缺氧在銀屑病發(fā)病機(jī)制中的作用

王煥玲 魏志平 劉彥群

缺氧在銀屑病發(fā)病機(jī)制中的作用

王煥玲 魏志平 劉彥群

銀屑病是一種以鱗屑性紅斑、丘疹、斑塊為主要臨床表現(xiàn)的皮膚病，其表皮角質(zhì)形成細(xì)胞的過度增殖使其具備類似腫瘤的生物學(xué)行為，與腫瘤組織一樣，均存在局部缺氧現(xiàn)象。缺氧可使角質(zhì)形成細(xì)胞低氧誘導(dǎo)因子1α及其相關(guān)的多種基因，如血管內(nèi)皮生長因子、一氧化氮合酶、基質(zhì)金屬蛋白酶2、環(huán)氧合酶2、胰島素樣生長因子2、神經(jīng)生長因子、組蛋白去乙酰化酶1和LL37等因子的表達(dá)升高，從而促進(jìn)炎癥細(xì)胞浸潤、表皮細(xì)胞增生和血管形成。缺氧還可使角質(zhì)形成細(xì)胞糖酵解有關(guān)酶的表達(dá)增高，使得細(xì)胞糖酵解功能增強(qiáng)，從而滿足細(xì)胞快速增殖的能量需求。

銀屑?。蝗毖?；HIF-1α；一氧化氮；靶基因

銀屑病組織病理學(xué)以角質(zhì)形成細(xì)胞過度增殖伴分化不全，炎癥細(xì)胞浸潤，新生血管形成為基本特征。銀屑病具有特征性細(xì)胞過度增殖和局域性缺氧［1］，角質(zhì)形成細(xì)胞過度增殖可能導(dǎo)致氧需求增加，表皮肥厚、細(xì)胞數(shù)目增多也可能導(dǎo)致局部氧的供給受損［2］。缺氧時(shí)，一些細(xì)胞因子如低氧誘導(dǎo)因子（HIF）1α等因子表達(dá)增加和細(xì)胞糖酵解能力的增強(qiáng)都促進(jìn)了疾病的進(jìn)一步發(fā)展。

1 HIF-1α結(jié)構(gòu)與功能

HIF是由一個(gè)氧依賴的α亞基（HIFα）和穩(wěn)定的β亞基（HIFβ，也稱芳烴核轉(zhuǎn)錄因子）組成的異源二聚體［3］。兩者是具有PER-芳烴核轉(zhuǎn)錄因子-SIM（PAS）結(jié)構(gòu)域的堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子超家族成員。除HIF-1α外，HIF-2α及HIF-3α均可與HIF-1β組成異源二聚體。HIF-1是一種具有轉(zhuǎn)錄活性的核蛋白，可使細(xì)胞適應(yīng)缺氧環(huán)境，對(duì)氧供與能量穩(wěn)態(tài)起重要作用。人HIF-1α亞基位于14號(hào)染色體（14q21～q24），由氨基端的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域、羧基端的反式激活結(jié)構(gòu)域及中間的氧依賴降解結(jié)構(gòu)域組成，其調(diào)控基因稱為HIF-1α的靶基因。缺氧時(shí)，HIF-1α和HIF-1β形成二聚體，移至細(xì)胞核，并結(jié)合到不同基因的啟動(dòng)子或增強(qiáng)子的低氧反應(yīng)元件上，啟動(dòng)下游靶基因的表達(dá)［4］。缺氧反應(yīng)元件與增強(qiáng)子相似，具有共同的堿基序列G/ACGTG。HIF-1α受氧依賴性途徑脯氨酸羥化酶和天冬氨酸羥化酶（又稱HIF-1抑制因子）的調(diào)節(jié)，此外，還受非氧依賴性途徑的調(diào)節(jié)，白細(xì)胞介素（IL）1、胰島素、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、肝細(xì)胞生長因子和一些抑癌基因等也可調(diào)節(jié)HIF-1α的表達(dá)［5］。在缺氧環(huán)境下，HIF-1α通過多種信號(hào)刺激表達(dá)，使靶基因上調(diào)，參與銀屑病的發(fā)生發(fā)展。

作者單位：221002 江蘇，徐州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院皮膚科

2 HIF-1α相關(guān)靶基因

HIF-1α是具有轉(zhuǎn)錄活性的核蛋白，具有相當(dāng)廣泛的靶基因譜，其中包括與缺氧適應(yīng)，炎癥發(fā)展及腫瘤生長等相關(guān)的近100種靶基因［4］，如促紅細(xì)胞生成素、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、內(nèi)皮素1、血小板源性生長因子、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT）、一氧化氮合成酶（NOS）等。

根據(jù)HIF-1α相關(guān)靶基因在銀屑病中主要功能的不同，將這些靶基因分為以下幾類：①與血管生成有關(guān)，如VEGF、VEGF受體 1、NOS、內(nèi)皮素 1 等；②與角質(zhì)形成細(xì)胞過度增殖有關(guān)，如GLUT-1、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）2、胰島素生長因子（IGF）結(jié)合蛋白1～3等；③與角質(zhì)形成細(xì)胞遷移有關(guān)，如層粘連蛋白 -332；④與炎癥有關(guān)，如環(huán)氧合酶（COX）2 等［4］。

3 HIF-1α及相關(guān)靶基因在銀屑病的表達(dá)

3.1 HIF-1α：在銀屑病中主要表達(dá)于表皮細(xì)胞、真皮淺層毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞及其周圍部分炎癥細(xì)胞胞質(zhì)，且進(jìn)行期皮損明顯高于靜止期，在mRNA及蛋白水平均呈顯著上調(diào)，提示HIF-1 α與銀屑病的病情進(jìn)展有關(guān)［6］。HIF-1α與其靶基因結(jié)合后，促進(jìn)大量炎癥因子釋放，如腫瘤壞死因子α，IL-17，IL-4等，在這些炎癥因子的作用下，中性粒細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，角質(zhì)形成細(xì)胞大量增殖［7］。

3.2 VEGF：屬VEGF家族成員，除VEGF外，還包括VEGF-B～E、胎盤生長因子1和2。VEGF是從牛垂體濾泡星狀細(xì)胞培養(yǎng)基中分離純化得到的一種糖蛋白。能在體內(nèi)誘導(dǎo)血管新生，是對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞作用最強(qiáng)的生長因子［8］，通過直接和間接兩種方式促進(jìn)血管生成［9］。已經(jīng)證實(shí)，VEGF是神經(jīng)生長因子（NGF） 和 HIF-1α 的靶基因［10］。HIF-1α 對(duì)VEGF的調(diào)控機(jī)制基本闡明，HIF-lα 通過與VEGF5′端增強(qiáng)子相互作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)VEGF的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。在VEGF5′端增強(qiáng)子內(nèi)存在HIF-1 α結(jié)合位點(diǎn)缺氧反應(yīng)元件。缺氧時(shí)，HIF-1 α聚集并與DNA結(jié)合活性增加，與VEGF基因的缺氧反應(yīng)元件結(jié)合后，促使VEGF的轉(zhuǎn)錄活性和表達(dá)增強(qiáng)。研究表明，誘導(dǎo)HIF-1 α突變則不能與VEGF增強(qiáng)子內(nèi)的缺氧反應(yīng)元件結(jié)合，使增強(qiáng)子的作用不能發(fā)揮。此時(shí)VEGF mRNA水平顯著降低，即使在低氧條件下VEGF mRNA也不能被誘導(dǎo)表達(dá)；誘導(dǎo)VEGF上的缺氧反應(yīng)元件缺失，同樣可使HIF-1 α不能與其結(jié)合而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用［11］。研究表明，VEGF不僅能作用于內(nèi)皮細(xì)胞，在角質(zhì)形成細(xì)胞在內(nèi)的多種細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)有VEGF受體的表達(dá)，且角質(zhì)形成細(xì)胞以旁分泌的方式產(chǎn)生VEGF，作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞。除此之外，還可能以自分泌的方式作用于自身，促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖、遷移、存活等。研究表明，VEGF的表達(dá)水平與銀屑病的嚴(yán)重程度成正相關(guān)［12］。

3.3 一氧化氮（NO）和NOS：NO是體內(nèi)重要的信使分子和效應(yīng)分子，NOS催化生成，舒張血管，增加血流量，增加組織供氧［13］。NOS有3個(gè)亞型：神經(jīng)型NOS，內(nèi)皮型NOS和NOS。誘導(dǎo)型NOS為同源二聚體，能夠以不依賴于鈣離子的方式發(fā)揮功能，在各亞型中其催化形成NO的效率最高。上述3型NOS均能在皮膚中表達(dá)，在銀屑病患者皮膚中，誘導(dǎo)型NOS在表皮和真皮層的表達(dá)明顯上調(diào)［14］。在生理情況下，組織中誘導(dǎo)型NOS的表達(dá)量很少，而當(dāng)細(xì)胞受到某些免疫或炎癥因子，如干擾素、腫瘤壞死因子、白介素和脂多糖等的作用時(shí)，誘導(dǎo)型NOS表達(dá)明顯增多，在NO的生成中起主要作用。誘導(dǎo)型NOS基因5′側(cè)翼區(qū)域有與HIF-1α結(jié)合的共有序列5′-TACGTGCT-3′。在缺氧條件下，HIF-1α 可誘導(dǎo)誘導(dǎo)型NOS合成，產(chǎn)生NO。研究表明，NO與銀屑病患者嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。NO作為一種內(nèi)皮細(xì)胞存活因子，抑制內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖，增加VEGF和成纖維細(xì)胞生長因子的表達(dá)，從而促進(jìn)銀屑病皮膚微血管的形成［15］。在銀屑病皮損中，VEGF 與 iNOS 的表達(dá)呈正相關(guān)［14］。

3.4 MMP-2：是MMP家族中的重要成員，能特異性清除基底膜帶的主要構(gòu)成成分Ⅳ型膠原，在體內(nèi)能夠促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的存活。在 HIF-1α-/-的胚胎干細(xì)胞中，缺氧情況下，MMP-2不表達(dá)，在HIF-1α+/+的胚胎干細(xì)胞中，MMP-2過量表達(dá)。在腫瘤細(xì)胞中，用siRNA干擾腫瘤細(xì)胞后，可見MMP-2的表達(dá)明顯下降［16］。研究發(fā)現(xiàn)，銀屑病患者受損和未受損皮膚的角質(zhì)形成細(xì)胞過量表達(dá)MMP-2和MMP抑制劑2［17］。MMP及抑制劑是細(xì)胞外基質(zhì)合成及代謝平衡中兩個(gè)重要的酶系，參與多種與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白水解重塑有關(guān)的生理及病理過程，如炎癥反應(yīng)、組織結(jié)構(gòu)破壞、組織修復(fù)、瘢痕形成及腫瘤轉(zhuǎn)移等。有研究表明，銀屑病表皮的細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與基質(zhì)間黏附關(guān)系的改變與MMP-2異常增多有關(guān)，MMP-2的激活可能與銀屑病表皮中，細(xì)胞與細(xì)胞間及細(xì)胞與基質(zhì)間的改變有關(guān)［18］。在生理和病理情況下，腫瘤壞死因子α可刺激皮膚MMP-2的表達(dá)上調(diào)。

3.5 COX-2：銀屑病患者皮損和非皮損處、皮膚真皮和表皮中，COX-2和VEGF、VEGF受體3的表達(dá)均增高［19］。Flockhart等［20］報(bào)道，COX-2 活性增加時(shí)能增強(qiáng)細(xì)胞遷移，血管生成和對(duì)凋亡的抵抗，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。Gambichler等［21］在銀屑病動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)caspase3 mRNA增高與COX-2的表達(dá)相關(guān)。人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)染HIF表達(dá)載體后，常氧狀態(tài)下，COX-2表達(dá)增加。

4 與HIF-1α相關(guān)基因在銀屑病的表達(dá)

4.1 IGF-2：調(diào)節(jié)多種細(xì)胞的增殖和分化，在許多腫瘤細(xì)胞中均有表達(dá)。在銀屑病患者的血液和皮損部位IGF-2的表達(dá)增加，研究發(fā)現(xiàn)，IGF-2通過上調(diào)HIF-1α從而使VEGF的表達(dá)增加。已證實(shí)，VEGF是NGF和HIF-1α的靶基因。VEGF可促進(jìn)銀屑病病理過程中的血管生成和炎癥的發(fā)生發(fā)展［22］。

4.2 NGF：是神經(jīng)纖維生長及營養(yǎng)的重要因子，銀屑病皮損中，NGF與其受體高度表達(dá)，介導(dǎo)T細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞增殖，肥大細(xì)胞遷移、脫顆粒等。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銀屑病患者神經(jīng)切斷、損傷或功能減弱時(shí)疾病得到緩解［22］。缺氧培養(yǎng)的HaCaT細(xì)胞經(jīng)NGF誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)增加時(shí)，VEGF的表達(dá)隨之增加。當(dāng)用小干擾RNA阻斷HIF-1α的表達(dá)時(shí)，NGF誘導(dǎo)的 VEGF的表達(dá)不再增加［23］表明，NGF對(duì)VEGF的調(diào)節(jié)可能是通過HIF-1α實(shí)現(xiàn)的。

4.3 組蛋白去乙?；?（HDAC1））和抗菌肽LL-37：組蛋白去乙酰化酶通過影響染色體的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)控基因的表達(dá)水平。銀屑病患者皮損處，HDAC1和LL-37的表達(dá)高于健康對(duì)照組，而腫瘤抑制蛋白VHL（von Hippel-Lindau）與健康對(duì)照組相比表達(dá)下調(diào)［24］。HDAC1和LL-37在銀屑病中起抗血管生成和抗細(xì)胞凋亡作用。研究發(fā)現(xiàn)，在HaCaT細(xì)胞中，HDAC1和LL-37通過HIF-1α上調(diào)VEGF的表達(dá)，腫瘤抑制蛋白VHL通過抑制HIF-1α下調(diào) VEGF 的表達(dá)［25］。

除了上述與HIF-1α相關(guān)的一些因子外，研究發(fā)現(xiàn)，銀屑病患者缺血修飾白蛋白水平的增高，缺血修飾蛋白水平的增加與疾病的氧化應(yīng)激有關(guān)，這可能是該病慢性缺氧和氧化應(yīng)激的適應(yīng)性反應(yīng)的結(jié)果［2］。皮膚損傷或局部缺氧時(shí)易導(dǎo)致前血管因子，包括IL-8、HIF-1α、ETS-1和VEGF等因子的釋放，這些因子浸潤受損部皮損，并通過增強(qiáng)黏附分子的表達(dá)，使白細(xì)胞遷移到炎癥部位，參與銀屑病的病理過程［1］。

5 缺氧對(duì)細(xì)胞代謝的影響

葡萄糖可以通過氧化磷酸化和糖酵解兩種代謝途徑為細(xì)胞提供能量。正常細(xì)胞的糖酵解通常在供氧不足時(shí)進(jìn)行。缺氧條件下，腫瘤細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT1表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)細(xì)胞葡萄糖代謝能力以滿足細(xì)胞快速增殖的能量需求［26］。HIF-1是糖酵解途徑中發(fā)揮主要作用的轉(zhuǎn)錄因子。HIF-1上調(diào)GLUT1，此外，HIF-1還可通過己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脫氫酶等誘導(dǎo)糖酵解酶的表達(dá)。銀屑病患者皮損中，己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脫氫酶和葡萄糖6磷酸脫氫酶等的表達(dá)升高。絲裂原活化蛋白激酶能夠下調(diào)糖酵解，研究表明，在研究二甲雙胍抑制角質(zhì)形成細(xì)胞增殖的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍通過上調(diào)絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路抑制角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖，即靶向糖酵解途徑的抑制作用［27］。

綜上所述，以HIF-1α為靶點(diǎn)治療貧血、腫瘤、炎癥等疾病的動(dòng)物或體外實(shí)驗(yàn)廣泛開展，特別是在腫瘤疾病研究中的運(yùn)用。隨著缺氧在銀屑病中作用機(jī)制的進(jìn)一步闡明，治療銀屑病新的作用靶點(diǎn)將誕生，為銀屑病患者帶來福音。

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Roles of hypoxia in the pathogenesis of psoriasis

Wang Huanling,Wei Zhiping,Liu Yanqun.Department of Dermatology,Affiliated Hospital of Xuzhou Medical College,Xuzhou 221002,Jiangsu,China

Psoriasis is a kind of skin disease mainly characterized by squamous erythema,papules and plaques.Like tumor tissue,psoriatic lesions show keratinocyte overproliferation and regional hypoxia.Hypoxia can promote the infiltration of inflammatory cells,proliferation of epidermal cells and vascularization by increasing expressions of hypoxia-inducible factor 1α （HIF-1α） and its related genes,such as vascular endothelial growth factor （VEGF）,nitric oxide synthase （NOS）,matrix metalloproteinase-2 （MMP-2）,cyclooxygenase 2 （COX-2）,insulin-like growth factor 2 （IGF2）,nerve growth factor （NGF）,histone deacetylase 1 （HDAC1）,cathelicidin LL37,and so on.Hypoxia also can enhance glycolysis via upregulating expressions of relevant enzymes in keratinocytes,so as to meet energy requirements of rapid cell proliferation.

Psoriasis;Anoxia;HIF-1α;Nitric oxide;Targeted gene

Wei Zhiping,Email:xzwzpl961@aliyun.com

2015-05-08）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.03.011

魏志平，Email:xzwzpl961@aliyun.com

本文主要縮寫：HIF-1α：低氧誘導(dǎo)因子，VEGF：血管內(nèi)皮生長因子，GLUT：葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，NOS：一氧化氮合酶，MMP：基質(zhì)金屬蛋白酶，IGF：胰島素樣生長因子，COX-2：環(huán)氧合酶，NGF：神經(jīng)生長因子，HDAC1：組蛋白去乙酰化酶1