缺氧誘導(dǎo)因子對肝臟損傷和修復(fù)的影響

吳章麗，汪裕偉

（皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院腎內(nèi)科，安徽 蕪湖241001）

由病毒感染、酗酒或與肥胖相關(guān)的代謝紊亂引起的慢性肝病可發(fā)展為終末期肝硬化和肝癌。作為全世界最重要的公共衛(wèi)生問題之一，肝病的發(fā)病率和治療仍沒有得到突破性進展。據(jù)統(tǒng)計，從2003年至2012年，肝癌發(fā)病率急劇上升，僅次于甲狀腺癌，且在所有癌癥中死亡率最高［1］，迫切需要尋求新的治療靶點來遏制肝臟相關(guān)疾病的發(fā)展。在許多肝臟疾病中，包括病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝疾病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）、酒精性肝?。╝lcoholic liver disease，ALD）、缺血再灌注損傷引起的肝損傷和肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC），都存在組織缺氧和缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor，HIF）轉(zhuǎn)錄活性增加［2］。

HIF是一種異二聚體轉(zhuǎn)錄因子，廣泛存在于人體內(nèi)各個器官。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3種HIF-α亞基類型，其中HIF-1α和HIF-2α的相關(guān)研究最多，特征最為明顯。常氧下，α亞基上的脯氨酸殘基被脯氨酰羥化酶域酶（prolyl hydroxylase domain enzyme，PHD）識別并羥化，繼而和VHL-E3泛素連接酶復(fù)合物連接迅速發(fā)生蛋白酶體降解；缺氧時由于氧氣供應(yīng)的限制，PHD活性抑制，從而導(dǎo)致HIF-α亞基的穩(wěn)定及其核易位［3］。胞核內(nèi)的HIF通過廣泛激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄，參與多種病理生理過程中，使細(xì)胞適應(yīng)缺氧環(huán)境［4］。本文主要總結(jié)HIF在各種肝臟損傷、肝纖維化、HCC及缺血再灌注損傷中的病理作用。

1 病毒性肝炎

病毒性肝炎作為急慢性肝損傷的主要原因，通常會導(dǎo)致嚴(yán)重的晚期肝病，例如肝硬化和HCC［5］。盡管接種疫苗可以預(yù)防新發(fā)感染，但對于已感染者病毒消除效果不佳。近年來開發(fā)的丙型肝炎病毒（hepatitis cvirus，HCV）蛋白酶抑制劑可以有效地消除絕大多數(shù)患者的病毒［6］。但長期慢性肝炎患者仍有發(fā)展成為肝炎相關(guān)性肝硬化和發(fā)生HCC的高風(fēng)險［7］。因此，研究病毒性肝炎的復(fù)制侵襲過程及開發(fā)鑒定新的治療靶標(biāo)，對病毒性肝炎引起的肝損傷并減慢疾病的進展仍然很重要。

HCV感染影響全球約1.8億人，使這些人易患肝硬化和死亡［8］。有研究發(fā)現(xiàn)，HCV感染通過影響線粒體-呼吸鏈活性誘導(dǎo)氧化應(yīng)激狀態(tài)，HIF-1α的穩(wěn)定和轉(zhuǎn)錄激活，進而加強糖酵解途徑，為病毒的復(fù)制及侵襲提供能源，與HCV相關(guān)的HIF-1α穩(wěn)定對抗氧化劑治療不敏感［9］。HIF-1α不直接參與HCV的復(fù)制，而是通過某些致癌基因的激活及糖酵解提供ATP，加強病毒RNA的復(fù)制［10］。在丙型病毒性肝炎發(fā)展過程中，抑制HIF-1α不僅能抑制病毒復(fù)制，并且有效阻止肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲等生物學(xué)行為［11］。HCV核心基因表達(dá)可誘導(dǎo)HIF-1α的過表達(dá)和穩(wěn)定，HIF-1α的激活又導(dǎo)致血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）上調(diào)。Christopher等［12］發(fā)現(xiàn)，HCV可通過激活VEGF表達(dá)使肝原代細(xì)胞和肝癌細(xì)胞去極化，從而促進相鄰肝細(xì)胞之間的病毒傳播。Hallez等［13］對于乙型病毒性肝炎的研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧環(huán)境中，HIF-1上調(diào)DNase I在體外的HBV顆粒中的表達(dá)，DNase I可通過衣殼內(nèi)DNA基因組的分解代謝影響HBV復(fù)制。這些發(fā)現(xiàn)為慢性病毒性肝炎的發(fā)病機理以及可能與病毒性肝炎相關(guān)的HCC的發(fā)展及治療提供了新的見解。

2 肝纖維化

各種急性或慢性肝損傷，包括病毒性肝炎、ALD、NAFLD、寄生蟲和自身免疫性疾病造成的肝損害，最終都將走向肝纖維化和肝硬化［14］。肝纖維化一個特征性病理是過多的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）沉積［15］。活化的肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cells，HSCs）通過產(chǎn)生ECM在肝纖維化發(fā)展中起著不可或缺的作用［16］。HIF-1在HSCs激活中起主要調(diào)節(jié)作用［17］。同時，缺氧刺激HSCs釋放多種介質(zhì)，如α-SMA和Vimentin，這些介質(zhì)影響纖維化的進展［18］。TGF-β通路是促進肝纖維化發(fā)展的經(jīng)典通路，可參與肝損傷—肝纖維化—肝癌發(fā)展的全過程［19］，HIF可通過TGF-β通路激活HSCs，介導(dǎo)肝細(xì)胞大量死亡，促進肝纖維化及終末期肝病的發(fā)生［20］。

NAFLD是最常見的脂類代謝疾病，與糖尿病和肥胖有關(guān)。近年來，因肥胖和糖尿病人群數(shù)量的不斷增加，在NAFLD患病率升高的同時，NAFLD導(dǎo)致肝纖維化甚至肝硬化的發(fā)生率也逐年攀升。HIF在NAFLD的進展中起著不可或缺的作用。抑制HIF表達(dá)對NAFLD相關(guān)的肝纖維化具有顯著的保護作用。Han等［21］在NAFLD小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，敲除HIF-1α基因小鼠相比野生型小鼠的肝臟組織ALT、AST及TG水平較低；雖然2組高脂飲食20周后都顯示明顯的大泡脂肪變性，但實驗組小鼠肝纖維化與野生型相比明顯減少，這些結(jié)果揭示了HIF-1在NAFLD肝纖維化發(fā)展中的重要作用。另一項實驗表明，HIF-2α和HIF-1α轉(zhuǎn)錄本都在NAFLD小鼠中表達(dá)上調(diào)，且HIF-2α的小鼠與疾病進展平行，HIF-2α的肝細(xì)胞特異性缺失可改善NAFLD相關(guān)的肝損傷、脂肪變性、炎癥反應(yīng)和纖維化［22］。

ALD是指酒精引起的肝臟內(nèi)部變化，當(dāng)乙醇攝入超過人體的清除能力，將造成肝臟損傷［23］。ALD有向肝硬化及肝癌轉(zhuǎn)化的高風(fēng)險［24］。ALD的患者肝臟中鐵沉積過量［25］。游離鐵增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷是酒精引起肝損傷的主要因素［26］。鐵調(diào)素是由肝臟合成的鐵調(diào)節(jié)激素，在鐵穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用，當(dāng)機體檢測到體內(nèi)鐵超載時，鐵調(diào)素的表達(dá)增加，鐵輸出蛋白FPN內(nèi)化降解，進入血液循環(huán)的鐵下降［27］。急性和慢性酒精暴露均會抑制肝臟中鐵調(diào)素的表達(dá)，加重肝臟細(xì)胞內(nèi)鐵的沉積。有研究發(fā)現(xiàn)，在急性乙醇誘導(dǎo)小鼠的肝臟組織會引起病理性缺氧，介導(dǎo)HIF激活從而上調(diào)鐵調(diào)素表達(dá)，減輕肝臟損傷［28］。其次，慢性乙醇誘導(dǎo)肝臟氧化應(yīng)激、炎癥因子升高也是ALD進展為晚期肝硬化的一個主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，慢性乙醇引起缺氧和HIF-1α的活化，阻斷HIF-1α的激活和作用可能對預(yù)防乙醇誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，脂肪變性和肝損傷具有治療意義［29］。

因此，抑制HIF表達(dá)對NAFLD相關(guān)的肝纖維化具有顯著的保護作用。急性酒精性肝損傷中，HIF活性增加，上調(diào)鐵調(diào)素表達(dá)，改善肝臟損傷；在慢性乙醇肝損傷，抑制HIF可改善氧化應(yīng)激肝損傷。進一步探討其中的分子機制及信號通路有望為肝纖維化的治療提供新的靶點。

3 HCC

缺氧是誘導(dǎo)血管生成的主要生理性刺激，也是腫瘤血管生成的主要驅(qū)動力之一。缺氧普遍存在于腫瘤微環(huán)境中，研究表明，當(dāng)腫瘤組織生長直徑超過氧供應(yīng)極限時，會引起部分區(qū)域缺氧，HIF-1α轉(zhuǎn)錄活性增強，引起下游相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄激活，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)［30］。

VEGF是當(dāng)前研究發(fā)現(xiàn)的最強的腫瘤血管生成驅(qū)動力，在正?；虿±項l件下促進血管形成。研究表明，HIF-1α和VEGF的表達(dá)在HCC的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移中起著重要的作用，HIF-1α上調(diào)VEGF表達(dá)促進HCC的發(fā)生發(fā)展［31］。

血管生成素（angiopoietin，Ang）是一類強縮血管的肽類物質(zhì)，其中Ang-1和Ang-2在血管發(fā)育生長中起著無可替代的重要作用。Ang-1與Ang-2都是酪氨酸激酶受體2（Tie-2）的配體，Ang-1主要調(diào)控血管重塑過程、維持生命周期血管系統(tǒng)，Ang-1表達(dá)下調(diào)時，通過影響血管的發(fā)育、穩(wěn)定性和重塑來促進惡性腫瘤［32］。Ang-2是新生血管生長以及重塑過程中的必須調(diào)控因子，有利于病理性血管生成，促進腫瘤的生長［33］。在腫瘤組織中，Ang-2與Ang-1競爭性結(jié)合受體，血管生成調(diào)節(jié)因子失衡。有研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤組織中受低氧和HIF的影響［34］，ANGPT2/Tie2軸異常激活誘導(dǎo)血管生成，促進病理狀態(tài)下的血管生成［35］。

表皮生長因子受體（epithelial growth factor receptor，EGFR）是一種受體型蛋白酪氨酸激酶，作為生物過程中重要的調(diào)控因子，調(diào)控如分化、遷移、增殖等過程。在許多實體腫瘤中EGFR的高表達(dá)或異常表達(dá)，使細(xì)胞生長紊亂、組織重建。研究表明，EGFR在缺氧狀態(tài)下通過EGFR-HIF-1α-VEGF信號通路調(diào)控HCC細(xì)胞生長［36］。

HIF-1α在腫瘤發(fā)生中起核心作用［37］。HIF-1α調(diào)控VEGF、Ang、EGFR等相關(guān)因子，綜合作用促進腫瘤血管的生長與發(fā)展，進一步促進腫瘤的生長。其次，幾乎所有的酶糖酵解途徑都受HIF-1的控制。大量研究表明，HCC在缺氧時激活HIF通路，使癌細(xì)胞通過糖酵解供能免于凋亡［38-39］。干預(yù)HIF-1α轉(zhuǎn)錄可顯著影響肝癌細(xì)胞的生物學(xué)特征和EMT轉(zhuǎn)化［40］。

HIF不僅可能是原發(fā)性肝癌的預(yù)后預(yù)測因子，也有可能成為治療肝癌的靶點基因［41］。近期，HCC靶向藥物索拉非尼治療與HIF抑制劑聯(lián)合使用已經(jīng)被證明是在體外和體內(nèi)克服索拉非尼耐藥一種新型治療方法［42］。

4 肝移植

各種急慢性肝損傷，發(fā)展到晚期時都可能涉及到是否需要肝移植的問題。缺血再灌注損傷是急性肝損傷的一個主要原因，它也是肝移植成功與否的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，極大地增加了術(shù)后發(fā)病率和死亡率［43］。

HIF激活可能是對缺血再灌注損傷的自適應(yīng)響應(yīng)，在缺血再灌注肝損傷期間具有保護作用［44］。在缺血再灌注損傷急性期穩(wěn)定HIF-1α不僅可以減輕肝臟缺血再灌注損傷，還可以促進移植物再生能力，從而提高初始功能和存活率［45］。有報道，短期抑制PHD1可通過增強核因子κB（NF-κB）的活化來促進細(xì)胞存活，可能是減輕或預(yù)防缺血再灌注肝損傷并促進手術(shù)切除后肝再生的新療法［46］。

另外也有研究發(fā)現(xiàn)，激活mTOR及其下游靶基因p70S6K，激活TLR4，增加HIF-1α，同時降低PHD1活性，導(dǎo)致Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的抑制和促進RORγt+Th17細(xì)胞分化，從而加重了缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的肝臟炎癥［47］。林建國等［48］通過查閱和總結(jié)資料發(fā)現(xiàn)JAK2/STAT3/HIF-1α信號通路對缺血再灌注損傷過程中所發(fā)揮的作用是復(fù)雜的，并不僅僅是單一的保護或損害作用，并提出分階段研究分別給予JAK2/STAT3/HIF-1α通路抑制和激活干預(yù)，可以更好地改善缺血再灌注疾病的預(yù)后和康復(fù)。

根據(jù)以上研究，目前低氧相關(guān)性因子對于缺血再灌注損傷治療過程中的機制可能非單一保護或損害，必須進一步分階段探索，尋求在如肝移植等缺血再灌注損傷過程中，在保護肝臟的情況下進行低氧相關(guān)基因信號傳導(dǎo)的臨床研究。

5 小結(jié)與展望

在各種肝病的動物模型和細(xì)胞實驗中已經(jīng)明確了HIF激活。HIF是目前發(fā)現(xiàn)的最為重要的缺氧誘導(dǎo)因子，HIF激活在各種肝臟疾病中的作用已開始得到闡明。當(dāng)前實驗得到的證據(jù)支持HIF在急性缺血再灌注損傷早期和急性酒精肝損傷中的肝保護功能。在這種情況下，HIF轉(zhuǎn)錄活性可引起細(xì)胞保護，促進血管生成和供給細(xì)胞能量。但是，在慢性病毒性肝炎、肝臟纖維化和缺血再灌注損傷后期，HIF導(dǎo)致慢性肝病期間肝臟脂質(zhì)蓄積、纖維生成和腫瘤進展的病理作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，在急性肝損傷中需要激活HIF，慢性肝病中抑制HIF可以預(yù)防和改善。因此，分階段激活和抑制HIF，可能使患者在各個肝臟疾病階段均受益。

近年來，人們對各種肝病中介導(dǎo)HIF功能的轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)和信號通路的認(rèn)識不斷提高，HIF在不同肝臟疾病甚至同種肝病不同階段的機制會逐漸清晰。從這些研究中獲得的機制將揭示HIF在肝病中的復(fù)雜參與，有望發(fā)展新的治療靶點，并有助于調(diào)節(jié)HIF在肝臟相關(guān)疾病的治療策略的發(fā)展。