達增加與腫瘤患者的預(yù)后不良呈正相關(guān)。

2.2.2 肺動脈高血壓 罹患慢性肺部疾病的患者肺泡長期暴露于缺氧微環(huán)境，誘發(fā)肺部血管重塑、肺收縮反應(yīng)增強，最終引發(fā)肺動脈高壓及右心室肥大，若長期持續(xù)低氧還將導(dǎo)致右心功能衰竭?，F(xiàn)已在肺動脈平滑肌細胞中發(fā)現(xiàn)多個HIF-1靶基因，它們在缺氧應(yīng)激中發(fā)揮重要作用[23]，且低氧時HIF-1α+/-小鼠未患低氧性肺動脈高血壓，表明HIF-1α對缺氧導(dǎo)致的肺動脈高血壓有促進作用。內(nèi)皮素-l(endothelin, ET-1)是HIF-1的靶基因，它是缺氧時由肺血管內(nèi)皮細胞產(chǎn)生的，可引起血管內(nèi)皮平滑肌細胞的收縮和增生，在肺血管重構(gòu)中起關(guān)鍵作用，Semanza通過特異性敲除小鼠HIF-1α基因，使得ET-1不能被激活轉(zhuǎn)錄，由缺氧誘導(dǎo)的肺血管重構(gòu)現(xiàn)象明顯受到了抑制。還有實驗發(fā)現(xiàn)，慢性梗阻性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)患者肺部組織中HIF-1α的mRNA及蛋白表達均明顯增加。因此，HIF-1α在缺氧性肺動脈高壓形成中起重要作用，可把HIF-1作為靶點來研制其抑制劑，以降低或阻斷肺血管的重構(gòu)，從而抑制肺動脈高壓的形成。

2.2.3 糖尿病及其并發(fā)癥 缺氧在糖尿病及其并發(fā)癥的病理過程中發(fā)揮重要作用。糖尿病是由于胰島素分泌不足或胰島素抵抗引起的以慢性高血糖為特征的代謝紊亂性疾病[24]，長期血糖控制不良的糖尿病患者易于合并多系統(tǒng)器官的慢性并發(fā)癥。HIF-1α 參與調(diào)節(jié)缺氧相關(guān)基因的表達，缺氧狀態(tài)下可以在腎、肝、腦、肺、心和視網(wǎng)膜等多種組織細胞中表達，是缺氧狀態(tài)下許多細胞發(fā)生糖酵解和新生血管形成的關(guān)鍵因素[25]。研究表明在糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)的發(fā)展中視網(wǎng)膜缺氧與超微結(jié)構(gòu)改變和HIF-1α異常表達密切相關(guān)[26]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥，大量實驗證實，DN大鼠模型上存在新生血管生成，而缺氧時微血管病變對腎病進展起著重要作用。在DN初期即有腎組織局部血流下降及氧供應(yīng)量下降，且DN患者的活組織檢查中也有HIF表達。在腎缺氧時，HIF-1α在腎小管和乳突狀間質(zhì)細胞中積累，通過HIF-1α/低氧反應(yīng)元件(hypoxia response element，HRE)途徑調(diào)控下游基因[27]，促進了腎纖維化過程[28]。同時，對定向敲除VHL基因小鼠的研究證明，加速HIF-1α的降解能抑制或減緩小鼠腎纖維化進程。

3 針對HIF-1的新藥研發(fā)

3.1 HIF-1靶向抑制劑 鑒于HIF-1參與了機體多種疾病的形成，尤其是腫瘤的進展過程，針對HIF-1活性抑制的藥物及治療方法的研究越來越多，其中大多數(shù)藥物通過降低HIF-1α的mRNA和蛋白水平，影響HIF-1與DNA的結(jié)合活性，或者下調(diào)受HIF-1調(diào)節(jié)的靶基因的轉(zhuǎn)錄活性等達到抑制HIF-1α活性的目的。同時，鑒于HIF-1在促進腫瘤血管生成和腫瘤增殖中所扮演的重要角色，HIF-1轉(zhuǎn)錄復(fù)合物本身便是一個很有意義的治療靶點。因此，阻斷HIF-1通路及抑制HIF-1α的表達成為目前抗腫瘤研究的熱點之一。當(dāng)前正在研究的抑制HIF-1 活性藥物大體可分為兩類：HIF-1相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制劑和HIF-1活性抑制劑。

3.1.1 HIF-1相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制劑 HIF-1α自身活性調(diào)節(jié)主要發(fā)生在兩條信號途徑：PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和MEK/MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。前者主要介導(dǎo)調(diào)控HIF-1α蛋白穩(wěn)定性，后者則介導(dǎo)HIF-1α反式激活功能調(diào)控。這兩條通路還分別獨立又協(xié)調(diào)地調(diào)控HIF-1α的轉(zhuǎn)錄活性。一些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制劑，如酪氨酸激酶抑制劑(herceptin、iressa、herbimycin)，PKC抑制劑(calphostin C)，PI3K抑制劑(wortmannin、LY294002)，MAPK抑制劑(PD98059)，雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR) 抑制劑(rapamycin)等分子靶向藥物能夠抑制HIF-lα的合成。

3.1.2 小分子HIF-1活性抑制劑 目前已有多種藥物作用于不同環(huán)節(jié)，干擾HIF-1的合成、穩(wěn)定性、異二聚化、DNA結(jié)合及轉(zhuǎn)錄激活等，從而阻斷其生物效應(yīng)，有的和化療、放療聯(lián)合應(yīng)用時還表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。

3.1.2.1 降低HIF-1α蛋白水平的藥物 降低HIF-1α蛋白水平主要是通過減少HIF-1α蛋白的合成和加快HIF-1α的降解來完成。其中影響蛋白合成的藥物包括: ①心肌糖苷類。Zhang等發(fā)現(xiàn)心肌糖苷類藥物，包括地高辛、毒毛花苷G(strophanthin)、海蔥次苷A (proscillaridin A) 等均能抑制腫瘤細胞HIF-1α蛋白的合成和靶基因的表達，并且認為其主要是通過抑制HIF-1轉(zhuǎn)錄而減少蛋白質(zhì)合成，但確切機制尚不清楚[29]。②mTOR抑制劑。哺乳動物體內(nèi)存在雷帕霉素靶蛋白途徑，雷帕霉素通過抑制mTOR以阻止HIF-1蛋白合成，mTOR是絲/蘇氨酸激酶，與生長激素共同調(diào)控細胞周期進程。體內(nèi)存在兩種不同的mTOR大分子復(fù)合物mTORC1及mTORC2，前者對雷帕霉素敏感。近期臨床研究發(fā)現(xiàn)，如將癌細胞持續(xù)暴露于雷帕霉素中，mTORC1、mTORC2的功能都會被抑制[30]。這些mTOR復(fù)合物的下游靶標(biāo)有HIF-1α和HIF-2α、細胞周期蛋白D1、PKC-α，與多種細胞內(nèi)過程的激活相關(guān)，促使細胞增殖、血管增生、轉(zhuǎn)移及化學(xué)抵抗。臨床三期實驗結(jié)果顯示，雷帕霉素類藥物如依維莫司對腎細胞癌的治療效果顯著[31]。③拓撲異構(gòu)酶抑制劑。體內(nèi)存在拓撲異構(gòu)酶Ⅰ(topoisomeraseⅠ, TOP1)和拓撲異構(gòu)酶Ⅱ(topoisomeraseⅡ,TOP2)兩種拓撲異構(gòu)酶。非小細胞肺癌治療藥物TOP1抑制劑托泊替康(topotecan)和TOP2抑制劑依托泊苷(etoposide)明顯阻斷低氧誘導(dǎo)的HIF-1α蛋白積聚，并且抑制程度呈時間和劑量依賴性[32]，其機制可能與促進蛋白酶體降解和抑制AKT磷酸化相關(guān)。④鈣黏神經(jīng)素抑制劑。鈣黏神經(jīng)素是一種絲/蘇氨酸磷酸酶，使活化的蛋白激酶C受體(receptor of activated protein kinase C，RACK1)脫磷酸化而促進HIF-1α表達。RACK1位于鈣黏神經(jīng)素催化區(qū)域，其上的elongin-C結(jié)合點與pVHL有高度序列相似性，使之有類似pVHL的功能，它能夠獨立添加elongin-C泛素連接酶復(fù)合體使HIF-1α泛素化后被蛋白酶體識別。鈣黏神經(jīng)素抑制劑則通過抑制RACK1脫磷酸化，抑制HIF-1α表達，降低HIF-1α蛋白水平，代表藥物有環(huán)孢素等。⑤可溶性鳥苷酸環(huán)化酶抑制劑。如3-(5′-hydroxymethyl-2′-furyl)-1-benzyfindazole 即YC-1，能夠有效抑制HIF-1α 表達，且能夠抑制VEGF的表達，減弱血管化作用。

3.1.2.2 影響HIF-1α蛋白穩(wěn)定性的藥物 熱休克蛋白90(HSP90)抑制劑。HSP90是很多條件性激活或表達的信號蛋白(如HIF-1)的分子伴侶，對其分子穩(wěn)定性和功能發(fā)揮起重要作用。HSP90抑制劑引起HSP結(jié)合的靶蛋白失活、失穩(wěn)并最終被降解，其抗癌活性在臨床前模型中已得到證實[33]。其代表藥物17-AAG 已經(jīng)完成了臨床一期試驗，二期試驗正在進行中。

3.2 基因治療 除了藥物治療外，在HIF-1α轉(zhuǎn)錄水平實行靶向基因治療也逐漸引起人們的重視。RNA干擾(RNA interference, RNAi)和反義RNA(antisense RNA)等都能在mRNA水平降低HIF-1α表達。Ruan[34]把自殺基因Bax和反義RNA 導(dǎo)入HRE的下游，在缺氧狀態(tài)下轉(zhuǎn)染了自殺基因質(zhì)粒的細胞優(yōu)先凋亡。另外可以通過利用反義RNA 來抑制HIF-1 的活性，利用RNA 干擾配合放療。

4 展望

HIF-1作為一種核轉(zhuǎn)錄因子，在哺乳動物的生長發(fā)育、生理和病理反應(yīng)過程中發(fā)揮重要的作用。HIF-1活性的調(diào)節(jié)，可能是治療很多疾病的切入點。HIF-l的活性上調(diào)，可以提高細胞在低氧和局部缺血狀況下的生存能力，增加缺氧組織的血管生成；相反，HIF-1抑制劑則能夠阻止血管生成，降低缺氧或炎癥組織的存活能力。因此，HIF-l抑制劑可廣泛應(yīng)用于治療各種與HIF-1過表達相關(guān)的疾病。已有越來越多的研究將HIF-1α用于生物治療，如前列腺癌、惡性膠質(zhì)細胞瘤、肺癌等多種腫瘤的靶點。利用上調(diào)HIF-1活性治療急性心肌梗死、糖尿病、腦梗死等局部缺血(缺氧)性疾病的研究仍在進行中。盡管如此，對HIF-1α的研究還遠遠不夠，HIF-1α 的mRNA與蛋白水平、蛋白合成間調(diào)控與穩(wěn)定性以及活性調(diào)節(jié)相關(guān)機制還有待于進一步深入研究。

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