缺氧对人视网膜色素上皮细胞G蛋白信号转导调节子5表达的影响及其可能机制

鞘脂类是生物膜的重要组成成分,具有保护细胞内物质的作用。

近年来,随着生物技术的发展以及人类疾病谱的复杂化,人类对鞘脂类的认识不断深入。

现在认为,鞘脂类不仅是生物膜的重要组成成分,同时还在细胞生命活动信号转导中发挥重要作用。

鞘氨醇-1-磷酸 (sphingosine-1-phosphate, S1P) 是近年来发现的具有重要生理功能的生物活性脂类, 广泛存在于血液、淋巴液、红细胞、中性粒细胞、血小板细胞在形成S1P的同时,可经S1P磷酸化酶(S1P phosphorylase)作用脱去磷酸基生成鞘胺醇,也可经S1P裂解酶(S1P lyase, S1PL)不可逆地分解为磷脂酰乙醇胺和棕榈醛,从而保证了人体生理环境中S1P的动态平衡。

S1P既可作为第二信使直接作用于细胞内靶标,也可经转运蛋白转运到细胞外与相应的受体结合[2],激活一系列下游信号通路产生重要生理功能,如细胞的增殖、迁移、存活、凋亡和细胞通讯等,参与免疫调节、造血调控、同种异体移植反应、糖代谢调节和炎症调节[3]等多种生理功能。

近年来,基于S1P信号通路的药物研发已成为自身免疫疾病、肿瘤等相关领域的研究热点。

本文将对S1P信号通路相关的药物研究进展进行归纳和总结,为进一步的新药研发提供参考。

S1P代谢途径及信号通路示意图见图1。

1S1P 信号通路与生理功能由于S1P分布的广泛性和功能的多样性,使其与多种生理和病理过程相关。

所以通过对酶或受体的调节,使疾病部位S1P的浓度发生改变,从而起到治疗和缓解疾病的目的。

在心血管系统中, S1P主要参与血管生长和血管紧张度调节等重要功能,在抑制动脉粥样斑块生长、治疗心肌梗死、调节心肌肥大中发挥重要作用[4]。

有研究发现, S1P可以通过PI3K/Akt信号通路减轻心肌缺血再灌注损伤,具有保护心肌的作用[5];此外, S1P和ERK1/2信号通路对小鼠肥厚心肌缺血再灌注具有缺血后适应保护作用[6];还有研究表明,经S1P处理的原代骨髓间充质干细胞(BM-MSCs)更易内皮化[7],从而促进BM-MSCs更好地修复损伤的心肌细胞,促进BM-MSCs的临床应用。

2023-10-28CATALOGUE 目录•缺氧诱导因子的基本介绍•缺氧诱导因子在生理病理过程中的作用•缺氧诱导因子研究的实验方法与技术•缺氧诱导因子研究的临床应用与前景•总结与展望01缺氧诱导因子的基本介绍缺氧诱导因子的定义缺氧诱导因子（HIF）是一种转录因子，它能够响应细胞缺氧的刺激，并激活一系列与缺氧适应相关的基因表达。

HIF是由α和β两个亚基组成的异二聚体，其中α亚基负责调节HIF的稳定性，β亚基则负责调节HIF的活性。

缺氧诱导因子的作用机制当细胞处于缺氧状态时，HIF的α亚基会被脯氨酸羟化酶羟化，进而被泛素-蛋白酶体系统降解，使得HIF的稳定性降低。

被降解的HIF的α亚基与β亚基分离，然后通过与激活蛋白（HIF-1β/ARNT）重新结合形成具有活性的HIF二聚体。

有活性的HIF二聚体能够进入细胞核，与靶基因的启动子结合，从而激活一系列与缺氧适应相关的基因表达。

HIF的研究起源于20世纪90年代，早期的研究主要集中在低氧条件下HIF 的表达和功能。

随着研究的深入，人们发现HIF在肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等多种疾病中发挥重要作用，因此对HIF的研究逐渐扩展到各种疾病的治疗和预防。

目前，对HIF的研究已经深入到分子机制和基因调控水平，同时也涌现出许多针对HIF的治疗策略，如抑制脯氨酸羟化酶、抑制泛素-蛋白酶体系统等。

缺氧诱导因子的研究历史与现状02缺氧诱导因子在生理病理过程中的作用缺氧诱导因子与呼吸循环系统总结词缺氧诱导因子在呼吸循环系统中具有重要调节作用详细描述缺氧诱导因子（HIF）是一种转录因子，在低氧环境下可诱导多种基因表达，以适应缺氧环境。

在呼吸循环系统中，HIF可调节红细胞生成、血管生成、血压以及心脏功能等。

HIF参与能量代谢的调节并具有重要生物学意义详细描述在能量代谢过程中，HIF可诱导与糖酵解、脂肪酸氧化以及线粒体生物合成等相关的基因表达，以适应缺氧环境下的能量需求。

总结词HIF对免疫系统具有重要影响和生物学意义详细描述HIF不仅参与免疫细胞的激活和分化，还可调节炎症反应以及抗感染能力。

细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控细胞增殖和生长是细胞生物学中常见的现象，是生命体系不断发展的必要条件。

在细胞分裂和生长过程中，涉及到复杂的信号转导通路和多种生物分子的参与调控。

本文将着重介绍细胞增殖和生长的信号转导机制及其调控，包括细胞周期、细胞凋亡、细胞信号转导通路及其调控等方面的内容。

一、细胞生长的信号转导机制在细胞生长中，细胞表面的受体接受到外界的刺激，从而产生了一系列的信号转导通路，促使细胞生长。

最初识别外部刺激的细胞表面受体主要有三种类型：G蛋白偶联受体（GPCRs）、酪氨酸激酶受体和离子通道受体。

GPCRs和酪氨酸激酶受体通过激活二磷酸腺苷（ADP）或三磷酸腺苷（ATP）来媒介细胞内的化学反应，从而激发细胞生长；而离子通道受体直接打开或关闭离子通道，导致电位变化，从而激活细胞内部的生化反应。

细胞上述的外部刺激可激发细胞内的分子机器，如丝氨酸蛋白激酶、蛋白激酶C、蛋白激酶A、蛋白激酶B等，这些分子通过直接催化特定蛋白质的磷酸化、激活细胞质或细胞核中的信号传递通路，继而调节细胞内部的生物化学反应，最终完成细胞的生长和增殖。

二、细胞周期和其调控细胞周期是一系列复杂而又协调的分子事件，由多个连续阶段组成，包括G1、S、G2和M等阶段。

在这一循环过程中，细胞生长、复制DNA、进行分裂孢子形成和分裂。

而细胞周期的关键在于负责其进程的蛋白激酶和细胞因子，在细胞周期进行到某个明确的时期才能够被激活，从而让细胞继续进入下一个特定的阶段。

细胞周期有许多的调控因素，分为内部调控和外部调控。

细胞周期内部调控的主要因素是细胞周期素（Cyclins）和Cyclin依赖性激酶（Cyclin-CDKs），进而调节细胞周期的进展。

而外部调控主要有细胞生长因子，如胰岛素样生长因子（IGF）和表皮生长因子（EGF）等，通过激发到细胞表面受体来促进细胞周期的进展。

此外还包括细胞外基质，细胞体积和紫外线等外界环境条件的影响。

大脑缺氧十分钟即可死亡机体吸入氧，并通过血液运输到达组织，最终被细胞所感受和利用。

因此，缺氧的本质是细胞对低氧状态的一种反应和适应性改变。

当急性严重缺氧时细胞变化以线粒体能量代谢障碍为主（包括组织中毒性缺氧）；慢性轻度缺氧细胞以氧感受器的代偿性调节为主。

代偿性变化1、缺氧时细胞能量代谢变化(1) 无氧酵解增强：当Pa O2 降低时，线粒体周围的P O2 低于0.04 ～0.07kPa 时，氧作为有氧氧化过程的最终的电子接受者出现缺额，线粒体的有氧代谢发生障碍，ATP 生成减少，胞浆内ADP 增加。

胞浆内ADP 增高可使磷酸果糖激酶、糖酵解过程加强，并在一定的程度上可补偿细胞的能量不足，但酸性产物增加。

(2) 利用氧的能力增强：长期慢性和轻度缺氧时，细胞内线粒体数量增多，生物氧化还原酶（如琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶）活性增强和含量增多，使细胞利用氧的能力增强。

2、细胞的氧敏感调节与适应性变化(1) 化学感受器兴奋(2) 血红素蛋白（hemeprotein ）感受调节：血色素蛋白是指含有卟啉环配体的一类蛋白质，如血红蛋白、细胞色素aa3 、P450、含细胞色素b 558 的辅酶Ⅱ（NADPH ）氧化酶等。

感受调节方式有两种：①构象改变当O2 结合于血红素分子中央的Fe2+ ，引起Fe2+ 转位到卟啉环平面上，反之相反。

这种构象的变化可能影响血红素蛋白的功能。

例如：CO 与氧化型细胞色素氧化酶aa 的Fe2+ 结合，使氧化型细胞色素氧化酶失去了传递电子的作用。

②信使分子NADPH 氧化酶可与细胞周围环境中O2 结合，并把O2 转变为O2- ，再生成H2O2 。

H2O2 经过Feton 反应转变为羟自由基（OH- ）进行氧信号的传导。

正常时，细胞内H2O2 浓度相对较高，抑制低氧敏感基因的表达。

低氧时，细胞内H2O2 和OH- 生成减少，还原型谷光甘肽（GSH ）氧化转变成氧化型谷光甘肽（GSSG ）受到抑制，导致某些蛋白巯基还原型增加，从而使一些转录因子的构象发生改变，促进低氧敏感基因的转录表达。

缺氧相关基因缺氧是指细胞或组织在供氧不足的情况下遭受的一种应激状态。

缺氧状态可以产生一系列的生理和病理变化，引发一些基因的表达变化。

下面将介绍一些与缺氧相关的基因。

1. HIF-1α基因：缺氧诱导因子(Hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α)基因是一个与缺氧密切相关的基因。

HIF-1α基因的蛋白质产物HIF-1α激活了一系列与缺氧应答相关的基因，如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、葡萄糖转运蛋白1(glucose transporter-1, GLUT-1)等。

HIF-1α基因的表达水平在缺氧时显著上调，从而促使机体采取相应的应对措施。

2. VEGF基因：VEGF是一种与新血管生成密切相关的细胞因子。

缺氧条件下，HIF-1α激活VEGF基因的表达，促进血管内皮细胞的增殖和迁移，以及血管通透性的增加，从而增加血管形成。

VEGF的表达上调可以提高组织缺氧状态下的氧气供应，改善缺氧损伤。

3. EPO基因：EPO (erythropoietin)基因编码一种促红细胞生成的细胞因子。

在缺氧条件下，HIF-1α激活EPO基因的表达，促进红细胞的生成和释放。

EPO的作用是通过促进红细胞生成，增加血液的氧载体，改善缺氧状况。

4. NOS基因：NOS(nitric oxide synthase)基因编码一类产生一氧化氮的酶。

在缺氧状态下，一氧化氮的生成量会增加。

一氧化氮通过扩张血管、改善血液流动性等方式，调节血液供应，从而改善缺氧状态。

5. HMOX1基因：HMOX1(heme oxygenase 1)基因编码一种可以分解血红蛋白的酶。

在缺氧环境下，HMOX1的表达水平上调，通过降解血红蛋白产生的细胞色素，释放所需的生物效应子，如一氧化氮等，从而保护细胞免受缺氧引起的损伤。

6. SOD2基因：SOD2 (superoxide dismutase 2)基因编码一种抗氧化酶。

第十一章细胞的信号转导一、名词解释1、细胞通讯2、受体3、第一信使4、第二信使5、G 蛋白6、蛋白激酶A二、填空题1、细胞膜表面受体主要有三类即、、和。

2、在细胞的信号转导中，第二信使主要有、、、和。

3、硝酸甘油之所以能治疗心绞痛是因为它在体内能转化为，引起血管，从而减轻的负荷和的需氧量。

三、选择题1、能与胞外信号特异识别和结合，介导胞内信使生成，引起细胞产生效应的是( )。

A、载体蛋白B、通道蛋白C、受体D、配体2、下列不属于第二信使的是（）。

A、cAMPB、cGMPC、DGD、CO3、下列关于信号分子的描述中，不正确的一项是（）。

A、本身不参与催化反应B、本身不具有酶的活性C、能够传递信息D、可作为酶作用的底物4、生长因子是细胞内的（）。

A、结构物质B、能源物质C、信息分子D、酶5、肾上腺素可诱导一些酶将储藏在肝细胞和肌细胞中的糖原水解，第一个被激活的酶是（）。

A、蛋白激酶AB、糖原合成酶C、糖原磷酸化酶D、腺苷酸环化酶6、（）不是细胞表面受体。

A、离子通道B、酶连受体C、G蛋白偶联受体D、核受体7、动物细胞中cAMP的主要生物学功能是活化（）。

A、蛋白激酶CB、蛋白激酶AC、蛋白激酶KD、Ca2+激酶8、在G蛋白中，α亚基的活性状态是（）。

A、与GTP结合，与βγ分离B、与GTP结合，与βγ聚合C、与GDP结合，与βγ分离D、与GDP结合，与βγ聚合9、下面关于受体酪氨酸激酶的说法哪一个是错误的A、是一种生长因子类受体B、受体蛋白只有一次跨膜C、与配体结合后两个受体相互靠近，相互激活D、具有SH2结构域10、在与配体结合后直接行使酶功能的受体是A、生长因子受体B、配体闸门离子通道C、G蛋白偶联受体D、细胞核受体11、硝酸甘油治疗心脏病的原理在于A、激活腺苷酸环化酶，生成cAMPB、激活细胞膜上的GC，生成cGMPC、分解生成NO，生成cGMPD、激活PLC，生成DAG12、霍乱杆菌引起急性腹泻是由于A、G蛋白持续激活B、G蛋白不能被激活C、受体封闭D、蛋白激酶PKC功能异常13下面由cAMP激活的酶是A、PTKB、PKAC、PKCD、PKG14下列物质是第二信使的是A、G蛋白B、NOC、GTPD、PKC15下面关于钙调蛋白（CaM）的说法错误的是A、是Ca2+信号系统中起重要作用B、必须与Ca2+结合才能发挥作用C、能使蛋白磷酸化D、CaM激酶是它的靶酶之一16间接激活或抑制细胞膜表面结合的酶或离子通道的受体是A、生长因子受体B、配体闸门离子通道C、G蛋白偶联受体D、细胞核受体17重症肌无力是由于A、G蛋白功能下降B、蛋白激酶功能异常C、受体数目减少D、受体数目增加18、PIP2分解后生成的何种物质能促使钙离子的释放A、IP3B、DAGC、CaMD、PKC19下面关于PKA的说法错误的是A、它是G蛋白的效应蛋白B、它由4个亚单位组成C、它由cAMP激活D、它可导致蛋白磷酸化四、判断题1、NO作为局部介质可激活靶细胞内可溶性鸟甘酸环化酶。

·８４·困讣压学呼吸系统分册２００３年第２＝｛卷第２期缺氧诱导因子一１信号转导通路的研究进展南华大学附属第三医院呼吸病研究室（衡阳４２１９００）李炽观综述载爱国审校摘要缺氧诱导因子１（ＨＩＦ１）是机体细胞在低氧环境中产牛的一种结合ＤＮＡ蛋山质因子．枉低氧信号转导中起刮一个咀曼的中介作Ⅲ．通过转录水平参与对低氧反应基因的调控，从Ｉｆｉｊ使机体刘低氧刺激作出复朵的病理生理反Ｊ矗。

但其洋细的信号转导通路机制还未完全清楚关键词缺氧诱导因子１；信号转导通路；低氧低氰环境中，机体及细胞对缺氧的反应极其复杂。

细胞适应低氧环境足通过对一些特殊基因的凋甘来文现的，象血管内发细胞生长因子（ＶＥＧＦ）、红细胞生成素（ＥＰ（））和ＨＩＦ一１。

其巾，Ｉ¨Ｆ１足一个蕈要的中介物质。

通过它进而对一系列的低氧反应基凶（ｂｙｐｏｘ［ａｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅｇｅｎｅｓ．ＨＲＧ）进行转录调节．从而产牛·系列的生理适应，如红细胞生成增多．使携氧能力增强；血管再生和重建；糖酵解能力增强．使尤氧条什下ＡＴＰ乍成增多，以满足组织细胞的能星代谢。

但低氧环境下，细胞是通过何种信号转导通路产生Ｈ１Ｆ一１还未完全清楚。

本文就其可能的信号转导通路作一综述。

１缺氧诱导园子－ｌＨＩＦ一１是在缺氧诱导的细胞核抽取物中发现的一种Ｉ）ＮＡ结台挫蜇自质分了，被认为足信号转导通路中晌一个关键成分。

结构分析表明ＨＩＦ１丰要以异源二聚体形式存在。

由分子质量为１２０ｋｕ的ｄ亚基（１１１Ｆ１ｎ）和由９１／９３／９４ｋｉｉ＿种１３亚基（Ｈ１Ｆ—１０）绀成。

在活性的ＨＩＦ一１中。

ＨＩＦ１以双亚基形式和ＩＩｌＦｌ结合位点ＤＮＡ相互作用，进行转求调控。

ＨＩＦ一１“为ＨＩＦｌ所特有，仅在缺氧细胞孩中存存。

常氧环境中，ＨＩＦ—ｌｅｔ的含量甚微，很难检测到．『『『『存低氧环境中．ＨＩＦ一１ａ却大量集聚并转移至细胞核中，此过程称作核转位。

其可能机制是常氧ｒＪ“生的ＨＩＦ一１Ｑ被ｖｏｒｌ—ｈｉｐｐｅｌ—ｌｉｎｄａｕ蛋白结台而被修饰，从而成为Ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ蛋白酶降解的靶ＬＩ标。

缺氧诱导因子研究的进展缺氧诱导因子是一类特殊的转录因子，在细胞内的氧气水平低时它们会被激活，并且会调节许多细胞信号传导通路，从而影响细胞的应对反应。

缺氧诱导因子的研究始于上个世纪90 年代初，目前已经成为细胞生物学、癌症研究等领域的重要研究方向。

本文将通过讨论最新的研究进展以及缺氧诱导因子的潜在应用价值来介绍这一领域的发展。

一、缺氧诱导因子的作用机制缺氧诱导因子是由HIF1 和HIF2 两种亚单位组成的异源二聚体，HIF1 和HIF2 具有相似的结构，但是它们在调节基因表达上的作用略有不同。

缺氧通过抑制溶氧酶和呼吸链酶等酶的活性，从而导致细胞内部氧气水平下降，诱导HIF1 和HIF2 的表达。

HIF1 和HIF2 作为转录因子，可以结合到基因的启动子区域上，调控许多关键基因的表达，从而影响细胞代谢等信号传导通路。

目前已经发现，HIF1 和HIF2 的表达不仅在缺氧情况下被调节，它们也可以通过食物限制、低温、低糖等不同的环境刺激而被激活。

此外，还有一些与氧气相关的因子，如碳酸酐酶IX、乳酸、亚硝酸盐等等，也可以激活HIF1 和HIF2，从而控制细胞生物学过程。

二、新的HIF 赖氨酸修饰机制HIF1 和HIF2 的活性可以通过许多赖氨酸修饰的方式被调节，如乙酰化、葡糖醛酰化、羟基化、甲基化等等。

在最近的研究中又发现了一种新的HIF 赖氨酸修饰机制，即HIF 的氧气依赖性赖氨酸修饰（ODD）区域与PIN1 蛋白的结合。

Pin1 是一种在许多细胞类型中广泛表达的酶，它可以介导对蛋白质的光学异构化作用，从而影响这些蛋白在细胞内的生化反应。

最近的一项研究表明，HIF1α 在ODD 区域中包含一个特定的亮氨酸和赖氨酸酰胺，与Pin1 的结合能够增强HIF1 的活性。

这项发现为新的HIF 调节机制开启了一扇门，同时也为肿瘤治疗提供了新的靶点。

三、HIF 与癌症的关系缺氧和HIF1/2 活性的升高在不同类型的肿瘤中都起到了关键作用。