乏氧誘導(dǎo)因子相關(guān)研究進(jìn)展

·綜述與講座·

乏氧誘導(dǎo)因子相關(guān)研究進(jìn)展

梁毅綜述朱琳燕羅鵬程審校

作者單位：435000 湖北省黃石市中心醫(yī)院(湖北理工學(xué)院附屬醫(yī)院)(梁毅，朱琳燕，羅鵬程)；435000 腎臟疾病發(fā)生與干預(yù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(羅鵬程)

關(guān)鍵詞：乏氧誘導(dǎo)因子；放射敏感性；腫瘤乏氧

基金項(xiàng)目：湖北省自然科學(xué)基金 (編號(hào)：2013CFC060)

通訊作者：朱琳燕

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2015.10.044

中圖分類(lèi)號(hào)：R730.2

文章編號(hào)：1001-5930(2015)10-1573-02

收稿日期(2014-12-10修回日期 2015-03-25)

腫瘤細(xì)胞的放化療敏感性除了與腫瘤細(xì)胞的類(lèi)型、惡性程度等有關(guān)外，還與腫瘤細(xì)胞的供氧及代謝狀況有關(guān)。實(shí)體腫瘤在其生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定程度的乏氧區(qū)域，腫瘤乏氧的存在可導(dǎo)致其侵襲性增強(qiáng)，同時(shí)可誘導(dǎo)腫瘤對(duì)化放療產(chǎn)生抗拒，臨床研究也顯示高度乏氧腫瘤患者的局控率和遠(yuǎn)期生存率也較低。已有大量研究證實(shí)，腫瘤細(xì)胞的供血、供氧越好，代謝越旺盛，對(duì)放射線越敏感；反之，供血、供氧差的細(xì)胞(乏氧細(xì)胞)對(duì)放射線的敏感性較差。由于腫瘤新生血管的生長(zhǎng)速度相對(duì)滯后于腫瘤細(xì)胞的分裂速度，因此造成較大實(shí)體瘤內(nèi)部相當(dāng)數(shù)量的乏氧細(xì)胞，使腫瘤的放療敏感性大大降低。最近的研究表明缺氧能使腫瘤細(xì)胞的一些基因和蛋白表達(dá)發(fā)生改變，如氧調(diào)節(jié)蛋白、VEGF、促紅細(xì)胞生成素、p53 和血小板源性生長(zhǎng)因子β等[1]。它們的變化使腫瘤細(xì)胞在適應(yīng)乏氧微環(huán)境的同時(shí)，引起腫瘤自身的侵襲性增加和對(duì)放射治療的抗拒性增加，在這個(gè)過(guò)程中乏氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-inducible factor 1，HIF-1)起著中樞紐帶作用[2]。目前已有多項(xiàng)研究表明HIF-1α在許多惡性腫瘤中高表達(dá)，HIF-1α的表達(dá)與腫瘤的放療敏感性密切相關(guān)，調(diào)節(jié)其細(xì)胞生物學(xué)行為，并與這些腫瘤的發(fā)生、血管生成、分級(jí)、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，并影響大部分惡性腫瘤的預(yù)后，可作為判斷惡性程度及預(yù)后的指標(biāo)[3-6]。

1HIF-1α結(jié)構(gòu)與功能

HIF-1是1992年Semenzat在缺氧的肝細(xì)胞癌細(xì)胞株Hep3B細(xì)胞的核提取物中發(fā)現(xiàn)的一種核轉(zhuǎn)錄因子，特異性地結(jié)合于紅細(xì)胞生成素(EPO)基因的缺氧元件，由HIF-1α和HIF-1β 2個(gè)亞單位組成，其生物學(xué)活性主要由HIF-1α亞基的表達(dá)和活性決定。HIF-1α受缺氧的調(diào)節(jié)，在含氧量正常的條件下HIF-1α被羥基化，而與泛肽鏈接酶復(fù)合物的成分V蛋白相結(jié)合，最終導(dǎo)致其泛肽化而降解失去活性。在缺氧條件下，HIF-1α的羥基化被抑制從而穩(wěn)定。主要表現(xiàn)為乏氧時(shí)HIF-1α在蛋白水平上的表達(dá)增加；而在富氧時(shí)降解增加，導(dǎo)致蛋白水平表達(dá)下降。參與啟動(dòng)與腫瘤適應(yīng)缺氧有關(guān)的多種基因的轉(zhuǎn)錄，如維持腫瘤細(xì)胞的能量代謝、促進(jìn)新生血管形成、促進(jìn)腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移。HIF-1α所調(diào)控的下游基因超過(guò)100種，主要參與腫瘤細(xì)胞的能量代謝，腫瘤的發(fā)生、血管生成、放化療抗拒，腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。

2HIF-1α與腫瘤放化療敏感性與預(yù)后

近年來(lái)，已有研究表明 HIF-1α 在鼻咽癌、肝癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、宮頸癌、膀胱腫瘤等多種腫瘤組織中有過(guò)度表達(dá)并調(diào)節(jié)其細(xì)胞生物學(xué)行為，其高表達(dá)與低放射敏感性相關(guān)，并與這些腫瘤的發(fā)生、血管生成、分級(jí)、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，并影響大部分惡性腫瘤的預(yù)后。Bachtiary[7]研究發(fā)現(xiàn) HIF-1α過(guò)度表達(dá)影響宮頸癌放療的敏感性及預(yù)后。Moller 等[8]證實(shí)在乏氧條件下培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞的放射抗拒性是常氧狀態(tài)的3倍。Fan 等[9-10]研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤分期越晚，HIF-1α 表達(dá)越高，且越是發(fā)生轉(zhuǎn)移的腫瘤組織，HIF-1α的表達(dá)率就越高。Aebersold等[11]對(duì)98例接受根治性放療的口咽癌患者原發(fā)灶的HIF-1α進(jìn)行了多因素分析，發(fā)現(xiàn)HIF-1α表達(dá)與局部控制率、無(wú)復(fù)發(fā)生存率(RR=2.15，P=0.006)、無(wú)瘤生存率(RR=2.01，P=0.008)及總生存率(RR=2.17，P=0.002)呈明顯負(fù)相關(guān)。莫立根等研究發(fā)現(xiàn)：NPC組織中HIF-1α表達(dá)率為56.71%。HIF-1α表達(dá)與鼻咽癌的NPC分期、頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、3年生存率、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)具有相關(guān)性[12]。Beasley 等[13]通過(guò)對(duì)20 例頭頸部鱗癌組織標(biāo)本和正常組織標(biāo)本的研究表明，HIF-1α是細(xì)胞調(diào)節(jié)乏氧反應(yīng)的核心因子，其過(guò)表達(dá)常與頭頸部腫瘤較低的遠(yuǎn)期生存率和無(wú)病進(jìn)展生存率相關(guān)。

3HIF-1α 影響放化療敏感性的機(jī)制

3.1HIF-1α促進(jìn)腫瘤新生血管形成

腫瘤細(xì)胞在缺氧條件下，HIF-1α的羥基化被抑制，HIF-1α在蛋白水平上的表達(dá)增加。HIF-1α是缺氧狀態(tài)下血管生成的核心調(diào)控因子，通過(guò)影響其它生長(zhǎng)因子的表達(dá)，而直接參與血管生成的全過(guò)程[14]。但腫瘤新生微血管的結(jié)構(gòu)與正常組織顯著不同，結(jié)構(gòu)異常，使得腫瘤新生血管的生長(zhǎng)速度相對(duì)滯后于腫瘤細(xì)胞的分裂速度，導(dǎo)致血流遲緩，供氧不足，進(jìn)一步加重腫瘤內(nèi)乏氧，使得腫瘤細(xì)胞放化療的敏感性降低。

HIF-1α的激活進(jìn)而調(diào)控一系列血管因子促進(jìn)腫瘤血管生成，比如氧調(diào)節(jié)蛋白、VEGF、促紅細(xì)胞生成素、p53 和血小板源性生長(zhǎng)因子β等等[1]。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)是 HIF-1α重要的下游靶基因之一，是刺激腫瘤血管生成最重要的因子。HIF-1α主要通過(guò)以下途徑促進(jìn)腫瘤血管生成，①在乏氧情況下，HIF-1α上調(diào) VEGF基因轉(zhuǎn)錄活性，使VEGF蛋白增加，通過(guò)與血管內(nèi)皮細(xì)胞上的同源受體 VEGFR-1、VEGFR-2、神經(jīng)黏蛋白1(NP)1 等結(jié)合，增加血管通透性，加強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，抑制血管平滑肌增殖與遷移；同時(shí)多種細(xì)胞因子及蛋白外滲，外滲蛋白凝結(jié)成纖維凝膠，為其他細(xì)胞移動(dòng)侵入提供暫時(shí)的基質(zhì)成分，最終轉(zhuǎn)化為血管化的連接組織，形成新的腫瘤血管[15]。②HIF-1α 通過(guò)上調(diào)SDF-1 和VEGF的表達(dá)，動(dòng)員和募集循環(huán)中的造血細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞等生成血管細(xì)胞遷移至血管發(fā)生部位，促進(jìn)腫瘤血管形成[16-17]。

3.2HIF-1α維持腫瘤細(xì)胞能量代謝

腫瘤乏氧是氧供需失衡的結(jié)果，供氧主要取決于腫瘤組織血流灌注，而耗氧主要取決于腫瘤組織的呼吸運(yùn)動(dòng)和乏氧細(xì)胞密度。乏氧狀態(tài)下，HIF-1α僅通過(guò)上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體和糖酵解催化酶的表達(dá)，增加ATP的供給[18]。細(xì)胞通過(guò)氧化磷酸化、糖酵解等代謝過(guò)程合成ATP，同時(shí)伴隨產(chǎn)生電子，經(jīng)電子傳遞鏈順序傳遞至O2，最終生成水。在該過(guò)程的任何一步中，電子過(guò)早地與O2，結(jié)合就可導(dǎo)致大量活性氧(ROS)的生成。ROS是一類(lèi)分子組成上含有氧且化學(xué)性質(zhì)比氧活潑的氧原子或原子團(tuán)，由含氧自由基和易于形成自由基的過(guò)氧化物組成。生理狀態(tài)下，細(xì)胞產(chǎn)生的ROS在不斷產(chǎn)生及清除中保持氧化一還原系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)，但當(dāng)氧濃度上升或下降時(shí)ROS 大量生成[19]，過(guò)多的ROS氧化了脯氨酸和天冬氨酸催化中心的二價(jià)鐵，導(dǎo)致HIF-1α降解減少，抑制細(xì)胞氧化磷酸化，從而降低ROS水平；而射線發(fā)揮其輻射效應(yīng)是通過(guò)與細(xì)胞中的水相互作用，產(chǎn)生大量ROS，與靶分子結(jié)合形成不可逆的ROOH，啟動(dòng)一系列事件最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷或死亡。HIF-1α的激活降低了腫瘤細(xì)胞內(nèi)ROS 水平，減少了對(duì)腫瘤細(xì)胞造成的損傷，導(dǎo)致放射敏感性降低[20]。

4HIF-1α的臨床應(yīng)用研究

HIF-1α介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞導(dǎo)致放化療抵抗，使腫瘤細(xì)胞更具有侵襲性，更容易發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致治療失敗。HIF-1α的諸多特性使得HIF-1α成為抗癌的主要靶點(diǎn)，利用其對(duì)腫瘤放射敏感性的影響機(jī)制，通過(guò)調(diào)控HIF-1α本身和其調(diào)控的下游基因，提高腫瘤的放射敏感性。首先，通過(guò)直接抑制HIF-1α，阻斷其下游效應(yīng)。Kessler等利用siRNA技術(shù)抑制HIF-1α，發(fā)現(xiàn)在乏氧情況下可以顯著降低人惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞株U251MG和U343MG的放射抗拒性[21]。Palayoor等研究發(fā)現(xiàn)PX-478可以抑制人前列腺癌細(xì)胞株P(guān)C-3 的 HIF-1α水平，在正常氧含量和乏氧情況下都能增強(qiáng)放射敏感性，增強(qiáng)因子分別為1.4 和1.56[22]。其次，通過(guò)阻斷 HIF-1α下游的血管源性生成因子對(duì)腫瘤血管的保護(hù)作用，提高放射敏感性。目前臨床上應(yīng)用恩度(重組人血管內(nèi)皮抑素)聯(lián)合放療提高腫瘤細(xì)胞的放射敏感性，其機(jī)理為主要通過(guò)阻斷內(nèi)皮細(xì)胞上的VEGFR-2 酪氨酸激酶磷酸化來(lái)發(fā)揮抗血管生成作用，使得腫瘤細(xì)胞VEGFR-2減少，增敏腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞，誘導(dǎo)腫瘤血管正?；?，從而改善腫瘤組織乏氧，提高放療敏感性?？筕EGF的單克隆抗體貝伐單抗聯(lián)合放療治療宮頸癌、鼻咽癌的初步結(jié)果提示該法治療安全，可行。目前成功應(yīng)用于臨床的 HIF-1α活性抑制劑有以Her-2 為靶點(diǎn)的曲妥珠單抗，治療慢性細(xì)胞白血病的伊馬替尼。

綜上所述，腫瘤血管和功能的缺陷導(dǎo)致腫瘤乏氧，進(jìn)而影響放化療的療效。因此血管正?；?，改善腫瘤組織乏氧，可以提高腫瘤細(xì)胞放化療療效。在腫瘤細(xì)胞乏氧環(huán)境中起關(guān)鍵調(diào)控作用的是 HIF-1α。抑制HIF-1α和(或)其下游基因可以提高腫瘤放射敏感性，增強(qiáng)放療療效。隨著對(duì)乏氧誘導(dǎo)因子研究的深入，相信以 HIF-1α為靶點(diǎn)抑制 HIF-1α的表達(dá)和(或)轉(zhuǎn)錄激活活性，從而抑制靶基因的表達(dá)，遏制腫瘤細(xì)胞的能量代謝和腫瘤血管生成，將可能成為抗腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移治療的重要手段之一。為了更好地應(yīng)用于臨床，HIF-1α影響放化療敏感性的機(jī)制仍需進(jìn)行研究，并對(duì)以HIF-1α和(或)其調(diào)控的下游基因?yàn)榘悬c(diǎn)的藥物進(jìn)行進(jìn)一步探索。

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(編輯：甘艷)