低氧誘導(dǎo)因子1α在腎臟病中的研究進展

鐘紅珍 鐘志青 周添標(biāo)

汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院腎內(nèi)科（廣東汕頭515041）

慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）是指腎臟結(jié)構(gòu)或功能異?！?個月，各種腎臟慢性病變最終均可引起慢性腎臟病，其中慢性缺氧和腎小管間質(zhì)損傷在疾病的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。我國的成人CKD發(fā)病率約 10.8%［1?2］，并呈逐年升高趨勢，成為我國新的公共健康問題。缺氧是許多疾病的重要特征，如癌癥、心肌梗死、中風(fēng)和腎臟疾病。通過轉(zhuǎn)錄激活基因（如通過介導(dǎo)代謝反應(yīng)、血管生成、能量守恒、紅細(xì)胞生成和細(xì)胞存活等）來維持缺氧情況下體內(nèi)的平衡［3］。低氧誘導(dǎo)因子（hypoxia?inducible factors，HIFs）是細(xì)胞缺氧反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，分別在分子、細(xì)胞和組織水平對缺氧進行適應(yīng)性的調(diào)節(jié)反應(yīng)，而 HIF?1α（hypoxia inducible factor 1 al?pha）存在于所有細(xì)胞類型中，是細(xì)胞缺氧反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子［4?5］。HIF?1 是由氧敏感的 α 亞基和組成性表達的β亞基構(gòu)成的異二聚體。當(dāng)正常供氧時，HIF亞基聚合，特異性脯氨酸殘基被HIF?脯氨酰羥化酶結(jié)構(gòu)域蛋白（HIF?prolyl hydroxylase domain proteins，PHD）羥化，再由希佩爾?林道蛋白（Von Hippel?Lindau Protein，VHL）識別后在蛋白酶體降解［6］。缺氧抑制PHDs的酶活性，使HIF異二聚體轉(zhuǎn)錄活性增加，HIF生成增多［7］。HIF參與其他細(xì)胞機制，如糖酵解、血管生成、基質(zhì)沉積和紅細(xì)胞生成等過程［8］。目前國內(nèi)尚無HIF?1α在腎臟病系統(tǒng)的綜述。本文總結(jié)了HIF?1α在腎性貧血、CKD、急性腎損傷（acute kidney disease，AKI）及中毒、腎小球腎炎（glomeru?lonephritis，GN）、腎腫瘤、多囊腎綜合征（polycystic kid?ney diseases，PKD）、芬蘭型先天性腎病綜合征疾?。╢inn?ish congenital nephrotic syndrome，NPHS1）中的表達，與疾病發(fā)生的關(guān)系及其研究進展，期待為腎臟病的機制研究及早期干預(yù)提供新想法。

1 腎性貧血

貧血是終末期腎臟病常見的并發(fā)癥，臨床表現(xiàn)為血紅蛋白、血細(xì)胞比容降低和循環(huán)紅細(xì)胞數(shù)量的減少。在CKD患者中，主要是衰竭腎臟產(chǎn)生的促紅細(xì)胞生成素（erythro?poietin，EPO）絕對或相對減少［9］，紅細(xì)胞生成不足，不能補充生理條件下丟失的紅細(xì)胞，而很少是由紅細(xì)胞直接損失或破壞引起［10］。慢性腎臟疾病貧血傳統(tǒng)的治療方案是紅細(xì)胞生成刺激劑（erythropoiesis stimulating agents，ESAs）聯(lián)合輔助性鐵療法等治療，但隨后的臨床觀察顯示，ESAs低反應(yīng)的患者經(jīng)常發(fā)生全身性炎癥，當(dāng)使用高ESAs劑量提高其反應(yīng)性的同時可能增加其他不良事件及死亡率，因此發(fā)現(xiàn)HIF在促進紅細(xì)胞生成中起關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用并為腎性貧血的治療開辟了新的路徑［11］。研究報道肝細(xì)胞（生成）EPO的轉(zhuǎn)錄序列末尾有HIF的結(jié)合序列；缺氧時，HIF?1α的表達增加，進而增加肝臟EPO的生成（而腎臟無此調(diào)節(jié)）［12］。因此，抑制PHD酶活性，增加HIF的表達，可促使EPO生成增多［12?13］。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，HIF幾乎影響所有與紅細(xì)胞生成有關(guān)的鐵代謝。一方面，HIF?2增加小腸上皮細(xì)胞對鐵的吸收；另一方面，HIF參與網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中巨噬細(xì)胞對衰老紅細(xì)胞中鐵的利用。HIF不僅促使十二指腸上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白表達增加，還使血清轉(zhuǎn)鐵蛋白水平增高，導(dǎo)致血液循環(huán)中鐵也增加［11］。目前臨床試驗證實口服HIF穩(wěn)定劑的耐受性好，增加HIF的表達進而刺激內(nèi)源性EPO生成，從而糾正貧血；但是，可能僅對非透析依賴 CKD 患者有效［9，14?22］。另外，在 HIF 穩(wěn)定劑的早期臨床試驗中，有發(fā)生與HIF穩(wěn)定劑運用相關(guān)的嚴(yán)重不良反應(yīng)（致命性肝壞死）的報道。此外，其長期安全性有待進一步研究［23］。

2 慢性腎臟病

慢性缺氧和腎小管間質(zhì)損傷是所有腎臟病發(fā)展到終末期的共同通路。（1）實驗發(fā)現(xiàn)HIF?1α誘導(dǎo)的Twist在腎小管間質(zhì)表達增加［24］，與Ⅰ型膠原纖維直接結(jié)合［25］，促進小管纖維化，而通過抑制HIF?1α在腎小管上皮細(xì)胞的表達，則能減輕腎小球肥大，系膜基質(zhì)擴張，細(xì)胞外基質(zhì)積聚和尿蛋白排泄，有益于腎功能恢復(fù)［26?30］。（2）HIF?1α 作用于靶基因血管內(nèi)皮因子（vascular endothelial growth fac?tor，VEGF）誘導(dǎo)血管生成，實驗發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定 HIF?1α［31］與抑制［32］其在受損腎臟表達的結(jié)果截然相反；此外，HIF?1α的表達與血管平滑肌鈣化表現(xiàn)為正相關(guān)［33］；以上為HIF?1α在CKD血管生成方面的作用。（3）在低氧應(yīng)激反應(yīng)時，HIF?1α激活能減少蛋白質(zhì)合成、抑制細(xì)胞凋亡并激活自噬，是協(xié)調(diào)低氧反應(yīng)的重要因子［34］，抑制HIF?1A基因的表達能顯著減輕腎臟損傷［29］；但有研究發(fā)現(xiàn)CKD早期腎臟氧合功能和線粒體功能減弱，激活HIF?1α的表達，能顯著降低線粒體消耗和超氧化物產(chǎn)量并增加線粒體體積密度,于腎功能及代謝有益［4］。（4）CKD患者的間充質(zhì)干細(xì)胞的PHD2的表達選擇性增強，PHD2羥化HIF?1α促使其在蛋白酶體的降解，而穩(wěn)定HIF?1α在間充質(zhì)干細(xì)胞的表達有利于干細(xì)胞的創(chuàng)傷愈合能力的恢復(fù)［35?36］。

3 急性腎損傷及中毒

近端腎小管細(xì)胞因其高代謝活性易受低氧的影響，因此在急性缺氧性腎損傷時表現(xiàn)為近端腎小管壞死，而腎小球和遠端腎單位功能正常［8］。（1）在非炎癥誘導(dǎo)的AKI模型中，HIF?1α通過誘導(dǎo)VEGF的表達，可阻止管周毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，HIF?1α并可通過誘導(dǎo)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白產(chǎn)生能量維持細(xì)胞在缺氧時的功能［37］；增加HIF的表達或降低PHD的活性可減輕近端小管在缺氧時的損傷，減少細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，促進腎功能的恢復(fù)［30，38?41］。實驗還表明HIF的全身活化可減輕腎臟的缺血再灌注損傷，于急性腎損傷有利［42］。（2）敗血癥合并AKI患者的HIF?1α表達顯著增多，并隨抗生素的應(yīng)用而下降，此外HIF?1α與鐵調(diào)素的水平呈正相關(guān)［43］；而在炎癥誘導(dǎo)的小鼠急性腎損傷模型中，抑制PHDs活性提高了HIF?1α的表達水平、VEGF和EPO的基礎(chǔ)血漿濃度，減弱敗血癥相關(guān)的近端小管空泡化和擴張，減少腎小管的凋亡和腎組織中的T細(xì)胞浸潤，在敗血癥相關(guān)腎損傷中表現(xiàn)出腎臟保護作用，但PHD抑制劑導(dǎo)致干細(xì)胞大量糖原丟失和肝細(xì)胞凋亡而使器官破壞增加，導(dǎo)致死亡率增加［44］。（3）HIF因能提高血管生成素，從而減弱毒素遞送的不良反應(yīng)，減輕中毒導(dǎo)致的腎損傷。另外，有研究是HIF?2而不是HIF?1對短期急性腎損傷起保護作用［45］。

4 腎小球腎炎

GN是由一組具有共同組織病理學(xué)特征的腎臟疾病的總稱，是導(dǎo)致終末期腎病的重要原因［46］。據(jù)報道中國因GN導(dǎo)致終末期腎病的患病率超過48%［47］。（1）在抗腎小球基底膜腎炎中，VHL基因敲除使局部HIFα穩(wěn)定，減少腎小球疾病發(fā)展的積極作用強于VHL基因敲除引起的小管間質(zhì)基質(zhì)增多引起的消極作用，從而減輕疾病進展［48］。（2）在IgA腎病中，VEGF主要表達于腎小管上皮，并隨疾病分級的增加而增加，而HIF?1α的表達先增加后下降，與VEGF的表達模式不平行，尚無足夠的的證據(jù)支撐VEGF依賴HIF?1α的調(diào)控而發(fā)揮保護作用［49］。（3）在狼瘡腎炎中，患者的尿HIF?1α高于健康對照組，并與慢性化指標(biāo)相關(guān)，但與疾病的活動性指標(biāo)沒有相關(guān)性［50］；隨后的研究表明HIF?1α在患者的腎小球和腎小管間質(zhì)組織中高度表達，尤其是在增殖性狼瘡腎炎中，并且HIF?1α可通過誘導(dǎo)增殖和抑制凋亡促進小鼠系膜細(xì)胞的生長，在狼瘡腎炎的發(fā)病機制中起重要作用［51］。

5 腎腫瘤

腎透明細(xì)胞癌（clear?cell renal cell carcinoma，ccRCC）VHL功能喪失［52］，HIF?1α高表達，HIF?1α在ccRCC中：⑴與DNA CpG島甲基化關(guān)系密切［53］，或通過miR?217/HIF?1α/AXL信號促進Rcc腫瘤發(fā)生［54］；（2）通過鞘氨醇激酶1/鞘氨醇1?磷酸途徑［55］而影響腫瘤的生長，參與PIG3/HIF?1α途徑調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的遷移［56］；（3）此外，HIF?1α可影響能量產(chǎn)生、氨基酸及膽堿代謝以及細(xì)胞調(diào)節(jié)和信號傳導(dǎo)［57］，并在實驗中與VHL共同缺失完全恢復(fù)了腎的形態(tài)和功能，與腎血管系統(tǒng)恢復(fù)有關(guān)［58］；（4）實驗發(fā)現(xiàn)HIF?1α/ERK5途徑在腫瘤治療中具有預(yù)后價值［59］。有研究認(rèn)為HIF?1α低表達在癌癥治療中有益［60］，但也有研究認(rèn)為HIF?1α降解有益于ccRCC增殖［61］。此外，也有研究認(rèn)為HIF?2α蛋白是ccRCC具有轉(zhuǎn)移潛能的獨立標(biāo)記，增加HIF?2α表達是一個有利的預(yù)后因素［62］。在一例急性淋巴細(xì)胞白血病腎浸潤的病例報告中發(fā)現(xiàn)，白血病細(xì)胞浸潤腎組織后形成局部缺血缺氧，從而誘導(dǎo)HIF?1α的表達增加，EPO的生成也隨之增多，導(dǎo)致繼發(fā)性紅細(xì)胞增多癥［63］。

6 多囊腎綜合征

PKD，因大量腎囊腫而命名，是世界范圍內(nèi)眾所周知的遺傳性囊性腎病，常伴有常染色顯性遺傳的特性［64?65］。HIF?1α在PKD模型中高度表達于近端小管和細(xì)段的細(xì)胞核，而在正常腎臟中幾乎檢測不到［66］。有研究認(rèn)為，可能是因為大量的囊腫造成的局部缺氧環(huán)境，刺激HIF?1α在腎臟中的表達［67］，并且蛋白尿的發(fā)生與腎HIF?1α的表達正相關(guān)［68］。隨后的研究通過比較不同程度囊腫形成的腎HIF?1α的表達發(fā)現(xiàn)，在程度輕的PKD中，HIF?1α的表達并沒有增加，提示其可能是囊腫膨脹的原因；在巨大多囊腎中，HIF?1α在大的囊腫上皮細(xì)胞中大量增加，提示HIF?1α的增加是大囊腫局部缺氧的結(jié)果而非囊腫膨脹的原因［69］，并且抑制HIF?1α的表達對疾病的進展影響?。?0］。但也有研究發(fā)現(xiàn)HIF?1α依賴鈣激活氯化物分泌通路促進囊腫生長［71］，直接激活腎小管細(xì)胞中嘌呤能受體P2Y2R的表達促進囊腫生長，調(diào)控P2Y2R介導(dǎo)的依賴ATP的囊腫生長［72］。

7 NPHS1

NPHS1主要由足細(xì)胞裂隙隔膜蛋白中的遺傳缺陷使腎臟腎小球內(nèi)皮損傷引起的，患者在出生后不久就表現(xiàn)為腎病綜合征，并在兒童期出現(xiàn)腎小球硬化癥［73］。腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的維持是在很大程度上依賴于VEGF及其主要轉(zhuǎn)錄因子HIF?1α。腎小球系膜擴張和毛細(xì)血管閉塞使VEGF和HIF?1α生成增加，HIF?1α可維持足細(xì)胞VEGF的產(chǎn)生，維持血管內(nèi)皮的穩(wěn)定［73］。

總結(jié)和展望HIF?1α因作用于EPO的表達，在臨床試驗中發(fā)現(xiàn)能改善腎性貧血，但其長期的安全性有待進一步研究。HIF?1α是CKD低氧應(yīng)激中的主要調(diào)節(jié)因子，既能促進小管纖維化，又可誘導(dǎo)受損腎臟血管生成，因此，在CKD中是否增強其表達存在爭議。不同模型誘導(dǎo)的急性腎損傷模型，HIF?1α表達的作用也不同。HIF?1α與ccRCC的發(fā)生、增殖、轉(zhuǎn)移、預(yù)后均密切相關(guān)，在繼發(fā)性腎癌也發(fā)揮一定作用。HIF?1α是否促進囊腫形成的原因還是囊腫形成的結(jié)果目前仍存在爭議。在NPHS1中，因HIF?1α促進VEGF的表達而維持腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的功能，對腎臟有益。綜上所述，仍需要更多的研究進一步深入，解開HIF?1α在腎臟病發(fā)生、發(fā)展的機制及治療應(yīng)用的謎。