缺氧誘導(dǎo)因子- 1α與胰腺癌關(guān)系的研究進展

劉義，徐克群，朱穎蔚

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州市第二人民醫(yī)院 腫瘤科，江蘇 常州 213003)

胰腺癌是目前已知惡性程度最高的消化系統(tǒng)腫瘤之一。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)全球范圍內(nèi)每年約有超過45萬胰腺癌新發(fā)病例，死亡病例超過43萬[1]。胰腺癌早期癥狀不明顯，診斷困難，且疾病發(fā)展迅速，40%的患者確診時已無法手術(shù)，目前已知的抗腫瘤治療在胰腺癌治療中效果有限，因此，迫切需要深入研究胰腺癌發(fā)病的分子機制，為治療提供理論基礎(chǔ)。

眾所周知，胰腺癌是乏氧性腫瘤，缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia inducible factors，HIFs)1α作為乏氧激活的重要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，在胰腺癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。胰腺癌組織中過表達的HIF- 1α可以促進腫瘤的進展、侵襲和轉(zhuǎn)移，并且與胰腺癌化療敏感性密切相關(guān)。針對其作用途徑尋找有效抑制物可能為胰腺癌治療提供新思路[2]。

1 HIF- 1α概述

Wang等[3]于1991年在低氧誘導(dǎo)的肝癌細胞核提取物中首次發(fā)現(xiàn)HIF。HIF是由兩種亞基(α亞基和β亞基)構(gòu)成的異源二聚體轉(zhuǎn)錄因子，HIF的功能活性主要受氧敏感性α亞基轉(zhuǎn)錄后修飾及穩(wěn)定性調(diào)控。常氧條件下，脯氨酸羥化酶(protyl hydroxy- lases，PHD)負責羥化HIF- α上高度保守的兩個脯氨酸殘基，為希佩爾- 林道(Von Hippel- Lindau，VHL)蛋白創(chuàng)造有效結(jié)合位點，當HIF與VHL結(jié)合后會被降解；而乏氧條件下，氧氣含量不足以驅(qū)動HIF- α羥化，導(dǎo)致HIF- α不能被VHL降解，此時HIF- α迅速穩(wěn)定下來，并與HIF- β結(jié)合后形成異源二聚體，穩(wěn)定表達的HIF與增強子元件中的同源缺氧反應(yīng)元件(hypoxia response elements，HREs)結(jié)合，從而增加其靶基因的轉(zhuǎn)錄。HIF- α主要包括HIF- 1α、HIF- 2α兩種亞型，其中HIF- 1α在哺乳動物體內(nèi)廣泛表達，而HIF- 2α只在特定的細胞(如血管內(nèi)皮細胞、肺泡肝實質(zhì)細胞、腎間質(zhì)細胞、干細胞等)中表達[4]。

目前許多學(xué)者就HIF- 1α與腫瘤的關(guān)系展開研究，發(fā)現(xiàn)當HIF- 1α在腫瘤組織中過表達時，許多腫瘤(如乳腺癌、腦癌、宮頸癌、結(jié)直腸癌、急性淋巴細胞性白血病、髓系白血病、黑色素瘤、胃癌以及肝癌、肺癌、卵巢癌和胰腺癌)細胞表現(xiàn)出更強的增殖和遷移性，并且對放化療的敏感性降低[5]。

2 HIF- 1α與胰腺癌的關(guān)系

氧是維持機體新陳代謝和生存的必要條件，在某些生理或病理條件下，機體或細胞為了適應(yīng)整體或局部低氧環(huán)境，產(chǎn)生一系列適應(yīng)性反應(yīng)，而HIF- 1α在細胞氧代謝過程中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。腫瘤內(nèi)氧分壓的直接測量顯示胰腺癌是已知腫瘤中乏氧程度最高的腫瘤之一。研究表明，HIF- 1α是胰腺癌缺氧調(diào)控的一個重要環(huán)節(jié)[6]。

胰腺癌細胞通過HIF- 1α介導(dǎo)的對乏氧的生理反應(yīng)，促進其自身表觀遺傳學(xué)改變，以適應(yīng)腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)乏氧條件[7- 8]。作者就HIF- 1α在胰腺癌發(fā)生機制中的研究進展作一綜述。

2.1 HIF- 1α下游靶因子

2.1.1 血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growthfactor，VEGF) VEGF是目前已知唯一作用于血管內(nèi)皮細胞的特異性生長因子，VEGF與內(nèi)皮細胞表面的血管內(nèi)皮生長因子受體(VEGFR)特異性結(jié)合后，通過促進內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞增殖，刺激內(nèi)皮細胞表達膠原酶作為滲透因子從而增加細胞遷移的方式來刺激血管生成[9- 10]。研究發(fā)現(xiàn)VEGF的表達與腫瘤組織中微血管密度具有明顯相關(guān)性。有研究通過檢測胰腺癌組織及癌旁正常胰腺組織中VEGF的表達發(fā)現(xiàn)，VEGF及其受體在胰腺癌組織中表達明顯高于癌旁正常胰腺組織，并且高表達的VEGF通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑促進胰腺癌增殖[11]。隨著對VEGF研究的不斷深入，許多學(xué)者認為胰腺癌腫瘤組織中高表達的VEGF還與胰腺癌的分期、腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及患者不良預(yù)后密切相關(guān)[12- 13]。

VEGF是HIF- 1α的靶因子之一，在胰腺癌TME乏氧條件刺激下，聚集在細胞核中的HIF- 1α可以上調(diào)胰腺癌組織VEGF的表達，當敲減腫瘤組織中HIF- 1α基因或阻斷其表達時，VEGF的分泌會被抑制甚至完全不分泌[14]。包括胰腺癌在內(nèi)的許多實體腫瘤中，HIF- 1α與VEGF的表達具有明顯相關(guān)性，兩者在胰腺癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[15]。

2.1.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留蛋白1(endoplasmic reticulum 1，RER1) RER1是一種含多種蛋白(包括Sec12p、Sed4p、Mns1p、Sec71p及Sec63p等)的重要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留因子[16]。1993年研究人員首次在酵母菌中發(fā)現(xiàn)RER1，酵母菌RER1定位于順式高爾基體，招募多種蛋白并覆蓋在Ⅰ型蛋白囊泡表面，RER1最終將這些蛋白轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上[17]，人RER1的功能與酵母菌RER1功能類似。Chiba等[15]發(fā)現(xiàn)，HIF- 1α可以與RER1起始密碼子的上游調(diào)控區(qū)結(jié)合來調(diào)控其表達，HIF- 1α在腫瘤間質(zhì)中聚集，導(dǎo)致RER1表達上調(diào)。被HIF- 1α激活的RER1可以促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial- mesenchymal transition，EMT)相關(guān)基因表達，并發(fā)揮對EMT的允許作用[18]。RER1還可以增強胰腺癌細胞的干性，使腫瘤細胞表現(xiàn)出更強的遷移和侵襲特性[19]。此外，過表達的RER1誘導(dǎo)成纖維細胞轉(zhuǎn)化為胰腺癌星狀細胞，該細胞在腫瘤克隆維持、耐藥、復(fù)發(fā)和腫瘤轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用[20]。因此，缺氧誘導(dǎo)的胰腺癌進展可能與TME中HIF- 1α激活的RER1相關(guān)。

2.1.3 賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1(lysine specific demethylase 1，LSD1) LSD1是一種黃素腺嘌呤二核苷酸依賴性單胺氧化酶，在組蛋白賴氨酸甲基化過程中發(fā)揮重要作用[21]，在發(fā)現(xiàn)LSD1前，組蛋白賴氨酸甲基化過程一直被認為是一種不可逆的組蛋白修飾過程[22]。研究發(fā)現(xiàn)，LSD1在神經(jīng)母細胞瘤、皮膚癌、前列腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌、膀胱癌和乳腺癌中過表達，并影響腫瘤特性相關(guān)的各種生理過程[23]。Qin等[24- 25]報道LSD1與胰腺癌TME中HIF- 1α的表達以及糖酵解過程呈正相關(guān)，LSD1和組蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase 2，HDAC2)之間的相互作用，以乙?；蕾嚨姆绞教岣吡薍IF- 1α在缺氧條件下的穩(wěn)定性。因此LSD1可能成為新的胰腺癌治療靶點，但具體機制還有待進一步研究。

2.1.4 B淋巴細胞誘導(dǎo)成熟蛋白- 1(B lymphocyte- induced maturation protein- 1，BLIMP1) BLIMP1是一類轉(zhuǎn)錄抑制因子，其功能涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、抗原提呈、T淋巴細胞共刺激、漿細胞分化、抗體類別轉(zhuǎn)換重組。BLIMP1高表達于除濾泡輔助性T細胞(follicular helper T cell，Tfh)外幾乎所有CD4+T細胞亞群(Th1、Th2、Th17以及調(diào)節(jié)性T淋巴細胞)，以促進這些細胞分泌免疫球蛋白[26]。在早期胚胎中，主要血管形成之前組織內(nèi)含氧量較低，BLIMP1在原始生殖細胞中高表達以抑制體細胞程序性凋亡并幫助維持細胞多能性[27]。乏氧是胰腺癌的重要特征，可誘導(dǎo)腫瘤細胞轉(zhuǎn)移前轉(zhuǎn)錄因子BLIMP1的表達。研究發(fā)現(xiàn)HIF- 1α、BLIMP1與TME誘導(dǎo)的胰腺癌轉(zhuǎn)移前的基因表達密切相關(guān)。BLIMP1作為分子開關(guān)發(fā)揮功能，提高腫瘤細胞生存和轉(zhuǎn)移能力[28]。

2.2 HIF- 1α上游因子

微小RNA(microRNA，miRs)是一類不具有編碼蛋白功能的單鏈RNA，在基因表達中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，miR- 138- 5p通過直接靶向結(jié)合HIF- 1α基因3′UTR區(qū)域，下調(diào)HIF- 1α表達。在細胞轉(zhuǎn)染模型中，過表達HIF- 1α可促進胰腺癌細胞系PANC- 1的增殖和轉(zhuǎn)移，而共同轉(zhuǎn)染miR- 138- 5p類似物則可以逆轉(zhuǎn)HIF- 1α誘導(dǎo)的腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移[29]。

泛素樣含PHD和環(huán)指結(jié)構(gòu)域1(ubiquitin- like with PHD and RING finger domains’s 1，UHRF1)是泛素樣含PHD和環(huán)指域蛋白家族的主要成員之一，UHRF1是參與抑癌基因啟動子甲基化的重要表觀遺傳調(diào)節(jié)因子。UHRF1是腫瘤啟動的關(guān)鍵因子，通過使抑癌基因啟動子高甲基化，維持腫瘤抑制基因轉(zhuǎn)錄沉默，從而抑制胰腺癌細胞凋亡，參與腫瘤的生長、侵襲及轉(zhuǎn)移。最新的研究發(fā)現(xiàn)，UHRF1位于HIF- 1α上游，通過抑制沉默調(diào)節(jié)蛋白4(sirtuin 4，SIRT4)正向調(diào)節(jié)糖酵解以及促進細胞增殖[30]。

白細胞共同抗原相關(guān)相互作用蛋白α4(leukocyte common antigen- related- interacting protein α4，liprin- α4)在胰腺癌TME中過表達，liprin- α4是小細胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)和胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)的治療靶點。研究發(fā)現(xiàn)，liprin- α4是SCLC中HIF- 1α的上游因子，但并不影響胰腺癌中HIF- 1α的表達，盡管目前機制尚不明確，但分析胰腺癌中l(wèi)iprin- α4與HIF- 1的關(guān)系應(yīng)該是一個有趣的方向[31]。

2.3 與HIF- 1α可能相關(guān)的因子

乏氧可以通過下調(diào)miR- 150的表達促進胰腺癌細胞遷移。速效全身性麻醉劑異丙酚可以抑制乏氧條件下誘導(dǎo)去整合素和金屬蛋白酶8(a disintegrin and metalloproteinase 8，ADAM8)的表達，從而抑制胰腺癌遷移和血管生成[32]。

乏氧誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氧化還原酶1α(endoplasmic reticu- lum oxidoreductin 1α，ERO1α)可以促進腫瘤進展，其過度表達往往提示胰腺癌患者預(yù)后不良。低氧誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor- β1，TGF- β1)與CA19- 9聯(lián)合檢測可作為診斷胰腺癌的生物標志物，TGF- β1還可作為評估胰腺癌預(yù)后的生物標志物[33]。

2.4 能量代謝轉(zhuǎn)化

由于胰腺癌間質(zhì)缺乏血供，乏氧成為胰腺癌TME的重要特征[34]，當TME中氧氣水平不能滿足線粒體氧化磷酸化需求時，HIF- 1α亞基的降解會被顯著被抑制，導(dǎo)致腫瘤組織中的HIF- 1α大量積累并與HIF- 1β亞基結(jié)合成HIF- 1[35]。過表達的HIF- 1可以上調(diào)糖酵解相關(guān)限速酶的表達，并通過丙酮酸脫氫酶激酶(pyruvate dehydrogenase kinase，PDK)抑制線粒體氧化磷酸化功能，使腫瘤的產(chǎn)能途徑由氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰蕾囇鯕鈪⑴c且產(chǎn)能效率較低的葡萄糖無氧酵解，為胰腺癌細胞在乏氧狀態(tài)下提供足夠的能量供應(yīng)[36]。

同時，糖酵解還可以降低氧化磷酸化產(chǎn)物活性氧對腫瘤細胞DNA的破壞，這也間接保護了腫瘤細胞[37]。

3 結(jié) 語

綜上所述，胰腺癌為典型的乏氧性腫瘤，HIF- 1α是乏氧激活的重要調(diào)節(jié)因子，通過對HIF- 1α的研究，可能會為胰腺癌的治療提供有效的治療靶點，優(yōu)化有效的癌癥治療方案。但是，TME包括缺氧、免疫細胞浸潤、纖維化、細胞因子、氧化應(yīng)激和酸中毒等多種因素，針對單一因素的治療策略可能不足以治療胰腺癌，因此靶向HIF- 1α治療仍需要在分子、細胞和系統(tǒng)水平上進行深入研究。