低氧诱导因子-1调控肿瘤代谢的研究进展

低氧诱导因子-1调控肿瘤代谢的研究进展摘要：低氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor 1，HIF-1）是一种对氧敏感的核转录因子，其表达与肿瘤的生长密切相关，尤其在调控肿瘤细胞能量代谢重编程中发挥着重要的作用，它通过激活编码葡萄糖转运体，糖酵解酶类以及丙酮酸脱氢酶激酶等基因，在低氧条件下实现由氧化磷酸化代谢方式向糖酵解方式的转变，维持了肿瘤细胞内氧化还原的稳态和能量供给。因此，靶向HIF-1及其编码的与代谢相关的酶系将成为肿瘤治疗的新策略。

关键词：低氧诱导因子；代谢重编程；糖酵解；靶向治疗

恶性肿瘤为了满足快速生长的需求，会发生代谢的重编程。在常氧条件下，正常组织细胞摄取葡萄糖进入糖酵解途径生成丙酮酸，经过三羧酸循环由线粒体氧化磷酸化产生三磷酸腺苷（ATP）。在缺氧条件下，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下生成乳酸产生ATP。而肿瘤细胞无论氧气是否充足都以生成乳酸的糖酵解代谢方式产生能量，这种特殊的代谢方式称为有氧糖酵解[1]。随着肿瘤研究的不断深入，肿瘤细胞调控代谢重编程的重要信号通路及转录因子已初步阐明。本文将重点对低氧诱导因子-1（HIF-1）调控肿瘤细胞代谢重编程的分子机制及靶向HIF-1治疗策略的研究进行综述。

1 HIF-1的调节机制

转录因子HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β两个亚基组成的异源二聚体蛋白[2]。在常氧条件下，HIF-1α蛋白的第402位和第564位脯氨酸残基在羟基化酶的作用下发生羟基化，然后被泛素化降解，这个过程需要氧气、α-酮戊二酸和二价铁离子作为底物参与其中[3]。在低氧条件下，羟基化酶的活性被抑制，HIF-1α蛋白迅速积累，并与HIF-1β形成二聚体结合于靶基因的低氧反应元件上，并招募共激活分子P300/CBP，激活靶基因的转录[4]。研究发现HIF-1能调控1000多个靶基因，其中大多数基因都是促进肿瘤细胞存活，包括代谢重编程，血管新生和迁移等相关的基因[5]。

2 HIF-1在恶性肿瘤中的表达

肿瘤细胞的快速生长，造成缺血缺氧的肿瘤微环境，在这种应激压力下，肿瘤细胞通过激活HIF-1α改变能量代谢模式。许多研究已证实，在肝癌、乳腺癌、

肺癌和前列腺癌等原发性肿瘤及其转移灶中HIF-1α蛋白处于较高的表达水平，而在相应的癌旁组织中几乎检测不到HIF-1α的表达[6]。

与细胞能量代谢相关的抑癌基因的突变也能上调HIF-1的表达。研究报道，遗传性嗜铬细胞瘤中编码琥珀酸脱氢酶（SDH）的基因发生突变[7]；平滑肌瘤和肾癌细胞中编码延胡索酸水合酶（FH）的基因发生突变[8]；这些基因编码的酶类在三羧酸循环中起着关键性的作用。基因突变使SDH和FH失去活性，导致代谢底物琥珀酸和延胡索酸大量堆积，与α-酮戊二酸竞争性结合羟基化酶的催化中心，HIF-1无法被羟基化修饰泛素化降解，从而提高HIF-1的蛋白量。

3 HIF-1在肿瘤细胞代谢重编程中的作用

HIF-1信号通路在肿瘤细胞实现由氧化磷酸化到有氧糖酵解的代谢重编程中起着关键性的作用。HIF-1能通过上调糖酵解酶系的表达量加速肿瘤细胞的糖酵解进程，激活HIF-1可提高葡萄糖转运体（GLUT）以及已糖激酶（HK）的表达，增强肿瘤细胞的糖摄取能力，从而增加胞内葡萄糖和6-磷酸-葡萄糖的含量。6-磷酸-葡萄糖在HIF-1调控的其他糖酵解酶类如磷酸甘油酸酯激酶1（PGK1）、烯醇酶1（ENO1）和丙酮酸激酶2（PKM2）等作用下进一步代谢为丙酮酸[9]，糖酵解的中间代谢产物则参与核苷酸和脂质的合成。

丙酮酸是细胞能量代谢网络的中枢分子，既能在丙酮酸脱氢酶（PDH）的作用下转变为乙酰辅酶A进入三羧酸循环，又能在乳酸脱氢酶（LDHA）的催化下转变为乳酸。PDH的活性受到丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK1）的调节，PDK能磷酸化PDH并使其失去活性，而PDK1和LDHA都是HIF-1的靶基因，受HIF-1的调控[10]。低氧的肿瘤微环境可诱导肿瘤细胞中HIF-1高表达并激活PDK1，从而减少丙酮酸进入三羧酸循环，同时也抑制了呼吸链氧化磷酸化，因此提高HIF-1的表达量转变能量代谢方式是肿瘤细胞应对低氧应激压力的自我保护机制。研究表明在HIF-1缺陷的小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）中，低氧条件无法激活PDK1，并且由于产生过量的氧自由基（ROS）导致细胞凋亡，但是如果在该细胞中导入外源性过表达的PDK1基因则可减少ROS的产生并抑制细胞凋亡[11]。

BNIP3是另一个受HIF-1调控参与细胞代谢的重要蛋白，它是低氧诱导线粒体发生自噬的重要信号分子。自噬现象也是肿瘤细胞的一种自我保护机制，目的

就是使能量代谢方式更偏向于糖酵解途径，从而减少氧化磷酸化过程中产生的ROS对细胞造成的损伤。在低氧条件下，BNIP3表达升高，与Beclin-1竞争性结合Bcl-2，促使Beclin-1从Bcl-2/Beclin-1复合体中释放出来从而激活线粒体自噬[12]。研究表明，在1%的氧气浓度下48小时内野生型的MEFs细胞中线粒体数量减少50%以上，这说明低氧激活线粒体自噬，但是在HIF-1缺陷的MEFs 细胞中却观察不到这种现象，取而代之的是由于ROS的过量产生引起细胞凋亡。

4 针对HIF-1的靶向治疗策略

许多临床研究表明，HIF-1的表达量与肿瘤患者预后呈负相关，因此抑制HIF-l的表达水平成为一种新的恶性肿瘤的治疗途径。目前针对HIF-1的靶向治疗策略主要分为三类：（1）抑制HIF-1的转录水平，（2）抑制HIF-1靶基因的表达，（3）促进HIF-1的蛋白降解。

文献报道，雷帕霉素靶蛋白（mTOR），磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）能调控HIF-1的转录水平，因此PI3K/mTOR的抑制剂雷帕霉素，替西罗莫司等可作为新型的肿瘤化疗制剂[13]，抑制由HIF-1介导的糖酵解过程和肿瘤细胞的增殖。第二类治疗策略是抑制由HIF-1调控的靶基因，如血管内皮生长因子，PDK1以及糖酵解相关的代谢酶类GLUT1，HK和LDHA等。Fantin报道用shRNA干扰LDHA的表达能明显抑制肿瘤细胞的生长[14]。第三类靶向HIF-1的治疗策略是促使肿瘤细胞中的HIF-1蛋白发生降解，这一类分子如组蛋白脱乙酰基酶的抑制剂[15]。

参考文献

1. Warburg O. On the origin of cancer cells［J］. Science, 1956, 123(3191): p. 309-14.

2. Semenza GL. Targeting HIF-1 for cancer therapy［J］. Nat Rev Cancer, 2003, 3(10): p. 721-32.

3. Kaelin WG Jr, and Ratcliffe PJ. Oxygen sensing by metazoans: the central role of the HIF

hydroxylase pathway［J］. Mol Cell, 2008, 30(4): p. 393-402.

4. Wenger RH, Stiehl DP, and Camenisch G. Integration of oxygen signaling at the consensus HRE

［J］. Sci STKE, 2005, 2005(306): p. re12.

5. Schodel J, Oikonomopoulos S, Ragoussis J, et al. High-resolution genome-wide mapping of

HIF-binding sites by ChIP-seq［J］. Blood, 2011, 117(23): p. e207-17

6. Luo D, Wang Z, Wu J, et al. The role of hypoxia inducible factor-1 in hepatocellular carcinoma

［J］. Biomed Res Int, 2014, 2014: p. 409272.

7. Selak MA, Armour SM, MacKenzie ED, et al. Succinate links TCA cycle dysfunction to

oncogenesis by inhibiting HIF-alpha prolyl hydroxylase［J］. Cancer Cell, 2005, 7(1): 77-85. 8. Isaacs JS, Jung YJ, Mole DR, et al. HIF overexpression correlates with biallelic loss of fumarate

hydratase in renal cancer: novel role of fumarate in regulation of HIF stability［J］. Cancer Cell,

2005. 8(2): 143-53.

9. Semenza GL. Regulation of cancer cell metabolism by hypoxia-inducible factor 1［J］. Semin

Cancer Biol, 2009, 19(1): 12-16..

10. Lim KS, Lim KJ, Price AC, et al. Inhibition of monocarboxylate transporter-4 depletes stem-like

glioblastoma cells and inhibits HIF transcriptional response in a lactate-independent manner ［J］. Oncogene, 2014, 33(35): 4433-41.

11. Kim JW, Tchernyshyov I, Semenza GL, et al. HIF-1-mediated expression of pyruvate

dehydrogenase kinase: a metabolic switch required for cellular adaptation to hypoxia［J］. Cell Metab, 2006, 3(3):177-85.

12. Zhang H, Bosch-Marce M, Shimoda LA, et al. Mitochondrial autophagy is an HIF-1-dependent

adaptive metabolic response to hypoxia［J］. J Biol Chem, 2008, 283(16): 10892-903.

13. Mayer IA, Abramson VG, Isakoff SJ, et al. Stand up to cancer phase Ib study of

pan-phosphoinositide-3-kinase inhibitor buparlisib with letrozole in estrogen receptor-positive/human epidermal growth factor receptor 2-negative metastatic breast cancer［J］. J Clin Oncol, 2014, 32(12): 1202-9.

14. Fantin VR, St-Pierre J, Leder P. Attenuation of LDH-A expression uncovers a link between

glycolysis, mitochondrial physiology, and tumor maintenance［J］.Cancer Cell, 2006, 9(6): 425-34.

15. Yao Y, Tu Z, Liao C, et al. Discovery of Novel Class I Histone Deacetylase Inhibitors with

Promising in Vitro and in Vivo Antitumor Activities［J］. J Med Chem, 2015, 58(19): 7672-80.

低氧诱导因子-1与炎症

四综述四 D O I :10.3760/c m a .j .i s s n .1673-436X.2012.023.019作者单位:646000泸州医学院附属医院呼吸二科通信作者:湛晓勤, E m a i l :1843309130@q q .c o m 低氧诱导因子-1与炎症 鄢洁 湛晓勤 ?摘要? 低氧诱导因子-1(H I F -1)是机体的一种重要转录因子,在机体炎症过程中起着重要作用三它是由α和β亚基构成的异二聚体,其中α亚基受低氧调节,在常氧细胞中易被降解三研究发现,即使在常氧条件下H I F -1也能在炎症中发挥重要作用三本文就近年来H I F -1在炎症方面的研究作一综述三 ?关键词? 低氧诱导因子-1; 炎症介质;炎症H y p o x i a -i n d u c i n g f a c t o r 1a n di n f l a m m a t o r y Y A N J i e ,Z HA N X i a o -q i n .D e p a r t m e n to f N O .2R e s p i r a t o r y M e d i c i n e ,t h eA f f i l i a t e d H o s p i t a l o f L u z h o u M e d i c a lC o l l e g e ,L u z h o u 646000,C h i n a C o r r e s p o n d i n g a u t h o r :Z HA N X i a o -q i n ,E m a i l :1843309130@q q . c o m ?A b s t r a c t ? H y p o x i a - i n d u c i n g f a c t o r1(H I F -1)i sa ne s s e n t i a lt r a n s c r i p t i o nf a c t o r .I t p l a y sa n i m p o r t a n t r o l e i n i n f l a mm a t i o n .H I F -1i s ah e t e r o d i m e r c o n s i s t i n g o fH I F -1αa n d βs u b u n i t s .T h eH I F -1αs u b u n i t i sd i r e c t l y c o n t r o l l e d b y t h eo x y g e nc o n c e n t r a t i o na n di se a s i l y d e g r a d e di n n o r m o x i cc e l l s .R e c e n t l y ,t h e s t u d y f o u n d t h a t e v e n i n n o r m o x i c c o n d i t i o n s ,H I F -1i n i n f l a mm a t i o n p l a y a n i m p o r t a n t r o l e .I n t h i s r e v i e w ,w e s u mm a r i z e d t h e s t u d i e s o fH I F -1i n i n f l a mm a t o r y .?K e y w o r d s ? H y p o x i a - i n d u c i n g f a c t o r 1;I n f l a mm a t o r y m e d i a t o r s ;I n f l a mm a t o r y 炎症是所有具有血管系统的活体组织对损伤因子所发生的防御反应,也是人类多种疾病中的一种最常见的病理过程,可发生于机体的任何部位和任何组织,人类的大多数疾病无不与炎症过程有关三低氧诱导因子(h y p o x i a -i n d u c i b l e f a c t o r ,H I F )是一种氧依赖转录激活因子,通过与低氧反应元件结合,从而引发下游基因的转录,其表达和活性受到细胞 氧浓度的调控[1 ]三H I F 家族目前研究发现有3个成员[2] ,分别为H I F -1二H I F -2和H I F -3三每个成员又均由α二β 2个亚基组成,而其中研究最多的为H I F -1三 1 H I F -1的分子结构与调节 H I F -1是S e m e n z a 等在研究红细胞生成素的基因表达时发现的D N A 结合性蛋白,由H I F -1α和 H I F -1β两个亚基组成的异二聚体,都具有芳香烃核转移结构域,其均属于碱性螺旋-环-螺旋蛋白质家族三H I F -1α是氧调节蛋白,主要决定着H I F -1的 活性三H I F -1α由826个氨基酸组成,含有几个重要的结构域,其中氨基酸1~390为结合D N A 所必需,氨基酸1~166介导其与H I F -1β异二聚体化; 氨基酸401~603为依赖的降解结构域(O x y g e n - d e p e n d e n td e g r a d a t i o nd o m a i n ,O D D D ),控制H I F -1在常氧下的降解;H I F -1β是H I F 家族成员的共同亚基,属于结构性表达亚基,含有789个氨基酸三H I F -1作为一种转录因子,H I F -1β在细胞核中持续表达,不受氧浓度调节和影响;H I F -1α低氧时在组织细胞中广泛表达,而在常氧(氧饱和度> 21%)下H I F -1αO D D D 的脯氨酸残基和乙酰化赖氨酸残基经脯氨酰羟化酶羟基化后形成β折叠样构象,通过与泛素E 3连接酶p V H L 蛋白β结构域结合,然后被26s 蛋白酶所降解,其半衰期小于 5m i n [3] 三然而在低氧(氧饱和度<21%)条件下,脯氨酰羟化酶的活性本身会被抑制;而且在低氧状态下线粒体的电子传递链会被抑制,其代谢产物乳酸二丙酮酸堆积,亦会抑制脯氨酰羟化酶,从而抑制 H I F -1α的降解[4] 三 目前已确定的H I F -1的靶基因有100余种[5] ,它在炎症二血管生成与重塑二细胞增殖与细胞凋亡二 能量代谢二酸碱失衡调解等方面均发挥了难以估量的生物学作用三 2 H I F -1与炎症介质 炎症反应虽是多细胞和多因子共同参与的过程,但细胞因子在炎症反应中起了举足轻重的作用三当机体受到各种感染和非感染等因素刺激时,机体 四 3381四国际呼吸杂志2012年12月第32卷第23期 I n t JR e s p i r ,D e c e m b e r 2012,V o l .32,N o .23

缺氧诱导因子1与肿瘤

国外医学呼吸系址分册２００３年第２３卷第３期 ·１３１· 缺氧诱导因子１与肿瘤 华中科技走学同济医学院附属同济医院呼吸病研究所（武汉４３００３０）张惠兰综述张珍祥徐永健审校 摘要缺氧诱导因子（ＨＩＦ，１）是谰竹缺氧反应基因的一叶￣核转录因子ｔ现认为它在肿瘤·尤其是乏氧肿瘤如肺癌）的发病及疾病的发展过程中起着重要的作用。本文拟就这一方面作一综述。 关键词缺氧诱导吲子；肿瘤 缺氧诱导因子（ＨＩＦ１）首先是在１９９２年作为被缺氧诱导，连接在促红细胞生成素（ＥＰＯ）基因缺氧反应元件（ｈｙｐｏｘｉａｒｅｓｐｏｎｓｅｅｌｅｍｅｎｔ，ＨＲＥ）上的一个核因子被发现的。ＨＩＦ１是由ｎ、口两个亚单化形成的二聚体，其中ＨＩＦＩａ受缺氧或低精的调节，它通过与靶基因特定序列ＤＮＡ结合而调控它们的转录。这些基因包括血管内皮生长因子（ＶＥＧＦ）、ＥＰＯ、ＮＯ合酶（ＮＯＳ）等基因。这在肿瘤，尤其是乏氧肿瘤（如肺癌）的发病及疾病的发展中起着重要的作用。因为它们能使肿循更具有侵袭性，容易发生远处转移。 １ＨＩＦ－ｌ的结构特征 ＨＩＦ一１是乏氧诱导转录因子的原始型，存在于大部分人体绀织内。它是由ＨＩＦ一１ｑ和ＨＩＦ－１０（ａｌｙｌｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｒｅｃｅｐｔｏｒｎｕｃｌｅａｒｔｒａｎｓｌｏｃａｌｏｒ，ＡＲＮＴ）各两个业单位组成的杂二聚体蛋白（ｈｅｔｅｒｏｄｉｍｅｒｐｒｏｔｅｉｎ）。基因定位于染色体１４ｑ２１一ｑ２４，属于Ｉ）ＨＬＨ（ｂａｓｉｃ—ｈｅｌｉｘｌｏｏｐ—ｈｅｌｉｘ）转录幽于家族”。该家族的主要结构特征是在Ｎ端有一个ｂＨＩ，Ｈ区．负责和ＤＮＡ结合，紧随其后的是‘个保守的ＰＡＳ（Ｐｅｒ、ＡＮＲＴ、Ｓｉｒｅ）区，其职责主要为与另一个亚单位形成二聚体，而【：末端的变化变大，与其转录活性密切相关“ｌ。ＰＡＳ区首先在果蝇属的转录因子Ｐｅｒ和Ｓｉｍ中发现，其特征为内部有Ａ和Ｂ两个重复片段，大小约为５０～６ｃ）个氨基酸。 ＨＩＦ一１Ⅱ是一个新发现的含Ｂ２６个氨摹酸的多肽，而ＨｌＦ—ＩＢ则与ＡＲＮＴ基因编码的含７７４和７８９个氨基酸的产物一致。最近的研究证实，在ＨＩＦ１ｄ位于４０１—６０３区域，有一个氧依赖降解区（ｏｘｙｇｅｎｄｅｐｅｎ（１【Ｉｎｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎ，（ＪＩ）ｒ））…。当环境氧的浓度超过５％时，通过激活ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ—ｐｒｏｔｅａｓｏｍｅ途径，作州于ＨＩ卜、－１ｄ的ＯＤＤ区．使其迅速降解，半衰期＜５分钟。如果截去ＯＤＤ区，可以使ＦＩＩＦ一１ａ在有氧状态Ｆ保持稳定，并且仍具备与ＡＲＮ３、形成二聚体及与ＤＮＡ结合的能力，此时即使环境不缺氧，它也具有完整的转录活性。亚单 按＋您Ａ 位ＨＩＦ一１Ｄ对氧的依赖性较弱．但在ＨＩＦ１中也必不可少，因为只有在两个亚单位聚台，并且发生适形性变化，再与其要调节下游因子或酶（如ＶＥＧＦ、Ｐ５３和ＥＰ（））的ＨＲＥ结合后，才能发挥调节作用。ＨＲＥ是受Ｈ１Ｆ１调节的因子或酶所共有的且必须具有的一段基困序列，即５０ＴＡＣ（；ＴＧＣＴ一３‘。“。 ２ＨＩＦ－Ｉ的调节 对于Ｈ１Ｆ一１的凋节，最初的研究认为在缺氧状态Ｆ，ＨＩＦ一１ａ和ＡＲＮＴ在ｍＲＮＡ和篮白水平上均被上润。但随后大量的实验证实，在明显缺氧状态下，虽然ＨＩＦ１ａ和ＡＲＮＴ在蛋白水平增加以及与ＤＮＡ结合活性增强，但并未观察到明显的ＨＩＦ一１。和ＡＲＮＴ在ｍＲＡＮ水平的升高。”。实际上，调节细胞内ＨＩＦ－ｌ的机制非常复杂，它与氧依赖的信号传递机制密切相关，Ｈ１Ｆ一１是其中最重要和最后的一个环节。ＨＩＦ一１的两个亚单位中，ＡＲＮＴ与细胞的多种功能有关而不仅限十氧代谢，ＨＩＦ１ａｊｌ！ｌ｜仅与氧代谢有关。目前认为蒯节Ｈ１Ｆ１的可能机制有：①转录水平的ｒ调和蛋白稳定；②蛋白的磷酸化；③氧依赖的ＨＩＦ—ｌａ降解；④配体的结合能力和在细胞内的定位。 Ｈ１Ｆ一１ｎ的转录足由其羧基端的两个转录活性区（ｔｒａｎｓａｃｔｉｖａｔｌｏｎｄｏｍａｉｎ，ＴＡＤ）和它们之间的一个转录抑制区所凋控，这两个转录活性区分别位于５３１—５７６和７８６—８２６。缺氧时ＨＩＦ一１介导的转录活性增加，不仅Ｈ１Ｆ一１ａ的蛋白水平升高，而且Ｈ１Ｆ１“转录激活区域的活陛也增加…。研究表明，ＣＢＰ（ＣＡＭＰｒｅｓｐｏｎｓｅｅｌｅｍｅｎｔｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｉｎｅ）和Ｐ３００是ＨＩＦｌ的辅激活蛋白（ｃｏａｃｔ［ｖａｔｏｒ），通过募集Ｐ３００／ＣＢＰ町加速ＨＩＦ一１ａ的转录。上Ｅ常氧分压时．内生性Ｐ３５ｓｒｊ与Ｐ３００／｛２ＢＰ结合从而导致ＨＩＦ一１ａ不能转录“。缺氧可以上调Ｈ１Ｆｌｎ的转录与表达，但在某些细胞如平滑肌内皮细胞，ＨＩＦ１ｎ的产生可不依赖于缺氧条件．常氧状态下，血管紧张素Ⅱ，凝血酶，和一些激素亦可刺激产生”ｌ。 除乏氧外，彩响ＨＩＦ－１表达的因子还有很多， 　万方数据

低氧诱导因子家族研究进展

低氧诱导因子家族研究进展% 李启芳综述 戴爱国审阅 湖南省老年医院湖南省老年医学研究所 呼吸疾病研究室(长沙9410001) 摘要 低氧能诱导编码促红细胞生成素基因的转录9过程的具体分子机理一直不清o 低氧诱导因子家族的克隆及其调控许多目的基因表达的发现9丰富了我们对机体氧感受的分子机理的认识o 同时低氧诱导因子家族中各因子的表达差异9及其之间的相互调控9低氧诱导因子在低氧条件下的作用机理9对目的基因的调控及相互之间差异的阐明9对理解许多与组织缺氧有关的重要疾病如心血管疾病\中风\慢性阻塞性肺疾病9特别是肿瘤的病理生理过程有重要意义o 关键词 低氧诱导因子; 基因表达调控; 脯氨酸化酶 % 国家自然科学基金资助项目(NO ~30270581) 哺乳动物和人体内细胞存在着一类介导低氧适应性反映的转录因子9能激活许多低氧反应性基因的表达9是在低氧条件下维持氧稳态的关键性物质9称低氧诱导因子o 自1992年发现低氧诱导因子1(h yp Oxi a i nduci bl e f act Or 19H I F -1)以来91997年和1998年又相继发现了H I F -2和H I F -3o 目前认为H I F 在体内可能存在一个家族(H I FS )o 现已知H I FS 家族成员H I F -1\H I F -2和H I F -3具有以下共同特点~ 均属于碱性多肽-螺旋-环-螺旋-(baSi c-heli x-l OO p -heli x 9b HL H )-PAS (p er-ARNT -AHR -S i m )超家族的O 和 亚基组成的不同亚基二聚体转录因子9O 亚基为低氧调控的主要功能亚基(H I F -1O 及H I F -2O 9H I F -3O )和对低氧不敏感的H I F -1 亚基; 缺氧均可诱导H I FS 转录\翻译及活性9其在体内介导生理或病理作用均依赖于通过与目的基因的缺氧应答元件(h yp Oxi a re-S p OnSe el e m entS 9HRE )结合而调节目的基因的表达来实现o l H IF S 的发现及C DNA 克隆 低氧诱导因子-1是Se m enza 等[1] 1992年发现的o 他等将人肝癌He p 3B 细胞用1 低氧处理9细 胞内EPO mRNA 可增加50倍9而且缺氧处理过的细胞9其细胞核提取物也具有促进基因转录的作用9但预先给予蛋白质合成抑制剂能阻断缺氧对基因表达的诱导作用;在非EPO 表达的细胞里也有类似的结果o 以后又观察到该因子对多种低氧反应基因(h yp Oxi a reS p OnSi ve g eneS 9HRG )的转录都有调控 作用9并可能参与对低氧反应的信号转导过程9遂命名为H I F -1o 随之9从He p 3B 细胞c DNA 文库中克隆了H I F -1O 和H I F -1 的全长c DNA 序列\其中人的H I F -1O c DNA 全长为3720b p 9开放阅读框2478b p 9编码826个氨基酸9应用体细胞杂交分析和荧光原位杂交方法证实人H I F -1O 的基因位于第14号染色体(14C 21-4)9小鼠的H I F1O 的c DNA 序列全长3746b p 9开放阅读框2430b p 9编码810个氨基酸9与人的H I F -1O c DNA 序列有90 的同源性9小鼠H I F -1O 基因位于第12号染色体o 人的H I F -1 c DNA 序列和已知的芳香烃受体核转运蛋白(ar y l h y dr Ocar bOn rece p t Or nucl ear tranSl Ocat er-Or 9ARNT )相同o 全长为2604b p 9开放阅读框2367b p 9编码789个氨基酸o 在其基因中有一段长度为45b p 的可变外显子9编码15个氨基酸9因此体内还存在一种774个氨基酸的H I F -1 9小鼠的H I F -1 基因定位于第3号染色体o 随后9Em a [2] 与 Gu [3] 分别发现低氧诱导因子家族的另外两个成员H I F -2O 和H I F -3O 9结果表明~不同种系同一种H I F -O 亚基之间高度同源;但同一种系不同H I F -O 亚基之间同源性较低;而在3种H I F -亚基不同功能区之间其同源性却较高o 人H I F -3O 是位于19号染色体9其c DNA 长约2kb 9编码668个氨基酸的H I F -3O 多肽9在氨基端反式激活区域(N -t er m i-nal tranSacti vati On dO m ai n 9NAD )区域99与H I F -1 O 9H I F -2O 之间一致性分别为58 和52 9但缺乏羧基端反式激活区域(C -t er m i nal tranSacti vati On dO m ai n 9CAD )9H I F -1O 和H I F -2O 均含有NAD 和CAD 两个反式激活区[4]o

缺氧诱导因子-1信号转导通路的研究进展

·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－ｌ ＨＩＦ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。这种酶解呈氧依赖陛，因此缺氧条件下降解 受阻…。Ｈ１Ｆ一１ｎ既是ＨＩＦ－ｌ的调节亚基，又是活 性亚基，低氧对ＨＩ卜＿１活性的调节主要通过该亚基。ＨＩＦ一１日义称芳香烃受体核转运蛋白（ＡＲＮＴ）”．为哺乳动物芳香烃受体复合物的亚基， 除与ＨＩＦ—ｌ“形成二聚体外，还可与其他ｂａｓｉｃ ｈｅｌｉｘｌｏ（，Ｐｈｅｌｉｘ／ＰＡＳ（ｂＨＩ。Ｈ／ＰＡＳ）蛋白形成二聚体．如芳香烃受体（ＡＨＲｌ。Ｈ１Ｆ１０在正常细胞和 缺氧细胞的细胞核和细胞质中均有表达。据研究 渺｛、 ｙｏｎｈｉｐｐｃｌ—ｌｉｒｌｄａｕ蛋白对Ｉ｛１Ｆ１Ｂ无结合修饰作用“。。ＨＩＦｌ“和ＨＩＦ一１０都属于ｂＨＩ。Ｈ／ＰＡＳ蛋白超家族。结构分析证明，ＨＩ。｝ｉ和ＰＡＳ结构域是形 成ＨＩＦ】异源■聚体所必需的部位．ＨＩＦｌＤＮＡ结合就是由此Ⅸ域介导…。ＨＩＦ—ｌ的干１：用尚不很清楚，可能与ＩｔｌＦｌ的稳定性及二聚化引起的活性构 象改变彳丁关。 ２低氧信号转导通路的调节机制 ２．１转录后或翻译后机制低氧信号对Ｈ１Ｆｌ“的凋节足发生在转录后或翮详后水平。Ｗｅｎｇｅｒ 等“１将人类ｔｔｅｐ６Ｂ细胞暴露于０．５％氧巾发现 ＶＥＧＦｍＲＮＡ水平和ＨＩＦｌＤＮＡ结合活性显若地提高ｒ，但ＨｌＦｌａｍＲＮＡ水平却没有多大变化．说明ＨＩＦＩＤＮＡ的结合不是ＨｌＦ１ｃｃｍＲＮＡ活动的结果。他们再将Ｈｅｌａｓ细胞在低氧和常氧中培养也发现ＨＩＦｌａｍＲＮＡ水平没有变化．充分说明ＨＩＦ一１“没有被转录凋节。这些结果同Ｋｉｍｕｒａ等”。的研究结果相符．ＨＩＦｌａ蛋白在低氧环境中显著升高，这个反应依赖干Ｈ１Ｆ一１“的稳定性而不足ＨＩＦ１ａｍＲＮＡ水平的升高。故认为ＨＩＦ１ｏｔ蛋白集聚是转录后或翻译后机制的结果”］。 ２．２信号转导通路 ２．２．Ｊ低氧感受机制埘哺乳动物机体来说，低氧的感受主要是通过颈动脉体的外周化学感受器和中枢的化学感受器来感受氧分压的下降，通过神经体液反射来增加向流和通气。『ｆ｜ｉ组织细胞的低氧感受就复杂的多．目前有４种研究结果”】。①血红素矗接感受低氧。血红索在氧合的情况下无活忡，而在低氧环境中处于还原状态下具有活性产生低氧信号，如Ｆｉｘ！．，一种血红素蛋白激酶，在还原状态下具有活性，它能磷酸化一种转录因子Ｆ１ｘｊ而使它活化，增强转录功能。②铁／硫簇（Ｆｅ／ＳＣｌｕｓｔｅｒ）感受低氧。在有氧的情况下，通过Ｆｅ／７ｓ的形成而使铁橱节蛋白１降解。而在低氧下，Ｆｅ／ｓ形成受阻而产生低氧信号。③ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ氧化酶产生低氧信号。在 　万方数据

低氧诱导因子-1调控肿瘤代谢的研究进展

低氧诱导因子-1调控肿瘤代谢的研究进展摘要：低氧诱导因子-1（hypoxia-inducible factor 1，HIF-1）是一种对氧敏感的核转录因子，其表达与肿瘤的生长密切相关，尤其在调控肿瘤细胞能量代谢重编程中发挥着重要的作用，它通过激活编码葡萄糖转运体，糖酵解酶类以及丙酮酸脱氢酶激酶等基因，在低氧条件下实现由氧化磷酸化代谢方式向糖酵解方式的转变，维持了肿瘤细胞内氧化还原的稳态和能量供给。因此，靶向HIF-1及其编码的与代谢相关的酶系将成为肿瘤治疗的新策略。 关键词：低氧诱导因子；代谢重编程；糖酵解；靶向治疗 恶性肿瘤为了满足快速生长的需求，会发生代谢的重编程。在常氧条件下，正常组织细胞摄取葡萄糖进入糖酵解途径生成丙酮酸，经过三羧酸循环由线粒体氧化磷酸化产生三磷酸腺苷（ATP）。在缺氧条件下，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下生成乳酸产生ATP。而肿瘤细胞无论氧气是否充足都以生成乳酸的糖酵解代谢方式产生能量，这种特殊的代谢方式称为有氧糖酵解[1]。随着肿瘤研究的不断深入，肿瘤细胞调控代谢重编程的重要信号通路及转录因子已初步阐明。本文将重点对低氧诱导因子-1（HIF-1）调控肿瘤细胞代谢重编程的分子机制及靶向HIF-1治疗策略的研究进行综述。 1 HIF-1的调节机制 转录因子HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β两个亚基组成的异源二聚体蛋白[2]。在常氧条件下，HIF-1α蛋白的第402位和第564位脯氨酸残基在羟基化酶的作用下发生羟基化，然后被泛素化降解，这个过程需要氧气、α-酮戊二酸和二价铁离子作为底物参与其中[3]。在低氧条件下，羟基化酶的活性被抑制，HIF-1α蛋白迅速积累，并与HIF-1β形成二聚体结合于靶基因的低氧反应元件上，并招募共激活分子P300/CBP，激活靶基因的转录[4]。研究发现HIF-1能调控1000多个靶基因，其中大多数基因都是促进肿瘤细胞存活，包括代谢重编程，血管新生和迁移等相关的基因[5]。 2 HIF-1在恶性肿瘤中的表达 肿瘤细胞的快速生长，造成缺血缺氧的肿瘤微环境，在这种应激压力下，肿瘤细胞通过激活HIF-1α改变能量代谢模式。许多研究已证实，在肝癌、乳腺癌、

低氧诱导因子-1α与骨质疏松

expression in C1q suffcient and deficient mouse models of Alzheimer's disease 〔J 〕.J Neurochem ，2008；106：2080-92.27 Mukherjee P ，Pasinetti GM.The role of complement anaphylatoxin C5a in neurodegeneration ：implications in Alzheimer's disease 〔J 〕.J Neuro-immunol ，2000；105（2）：124-30.28 Nandakumar KS ，Jansson A ，Xu B ，et al .A Recombinant vaccine effec-tively induces C5a-specific neutralizing antibodies and prevents arthritis 〔J 〕.PLoS One ，2010；5（10）：e13511.29 Schnatbaum K ，Locardi E ，Scharn D ，et al .2006.Peptidomimetic C5a receptor antagonists with hydrophobic substitutions at the C-terminus ：increased receptor specificity and in vivo activity 〔J 〕.Bioorg Med Chem Lett ，2006；16（19）：5088-92. 30 Gueler F ，Rong S ，Gwinner W ，et al .Complement 5a receptor inhibition improves renal allograft survival 〔J 〕.J Am Soc Nephrol ，2008；19（12）：2302-12.31 Woodruff TM ，Ager RR ，Tenner AJ ，et al .The role of the complement system and the activation fragment C5a in the central nervous system 〔J 〕.Neuromolecular Med ，2010；12（2）：179-92.32 Woodruff T ，Denny K ，Crane J ，et al .Blockade of C5a receptors reduces astroglial inflammation in a rat SOD1G93A model of amyotrophic lateral sclerosis 〔J 〕.Mol Immunol ，2008；45（16）：4163. 〔2011-06-03收稿2011-07-20修回〕 （编辑安冉冉） 低氧诱导因子－1α与骨质疏松 蔡 婧 郭常辉 （重庆医科大学附属第二医院内分泌科，重庆400010） 〔关键词〕骨质疏松；低氧诱导因子-1α〔中图分类号〕R58 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1005-9202（2013）03-0741-03；doi ：10.3969/j.issn.1005- 9202.2013.03.120通讯作者：郭常辉（1957-），女，硕士生导师，主任医师，主要从事骨质疏 松、甲状腺相关疾病、糖尿病及相关并发症研究。 第一作者：蔡 婧（1987-），女，在读硕士，主要从事骨质疏松、甲状腺相关疾病、糖尿病及相关并发症的研究。 1992年，Semenza 等〔1〕 首先发现低氧诱导因子（HIF ），它作为组织细胞低氧状态下调节氧稳态的核转录因子，在低氧信号转导过程中起重要作用。HIF 包括三种亚型（HIF-1，HIF-2和HIF-3），哺乳动物对低氧的适应性反应主要表达为HIF-1。HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β两个亚基组成的异源二聚体，其活性主要由HIF-1α亚基决定，HIF-1α对氧的依耐性较强，仅在缺氧条件下存在。近年来有研究表明成骨细胞和破骨细胞属于氧感应细胞 〔2〕 ，低氧是参与调控骨改建（重建）/骨转换的因 素之一，由此推测HIF-1α对骨质疏松的发生发展可能起了一定的调控作用。1概 述 1.1 HIF-1α的结构 HIF-1α为氧调节蛋白，是碱性螺旋环螺 旋/PAS （basic Helix LoopHelix-Per /ARNT /AhR /Sim ，bHLH-PAS ）蛋白家族成员之一。人体内HIF-1α基因位于14号染色体（q21-24），含有826个氨基酸。HIF-1α的N 端有bHLH 和PAS 结构域，负责与HIF-1β形成异二聚体，并与DNA 上顺式反应元件结合；HIF-1α的C 端有2个反式激活结构域（TAD ），分别称为TAD-N （aa531-575）和TAD-C （aa786-826），TAD-C 可直接或间接与转录起始复合物反应影响基因转录；在TAD 之间（aa576-785）为抑制结构域（ID ），可抑制常氧条件下的反式激活作用， TAD-N 、TAD-C 和ID 三者共同作用决定了氧调节的稳定性和蛋白的转录活性 〔3〕 。HIF-1α结构中还存在氧依赖的 降解结构域（ODDD ），其结构域中有2段富含脯氨酸（P ）、谷氨酸（E ）、丝氨酸（S ）和苏氨酸（T ）的氨基酸序列。此外，HIF-1α有2个核定位信号（NLS ），分别位于N 端的aa17-33和C 端的aa718-721，低氧时，C 端的NLS 在介导HIF-1α进入细胞核的过程中起着关键作用〔4〕 。 1.2HIF-1α的生物学特性 HIF-1α在人体内多个脏器均有 表达，其生物学活性主要取决于α亚基的蛋白质水平及其活 性 〔1〕 。常氧条件下，当环境氧浓度超过5%时，脯氨酰羟化酶（PHD ）作用于ODDD 中的脯氨酸残基，促进HIF-1α迅速被降解，使其半衰期不足10min 。在缺氧环境下，HIF-1α的降解受到抑制， 半衰期相应延长，完成核转位过程，即在胞质中聚集并转移到细胞核中与HIF-1β结合形成二聚体，再作用于靶基因， 启动其表达 〔5〕 。 目前国内外研究已发现有100多种HIF-1α的靶基因，主要有以下几类：①血管相关性基因：主要有血管内皮细胞生长因子（VEGF ），低氧环境下，HIF-1α作用于VEGF ，使其表达增加，促进血管内皮细胞增殖分化，从而改善组织供血和低氧状态；②葡萄糖及能量代谢相关性基因：包括醛缩酶A 、糖酵解酶-11等，主要在缺氧环境下启动糖酵解途径，维持细胞的生存代谢；③细胞增殖相关性基因：主要有胰岛素样生长因子（IGF ），成纤维细胞生长因子（FGF ）等，通过激活促分裂原活化蛋白激酶（MAPK ）等途径促进细胞增殖。此外HIF-1α还可作用于促红细胞生成素、细胞凋亡蛋白酶等，对细胞生成和凋亡的调控发挥重要作用 〔6〕 。 2HIF-1α与骨代谢 人体内骨骼是拥有丰富血管的组织，其血供占心输出量的 10%左右〔7〕 。在骨发育过程中，骨组织的血管化具有重要的作 用，只有当血管形成，才能在成骨部位出现成骨细胞和破骨细 · 147·蔡婧等低氧诱导因子-1α与骨质疏松第3期

-Y缺氧诱导因子与肿瘤的关系

浙江医学２００７年第２９卷第９期 ［７］ＧｒｉｓｈｏｋＡ，ＰａｓｑｕｉｎｅｌｌｉＡＥ，ＣｏｎｔｅＤ，ｅｔａｌ．Ｇｅｎｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｒｅｌａｔｅｄｔｏＲＮＡｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｒｅｇｕｌａｔｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｔｅｍｐｏｒａｌＲＮＡｓｔｈａｔｃｏｎｔｒｏｌＣ．ｅｌｅｇａｎｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌｔｉｍｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｅｌｌ，２００１，１０６：２３． ［８］ＮｉｅｔｈＣ，ＰｒｉｅｂｓｃｈＡ，ＳｔｅｇｅＡ，ｅｔａｌ．Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｌａｓｓｉｃａｌｍｕｌ－ ｔｉｄｒｕｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ＭＤＲ）ｐｈｅｎｏｔｙｐｅｂｙＲＮＡｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＲＮＡｉ）［Ｊ］．ＦＥＢＳＬｅｔｔ，２００３，５４５（２－３）：１４４－１５０．［９］ ＪｉｎａｗａｔｈＷ，ＦｕｒｕｋａｗａＹ，ＮａｋａｍｕｒａＹ．ＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＮＯＬ８，ａｎｕｃｌｅｏｌａｒｐｒｏｔｅｉｎｃｏｎｔａｉｎｉｎｇａｎＲＮＡｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｍｏｔｉｆ（ＲＲＭ），ｗｈｉｃｈｗａｓｏｖｅｒｅｘｐｒｅｓｓｅｄｉｎｄｉｆｆｕｓｅ－ｔｙｐｅｇａｓｔｒｉｃｃａｎｃｅｒ［Ｊ］．ＣａｎｃｅｒＳｃｉ，２００４，９５（５）：４３０－４３５． ［１０］ＤｕＹＬ，ＹｉｎＦ，ＹａｎｇＧＴ，ｅｔａｌ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｅｕｋａｒｙｏｔｉｃｅｘｐｒｅｓ－ ｓｉｏｎｖｅｃｔｏｒｏｆｓｉＲＮＡｓｐｅｃｉｆｉｃｆｏｒＭＡＤ２ａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｇａｓｔｒｉｃｃｅｌｌｌｉｎｅＳＧＣ７９０１［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｌｌｕｌａｒａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＩｍｍｕｎｏｌｏｇｙ，２００６，２２（３）：２９０－２９２． ［１１］ＤｕＹＬ，ＹｉｎＦ，ＬｉｕＣ，ｅｔａｌ．ＤｅｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＭＡＤ２ｉｎｈｉｂｉｔｓａｐｏｐｔｏｓｉｓ ｏｆｇａｓｔｒｉｃｃａｎｃｅｒｃｅｌｌｓｂｙｕｐｒｅｇｕｌａｔｉｎｇＢｃｌ－２ａｎｄｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇｍｉｔｏ－ｃｈｏｎｄｒｉｏｎｐａｔｈｗａｙ［Ｊ］．ＢｉｏｃｈｅｍＢｉｏｐｈｙｓＲｅｓＣｏｍｍｕｎ，２００６，３４５（３）：１０９２－１０９８． ［１２］ＮａＬ，ＦｅｎｇＢ，ＹａｎｇｌｉｎＰ，ｅｔａｌ．ＲｅｖｅｒｓａｌｏｆｔｈｅＭａｌｉｇｎａｎｔＰｈｅｎｏｔｙｐｅ ｏｆＧａｓｔｒｉｃＣａｎｃｅｒＣｅｌｌｓｂｙＩｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆＲｈｏＡＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄＡｃ－ｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＣｌｉｎｉｃａｌＣａｎｃｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，１０：６２３９－６２４７．［１３］ＭｅｎｇＦ，ＤｉｎｇＪ，ＬｉｕＮ，ｅｔａｌ．Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆｇａｓｔｒｉｃｃａｎｃｅｒａｎｇｉｏｇｅｎｅ－ ｓｉｓｂｙｖｅｃｔｏｒ－ｂａｓｅｄＲＮＡｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒＲａｆ－１［Ｊ］．ＣａｎｃｅｒＢｉｏｌＴｈｅｒ，２００５，４（１）：１１３－１１７． ［１４］ ＨｏｎｇＬ，ＮｉｎｇＸ，ＳｈｉＹ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｅｒｓａｌｏｆｍｕｌｔｉｄｒｕｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｇａｓｔｒｉｃｃａｎｃｅｒｃｅｌｌｓｂｙｄｏｗｎ－ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＺＮＲＤ１ｗｉｔｈＺＮＲＤ１ｓｉＲＮＡ［Ｊ］．ＢｒＪＢｉｏｍｅｄＳｃｉ，２００４，６１（４）：２０６－２１０． ［１５］ＰａｒｄｒｉｄｇｅＷＭ．Ｉｎｔｒａｖｅｎｏｕｓ，ｎｏｎ－ｖｉｒａｌＲＮＡｉｇｅｎｅｔｈｅｒａｐｙｏｆｂｒａｉｎ ｃａｎｃｅｒ［Ｊ］．ＥｘｐｅｒｔＯｐｉｎＢｉｏｌＴｈｅｒ，２００４，４（７）：１１０３－１１１３． （收稿日期：２００６－０９－２２） 缺氧诱导因子与肿瘤的关系 胡甜甜 陈卫星 作者单位：３１０００３杭州，浙江大学医学院附属第一医院消化 内科 缺氧诱导因子（ｈｙｐｏｘｉａ－ｉｎｄｕｃｉｂｌｅｆａｃｔｏｒ１，ＨＩＦ－１）是细胞及组织缺氧情况下产生的一种氧依赖的转录激活因子，广泛存在于哺乳动物体内，能诱导多种缺氧反应性表达，使细胞及组织产生一系列反应以适应缺氧环境。研究发现，ＨＩＦ－１与肿瘤的发展、转移及肿瘤细胞的增殖与凋亡有密切联系。目前，通过抑制ＨＩＦ－１的表达及活性治疗各种肿瘤已成为研究的热点，现笔者就ＨＩＦ－１与肿瘤的关系做一综述。 １ＨＩＦ－１的表达调控 ＨＩＦ－１由ＨＩＦ－１α和ＨＩＦ－１β两个亚基构成，β亚基不受Ｏ２调节和影响，在正常细胞和缺氧细胞的细胞核和细胞质中均有表达。而α亚基受Ｏ２调节，常氧情况下，ＨＩＦ－１α半衰期为５ｍｉｎ。在缺氧及其他因素的影响下，ＨＩＦ－１α在细胞核中过表达，与进入细胞核的ＨＩＦ－１β结合，形成ＨＩＦ－１异二聚 体。 目前研究发现，ＨＩＦ－１α的稳定性主要通过翻译后修饰实现，主要有羟化、乙酰化、磷酸化及一些信号传导途径的作用［１］。 １．１羟化作用在常氧情况下，ＨＩＦ－１α的氧依赖 的降解结构区域（ｏｘｙｇｅｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｄｏ－ ｍａｉｎ，ＯＤＤＤ）的第４０２及５６４位脯氨酸残基被脯氨 酸羟化酶（ｐｒｏｌｙｌｈｙｄｒｏｘｙｌａｓｅ，ＰＨＤ）羟化，羟化后的ＨＩＦ－１α与ｖｏｎＨｉｐｐｅｌ－Ｌｉｎｄａｕ肿瘤抑制蛋白（ｐＶＨＬ）结合，ｐＶＨＬ募集ｅｌｏｎｇｉｎＣ，ｅｌｏｎｇｉｎＢ，ｃｕｌｌｉｎ－２，和Ｒｂｘ１形成ＶＣＢ－Ｃｕｌ２Ｅ３复合体，该复合体能够特异地催化ＨＩＦ－１α经泛素－蛋白酶复合体途径水解。缺氧情况下可使ＰＨＤ失活从而增加 ＨＩＦ－１的表达。 另外，ＨＩＦ－１α羧基端的转录激活区（Ｃ－ＴＡＤ）上的８０３位天冬氨酸能被ＨＩＦ－１抑制因子（ＦＩＨ－１）羟化，从而阻止ＨＩＦ－１α与辅激活因子ＣＢＰ／Ｐ３００的相互作用。缺氧状态下，８０３位的天冬氨酸不被羟化，ＨＩＦ－１的Ｃ－ＴＡＤ与ＣＢＰ／Ｐ３００相互 作用，激活靶基因的转录［２］。 １．２ 乙酰转移酶ＡＲＤ１（ａｒｒｅｓｔ－ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ－１）的乙酰化 作用 ＨＩＦ－１α的ＯＤＤＤ的第５３２位的赖氨酸可 被乙酰转移酶ＡＲＤ１乙酰化，乙酰化后可增强ＨＩＦ－１α与ｐＶＨＬ的结合能力，由此引起ＨＩＦ－１α 经蛋白酶复合体途径降解，乙酰转移酶活性不受氧的调节，但是在缺氧条件下，ＡＲＤ１的ｍＲＮＡ和蛋白水平可减少，由此引起缺氧情况下的ＨＩＦ－１的乙酰化减少，使ＨＩＦ－１表达增加。 １００９??

解偶联蛋白-2及缺氧诱导因子-1在肿瘤细胞中表达的意义

现代医药卫生2012年7月30日第28卷第14期J Mod Med Health ，July 30，2012，Vol.28，No.14解偶联蛋白-2及缺氧诱导因子-1在肿瘤细胞中表达的意义 戴纪刚1，汤兴平2，闵家新1，余祖滨1，张在永1（1.第三军医大学新桥医院胸外科，重庆400037；2.赤水市人民医院，贵州赤水564700） 【提 要】 解偶联蛋白-2（uncoupling protein -2，UCP -2）是线粒体内膜上的一种蛋白，能降低线粒体膜电位，限制三磷 酸腺苷（ATP ）合成，参与转运丙酮酸，与能量代谢关系密切；同时，UCP -2能控制线粒体内活性氧簇（ROS ）生成，与氧化应激、凋亡、肿瘤发生等过程也有密切联系。恶性肿瘤由于组织增生过快造成局部组织严重缺氧，但处于缺氧状态的肿瘤细胞仍能不断增殖和浸润，主要原因之一是缺氧引起肿瘤细胞一些基因和蛋白的表达发生改变，其中既有UCP -2的参与。有关研究结果证明，UCP -2在人结肠癌细胞中表达明显增加，且癌细胞的恶化程度与UCP -2的含量有正相关性。 【关键词】 肿瘤细胞； 缺氧； 转录因子； 膜转运蛋白质类； 线粒体蛋白质类； 解偶联蛋白-2； 缺氧诱导因子-1 文章编号：1009-5519（2012）14-2167-03 中图法分类号：R730.1 文献标识码：A 课题资助：国家自然科学基金面上项目（81172238）； 重庆市自然科学基金资助项目（2009C195）。 解偶联蛋白（uncoupling proteins ，UCPs ）是位于线粒体内膜上参与质子转运的一类蛋白家族，其可将呼吸链与三磷酸腺苷（adenosine triphosphate ，ATP ）产生过程解偶联，能降低线粒体膜电位，限制ATP 合成，参与转运丙酮酸，导致能量以热的形式消耗掉，从而调控机体能量代谢[1]，与能量代谢关系密切。早在1977年，在褐色脂肪细胞线粒体内膜上发现这种质子转运蛋白。当它被激活时，可产生质子的渗漏，使氧化磷酸化解偶联，ATP 合成降低，使产能转化为产热作用。此现象表明耗氧和二磷酸腺苷（ADP ）磷酸化之间并不是完全偶联的，该质子转运蛋白被称为UCPs [2] 。 目前，UCPs 家族主要分为5个亚型，各亚型在结构上有相互关联性，但组织分布不同。最初发现的UCP1只在棕色脂肪中表达，介导机体的产热反应，从而调控体温和机体能量代谢，在肥胖、糖尿病等代谢性疾病中发挥重要作用 [3] 。该蛋白家族的另一成员UCP2表达广泛，其主要生理功能与UCP1相差甚远，在产热和体 温调控中的作用有限，更主要的是通过介导“质子漏”，降低线粒体内膜的质子梯度，从而减少活性氧簇（reactive oxygen species ， ROS ）的产生和减轻氧化应激（oxidative stress ）反应[4]。UCP2分布 广泛，在多种组织如棕色脂肪组织、心、肺、肾和淋巴细胞等均有表达[5]。现已发现其与多种疾病密切相关，包括代谢综合征、糖尿病、高血压、心血管疾病以及肿瘤等[6]。而UCP2在肿瘤中的具体调控作用及其分子机制尚不清楚，本文就UCP2的基本生理功能及其在肿瘤中的病理生理调控作用进行综述[7]。 1UCP2的表达分布和活性调控 人UCP2基因位于第11号染色体，其基因在1997年被首次克隆，随后啮齿类动物的UCP2基因也被相继克隆[2]。各物种之间的UCP2基因序列一般是高度保守的，大鼠UCP2氨基酸序列与小鼠序列有99%一致，而与人UCP2氨基酸序列的一致性也高达 95%[8]，可见UCP2在机体生命活动中的重要性。UCP2蛋白氨基 酸序列与UCP1的一致性约为58%，而这也是两者生理功能有所偏重的结构基础。 UCP2是UCPs 蛋白家族中分布最广泛的蛋白，在心脏、肾脏、 肌肉、白色脂肪组织、肝脏、胰岛、脾、胃、肺及胸腺中都有相对高水平的表达[5，8-9]。 目前UCP2的基因表达和蛋白活性的调控机制尚不明确。现有的证据提示，机体代谢率、某些激素（如甲状腺激素），以及其他 一些生物活性分子（如脂多糖类、辅酶Q 和超氧阴离子等）都对 UCP2基因转录、翻译和蛋白表达功能有不同程度的调控作用，且 具有一定的组织特异性[10-11]。各种类型的激素及其代谢产物对 UCP2的调控作用提示其可能在机体物质和能量代谢中发挥着重 要的作用，而UCP2在出生后不同时期的表达差异提示其可能还参与调控机体的生长发育[12]。除此之外，多种生理和病理状态下 UCP2的表达上调，如禁食、高脂饮食、糖尿病等状态的共同生化 特征是超氧阴离子产生显著增加，这提示超氧阴离子有可能都是调控UCP2的表达和功能的重要分子[11，13-14]。 2UCP2基本生理功能和作用 UCP2同UCPs 蛋白家族的其他蛋白一样，基本生理功能都 是介导氧化磷酸化解偶联。线粒体内膜上的电子传递链在氧化底物的同时将质子泵到线粒体内外膜间隙，从而形成跨内膜质子梯度，由此产生质子势能导致质子在通过ATP 合成酶回流到线粒体基质的同时驱动ATP 合成酶将ADP 转化成ATP [15]。而UCP2可以提供一条质子回流基质的旁路途径而使其不产生ATP 。与UCP1不同的地方在于，UCP2发挥解偶联的主要作用并不是导致产热，而是调控ROS ，尤其是超氧阴离子的产生。 2.1线粒体ATP 的产生UCP2通过解偶联导致线粒体ATP 产 生减少，使能量以热能的形式消耗，而ATP 产量的减少可能会影响细胞的生理功能。UCP2基因敲除小鼠胰岛细胞中，ATP/ADP 比值的升高可支持上述观点，且这一现象与胰岛素分泌增加相关[1]。而与之不符的是大脑中UCP2的解偶联作用反而导致ATP/ADP 比值的升高，可能的解释是UCP2也有可能促进了脑细胞中线粒体密度的增加[12]。 2.2线粒体内钙离子摄取细胞内钙离子浓度的稳态是细胞生 理活动的必要条件。细胞内钙离子浓度受细胞膜上各种钙离子通道和细胞内钙库的精确调控。线粒体是重要的细胞内钙库，其对胞内钙离子浓度的调控依赖于线粒体内膜的电势[16]。UCP2可以通过解偶联降低线粒体内膜电势，从而影响线粒体对钙离子的摄取[5]。但UCP2的这种作用对肿瘤细胞调控中的作用机制尚不清楚。 2.3线粒体超氧阴离子的产生超氧阴离子及其他自由基都是 电子流经线粒体呼吸链时的副产物。正常细胞产生的超氧阴离子可被线粒体中的锰超氧化物歧化酶（manganese superoxide dis - mutase ，MnSOD ）和存在于胞浆中的铜锌超氧化物歧化酶（copper -zinc superoxide dismutase ，Cu/Zn -SOD ）转化为过氧化氢。过量产生 ·综述与讲座· ·2167·