低氧诱导因子HIF-1
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低氧诱导因子-1α、存活素与脑缺血耐受王红霞;李世英【摘要】预先给动物轻微、短暂而不至于引起神经元死亡的脑缺血刺激,可激发机体产生内源性保护机制,提高脑组织对后续较严重缺血损害的耐受能力,减轻脑组织损害,此现象为脑缺血耐受。
涉及凋亡、热休克蛋白( HSP)、兴奋性氨基酸、腺苷、炎症和氧自由基,以及信号传导通路等的变化。
对缺血耐受进行研究,有助于阐明机体对缺血性损害的内源性保护机制。
低氧诱导因子-1α( HIF-1α)在缺氧状态下可以激活下游目的基因表达相关蛋白,促进机体产生一系列低氧应答反应[1]。
存活素是凋亡抑制蛋白( IAP)家族的重要成员,有抑制细胞凋亡、促进缺血区新生血管形成的重要作用。
现就HIF-1α和survivin在脑缺血耐受中的作用综述如下。
【期刊名称】《临床神经病学杂志》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】2页(P237-238)【作者】王红霞;李世英【作者单位】063000唐山,河北联合大学附属医院神经内一科;063000唐山,河北联合大学附属医院神经内一科【正文语种】中文【中图分类】R743预先给动物轻微、短暂而不至于引起神经元死亡的脑缺血刺激,可激发机体产生内源性保护机制,提高脑组织对后续较严重缺血损害的耐受能力,减轻脑组织损害,此现象为脑缺血耐受。
涉及凋亡、热休克蛋白(HSP)、兴奋性氨基酸、腺苷、炎症和氧自由基,以及信号传导通路等的变化。
对缺血耐受进行研究,有助于阐明机体对缺血性损害的内源性保护机制。
低氧诱导因子-1α(HIF-1α)在缺氧状态下可以激活下游目的基因表达相关蛋白,促进机体产生一系列低氧应答反应[1]。
存活素是凋亡抑制蛋白(IAP)家族的重要成员,有抑制细胞凋亡、促进缺血区新生血管形成的重要作用。
现就HIF-1α和survivin在脑缺血耐受中的作用综述如下。
1 HIF-1α与脑缺血耐受1.1 HIF-1α的生物学特性 HIF-1是由α亚基(HIF-1α)和β亚基(HIF-1β)组成的异源二聚体。
基金项目:四川省科技厅科技计划联合创新专项项目(2022YFS0634-B3);四川省医学会项目(S23016)通信作者:徐晓梅,E-mail:******************.cn 引用本文:范智博,魏绵兴,李胜鸿,等.低氧条件下HIF-1α对骨生理中成骨和破骨的影响[J].西南医科大学学报,2024,47(1):80-86.DOI:10.3969/j.issn.2096-3351.2024.01.016低氧条件下HIF-1α对骨生理中成骨和破骨的影响范智博1,魏绵兴2,李胜鸿1综述徐晓梅1审校1.西南医科大学附属口腔医院正畸科(泸州646000);2.四川大学华西口腔医院唇腭裂外科(成都610041)【摘要】骨的吸收、生成及稳态的维持是建立在成骨和破骨事件基础上的,上述这些过程是由多种因子共同参与调控。
其中缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)作为低氧的标志物,已被证实参与了多种成骨及破骨过程。
各种体内外低氧模型也提供了HIF-1α直接或间接调控成骨及破骨过程的相关证据,但其对成骨及破骨的影响及机制并未得到系统性总结。
所以本文对HIF-1α参与成骨、破骨的调控机制及其所涉及的相关临床事件进行了综述。
总的来说,低氧条件下HIF-1α主要是通过与成骨及破骨相关基因的缺氧反应元件(hy-poxia response element,HRE )结合从而直接参与成骨及破骨过程。
除此之外,HIF-1α还可以通过增强糖酵解从而维持成骨及破骨能量的需求,但与此同时酸化的环境会进一步刺激破骨的产生。
通过文献回顾,我们发现低氧条件下HIF-1α调控的成骨及破骨两种不同事件可能与低氧的持续时间和浓度有着密切联系,而不同氧条件下所导致的糖酵解的酸化程度可能是决定HIF-1α介导成骨和破骨走向的关键因素。
低氧持续时间作为“低氧剂量”的一个组成部分对骨生理反应有着重要影响,同时其激发的HIF 亚型转化这一现象对骨生理的影响也至关重要。
缺氧诱导因子-1在宫颈癌发病机制中的作用缺氧诱导基因所表达的中心调节为缺氧诱导因子-1(HIF-1),HIF-1与肿瘤有密切关系,主要因其表达受多种因素的调节,尤其是缺氧、肿瘤基因等,其可调控多种靶基因的转录,如肿瘤血管生成、糖类代谢等,促进肿瘤的浸润、生长及转移。
近年来,在肿瘤学研究中,HIF-1成为研究的一个热点。
本文将妇科肿瘤——宫颈癌中HIF-1发病机制的作用及其与宫颈癌关系的研究现状作一概述。
[Abstract] Hypoxia inducible gene expression regulation for the center is hypoxia inducible factor-1 (HIF-1),HIF-1 and tumor have a close relationship,mainly because of its expression is regulated by many factors,especially the hypoxia,tumor gene,and HIF-1 can regulate transcription of multiple target genes,such as tumor angiogenesis,carbohydrate metabolism and so on to promote invasion,growth and metastasis of tumor.In recent years,in the research of tumor,HIF-1 become a hot spot of research.This study summarizes the role of HIF-1 pathogenesis and the relationship between HIF-1 and cervical cancer in cervical cancer.[Key words] Hypoxia inducible factor-1;Cervical cancer;Pathogenesis宫颈癌在妇科恶性肿瘤中较为常见。
低氧诱导因子1(HIF—1)与动脉粥样硬化中炎症细胞关系的研究作者:刘敏郗爱旗来源:《医学信息》2016年第04期摘要:迄今为止,动脉粥样硬化(AS)是冠状动脉疾病、颈动脉疾病和外周动脉疾病最常见的潜在原因,其与这些疾病的高发病率和死亡率均有关。
缺氧地区的人都普遍存在动脉粥样硬化病变,并且病变的发展与载脂巨噬细胞的形成有关,该病变同时也增加局部炎症反应和血管再生。
低氧诱导因子1(HIF-1)是缺氧的主要调节因子,它通过启动和促进泡沫细胞的形成、内皮细胞功能障碍、细胞凋亡,增加炎症反应促进血管生成,在动脉粥样硬化的进展中起着关键性作用。
目前较为公认的观点认为,AS是一种炎症性疾病,越来越多的资料也表明炎症在AS中起重要作用。
本文的目的是总结HIF-1与动脉粥样硬化中炎症细胞的关系。
关键词:低氧诱导因子;动脉粥样硬化;血管生成;炎症细胞动脉粥样硬化是一种多因性疾病,近年来,AS的诊断与治疗有了长足进步,但人们对AS 病因学方面的认识仍存在不足[1]。
体内氧平衡的破坏可能会导致动脉粥样硬化。
随着动脉粥样硬化病变的发展,动脉壁会增厚,扩散进入内膜的氧气也会明显减少。
此外,HIF-1会导致动脉粥样硬化多个组成成分的功能障碍,,增加局部的炎症反应和血管生成。
现就炎症和AS 发生过程中炎症细胞及炎症介质作用的研究进展综述如下。
1 缺氧是动脉粥样硬化的重要特征在人类粥样硬化斑块中的巨噬细胞内存在缺氧情况,这证明粥样硬化斑块存在组织缺氧。
组织缺氧可能通过促进脂质堆积,增强炎症反映和血管生成从而促进病变进展。
动脉粥样硬化形成的早期,导致粥样硬化形成的脂蛋白巨噬细胞吞噬后从内膜清除,从而导致泡沫细胞的积聚。
组织缺氧使巨噬细胞中的脂滴形成增加,促进炎症介质的分泌,而脂滴可能发挥介导炎症反应的作用。
一些文章也已经提出,斑块深层的缺氧可以通过激活某些血管生成蛋白质从而诱导血管生成。
2 HIF-1的分子特征HIF-1是一种广泛表达的异质二聚体转录因子。
hif-lα与钙离子关系-回复关于hiflα与钙离子的关系引言:hiflα是一种重要的蛋白质,其在细胞内的调控功能已被广泛研究。
而钙离子也是细胞内的重要信号分子,参与调节细胞的生理过程。
在本文中,我们将详细探讨hiflα与钙离子之间的关系。
我们将从hiflα的结构、功能开始,逐步分析其与钙离子之间的相互作用机制。
希望本文对进一步研究hifl α与钙离子的相互作用以及相关疾病的发生发展有所启示。
第一部分: hiflα的结构与功能hiflα是一种转录因子,具有重要的调控功能。
其全称是hypoxia-inducible factor alpha,意为低氧诱导因子α。
低氧是细胞内的一种重要环境刺激,能够引发一系列细胞应激反应。
hiflα即作为低氧应激的响应物,参与调节细胞的代谢、生长和分化等生理过程。
hiflα分为三个亚型,分别为hif-1α、hif-2α和hif-3α。
其中,hif-1α是目前研究最为广泛的亚型。
hif-1α的结构由一热稳定的基因编码,其含有基因的启动子和转录因子融合域。
hif-1α的表达受多种因素调控,其中包括氧气、钙离子等。
第二部分: hiflα与钙离子之间的相互作用钙离子是细胞内的重要信号分子,参与调节细胞的生理过程。
在低氧应激的情况下,钙离子浓度会发生改变,从而影响hiflα的表达。
研究表明,钙离子浓度的改变与hiflα的表达具有一定的关联性。
钙离子与hiflα的相互作用主要通过Ca2+/calmodulin依赖的蛋白激酶(CaMK)途径实现。
研究发现,Ca2+/calmodulin能够与hif-1α结合,从而改变其稳定性和活性。
具体来说,当细胞内的钙离子浓度升高时,Ca2+/calmodulin会与hif-1α结合,形成hif-1α/Ca2+/calmodulin复合物。
这一复合物能够促进hif-1α的稳定,从而增加其转录活性。
除了Ca2+/calmodulin途径,钙离子还可以通过参与hiflα的翻译调控过程影响其表达。
血红蛋白基因 hif通路
血红蛋白基因(HBB基因)编码了血红蛋白的β-链,它是人体
内氧气运输的关键蛋白质。
HIF通路是指低氧诱导因子(HIF)信号
通路,它在细胞对缺氧环境做出反应时发挥重要作用。
下面我会从
不同角度来解释这两个概念。
首先,让我们来谈谈血红蛋白基因。
血红蛋白基因位于人类染
色体11上,包含了5个外显子和4个内含子。
这个基因编码了β-链,它与α-链一起组成血红蛋白分子,负责运输氧气到人体各个
组织和器官。
HBB基因突变可能导致血红蛋白病,包括镰状细胞性
贫血等遗传性疾病。
接下来,让我们了解一下HIF通路。
低氧诱导因子(HIF)是一
种转录因子,它在细胞感知到低氧环境时被激活。
HIF由HIF-1α
和HIF-1β两个亚基组成,其中HIF-1α的稳定性和活性受氧气水
平的调节。
在低氧条件下,HIF-1α稳定并与HIF-1β形成复合物,进入细胞核调控一系列基因的转录,包括血管生成因子等。
血红蛋白基因和HIF通路在生理和疾病中都起着重要作用。
例如,在缺氧条件下,HIF通路的激活有助于调节血管生成和代谢适
应,而血红蛋白基因的突变可能影响血红蛋白分子的结构和功能,进而影响氧气的输送和释放。
总的来说,血红蛋白基因和HIF通路都是生物医学领域中备受关注的重要研究课题,它们的相关研究有助于我们更好地理解氧气运输和细胞对缺氧环境的应对机制。
希望这些信息能够对你有所帮助。
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。
2005,25(9):3563.[12]Arnold J M,M ok SC,Purdie D,et al.Decreased expres sion of the Id3geneat 1p36.1i n ovarian adenocarcinomas[J].Br J Cancer,2001,84(3):352.[13]Damdi nsuren B,Nagano H,Kondo M,et al.Expression of Id proteins inhuman hepatocellular carci noma:relevance to tumor dedifferentiati on[J].Int.J.Oncol,2005,26(2)319.[14]Gupta GP,Perk J,Acharyya S.ID genes mediate tumor rei nitiati on duri ngbreas t cancer lung metastasis[J ].Proc Natl Acad Sci,2007,104(49):19506.[15]Asirvatham AJ,Care y J P,Chaudhary J.ID1 ,ID2 ,and ID3 regulatedgene expression i n E2A positive or negative prostate cancer cells[J ].Prostate,2007,67(13):1411.[16]Ts uchiya T,Okaji Y,Tsuno N H,et al.Targeti ng Id1and Id3inhibi tsperitoneal metastasis of gas tric cancer [J ].Cancer Sci,2005,96(11):784.[17]Kee Y,Bronner Fraser M.To proliferate or to Id3in cell c ycle progression and survival of neural progenitors[J].Genes Dev,2005,19(6):744.[18]Stighall M,Manetopoulos C,Axelson H,et al.High ID2protein expression correlates with a favourable prognosis i n patients with pri mary breas t cancer and reduces cell ular invasiveness of breast cancer cells [J].Int J Cancer,2005,115(3):403.[19]Vandeputte D A,Troos t D,Leenstra S,et al.Expres sion and distributi onof i d helix loop helix proteins in human astrocytic tumors[J].Glia,2002,38(4):329.(收稿日期:2010-04-16)*通讯作者文章编号:1007-4287(2011)01-0177-03缺氧诱导因子(HIF 1)的结构、调节与靶基因研究进展邢英琦,徐 静,李 琳,江新梅*(吉林大学第一医院神经内科,吉林长春130021)O 2对于所有微生物的生存至关重要,是维持细胞内能量平衡的有氧代谢必不可少的物质。
·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HIF-1α在卵巢癌中作用的研究进展摘要】卵巢癌是一类常见的妇科肿瘤。
由于卵巢癌早期诊断困难,大多数患者确诊后都已经发生了盆腹腔转移,所以卵巢癌死亡率高。
肿瘤细胞增殖旺盛致肿瘤内部缺氧。
缺氧条件可刺激肿瘤细胞内缺氧诱导因子(HIF)过表达,其活性亚基HIF-α是调控肿瘤细胞增殖、浸润和转移的重要转录因子。
本文将就缺氧诱导因子在卵巢癌的发生发展及治疗中发挥的作用作一综述。
【关键词】缺氧;HIF;卵巢癌【中图分类号】R73-3 【文献标识码】A 【文章编号】1007-8231(2016)28-0001-02卵巢癌为妇科三大恶性肿瘤之一,卵巢癌的早期一般无明显症状,目前没有特异性和敏感性很高的诊断指标,因此绝大部分被诊断为卵巢癌的病人均已发展至疾病晚期,且术后容易复发。
近些年卵巢癌发病率每年都在增长,这对于妇女健康和生活质量是一个极大地威胁。
国家癌症研究会的数据统计,50岁前后的卵巢癌的患者,其五年生存率分别是70.6%、40.6%。
目前许多研究者也致力于卵巢癌方面的研究,目前已证实,缺氧可以使机体细胞产生相应的应激反应,并通过缺氧诱导因子影响肿瘤发生发展。
1.缺氧诱导因子HIF的概述早在20多年前Semenz和Wang两位科学家将肝癌细胞进行低氧处理,并在其细胞核提取物中首次发现了缺氧诱导因子(HIF-1)。
目前缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α) 被确认为是一种在缺氧刺激下哺乳动物和人体内普遍存在的转录因子[1]。
HIF-1是由α和β两个亚基构成的异二聚体复合物。
后者主要存在于细胞核,不受氧浓度影响;而前者通常存在于细浆内,具有氧浓度依赖性。
在正常的氧条件下,HIF-lα不稳定,半衰期小于5min。
可是它在缺氧时表达稳定,并且可以从胞质进入到胞核来启动靶基因的转录。
目前已明确,HIF-1α蛋白由4个功能结构域组成,分别为 bHLH结构域、参与二聚体形成以及与 DNA结合(PAS)的结构域、氧依赖降解结构域(ODD),以及两个转录活化所需的反式激活结构域(N-TAD, C-TAD)[2]。
西部医学2008年7月第20卷第4期MedJwestChina,July2008,V01.20,No.4圈l大鼠肺组织总蛋白SDS—PAGE1、2、3、4、5泳道分别为N、HO、C3.0、C5.0组、阳性对照肺组织组,HlF一1a分子量为125kDaFlg.11.0taIIungproteinseparatedwithSDS.PAGE图2大鼠肺组织HIF—la蛋白westembloting分析Fig.2ExpressionofHIF—lawithWestembtoting3讨论3.1低氧习服对模拟高原低氧大鼠肺组织病理结构的影响高原肺水肿的发病机制至今不清,主要原因在于直到目前为止尚未建立起肯定的低氧性肺泡性肺水肿动物模型。
以往主要采用生理、生化等指标进行检测,而更具客观依据的形态学资料较少[3]。
病理学将肺水肿分为间质性和肺泡性肺水肿两种类型,后者是更为严重的阶段。
本研究光镜显示急性低氧组出现肺间质充血、肺泡隔增宽等间质性肺水肿表现,偶可见肺泡性肺水肿。
透射电镜发现动物在模拟海拔6000m高原低氧环境24小时后,肺组织超微结构出现肺泡隔明显增宽、毛细血管充血等间质性肺水肿表现,Ⅱ型肺泡细胞数量明显减少,细胞内嗜锇性板层颗粒明显减少,而典型的肺泡性肺水肿则较为少见H]。
大量的动物种属包括鼠、兔、羊、狗和白鼬中,形成典型肺泡性HAPE模型的实验均未真正成功。
但动物的低氧实验过程中,动物实际上发生了间质性肺水肿[5]。
目前,临床诊断的HAPE均为典型的肺泡性肺水肿患者,发生间质性肺水肿的患者很难得到临床诊断。
而高原缺氧引起呼吸困难、咳嗽、血氧降低等常见症状体征往往为人们所忽视,而此时往往是间质性肺水肿阶段。
如果将两种类型的肺水肿合计起来的话,则HAPE的实际发生率将大大超过文献报道。
最近,George等对262位健康登山人群一项I临床研究证实发生于人类的HAPE,也多为间质性,肺泡性肺水肿发生率较低[6]。
HIF-1α在肝癌组织中的表达及临床意义目的:探讨HIF-1α在肝癌组织中的表达及临床意义。
方法:采用免疫化学SABC染色检测HIF-1α表达情况。
结果:HIF-1α在肝癌组织中的表达明显高于癌旁组织及正常肝组织。
结论:HIF-1α的表达与肝癌的发生发展有关。
标签:HIF-1α;肝癌组织在实体瘤的恶性增殖过程中普遍存在缺血缺氧现象,缺氧状态下,细胞内缺氧反应基因转录和表达发生改变,从而对缺氧作出应激反应,使细胞、组织和机体产生一系列适应性反应以维持供氧的平衡。
肿瘤细胞的低氧适应主要由HIF-1α(Hypoxia-inducible factor 1α)介导,肿瘤内低氧可导致HIF-1α过表达,并涉及肿瘤细胞的代谢适应、凋亡抵抗、血管生成和侵袭与转移相关的基因表达[1]。
本文主要探讨HIF-1α在肝癌、肝癌旁组织及正常肝组织中的表达及临床意义。
1 资料与方法1.1一般资料30例肝癌患者肝组织及癌旁组织、10例正常对照肝组织标本。
30例肝癌患者为2007年2月~2009年1月间住院患者,术后均经病理证实为肝细胞癌。
其中男性18例、女性12例,年龄34~72岁,平均年龄46岁,10例正常肝组织为肝血管瘤和肝囊肿周围的正常肝组织。
1.2 试剂和方法兔抗人HIF-1α抗体购自美国Santa Cruz公司(工作浓度1∶100),免疫组化试剂盒、DAB显色试剂盒均购自北京中山生物技术有限公司。
采用免疫化学SABC染色检测HIF-1α表达情况。
分别用PBS代替一抗作为阴性对照,用已知阳性组织切片作为阳性对照。
1.3 免疫组化结果判断[2]HIF-1α阳性染色定位于肝细胞浆,肝细胞核中亦有少量表达,呈棕黄色或棕褐色颗粒,表达水平采用染色强度评分与阳性细胞百分率评分的积分表示,每张切片选取5个高倍视野计数阳性细胞数和计数细胞总数,阳性细胞数/计数细胞总数x100%为阳性细胞百分率。
阳性细胞百分率分0~3级:阳性细胞百分率≤5%为0分;阳性细胞百分率达6%~25%为1分;阳性细胞百分率达26%~50%为2分;阳性细胞百分率>50%为3分。
生物技术进展2019年㊀第9卷㊀第4期㊀332~340CurrentBiotechnology㊀ISSN2095 ̄2341进展评述Reviews㊀收稿日期:2019 ̄03 ̄18ꎻ接受日期:2019 ̄04 ̄24㊀作者简介:闫东科ꎬ助教ꎬ研究方向为生物化学与分子生物学ꎮE ̄mail:983069525@qq.comꎮ∗通信作者:闫东科与吕平为共同通信作者ꎮ吕平ꎬ教授ꎬ研究方向为生物技术ꎮE ̄mail:Bestman_0429@163.com低氧诱导因子及其抑制剂研究进展闫东科∗ꎬ㊀吕㊀平∗天津职业大学生物与环境工程学院食品生物技术系ꎬ天津300350摘㊀要:低氧(hypoxia)是生物体内常见的生理和病理现象ꎬ也是常见的实体肿瘤微环境ꎮ人和其他哺乳动物体内存在一系列应对缺氧胁迫的调节机制ꎬ而低氧诱导因子(hypoxia ̄induciblefactorsꎬHIFs)是这些调节机制中的关键调控因子ꎬ是一类参与细胞缺氧应答反应的转录因子家族ꎮ大量研究表明ꎬHIFs与生物体的生长㊁发育㊁血管生成㊁红细胞生成㊁细胞代谢和自噬以及肿瘤的发生㊁发展㊁转移侵袭㊁放化疗抗性和癌症患者的不良预后等密切相关ꎮ因此ꎬ进一步加强HIFs及其抑制剂的相关研究对于肿瘤的认识与治疗具有重要意义ꎮ从HIFs的蛋白质结构㊁稳定性调控㊁转录激活调控及其靶向抑制剂的研究进展等方面进行综述ꎬ以期为靶向HIFs的肿瘤治疗提供新线索ꎬ为新型HIFs抑制剂的研究与开发提供参考ꎮ关键词:低氧诱导因子ꎻ稳定性调控ꎻ转录活性ꎻ靶向抑制剂ꎻ肿瘤治疗DOI:10.19586/j.2095 ̄2341.2019.0027ProgressonHypoxia ̄inducibleFactoranditsInhibitorsYANDongke∗ꎬLYUPing∗DepartmentofFoodBiotechnologyꎬSchoolofBiologicalandEnvironmentalEngineeringꎬTianjinVocationalInstituteꎬTianjin300350ꎬChinaAbstract:Hypoxiaisacommonphysiologicalandpathologicalphenomenoninvivoandacommonmicroenvironmentofsolidtumors.Thereareaseriesofregulationmechanismsinhumansandothermammalstodealwithhypoxiastress.Andhypoxia ̄induciblefactors(HIFs)arethekeyregulatorsoftheseregulationmechanismsꎬandtheyareafamilyoftranscriptionfactorsinvolvedincellularhypoxiaresponse.ExtensivestudieshaveshownthatHIFsarecloselyrelatedtogrowthanddevelopmentoforganismsꎬangiogenesisꎬerythropoiesisꎬcellmetabolismandautophagyꎬandoccurrenceꎬdevelopmentꎬmetastasisandinvasionꎬradiochemotherapyresistanceoftumoraswellaspoorprognosisofcancerpatients.ThereforeꎬitisofgreatsignificancetofurtherstrengthentheresearchonHIFsandtheirinhibitorsfortheunderstandingandtreatmentoftumors.TheprogressofproteinstructureꎬstabilityregulationꎬtranscriptionalactivationregulationandtargetedinhibitorsofHIFswasreviewedꎬinordertoprovidenewinsightsinHIFstargetedtumortherapyandofferreferencesfortheresearchanddevelopmentofnewHIFsinhibitors.Keywords:HIFsꎻstabilityregulationꎻtranscriptionalactivityꎻtargetedinhibitorꎻtumortherapy㊀㊀低氧是生物体内常见的生理和病理现象ꎬ常发生于早期胚胎发育㊁肿瘤形成㊁急慢性血管疾病和慢性阻塞性肺病等ꎮ为了应对低氧胁迫ꎬ生物体内存在一系列调节机制ꎬ而在这些调节途径中ꎬHIFs是最主要的一类介导低氧适应性应答反应的转录因子家族ꎮHIFs调控的靶基因产物涉及红细胞生成㊁血管生成以及细胞的增殖㊁代谢和凋亡等多个方面ꎬ因而在人和哺乳动物的低氧适应生理性应答反应中发挥着重要作用ꎻ而HIFs在机体的低氧适应病理性应答反应中的作用更值得关注ꎬ如HIFs可调控肿瘤细胞的代谢重编程㊁抑制肿瘤细胞凋亡㊁诱导自噬促进肿瘤细胞存活ꎬ并与新生血管生成㊁上皮间质转化(epithelial ̄mesenchymaltransitionꎬEMT)㊁转移侵袭㊁放化疗抗性㊁pH稳态㊁自分泌㊁肿瘤干细胞(tumorstemcellꎬCSC)维持和肿瘤预后等密切相关ꎬ从而起到促进肿瘤发生发展的作用[1~4]ꎮ因此ꎬ加强HIFs生物学功能与特性及其. All Rights Reserved.作用调控机制的研究ꎬ是开发新型抗癌药物的关键ꎮ本文将从HIFs的蛋白质结构㊁稳定性调控㊁转录激活调控及其靶向抑制剂的研究进展等方面进行综述ꎬ以期为靶向HIFs的肿瘤治疗提供新线索ꎬ为新型HIFs抑制剂的研究与开发提供参考ꎮ1㊀HIFs蛋白质结构人和其他哺乳动物体内共存在3种HIFs家族成员ꎬ即HIF ̄1㊁HIF ̄2和HIF ̄3ꎬ三者均为由受氧气浓度调控的HIF ̄α亚基(HIF ̄1α㊁HIF ̄2α和HIF ̄3α)和组成型表达的HIF ̄1β亚基(又称芳香烃受体核转运蛋白ꎬarylhydrocarbonreceptornucleartranslocatorꎬARNT)组成的异源二聚体ꎮ3种HIF ̄α亚基(HIF ̄αs)和HIF ̄1β亚基的N端均含有碱性螺旋-环-螺旋(basichelix ̄loop ̄helixꎬbHLH)结构域㊁PAS(Per/ARNT/Sim) ̄A和PAS ̄B结构域(图1)ꎬ其中ꎬbHLH ̄PAS结构域介导HIFs的异源二聚化以及HIFs与靶基因增强子或启动子上的低氧应答元件(hypoxiaresponseele ̄mentꎬHREꎬ5ᶄ ̄A/GCGTG ̄3ᶄ)结合[5]ꎮHIF ̄1α和HIF ̄2α亚基的C端含有氧依赖的降解结构域(oxygen ̄dependentdegradationdomainꎬODD)和2个转录激活结构域N ̄TAD和C ̄TAD(N/C ̄terminalactivationdomain)ꎮHIF ̄3α亚基的C端含有ODD结构域和N ̄TAD结构域ꎬ但缺少C ̄TAD结构域(图1)ꎮODD结构域中的LAPYIXMD基序在HIF ̄αs与肿瘤抑制蛋白VHL(vonHippel ̄LindautumorsuppressorproteinꎬpVHL)的结合中起关键作用[6]ꎻN ̄TAD结构域在HIF ̄αs的靶基因调控特异性中起主导作用ꎻC ̄TAD结构域具有富集辅助因子p300/CBP形成转录激活复合物的作用[7]ꎮ此外ꎬHIF ̄1α和HIF ̄2α亚基的C端存在双向核定位信号(nuclearlocalizationsignalꎬNLS)ꎬ以确保二者定位于细胞核[8]ꎻHIF ̄3α亚基的C端存在2段功能上冗余的NLSꎬ且第一段NLS的核定位功能强于第二段[9]ꎮHIF ̄3α亚基由于选择性剪接㊁转录启动子不同和翻译起始密码子位点不同等原因ꎬ存在多种剪接变异体[10]ꎮ如人源HIF ̄3α(hHIF ̄3α)有8种剪接变异体[11]ꎬ其中全长的hHIF ̄3α1含有亮氨酸拉链(leucinezipperꎬLZIP)基序和存在LA ̄PYIXMD基序的ODD结构域(图1)ꎻ而hHIF ̄3α4剪接体仅含有bHLH ̄PAS结构域(图1)ꎬ且对HIF ̄1α和HIF ̄2α具有负调控作用[12]ꎮHIFs除了通过与靶基因上的HRE直接结合激活转录ꎬ还可通过干扰其他转录因子(如Myc㊁p53和Notch等)的活性间接影响基因表达[13]ꎮ如HIF ̄1和HIF ̄2竞争性地与Notch受体的胞内结构域(NotchintracellulardomainꎬNICD)相互作用ꎬ当HIF ̄2α与NICD相互作用时ꎬ将抑制Notch信号通路的活性ꎬ而低氧对胶质瘤干细胞(gliomastemcellsꎬGSC)的增殖和自我更新等的促进作用是通过激活Notch信号通路实现的ꎻ与此相反ꎬ当HIF ̄1α与NICD相互作用时ꎬ将活化Notch信号通路ꎬ增加低氧时Notch靶基因的表达ꎬ促进GSC的增殖[14]ꎮ2㊀HIFs的稳定性调控2.1㊀氧依赖稳定性调控机制HIFs作为细胞内氧动态平衡的感受器ꎬHIF ̄αs亚基的稳定性受到氧浓度的严格监控ꎬ氧浓度图1㊀HIF ̄αs㊁HIF ̄1β㊁hHIF ̄3α1和hHIF ̄3α4的结构Fig.1㊀StructuresofHIF ̄αsꎬHIF ̄1βꎬhHIF ̄3α1andhHIF ̄3α4.注:ID:抑制结构域(inhibitotydomain)ꎮ333闫东科ꎬ等:低氧诱导因子及其抑制剂研究进展. All Rights Reserved.的变化可引起HIF ̄αs亚基蛋白质水平的改变ꎬ这种氧依赖的稳定性调控机制以O2/PHDs/pVHL降解途径较为经典ꎮ常氧时ꎬ由pVHL㊁延伸蛋白ElonginB和ElonginC等组成的E3泛素连接酶复合物催化HIF ̄1/2α亚基中的Lys残基发生多聚泛素化修饰ꎬ而后由26S蛋白酶体降解ꎬ其中pVHL直接与HIF ̄1/2α亚基结合ꎮ在多聚泛素化修饰发生前ꎬHIF ̄1/2α亚基ODD结构域中特异的Pro残基[15] (如HIF ̄1α中的P402和P564残基ꎬHIF ̄2α中的P405和P531残基)被以O2㊁α ̄酮戊二酸为底物ꎬ以Fe2+㊁抗坏血酸盐为辅酶的脯氨酸羟化酶(prolylhydroxylasedomainproteinsꎬPHDs)羟基化ꎮ羟基化修饰作用促进HIF ̄1/2α亚基与pVHL的结合ꎮ该降解途径称为O2/PHDs/pVHL途径(图2)ꎮPHD是该途径的关键限速酶ꎬ在哺乳动物体内存在4种PHDꎬ即PHD1~4ꎬ其中PHD2主要负责调节HIF ̄1α的降解ꎬPHD1和PHD3主要负责调节HIF ̄2α的降解[16]ꎮDuan[6]在对脊椎动物中HIF ̄αs亚基的氨基酸序列同源性进行分析时发现ꎬhHIF ̄3α1中的P406/P492/L502残基和斑马鱼HIF ̄3α1中的P393/P493/L503残基均对应于hHIF ̄1α亚基中被PHD羟基化的氨基酸位点和与pVHL结合的氨基酸位点ꎮ上述氨基酸残基突变后可提高相应HIF ̄3α1蛋白的稳定性ꎮ推测全长HIF ̄3α亚基及包含有ODD结构域的HIF ̄3α剪接体也可经O2/PHDs/pVHL途径降解ꎮ图2㊀HIF ̄α亚基的O2/PHDs/pVHL降解途径Fig.2㊀DegradationpathwayofHIF ̄αbyO2/PHDs/pVHL.㊀㊀低氧时ꎬ细胞内琥珀酸㊁延胡索酸㊁活性氧(reactiveoxygenspeciesꎬROS)等的积累以及CoCl2㊁二甲基乙二酰基甘氨酸(dimethyloxalylg ̄lycineꎬDMOG)㊁铁离子螯合剂等化学物质均可抑制PHD的羟基化活性ꎬ从而阻断O2/PHDs/pVHL降解途径ꎬ使HIFs得以稳定ꎮ其中ꎬDMOG为α ̄酮戊二酸的结构类似物ꎬ是PHD的竞争性抑制剂[17]ꎻ而PHD的催化中心含有Fe2+ꎬ所以铁离子螯合剂也可抑制其活性ꎮ2.2㊀非氧依赖稳定性调控机制近年来的研究表明ꎬHIF ̄α亚基的稳定性除受上述经典氧依赖降解途径的调控外ꎬ还受到非氧依赖机制的调控ꎮHIF ̄αs亚基的非氧依赖稳定性调控机制以分子伴侣介导的自噬(chaperone ̄mediatedautoph ̄agyꎬCMA)使HIF ̄1α亚基在溶酶体中被降解为代表ꎮCMA是一种选择性自噬ꎬ负责降解胞质中近30%的因氧化损伤的可溶性蛋白质ꎬ这些蛋白质均含有KFERQ样五肽基序[18]ꎮ在CMA介导的溶酶体降解HIF ̄1α亚基的途径中ꎬ分子伴侣HSPA8/HSC70通过识别HIF ̄1α中的KFERQ样基序与其结合ꎬ在使HIF ̄1α亚基肽链伸展后将其转运至CMA受体-溶酶体相关膜蛋白2A(lysoso ̄mal ̄associatedmembraneprotein2AꎬLAMP2A)处ꎬ433生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.LAMP2A介导HIF ̄1α亚基转位进入溶酶体腔ꎬ最终被溶酶体中的酸性蛋白酶系降解[19](图3)ꎮHIF ̄1α亚基的这种稳定性调控机制是非氧依赖的ꎬ其中组成型热休克蛋白70(heatshockcognate70ꎬHSC70)和LAMP2A是该机制中的核心组分ꎮ当利用质子泵抑制剂巴伐洛霉素抑制溶酶体膜上的质子泵V ̄ATPase或利用弱碱化合物氯喹中和溶酶体中的酸性环境时ꎬ均可升高HIF ̄1α亚基的活性和蛋白质水平ꎮ而当过表达促进溶酶体发生的转录因子TFEB或利用强心苷类化合物地高辛激活CMA以及血清饥饿或葡萄糖饥饿时ꎬ均导致HIF ̄1α亚基的活性和蛋白质水平降低[19] (图3)ꎮ图3㊀由CMA介导的溶酶体途径降解HIF ̄1αFig.3㊀DegradationofHIF ̄1αthroughlysosomalpathwaymediatedbyCMA.CHIP/STUB1(carboxyterminusofHsp70in ̄teractingprotein)是HIF ̄1α亚基与HSC70㊁LAMP2A结合所必需的ꎮSTUB1既具有分子伴侣结合活性又具有E3泛素连接酶活性ꎬ其N端含有3个三十四肽重复(tetratricopeptiderepeatꎬTPR)结构域ꎬC端含有U ̄box结构域ꎬTPR结构域通过与胞质中的分子伴侣(HSPA8和HSPA4)相互作用使STUB1起到辅助分子伴侣活性ꎬU ̄box结构域起到的是E3泛素连接酶活性ꎬ这2种活性均为HIF ̄1α和LAMP2A结合所必需的[20]ꎮ另外ꎬ在长期低氧情况下ꎬ热休克蛋白70(heatshockprotein70ꎬHSP70)也可通过招募STUB1选择性促进HIF ̄1α亚基被多聚泛素化修饰后由蛋白酶体降解ꎬ这说明STUB1在HIF ̄1α亚基的降解机制选择(CMA介导的溶酶体降解ꎬ多聚泛素化修饰后蛋白酶体降解)中起到关键作用ꎮ值得注意的是ꎬ虽然HSP70和HSC70在氨基酸序列上具有86%的相似性[21]ꎬ但二者与HIF ̄1α相互作用时的分子机制不同ꎬ事实上ꎬHIF ̄1α的N端与HSC70的C端结合ꎬ而HIF ̄1α的C端与HSP70的N端结合[19]ꎮHIF ̄1α亚基还受到其他非氧依赖机制的调控ꎮ如Adam等[22]在乳腺癌细胞系MCF ̄7中发现一种E3泛素连接酶SIAH1/2(seven ̄in ̄absentiahomolog1/2)以不受O2水平影响的方式通过降低自身底物PHD3的稳定性ꎬ维持HIF ̄1α亚基的水平ꎬ促进乳腺癌细胞的转移和侵袭ꎮ研究人员在人脑胶质瘤细胞系U251中也观察到ꎬ低氧时SI ̄AH1使PHD3稳定性下降ꎬHIF ̄1α不被降解ꎬ从而促进胶质瘤细胞的转移㊁侵袭[23]ꎮ此外ꎬ活化的蛋白激酶C1受体RACK1㊁精脒/精胺N1 ̄乙酰转移酶SSAT1㊁钙调磷酸酶(calcineurin)㊁低氧相关因子(hypoxia ̄associatedfactorꎬHAF)㊁分化型胚胎软骨发育基因SHARP1和HSP70/CHIP(carboxyterminusofHsp70interactingprotein)也以非氧依赖的方式调节HIF ̄1α亚基的蛋白酶体降解[19]ꎮ3㊀HIFs的转录激活调控HIFs作为转录因子调控人和哺乳动物体内数百种靶基因的表达ꎬ涉及红细胞生成㊁血管生成以及细胞的代谢㊁凋亡㊁迁移和自噬等众多生理过程ꎬ而这些生理过程与肿瘤的发生发展联系紧密ꎮ如自噬在肿瘤发展中具有维持癌变的作用ꎬ而HIF ̄1α可通过诱导BNIP3表达介导肿瘤细胞的自噬过程[7]ꎻHIF ̄1α还能激活多药耐药基因MDR1(multidrugresistancegene1)的表达ꎬMDR1编码一种跨膜P ̄糖蛋白(P ̄glycoproteinꎬPgp)ꎬ从而将化疗药物泵出肿瘤细胞ꎬ使肿瘤细胞具有化疗抗性ꎻHIF ̄2α可通过减少放疗产生的ROS促进肿瘤细胞存活ꎮHIF ̄αs亚基转录活性的调控常通过羟基化㊁磷酸化㊁去乙酰化修饰等来实现ꎬ这些修饰作用通过533闫东科ꎬ等:低氧诱导因子及其抑制剂研究进展. All Rights Reserved.影响HIF ̄αs亚基对p300/CBP的亲和力㊁与HIF ̄1β亚基的二聚化㊁与pVHL的相互作用ꎬ对HIFs的转录激活功能起到正向或负向的调控作用ꎮ3.1㊀羟基化HIF ̄1α和HIF ̄2α亚基的转录活性受到一种天冬氨酸羟化酶(又称HIF ̄1α抑制因子ꎬfactor ̄inhibitingHIF ̄1αꎬFIH ̄1)的调控ꎬFIH ̄1的催化功能与PHDs类似ꎬ是O2㊁α ̄酮戊二酸和Fe2+依赖的ꎮ常氧时ꎬFIH ̄1可分别羟基化hHIF ̄1α亚基C ̄TAD结构域中的Asn803残基和hHIF ̄2α亚基C ̄TAD结构域中的Asn851残基[7](图4A)ꎬ阻断HIF ̄1/2α与p300/CBP的结合ꎬ从而抑制HIF ̄1和HIF ̄2的转录激活功能ꎻ而HIF ̄3α亚基由于缺少C ̄TAD结构域ꎬFIH ̄1无法通过羟基化修饰调节其转录活性ꎮ缺氧或有CoCl2㊁DMOG㊁铁离子螯合剂等存在时ꎬFIH ̄1活性被抑制ꎬ未发生羟基化修饰的HIF ̄1/2α和HIF ̄1β亚基成功富集p300/CBPꎬ从而激活靶基因转录(图4B)ꎮ图4㊀HIF ̄1/2的转录激活调控Fig.4㊀RegulationoftranscriptionalactivationofHIF ̄1/2.3.2㊀磷酸化促分裂原活化蛋白激酶(mitogen ̄activatedproteinkinaseꎬMAPK)途径中的有丝分裂原蛋白激酶p42/p44对HIF ̄1α亚基Thr796残基和HIF ̄2α亚基Thr844残基的磷酸化可增强C ̄TAD结构域与CBP/p300的相互作用ꎬ使HIF ̄1和HIF ̄2的转录活性明显上调ꎮp42/p44还可通过磷酸化HIF ̄1α亚基S641和S643残基抑制HIF ̄1α与出核蛋白CRM1的相互作用ꎬ促进HIF ̄1α在细胞核中的积累[24]ꎬ从而提高HIF ̄1的蛋白质水平ꎮ而酪蛋白激酶1(caseinkinase1ꎬCK1)对HIF ̄1α亚基PAS ̄B结构域中的Ser247残基的磷酸化作用可抑制HIF ̄1α与HIF ̄1β亚基的结合ꎬ减少HIF ̄1α靶基因的表达[7]ꎮ3.3㊀去乙酰化目前ꎬNAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶Sirtuins1(Sirt1)对HIF ̄1α亚基活性的调控尚无定论[25]ꎮ起初ꎬ研究发现Sirt1特异性对HIF ̄2α亚基起到去乙酰化作用ꎬ从而增强其转录活性ꎬ而对HIF ̄1α亚基没有作用ꎮ后来ꎬ有研究表明ꎬ常氧时ꎬSirt1通过去除HIF ̄1α亚基Lys674残基上的乙酰基阻碍其对p300的富集ꎬ从而抑制HIF ̄1α亚基的转录活性[26]ꎻ低氧时ꎬ细胞内氧化还原反应产生的NAD+减少ꎬSirt1去乙酰化酶活性降低ꎬ解除了对HIF ̄1α的抑制作用ꎬ而HIF ̄1α亚基Lys674残基上的乙酰化修饰由p300/CBP相关因子(p300/CBP ̄associatedfactorꎬPCAF)负责催化ꎬPCAF具有拮抗Sirt1去乙酰化酶活性的能力[27]ꎮ再后来研究发现ꎬ肝癌细胞系(hepatocellularcar ̄cinomaꎬHCC)中的Sirt1可促进HIF ̄1α亚基的积累并对其转录活性起到正向调控作用[28]ꎮ此外ꎬ低氧环境对Sirt1活性的影响也不明确ꎮ一种机制认为ꎬ低氧时ꎬ细胞内的NAD+减少ꎬ抑制了Sirt1的活性ꎻ另一种机制认为ꎬ低氧使Sirt1的表达以一种低氧诱导因子依赖性的方式上升ꎮ3.4㊀其他调控机制除上述3种修饰作用可调控HIF ̄αs亚基转录活性外ꎬ还有其他机制也可调控HIFs的转录活633生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.性ꎮ如哺乳动物Sirt家族(Sirt1~7)中的另一成员Sirt7通过分别与HIF ̄1α和HIF ̄2α亚基间的相互作用(这种相互作用被认为是直接的物理作用)ꎬ可在蛋白质水平上对二者起到非氧依赖的负调控作用[29]ꎮSirt7起到的这种使HIF ̄1α和HIF ̄2α降解的调控作用ꎬ具体机制尚不清楚ꎬ但这一过程不需要Sirt7发挥去乙酰化酶活性ꎬ也不需要O2/PHDs/pVHL降解途径中的Pro残基被羟基化修饰ꎬ同时也没有蛋白酶体和溶酶体的参与ꎮ抑癌基因p53对HIF ̄1α亚基活性也具有调控作用ꎬ主要取决于缺氧的程度和持续时间[30]ꎮ常氧时ꎬp53和HIF ̄1α的蛋白质水平较低ꎻ轻度缺氧时ꎬp53处于失活状态ꎬ而HIF ̄1α开始积累并保持在一定水平ꎬ同时激活抑癌基因p21的表达ꎬ从而引发短暂的细胞周期停滞和细胞低氧适应ꎻ中度缺氧时ꎬHIF ̄1α亚基的表达水平进一步升高ꎬ使p21持续表达引发细胞衰老ꎻ严重缺氧时ꎬp53开始逐渐积累并和HIF ̄1α竞争性地与p300结合ꎬ从而减弱HIF ̄1的转录活性ꎬ同时p53减轻抗凋亡基因(如miR ̄17 ̄92)对促凋亡基因(如BIM)的抑制作用ꎬ引发细胞凋亡ꎻ极端缺氧时ꎬp53导致HIF ̄1α经O2/PHDs/pVHL途径降解ꎬ同时促进细胞凋亡ꎮ此外ꎬCSC中的HIF ̄1α和HIF ̄2α亚基活性还受到磷脂酰肌醇3 ̄激酶信号途径(PI3K ̄AKT途径)的调节ꎮ该途径通过对HIF ̄1α亚基的正向调控激活CSC存活相关基因(如糖酵解酶类基因)ꎬ同时抑制抑癌基因p53的活性ꎬ从而促进CSC的存活ꎻ该途径还可通过激活HIF ̄2α亚基提高其下游CSC干性相关基因Oct ̄4㊁Sox ̄2等的表达水平ꎬ促进CSC的干性维持[31]ꎮ4㊀HIFs抑制剂目前ꎬ已将HIFs抑制剂作为靶向抗癌药物的重要研究内容ꎬ大多数HIFs抑制剂的靶向目标为HIF ̄1α和HIF ̄2αꎬ尚未开发出针对HIF ̄3α的特异性抑制剂[6]ꎮ4.1㊀影响HIF ̄αmRNA或HIF ̄α蛋白合成的抑制剂人工合成的反义寡脱氧核苷酸EZN ̄2968含有16个与hHIF ̄1αmRNA100%互补的核苷酸残基ꎬ其可以剂量依赖性方式下调hHIF ̄1α亚基的表达ꎬ且在浓度为5nmol/L时具有完全抑制活性ꎮEZN ̄2968与HIF ̄2αmRNA具有3个碱基对错配ꎬ故对HIF ̄2α亚基的抑制作用较弱ꎮ针对EZN ̄2968的Ⅰ期临床试验肿瘤活检结果表明ꎬEZN ̄2968降低了HIF ̄1α亚基和靶基因的mRNA水平[32]ꎮmicroRNAs(miRNAs)可通过与HIF ̄αmRNA的相互作用来调控HIF ̄α的合成ꎮ如miR ̄145[33]和miR ̄558[34]通过碱基互补配对原则分别与HIF ̄2αmRNA的3ᶄ端非编码区和5ᶄ端非编码区结合来抑制其转录翻译过程ꎮHutt等[35]在HCC细胞中发现组蛋白去乙酰化酶抑制剂(histonedeacetylasesinhibitorsꎬHDACis)伏立诺他能通过抑制HDAC9以一种eIF3G(真核翻译起始因子ꎬeukaryotictranslationinitiationfactor)依赖的翻译机制降低HIF ̄1α亚基的蛋白质水平ꎮ伏立诺他和另一种HDACis罗米地辛已被美国FDA批准用于治疗皮肤T细胞淋巴癌ꎮ喜树碱的半合成类似物拓扑替康(topotecanꎬTPT)是拓扑异构酶Ⅰ(topoisomeraseIꎬTopI)的抑制剂ꎬ可在翻译水平上抑制HIF ̄1α亚基的产生ꎬ喜树碱类药物可用于小细胞肺癌和卵巢癌等的临床治疗[36]ꎮ雌激素代谢物2 ̄甲氧基雌二醇(2 ̄Methoxyestradiolꎬ2ME2)可通过抑制HIF ̄1α和HIF ̄2α亚基的翻译合成过程以及二者的核易位过程来阻碍肿瘤生长和血管生成[37]ꎮ此外ꎬShukla等[38]发现HIF ̄1α通过上调胞苷三磷酸合成(cytidinetriphosphatesynthaseꎬCTPS1)和转酮醇酶(transketolaseꎬTKT)的表达介导胰腺癌细胞对吉西他滨的耐药性ꎬ而当利用地高辛抑制HIF ̄1α亚基的翻译过程后ꎬ胰腺癌细胞对吉西他滨的敏感性增强ꎮ4.2㊀影响HIF ̄α亚基稳定性或二聚化的抑制剂格尔德霉素(geldanamycinꎬGDM)及其合成衍生物17 ̄烯丙基氨基格尔德霉素(17 ̄allylamino ̄17 ̄demethoxygeldanamycinꎬ17 ̄AAG)可通过抑制热休克蛋白90(heat ̄shockprotein90ꎬHSP90)的活性使HIF ̄α亚基因无法正确折叠和定位ꎬ从而以不依赖pVHL的方式降解ꎮ另一种小分子HSP90抑制剂EC154相较于17 ̄AAG具有更强的733闫东科ꎬ等:低氧诱导因子及其抑制剂研究进展. All Rights Reserved.抑制HSP90活性的能力[39]ꎮHIF ̄αs和HIF ̄1β亚基中的PAS结构域参与了HIFs异源二聚体的组装ꎮ因此ꎬ靶向PAS结构域的小分子可影响HIF ̄αs与HIF ̄1β的二聚化ꎮ消毒灭菌剂吖啶黄素(acriflavine)通过结合至HIF ̄αs亚基PAS ̄B结构域和HIF ̄1β亚基PAS ̄A结构域相结合的界面处ꎬ破坏HIFs异源二聚体的稳定性[40]ꎮ环肽抑制剂(环 ̄CLLFVY)选择性作用于HIF ̄1α亚基PAS ̄B结构域ꎬ从而破坏HIF ̄1的二聚化过程ꎬ而对HIF ̄2的二聚化过程没有影响[41]ꎻ化合物PT2385选择性作用于HIF ̄2α亚基PAS ̄B结构域ꎬ而对HIF ̄1没有影响[42]ꎻ双环化合物OX3可结合至HIF ̄2α亚基PAS ̄B结构域的疏水口袋内ꎬ影响HIF ̄2的构象稳定和HRE序列结合活性ꎬ但对HIF ̄1几乎没有影响[5]ꎮ4.3㊀影响HIFs与DNA结合的抑制剂HIFs主要是通过与靶基因中的HRE序列结合发挥转录激活作用ꎮ利用染色质免疫共沉淀技术(ChIPassay)对人脑胶质瘤细胞系U251进行体外研究证实ꎬ棘霉素(echinomycin)可特异性抑制HIF ̄1与VEGF启动子区的HRE序列(5ᶄ ̄TACGTG ̄3ᶄ)结合ꎬ从而抑制缺氧诱导的VEGF的表达[43]ꎬ但棘霉素的临床试验效果欠佳ꎮ此外ꎬ靶向HRE序列的HIF ̄1抑制剂还有聚酰胺类化合物㊁多柔比星和柔红霉素[44]ꎮ4.4㊀影响HIFs转录复合物形成的抑制剂来自真菌黑毛菌属毛壳菌的毛壳菌素(chet ̄omin)可通过作用于p300CH1结构域中的锌结合位点使Zn2+外排ꎬ改变CH1结构域的构象ꎬ从而破坏p300与HIF ̄1α的相互作用[45]ꎮReece等[46]证实毛壳菌素以剂量依赖性方式使分泌型VEGF㊁乳酸脱氢酶A(lactatedehydrogenaseAꎬLDHA)和烯醇酶1(enolase1ꎬENO1)的表达下降ꎬ最终导致鼠前列腺癌异种移植细胞的生长受到明显抑制ꎮ硼替佐米的抗肿瘤活性是通过增强天冬氨酸羟化酶FIH与HIF ̄1α的结合ꎬ破坏HIF ̄1α对p300的富集作用[47]ꎮ此外ꎬ抗血小板凝集剂YC ̄1和噻唑烷酮化合物也都是通过破坏HIF ̄αs与p300间的相互作用ꎬ来抑制HIFs对靶基因的转录激活活性ꎬ而根据YC ̄1的结构设计合成出的化合物CJ ̄3k也可高效抑制HIF ̄1α的活性[48]ꎮ5㊀展望目前ꎬ大多数靶向特异性生长因子及其受体或通路的药物在应用于癌症治疗的临床试验后ꎬ最终会使癌症产生相应抗性ꎬ而实体肿瘤内部的异质性和克隆进化也可能使肿瘤获得相应抗性ꎮ相比较而言ꎬ因为HIFs参与了肿瘤细胞分化㊁肿瘤细胞代谢重编程㊁肿瘤血管生成并促进了肿瘤转移和治疗抗性ꎬ所以靶向肿瘤组织的缺氧表型被认为是治疗癌症的更为有效的方法ꎮ如前所述ꎬHIF ̄1α㊁HIF ̄2α和HIF ̄3α在蛋白质结构㊁稳定性调控和转录激活调控上均有相似之处ꎬ但三者在不同类型肿瘤的发生㊁发展中表现出功能关系上的复杂性ꎮ如Jiang等[49]发现HIF ̄1α和HIF ̄2α在宫颈癌细胞系CaSki的存活㊁凋亡和细胞周期中具有类似的作用ꎬ在单一抑制HIF ̄1α或HIF ̄2α的表达时ꎬ均可将CaSki的细胞周期阻断在G1期ꎮ再如ꎬ对膀胱癌T24细胞系的体外研究表明ꎬ长时间低氧情况下ꎬHAF表达水平升高并起到E3泛素连接酶的作用ꎬ同时激活NF ̄κB途径ꎬ使HIF ̄1α以非氧依赖的方式经多聚泛素化蛋白酶体途径降解ꎻ而此时HIF ̄2α的表达补偿性增加ꎬ从而使T24细胞加速恶化并有利于T24干细胞标志物的维持[50]ꎮ这表明HIF ̄1α和HIF ̄2α之间存在代偿性机制ꎮ另外ꎬ过表达HIF ̄1α亚基可减慢pVHL缺陷型肾细胞癌(renalcellcarcinomaꎬRCC)异种移植细胞的生长ꎬ而过表达HIF ̄2α亚基可促进RCC移植细胞的生长ꎮ这表明在一些肿瘤中ꎬHIF ̄1α和HIF ̄2α起相反作用[51]ꎮ因此ꎬ根据不同肿瘤研发出针对不同HIFs家族成员的特异性靶向抑制剂药物应是今后的一个主攻方向ꎮ同时ꎬ为了提高临床治疗效果ꎬHIFs抑制剂应与放疗㊁化疗和免疫治疗等联合应用于临床试验ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]㊀PinheiroCꎬMiranda ̄GoncalvesVꎬLongatto ̄FilhoAꎬetal..Themetabolicmicroenvironmentofmelanomas:PrognosticvalueofMCT1andMCT4[J].CellCycleꎬ2016ꎬ15(11):1462-1470.[2]㊀SerockiMꎬBartoszewskaSꎬJanaszak ̄JasieckaAꎬetal..miR ̄833生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.NAsregulatetheHIFswitchduringhypoxia:Anoveltherapeutictarget[J].Angiogenesisꎬ2018ꎬ21(2):183-202. [3]㊀KlausAꎬFathiOꎬTatjanaTWꎬetal..Expressionofhypoxia ̄associatedproteinHIF ̄1αinfollicularthyroidcancerisassoci ̄atedwithdistantmetastasis[J].Pathol.Oncol.Res.ꎬ2018ꎬ24(2):289-296.[4]㊀ZhuGHꎬHuangCꎬFengZZꎬetal..Hypoxia ̄inducedsnailexpressionthroughtranscriptionalregulationbyHIF ̄1alphainpancreaticcancercells[J].Digest.Dis.Sci.ꎬ2013ꎬ58(12):3503-3515.[5]㊀WilkinsSEꎬAbboudMIꎬHancockRLꎬetal..Targetingprotein ̄proteininteractionsintheHIFsystem[J].ChemMed ̄Chemꎬ2016ꎬ11(8):773-786.[6]㊀DuanC.Hypoxia ̄induciblefactor3biology:Complexitiesandemergingthemes[J].Am.J.Physiol.CellPh.ꎬ2016ꎬ310(4):C260-C269.[7]㊀Saint ̄MartinAꎬCastañeda ̄PatlánMꎬRobles ̄FloresM.Theroleofhypoxia ̄induciblefactorsincancerresistance[J].J.CellSignal.ꎬ2017ꎬ2:154.[8]㊀KallioPJ.Signaltransductioninhypoxiccells:Induciblenu ̄cleartranslocationandrecruitmentoftheCBP/p300coactivatorbythehypoxia ̄induciblefactor ̄1alpha[J].EMBOJ.ꎬ2014ꎬ17(22):6573-6586.[9]㊀YaoQꎬZhangPꎬLuLꎬetal..NuclearlocalizationofHif ̄3alpharequirestworedundantNLSmotifsinitsuniqueC ̄ter ̄minalregion[J].FEBSLett.ꎬ2018ꎬ592(16):2769-2775. [10]㊀XiangXꎬKylieJꎬGunseliOꎬetal..HIF ̄3α1promotescolor ̄ectaltumorcellgrowthbyactivationofJAK ̄STAT3signaling[J].Oncotargetꎬ2016ꎬ7(10):11567-11579.[11]㊀PengZꎬYanBꎬLingLꎬetal..Anoxygen ̄insensitiveHif ̄3αisoforminhibitsWntsignalingbydestabilizingthenuclearb ̄catenincomplex[J].eLifeꎬ2016ꎬ14(5):e08996. [12]㊀YangSLꎬWuCꎬXiongZFꎬetal..Progressonhypoxia ̄in ̄duciblefactor ̄3:Itsstructureꎬgeneregulationandbiologicalfunction[J].Mol.Med.Rep.ꎬ2015ꎬ12(2):2411-2416. [13]㊀WigerupCꎬPåhlmanSꎬBexellD.Therapeutictargetingofhy ̄poxiaandhypoxia ̄induciblefactorsincancer[J].Pharmacol.Therapeut.ꎬ2016ꎬ164(1):152-169.[14]㊀HuYYꎬFuLAꎬLiSZꎬetal..Hif ̄1αandHif ̄2αdifferenti ̄allyregulateNotchsignalingthroughcompetitiveinteractionwiththeintracellulardomainofNotchreceptorsingliomastemcells[J].CancerLett.ꎬ2014ꎬ349(1):67-76.[15]㊀ZhaoJꎬDuFꎬShenGꎬetal..Theroleofhypoxia ̄induciblefactor ̄2indigestivesystemcancers[J].CellDeathDis.ꎬ2015ꎬ6:e1600.[16]㊀WielockxBꎬGrinenkoTꎬMirtschinkPꎬetal..Hypoxiapathwayproteinsinnormalandmalignanthematopoiesis[J].Cellsꎬ2019ꎬ8(2):155-165.[17]㊀SemenzaGL.Targetinghypoxia ̄induciblefactor1tostimulatetissuevascularization[J].J.Invest.Med.ꎬ2016ꎬ64(2):361-363.[18]㊀XilouriMꎬStefanisL.Chaperonemediatedautophagyinaging:Starvetoprosper[J].AgeingRes.Rev.ꎬ2016ꎬ32:13-21. [19]㊀HubbiMEꎬHuHꎬKshitizꎬetal..Chaperone ̄mediatedauto ̄phagytargetshypoxia ̄induciblefactor ̄1alpha(HIF ̄1alpha)forlysosomaldegradation[J].J.Biol.Chem.ꎬ2013ꎬ288(15):10703-10714.[20]㊀FerreiraJVꎬFofoHꎬBejaranoEꎬetal..STUB1/CHIPisre ̄quiredforHIF1Adegradationbychaperone ̄mediatedautophagy[J].Autophagyꎬ2013ꎬ9(9):1349-1366.[21]㊀SossSEꎬRoseKLꎬHillSꎬetal..BiochemicalandproteomicanalysisofubiquitinationofHsc70andHsp70bytheE3ligaseCHIP[J].PLoSONEꎬ2015ꎬ10(5):e0128240.[22]㊀AdamMGꎬMattSꎬChristianSꎬetal..SIAHubiquitinligasesregulatebreastcancercellmigrationandinvasionindependentoftheoxygenstatus[J].CellCycleꎬ2015ꎬ14(23):3734-3747.[23]㊀ShiHꎬZhengBꎬWuYꎬetal..UbiquitinligaseSiah1promotesthemigrationandinvasionofhumangliomacellsbyregulatingHIF ̄1αsignalingunderhypoxia[J].Oncol.Rep.ꎬ2015ꎬ33(3):1185-1190.[24]㊀KietzmannTꎬMennerichDꎬDimovaEY.Hypoxia ̄induciblefactors(HIFs)andphosphorylation:Impactonstabilityꎬlocal ̄izationꎬandtransactivity[J].Front.CellDev.Biol.ꎬ2016ꎬ4:11.[25]㊀JooHYꎬYunMꎬJeongJꎬetal..SIRT1deacetylatesandsta ̄bilizeshypoxia ̄induciblefactor ̄1alpha(HIF ̄1alpha)viadirectinteractionsduringhypoxia[J].Biochem.Bioph.Res.Co.ꎬ2015ꎬ462(4):294-300.[26]㊀LeeSDꎬKimWꎬJeongJWꎬetal..AK ̄1ꎬaSIRT2inhibitorꎬdestabilizesHIF ̄1alphaanddiminishesitstranscrip ̄tionalactivityduringhypoxia[J].CancerLett.ꎬ2016ꎬ373(1):138-145.[27]㊀SubbaramaiahKꎬIyengarNMꎬMorrowMꎬetal..ProstaglandinE2down ̄regulatessirtuin1(SIRT1)ꎬleadingtoelevatedlevelsofaromataseꎬprovidinginsightsintotheobesity ̄breastcancerconnection[J].J.Biol.Chem.ꎬ2019ꎬ294(1):361-371.[28]㊀CalganiAꎬDelleMonacheSꎬCesarePꎬetal..Leptincontrib ̄utestolong ̄termstabilizationofHIF ̄1alphaincancercellssubjectedtooxygenlimitingconditions[J].CancerLett.ꎬ2016ꎬ376(1):1-9.[29]㊀HubbiMEꎬHuHꎬKshitizꎬetal..Sirtuin ̄7inhibitstheactiv ̄ityofhypoxia ̄induciblefactors[J].J.Biol.Chem.ꎬ2013ꎬ288(29):20768-20775.[30]㊀ZhouCHꎬZhangXPꎬLiuFꎬetal..ModelingtheinterplaybetweentheHIF ̄1andp53pathwaysinhypoxia[J].Sci.Rep.ꎬ2015ꎬ5(1):13834-13843.[31]㊀SchoningJPꎬMonteiroMꎬGuW.Drugresistanceandcancerstemcells:Thesharedbutdistinctrolesofhypoxia ̄induciblefactorsHIF1alphaandHIF2alpha[J].Clin.Exp.Pharmacol.Physiol.ꎬ2017ꎬ44(2):153-161.[32]㊀JeongWꎬRapisardaAꎬParkSRꎬetal..PilottrialofEZN ̄2968ꎬanantisenseoligonucleotideinhibitorofhypoxia ̄induciblefactor ̄1alpha(HIF ̄1alpha)ꎬinpatientswithrefrac ̄torysolidtumors[J].CancerChemoth.Pharm.ꎬ2014ꎬ73(2):343-348.[33]㊀ZhangHꎬPuJꎬQiTꎬetal..MicroRNA ̄145inhibitsthegrowthꎬinvasionꎬmetastasisandangiogenesisofneuroblastomacellsthroughtargetinghypoxia ̄induciblefactor2alpha[J].933闫东科ꎬ等:低氧诱导因子及其抑制剂研究进展. All Rights Reserved.Oncogeneꎬ2014ꎬ33(3):387-397.[34]㊀QuHꎬZhengLꎬSongHꎬetal..microRNA ̄558facilitatestheexpressionofhypoxia ̄induciblefactor2alphathroughbindingto5ᶄ ̄untranslatedregioninneuroblastoma[J].Oncotargetꎬ2016ꎬ7(26):40657-40673.[35]㊀HuttDMꎬRothDMꎬVignaudHꎬetal..Thehistonedeacety ̄laseinhibitorꎬvorinostatꎬrepresseshypoxiainduciblefactor1alphaexpressionthroughtranslationalinhibition[J].PLoSONEꎬ2014ꎬ9(8):e106224.[36]㊀ColtellaNꎬValsecchiRꎬPonenteMꎬetal..Synergisticleuke ̄miaeradicationbycombinedtreatmentwithretinoicacidandHIFinhibitionbyEZN ̄2208(PEG ̄SN38)inpreclinicalmodelsofPML ̄RARαandPLZF ̄RARα ̄drivenleukemia[J].Clin.CancerRes.ꎬ2016ꎬ21(16):3685-3694.[37]㊀MaLꎬLiGꎬZhuHꎬetal..2 ̄Methoxyestradiolsynergizeswithsorafenibtosuppresshepatocellularcarcinomabysimultaneouslydysregulatinghypoxia ̄induciblefactor ̄1and ̄2[J].CancerLett.ꎬ2014ꎬ355(1):96-105.[38]㊀ShuklaSKꎬPurohitVꎬMehlaKꎬetal..MUC1andHIF ̄1alphasignalingcrosstalkinducesanabolicglucosemetabolismtoimpartgemcitabineresistancetopancreaticcancer[J].CancerCellꎬ2017ꎬ32(1):71-87.[39]㊀YuTꎬTangBꎬSunX.Developmentofinhibitorstargetinghy ̄poxia ̄induciblefactor1and2forcancertherapy[J].YonseiMed.J.ꎬ2017ꎬ58(3):489-496.[40]㊀WuDꎬPotluriNꎬLuJꎬetal..Structuralintegrationinhypoxia ̄induciblefactors[J].Natureꎬ2015ꎬ524(7565):303-308.[41]㊀MirandaEꎬNordgrenIKꎬMaleALꎬetal..AcyclicpeptideinhibitorofHIF ̄1heterodimerizationthatinhibitshypoxiasig ̄nalingincancercells[J].J.Am.Chem.Soc.ꎬ2013ꎬ135(28):10418-10425.[42]㊀ScheuermannTHꎬLiQꎬMaHWꎬetal..Allostericinhibitionofhypoxiainduciblefactor ̄2withsmallmolecules[J].Nat.Chem.Biol.ꎬ2013ꎬ9(4):271-276.[43]㊀SriLMꎬSudhanaSM.MoleculardockingbasedscreeningofasimulatedHIF ̄1proteinmodelforpotentialinhibitors[J].Bioinformationꎬ2017ꎬ13(11):388-393.[44]㊀PortugalJ.ChallengingtranscriptionbyDNA ̄bindingantitumordrugs[J].Biochem.Pharmacol.ꎬ2018ꎬ155:336-45. [45]㊀JayatungaMKꎬThompsonSꎬMckeeTCꎬetal..InhibitionoftheHIF1alpha ̄p300interactionbyquinone ̄andindandioned ̄mediatedejectionofstructuralZn(II)[J].Eur.J.Med.Chem.ꎬ2015ꎬ94:509-516.[46]㊀ReeceKMꎬRichardsonEDꎬCookKMꎬetal..Epidithio ̄diketopiperazines(ETPs)exhibitinvitroantiangiogenicandinvivoantitumoractivitybydisruptingtheHIF ̄1α/p300complexinapreclinicalmodelofprostatecancer[J].Mol.Cancerꎬ2014ꎬ13(1):91-103.[47]㊀ZimnaAꎬKurpiszM.Hypoxia ̄induciblefactor ̄1inphysiologicalandpathophysiologicalangiogenesis:Applicationsandtherapies[J].Biomed.Res.Int.ꎬ2015:549412. [48]㊀MasoudGNꎬWangJꎬChenJꎬetal..DesignꎬsynthesisandbiologicalevaluationofnovelHIF1αinhibitors[J].AnticancerRes.ꎬ2015ꎬ35(7):3849-3859.[49]㊀JiangLꎬShiSꎬShiQꎬetal..SimilarityinthefunctionsofHIF ̄1alphaandHIF ̄2alphaproteinsincervicalcancercells[J].Oncol.Lett.ꎬ2017ꎬ14(5):5643-5651.[50]㊀GuanZꎬDingCꎬDuYꎬetal..HAFdrivestheswitchofHIF ̄1αtoHIF ̄2αbyactivatingtheNF ̄κBpathwayꎬleadingtoma ̄lignantbehaviorofT24bladdercancercells[J].Int.J.Oncol.ꎬ2014ꎬ44(2):393-402.[51]㊀Martínez ̄SáezOꎬBorauPGꎬAlonso ̄GordoaTꎬetal..Targe ̄tingHIF ̄2αinclearcellrenalcellcarcinoma:Apromisingtherapeuticstrategy[J].Crit.Rev.Oncol.Hemat.ꎬ2017ꎬ111:117-123.043生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.。
2021微血管状态调节中HIF-1信号通路的参与研究范文 摘要: 低氧诱导因子1(HIF-1)与微循环功能中的血管新生以及炎性反应密切相关。
研究表明,HIF-1通过调控下游血红素加氧酶及血管内皮生长因子影响血管生成。
另外一方面,HIF-1通过调控白细胞介素8等细胞趋化因子影响血管炎症状态。
目前急性心肌梗死及糖尿病中的微循环障碍越来越受到关注。
深入了解微循环障碍的分子靶点,对微循环障碍的治疗尤为重要。
HIF-1作为低氧状态下的适应性调节因子,通过影响血管新生、细胞凋亡、炎症及氧化应激等多种环节参与微循环功能调节。
鉴于HIF-1在微循环障碍中的地位,以HIF-1为靶点的微循环障碍治疗越来越得到关注。
关键词: 微循环障碍;低氧诱导因子; 血管新生; Abstract: Hypoxiainducible factor-1( HIF-1) is closely related to angiogenesis and inflammation response in the pathological process. Previous studies showed that HIF-1 affects angiogenesis by regulating the expression of heme oxygenase and vascular endothelial growth factor. Additionally,HIF-1 affects vascular inflammation by regulating chemokines such as interleukin-8. With the increasing evidences of microvascular dysfunction induced by acute myocardial infarction and diabetes,the microvascluar dysfunction treatment is getting important.A deep insight of HIF-1 is crucial in therapy of microvascular dysfunction. Keyword: Microvasculardysfunction; Hypoxia inducible factor; Angiogenesis ; 低氧通常通过多种机制促进血管稳态失衡,包括血栓形成、动脉粥样硬化、缺血再灌注损伤。
HIF 1活性调控机制的研究进展周文婷1,2(1遵义师范学院,遵义563006;2哈尔滨体育学院,哈尔滨150001)摘要 低氧是癌症等多种疾病发生与发展的重要诱因,低氧诱导因子1则是低氧条件下最重要的转录调节因子,对其下游基因的转录与表达发挥关键作用,故阐明其活性的分子调节机制对探索新的抗癌方案,提高癌症诊疗水平有重要意义。
低氧诱导因子1的活性受多水平、多机制的共同调节。
本文从传统的氧依赖机制、蛋白水解依赖机制、最新的癌相关遗传因子及功能改变调节机制等角度出发,综述了迄今为止低氧诱导因子1活性调节研究领域的最新成果,以期为其更好应用于癌症诊疗提供参考。
关键词 基因表达;低氧诱导因子 1;调控;分子机制中图分类号 G804 众所周知,特定的O2水平是机体维持内稳态的前提条件,而低O2水平对癌症、局部缺血性心脏病、晚期动脉粥样硬化及慢性肺病等多种重大疾病的发生和发展至关重要[1]。
特别在癌症防治中,自50年代Thomlinson等首次在癌细胞周围发现散在的低氧细胞以来,低氧已成为癌细胞及其微环境的显著标志,并对癌细胞的生长、发育和代谢等生理进程发挥正向效应[2]。
目前已知,低氧诱导因子 1(hypoxia induciblefactor 1,HIF 1)是最重要的转录反应调节因子[3],可作用于低氧环境下的细胞与系统稳态反应[4],通过诱导其下游千余个基因的转录,提高肿瘤组织的氧适应性[5](血管新生),并辅助癌细胞对低氧微环境的适应[6](代谢重编程)及逃逸[5](癌细胞的侵袭和转移),从而被广泛认为是未来癌症治疗的潜在靶位,阐明其活性分子调控机制的意义不言自明[3~6]。
业已证实,HIF 1活性受多重基因及细胞水平调节,一系列信号通路及效应因子在其中发挥正向或负向调节作用。
本文综述了迄今为止上述领域的最新研究成果,旨在为更深入理解其作用机制提供参考,为未来的癌症防治提供新的思路。
一、HIF 1概述HIF 1是介导低氧适应性反应的核转录因子,于1991年由Semenza等(1991)发现,于1995年被成功分离和纯化(Wang等.1995)。
血细胞hif-1基因概述
血细胞中的HIF-1基因是指编码低氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor 1,HIF-1)的基因。
HIF-1是一种转录因子,参与调控机体对低氧环境的适应性反应。
HIF-1由两个亚单位组成:HIF-1α和HIF-1β。
HIF-1α是一个关键的亚单位,其水平受到氧气浓度的调节。
在正常氧气水平下,HIF-1α会被氧气依赖性降解系统降解,维持较低的水平。
而在低氧环境中,HIF-1α的降解被抑制,导致其积累并与HIF-1β结合形成活性的HIF-1复合物。
HIF-1复合物进入细胞核后,结合到特定的DNA序列上,通过促进一系列基因的表达来调节细胞对低氧环境的适应性。
在血液细胞中,HIF-1的活性会受到低氧环境的影响。
例如,在缺氧状态下,HIF-1可以促使红细胞生成素(erythropoietin)的表达,进而促进红细胞的生成。
此外,HIF-1还参与调控和调节一些与血细胞发育、存活、代谢和炎症反应相关的基因表达,从而对维持正常的血液功能起到重要作用。
需要注意的是,对于血液细胞中HIF-1基因的详细研究仍在进行中,关于HIF-1在不同血液细胞类型中的具体功能和调控机制还有待进一步的探索和阐明。
低氧诱导因子HIF-1
(2018年10月)
氧气是人体生命的第一要素,内环境氧浓度的平衡是机体进行正常有氧代谢的必要条件。
缺氧对机体和细胞是一种强烈的应激。
细胞通过氧感受器和信号转导特异性调节某些编码基因或非编码RNA的表达来参与各种生理和病理过程。
低氧诱导因子(Hypoxia-inducible Factors, HIFs)属于bHLH-PAS(basic helix–loop–helix Per–Arnt–Sim)转录因子超家族成员,由对氧浓度敏感的HIFα亚基和组成型表达的HIFβ亚基(HIF1β)组成异二聚体发挥功能1,2,其中HIFα亚基包括3个亚型-HIF1α、HIF2α和HIF3α,目前研究最深入且功能最突出的是HIF1α3。
HIFs活性的调节主要依靠调节HIFα亚基的蛋白稳定性来实现,α亚基的蛋白稳定性被氧气依赖的羟基化严格调控。
常氧状态下,HIF1α不能稳定存在,被不断地降
解而维持在微弱的基础水平。
脯氨酰羟化酶(Prolyl Hydroxylase Domain, PHD)使得HIF1α亚基402位及564位脯氨酸羟基化,羟基化修饰的HIF1α被包含肿瘤抑制蛋白von Hippel-Lindau (pVHL)的E3泛素连接酶复合物识别,最终通过泛素-蛋白酶体途径被迅速降解4。
此外,常氧环境下,FIH1(Factor Inhibiting HIF1)促使HIF1α804位天冬酰胺发生羟基化从而抑制其与P300的结合从而抑制HIF1α转录激活功能5。
而乏氧条件下,PHD 及FIH1的羟基化酶活性均受到抑制,HIF1α转位入核与HIF1β结合形成转录复合物与其靶基因启动子区域的低氧反应元件(Hypoxia-responsive Element, HRE)结合,启动下游众多基因的转录表达而参与多种生理病理过程。
除受氧浓度水平调节外,HIF1α还受其他多种因素的调控,如反义转录因子a HIF1α对HIF1α基因的转录具有负调控作用6;部分生长因子、炎症因子或某些癌基因也可通过PI3K/AKT和ERK1/2等信号通路参与调控HIF1α蛋白的稳定性7,也有报道多种microRNA参与调控HIF1。
解螺旋 大量研究表明,HIF1α具有促进血管生成、调节内环境、调节昼夜节律8,9、诱导细胞自噬和程序性细胞死亡以及促进间充质干细胞自我更新和分化等生物学功能,且其往往在多种原发或继发性恶性肿瘤组织中的表达水平异常升高,已成为多种疾病临床诊断、靶向治疗和预后评估的一个生物标识和潜在靶点10-12。
一方面,HIF-1作为内源性保护分子在缺血缺氧性脑血管病、神经系统退行性疾病、急性心肌梗死等疾病中对神经细胞的存活和心肌细胞的再生具有重要意义13,14。
Liu等研究发现,中药水飞蓟素可通过上调HIF-1α和pAkt的表
1。