局灶性腦缺血損傷后低氧誘導因子表達調節(jié)機制研究進展

胡亞麗，楊 杰，龐茜茜

(河北北方學院附屬第一醫(yī)院，河北 張家口 075000)

局灶性腦缺血損傷后低氧誘導因子表達調節(jié)機制研究進展

胡亞麗，楊 杰，龐茜茜

(河北北方學院附屬第一醫(yī)院，河北 張家口 075000)

局灶性腦缺血損傷；低氧誘導因子-1；表達；調節(jié)機制

近年來，許多研究闡述了局灶性腦缺血的病理機制，包括興奮性毒性、活性氧自由基過剩以及炎癥反應等[1-3]。一些針對性的治療方法在過去的幾年中得到了一定的發(fā)展，但是局灶性腦缺血在臨床上仍然是一個亟待解決的難題。低氧誘導因子-1 (HIF-1) 是一種核轉錄因子，能夠誘導多種目的基因轉錄表達，在缺血性腦損傷的調節(jié)中起著至關重要的作用，而HIF-1的表達與機體內環(huán)境氧濃度密切相關?，F將局灶性腦缺血損傷后HIF-1表達調節(jié)機制研究進展情況綜述如下。

1 HIF-1的結構和穩(wěn)定性的調節(jié)

HIF-1是一種由不穩(wěn)定的HIF-1α (120kDa) 亞基和穩(wěn)定的HIF-1β (94 kDa) 亞基構成的異源二聚體轉錄因子[4]。其中HIF-1α主要在胞漿表達，并且與氧的濃度密切相關；HIF-1β在細胞核中表達，是非氧依賴性的，HIF-1的活性主要取決于HIF-1α。HIF-1α和HIF-1β屬于堿基-螺旋-環(huán)-螺旋 (basic-helix-loop-helix bHLH) 蛋白家族，都是含有PAS (PER-ARNT-SIM) 結構的轉錄因子。Huang等[5]和Lando等[6]研究發(fā)現HIF-1α亞基含有1個氧依賴性的降解域 (ODDD)和2個轉錄激活域 (TAD)：N-TAD和C-TAD，其中C-TAD具有調節(jié)目的基因的轉錄活性等，而bHLH和PAS則誘導DNA的雙鏈聚合。

HIF-1α穩(wěn)定性的調節(jié)機制可以分為氧依賴性的和非氧依賴性的2類。HIF-1α是對氧非常敏感的一種亞基。在常氧情況下，通過泛素-蛋白酶體途徑迅速降解，HIF-1α的含量非常低。在降解過程中，脯氨酸羥化酶 (PHDs: PHD1, PHD2,PHD3) 通過誘導ODDD中的2個脯氨酸 (P402和P564) 羥基而起著非常關鍵的作用。Hirsila等[7]研究表明PHDs屬于鐵離子和酮戊二酸依賴性的氧合酶家族，并且維持PHDs活性必須有O2參與。羥基化的脯氨酸使pVHL能夠識別并特異性地結合HIF-1α[8]。另一方面，在常氧情況下，HIF-1α能夠被乙酰轉移酶(ARD1) 乙酰化，而且乙?；腍IF-1α也很容易被pVHL識別并結合。pVHL是一種腫瘤抑制因子，William等[9]研究發(fā)現pVHL在HIF-1α的降解過程中起著關鍵的作用。在泛素連接酶 (E1，E2，E3) 的協助下，與pVHL相結合的HIF-1α被泛素化。然后，泛素化的HIF-1α/pVHL被轉移到26s蛋白酶體并最終被降解。

然而在低氧狀態(tài)下 (當氧濃度低于5%時)，氧依賴性的PHDs活性被抑制[10]。除此之外，低氧將會破壞線粒體內的電子傳遞鏈，這將導致細胞漿內活性氧自由基 (ROS) 水平異常升高[11]。Fe2+是維持PHDs活性的輔助因子，但是異常增多的ROS將Fe2+氧化為Fe3+[10]。所以，這種變化將會抑制PHDs活性，隨即阻斷了HIF-1α降解所依賴的PHDs-VHL-蛋白酶體途徑，致使HIF-1α水平迅速顯著升高。但是，ROS可以激活PI3-K/PKB和MAPK，二者通過促使HIF-1α磷酸化來提高該分子的穩(wěn)定性[12-13]。

除了這些氧依賴性的降解途徑外，還有許多非氧依賴性的降解途徑。近幾年來，抗氧化物引起了研究者的廣泛注意。有體內研究表明超氧化物歧化酶 (SOD) 通過清除ROS可以下調HIF-1α的表達[14]。Metzen等[15]研究發(fā)現NO通過與Fe2+結合降低PHDs活性，進而影響HIF-1α的穩(wěn)定性。

Aminova等[16]通過體外研究也發(fā)現在氧自由基增多時，抗氧化物能夠誘導HIF-1α降解。其中，細胞活素類在HIF-1α表達的調節(jié)中起著非常重要的作用。Herx等[17]證實抗炎細胞因子白細胞介素-1β (IL-1β) 的局部表達可以作為缺血性腦損傷的早期征兆；Argaw等[18]研究發(fā)現，對人胚胎星形膠質細胞施加 IL-1β 后，HIF-1α的表達量增加；而且在干擾素-γ (IFN-γ) 存在時，HIF-1α的上調幅度更加明顯。當核因子-κB (NF-κB) 存在時，細胞因子TNF-α也能夠引起HIF-1α的“積累”，這一觀點在LLC-PK1細胞和鼠的小神經膠質細胞系BV-2中已經得到證實[19]。Rius等[20]進一步研究發(fā)現NF-κB本身也能誘導HIF-1α的上調。此外，金屬硫蛋白-Ⅲ(MT-Ⅲ) 可以通過PI3K/Akt和ERK1/2依賴性的途徑調節(jié)HIF-1α的活性[21]。

穩(wěn)定的HIF-1α將會轉移到細胞核與HIF-1β構成二聚體，即異源二聚體轉錄因子HIF-1。與輔激活蛋白p300/CBP結合后，HIF-1通過與目的基因上的缺氧反應原件 (HER堿基序列為5’-RCGTG-3’) 結合誘導其表達[4]。

2 HIF-1對局灶性腦損傷的調節(jié)作用

HIF-1通過誘導多種目的基因的表達，在局灶性腦缺血損傷的調節(jié)中起著中樞紐帶的作用。HIF-1通過誘導血管內皮生長因子 (VEGF)、促紅細胞生成素 (EPO)、糖酵解酶 (GEs)、葡萄糖轉移酶 (GLTs)等目的基因，能夠促進毛細血管再生，并提高紅細胞攜氧能力，從而有效改善血流和能量分布，有助于保護缺血損傷部位的神經元細胞以及緩解癥狀；但是，HIF-1還能夠誘導一氧化氮合酶 (iNOS)、BNIP3、p53[22]等基因的表達，進而誘導受損神經元細胞的凋亡或壞死。目前，認為HIF-1對缺血性腦損傷的調節(jié)具有雙重作用，這兩種作用的“選擇”取決于缺血性腦損傷的嚴重程度以及持續(xù)的時間。近幾年，有研究提出神經細胞的種類、病理刺激的類型等也會影響HIF-1在局灶性腦缺血損傷中的調節(jié)作用[23]。

3 總 結

HIF-1在缺血性腦損傷的調節(jié)中發(fā)揮著重要作用，但是HIF-1表達受多種因素的影響。在過去的20年中，關于HIF-1表達調節(jié)的分子機制研究取得了很大進展，但是，要闡明HIF-1的表達調節(jié)機制仍然需要許多細節(jié)方面的研究。這些細節(jié)的解決，也許能為今后的研究、開發(fā)防治局灶性腦缺血損傷的有效藥物提供新的思路。

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10.3969/j.issn.1008-8849.2015.10.045

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1008-8849(2015)10-1139-02

2014-04-30