HI F-1α與惡性腫瘤放療敏感性關系的研究進展

王寒松

昆山市中醫(yī)醫(yī)院急診科，江蘇昆山215300

實體腫瘤組織內存在乏氧區(qū)甚至無氧區(qū)；缺氧誘導因子（hypoxia inducible factors，HIF）介導的轉錄活動可刺激細胞的基因表達，以便使這些乏氧區(qū)腫瘤細胞適應乏氧環(huán)境[1]。一些HIF靶基因的調節(jié)過程與腫瘤形成有關，如腫瘤細胞的糖代謝、血管形成、侵襲、轉移、凋亡和細胞基質重構[1-2]。

HIF-1α是缺氧誘導因子1的主要活性亞基，通過調控多種乏氧基因的表達，廣泛參與哺乳動物細胞中存在的乏氧誘導特異性應答，介導機體的整體和局部缺氧反應[3]。HIF-1α轉錄因子控制細胞增殖、能量代謝、血管生成等相關基因的表達，為放療下存在的乏氧腫瘤細胞提供能量，從而增強腫瘤細胞的生存能力[2]。因此，有必要進一步研究HIF-1α與惡性腫瘤放療敏感性的關系。

1 放療條件下HIF-1α對細胞增殖的影響

HIF-1α是使細胞適應乏氧環(huán)境的重要轉錄激活因子，迄今為止，已確定的HIF-1α靶基因至少有60種。HIF-1α能通過不同途徑，促進低氧/乏氧狀態(tài)腫瘤細胞的增殖及為其提供能量，從而增強腫瘤細胞的生存能力。

Moeller等[4]的研究表明，放療可引起HIF-1α表達水平的升高，進而誘導血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）表達的升高，從而降低內皮細胞的放療敏感性，使放療對腫瘤的治療作用降低。有文獻[5-7]報道，在胰腺癌、結腸癌和乳腺癌中，HIF-1α與增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）或Ki-67的表達呈正相關。Helbig等[8]發(fā)現(xiàn)，BAY-84-7296可通過下調HIF-1α的表達提高單劑量照射后腫瘤的局部控制率。另有研究[9]發(fā)現(xiàn)，小檗堿通過抑制HIF-1α和VEGF的表達進而提高食管鱗癌的放療敏感性。因此，HIF-1α的高表達降低了腫瘤細胞的放療敏感性，反之則可提高放療敏感性。

2 放療條件下HIF-1α對細胞凋亡的影響

腫瘤的發(fā)生與凋亡誘導基因的失活/突變或凋亡抑制基因的過度表達有很大關系。P53蛋白是一種與凋亡有關的蛋白，在細胞DNA受損時，被激活的P53蛋白使細胞生長停滯在G1期，并使Bad合成增加，促進受損細胞的凋亡[10]。而有促凋亡作用的蛋白Bax、Bad及凋亡抑制蛋白Bcl-2、Bcl-Ⅺ等則可通過改變線粒體膜的通透性來進一步調節(jié)細胞的凋亡。HIF-1α可下調HIPK2的表達，進而對抗P53介導的細胞凋亡[11]；同時，HIF-1α亦是凋亡抑制因子，可通過上調Bcl-2從而抑制腫瘤細胞的凋亡[12]。因此，放療條件下HIF-1α的高表達能抑制腫瘤細胞凋亡，降低腫瘤細胞的放療敏感性。

有研究發(fā)現(xiàn)，CoCl2化學模擬的乏氧環(huán)境可以有效促進胰腺癌PC-2細胞株的凋亡和增殖，其機制可能與HIF-1α表達的上調有關[13]。在轉錄水平中，活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）可維持HIF-1α的穩(wěn)定性，使HIF-1α與FOXM1啟動子相結合，促進FOXM1蛋白的高表達；同時，F(xiàn)OXM1蛋白的表達受腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）/ROS/HIF-1通路的調節(jié)，這種機制導致肝癌細胞的增殖和抗凋亡特性[14]。另外，β-欖香烯能通過ROS和PI3K/Akt/mTOR信號通路增加HIF-1α的表達，并能部分阻止骨肉瘤細胞的凋亡[15]。

3 放療條件下HIF-1α與細胞周期的關系

腫瘤細胞的放療敏感性隨著細胞周期時相的變化而變化，按M期、G2期、G1期、早S期、晚S期和G0期依次降低。Goda等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，缺少HIF-1α能加速腫瘤細胞進入S期，促進細胞增殖。有文獻[16-17]報道，HIF-1α能夠延緩細胞進入S期，將細胞阻滯在G1期，并阻止細胞周期的G1/S期轉換；這主要是通過誘導P21和P27的高表達來實現(xiàn)的，因為P21和P27是細胞周期素依賴激酶抑制因子，能夠抑制細胞周期素-細胞周期素依賴性激酶復合物的活性，使一些細胞增殖所需蛋白的磷酸化過程受阻，從而抑制細胞從G1期向S期的轉換，使細胞停滯在G1期。體外實驗[18]表明，即便在乏氧狀態(tài)時，葡萄糖濃度的降低仍可下調HIF-1的轉錄活性及細胞周期調控子P27Kip1下游基因的表達，增加放療抵抗S期細胞的比例；因此，調節(jié)胰高血糖素水平可持續(xù)增加血液中的葡萄糖濃度和腫瘤壞死乏氧區(qū)的葡萄糖水平，進而誘導HIF-1α的表達和增加放療引起的DNA損傷，達到調節(jié)細胞周期處于對放療敏感的G1期的目的。另有研究表明，在乏氧條件下，人肝癌SMMC-7721、HepG2、HuH7細胞系的HIF-1α和miR-210表達增加，細胞被阻滯在G0/G1相；miR-210表達下調為細胞活力所抑制，可誘導細胞阻滯于G0期，特異性抑制miR-210的表達可增加細胞凋亡率及乏氧誘導下人肝癌細胞的放療敏感性[19]。

由上可知，HIF-1α高表達可以促進腫瘤細胞阻滯在放療敏感的時相。然而，這似乎與乏氧條件下HIF-1α高表達增加放療抵抗的概念不一致，這或為HIF-1α的過表達效應取決于腫瘤類型及凋亡因子的影響所致，以及放療綜合效應與腫瘤侵襲、轉移、增殖、凋亡、周期等因素的綜合作用有關；此外，實體腫瘤不但包括腫瘤細胞，還包括許多間質細胞，它們對放療療效的影響各具特點。因此，實體腫瘤中HIF-1α與放療的關系有待更深入的研究。

4 放療條件下HIF-1α對能量代謝的影響

HIF-1α最重要的功能是對能量代謝的調節(jié)，主要通過以下四個方面促進腫瘤細胞的能量代謝：①調控其下游基因葡萄糖轉運蛋白GLUT1、GLUT3及糖酵解中己糖激酶1（hexokinase 1，HK1）、己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）、磷酸甘油酸酯激酶 1（phosphoglycerate kinase 1，PGK1）、M2型丙酮酸激酶（pyruvate kinase type M2，PKM2）和乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH）等的活性[20]，將葡萄糖轉化成乳酸；②增加丙酮酸脫氫酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDK1）磷酸化的表達，滅活丙酮酸脫氫酶，進而抑制線粒體氧化代謝[21]；③激活Bcl-2/腺病毒E1B 19 kD相互作用蛋白（Bcl-2 and adenovirus E1B 19 kD interacting protein，BNIP3）及其配體BNIP3L，進而抑制氧化代謝過程，同時通過BNIP3和BNIP3L來調節(jié)線粒體的自我吞噬[22]；④通過調節(jié)轉酮醇酶（transketolase，TKT）、轉酮酶樣蛋白 2（transketolase-like 2，TKTL2）等來干擾磷酸戊糖途徑，進而促進核糖核酸的合成[23-24]。

腫瘤細胞在代謝過程中與O2結合可生成大量ROS。放療效應的發(fā)揮同樣是通過與細胞中的水相互作用，產生大量ROS，并與相應的靶分子結合形成不可逆的ROOH，進而啟動一系列效應，最終導致腫瘤細胞的損傷或死亡。放療條件下，細胞內外的ROS水平明顯上升，HIF-1α的表達水平上調，可促使腫瘤細胞的代謝進入糖酵解途徑，降低有氧氧化途徑的細胞代謝；因此，應用ROS清除劑清除細胞內外的ROS產物，降低細胞內外的ROS水平，有利于降低細胞質內的HIF-1α水平，減弱腫瘤細胞對放療的抵抗作用，提高其放療敏感性。

5 放療條件下HIF-1α的mRNAmRNA干擾與腫瘤治療

目前，放療是惡性腫瘤最重要的治療手段之一。但是Moeller等[25]證實放射線可以誘導腫瘤細胞HIF-1α活性的增加，進而誘導VEGF和bFGF高表達。這些細胞因子均可以降低內皮細胞對放射線的敏感性，降低放療對腫瘤的治療作用。因此，去除HIF-1α可以抑制其對腫瘤的放射保護作用。

干擾HIF-1αmRNA的表達水平，能抑制HIF-1α的表達活性，從而提高細胞的放療敏感性。Kessler等[26]利用siRNA或chetomin干擾乏氧條件下人腦膠質瘤U251細胞及U343細胞中HIF-1α的表達，以CA9基因表達情況為參照，發(fā)現(xiàn)乏氧條件下腦膠質瘤細胞的輻射抗性降低。另外，在難治性卵巢癌中，siRNA可下調HIF-1α及其下游基因VEGF的表達水平，使腫瘤細胞的增殖水平降低[27]。景紹武等[28]發(fā)現(xiàn)，低氧狀態(tài)可上調食管鱗癌Eca109細胞HIF-1α的表達水平；HIF-1α增加Eca109細胞在低氧狀態(tài)下的放射抗性，可能與HIF-1α上調EGFR mRNA及其蛋白的表達有關，有效抑制HIF-1α可增加Eca109細胞的放療敏感性。放療條件下，HIF-1α反義寡核苷酸提高了乏氧狀態(tài)下鼻咽癌CNE-1細胞的放療敏感性[29]。同時，HIF-1α可在轉錄后對microRNA進行調控；例如，在乏氧條件下，HIF-1α上調miR-210、miR-155、miR-372/373和miR-10b的表達水平，同時下調miR-20b和miR-200b的表達水平[30]。在乏氧的SMMC-7721、HepG2、HuH7人肝癌細胞株中，下調miR-210的表達水平可抑制肝癌細胞的增殖，誘導細胞的凋亡，并提高其放療敏感性[19]。此外，抑制HIF-1α表達的機制還涉及抑制HIF-1α的翻譯水平、誘導蛋白的降解、抑制HIF-1αDNA結合活性或者抑制HIF-1α介導轉錄的靶基因[31]。

6 小結

HIF-1α可調控多種乏氧基因的表達，使腫瘤細胞適應乏氧的微環(huán)境，從而降低其放療敏感性。為了提高放療的療效，我們可在分子水平上降低HIF-1α的表達情況，改善腫瘤的乏氧微環(huán)境，以提高細胞的放療敏感性。鑒于HIF-1α表達與腫瘤放療敏感性之間關系的復雜性，深入研究這種關系尤為重要，以期為臨床放射治療決策提供理論依據(jù)。

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