大连男科HIF-1作为作用靶点的肿瘤临床治疗研究

2021年2月5日发(作者：怎么快速感冒发烧)


【论文关键词】

HIF-1
；肿瘤；调节机制；治疗靶点


【论文摘

要】

本文结合
HIF-1
的结构和功能特点，详细综述了
HIF-1
对肿瘤血管生
成的主要调节机制，对以
HIF-1
为作用靶点的肿瘤临床治疗前景作了简要展望。


现代研究认为，
恶性肿瘤的显著特征是肿瘤细胞的大量增殖和转移。
其中，
细胞大量增
殖导致的组织缺 氧是肿瘤的基本微环境，
缺氧可以刺激肿瘤细胞一系列基因产物的表达诱导
微血管生成，
新生微血管不仅为肿瘤细胞带来营养成分，
带走代谢产物，
同时肿瘤细胞也可
以通过 新生的毛细血管发生转移。
近年的研究表明
[1]
，

缺氧诱导因子
-1
（
hypoxia-inducible
factor
1
，
HIF-1
）可在基因水平上直接调控血管内皮 生长因子（
vascular
endothelial
growth
f actor
，
VEGF
）的表达，并促进肿瘤生长。本文就
HIF-1
与肿瘤的相关性研究作一简要综
述。

1 HIF-1
的结构和功能

HIF-1
最先由
Semenza
和
Wang
于
1992
年发现，将其作为被缺氧诱导的连接在
EPO
基因诱导元件上的一个核因子

[2]
。
HIF-1
是由
α

亚基和
β

亚基组成的异二聚体转录因
子，由
A
、
B
、
C
、
D
四条链组成。其中
A
、
B
链是
DNA
分子，均由
14
个碱基组成。
C
链
为
β

亚基，与已知的芳香烃受体核转位蛋白（

aryldrocarbon receptor nuclear translocator
，
ARNT
）相同，其开放阅读框有
2367bp
和
2322bp2
种，分别编码
789
和
774
个氨基酸，分
子量为
80kD
。
D
链是
α

亚单位，
人类
HIF-1
α

基因定位于
14q21-24
，
含有
826
个氨基酸，
分子量为
120 kD
，
是
HIF-1
的调节和活性亚基
[3]
。
HIF-1
α

和
HIF-1
β

的共同特点：
N
端
具有基本螺旋
-
环
-
螺旋（

basic helix-loop-helix
，
bHLH
）结构的碱性蛋 白，其后紧随
PAS
（
Per-ARNT- Sim
）
区域，
bHLH
和
PAS
区域主要介导异源二聚体的形成，
以及负责与
DNA
的缺氧反应元件（
hypoxia response elements
，
HRE
）结合
[4]
，另外在
C
端具有一个或多个
反式激活域
（
trans-activation dom ains
，
TAD
）
，
负责与转录起始复合物结合参与转录活化[5]
。
HIF-1
α

的
C-TAD
与
N-TAD
之间
576
～
785
位氨基酸序列为抑制结构域，
能降低
TAD
的
活性，
在常 氧细胞中该抑制明显。
另外，
HIF-1
α

还包含两个核定位信号
（
nuclear localization
si gnal
，
NLS
）
：
N-
端核定位信号和
C-< br>端核定位信号，
C-NLS
在
HIF-1
α

核定 位方面发挥更
为重要的作用。
HIF-1
α
常氧状态下极不稳定，
半 衰期小于
5
～
10
分钟，
Huang LE
等
[6]1998
年发现，
在
HIF-1
α

401
～
603
区域，

有一个氧依赖降解区
（

oxygen-dependent degradation
domain
，
ODD
）
，其中一部分与
N-TAD
重合，负责
HIF-1
的降解。当环境氧的浓度超过
5%
时，通过激活泛素–蛋白酶体路径，作用于
HIF-1
α
的
ODD
区，使其迅速降解。如果截去
ODD
区，
可以使
HIF-1
α

在有氧状态下保持稳定，
并且仍可与
ARNT
形成二聚体及与
DNA
结合，此时即使环境不缺氧，它也具有完整的转录活性。
HIF-1
α
羧基端含有
PEST
–样基
序，
因富含脯氨酸、
谷氨酸、
丝氨酸和苏氨酸，
其主要作用是加速常氧下
ODD
介导的
HIF-1
α

蛋白经泛素–蛋白酶复合体途径降解。
HIF-1
的两个亚单位中，
HIF-l
β

与细胞的多种
功能有关而不仅限于
O2
代谢，
HIF-1
α

则仅与
O2
代谢有关。
HIF-1
β

在细胞中组成性表
达，而
α

亚基是
HIF-1
的调节和活性亚基。
HIF-1
α

蛋白常氧状态下极不稳定，但能 在缺
氧条件下保持稳定，并且是组织缺氧的内在标志
[7]
。

2 HIF-1
调节肿瘤血管生成的相关机制

大量的研究表明，
在多数恶性肿瘤组织内，
HIF-1
都有一定程度的表达，
然而，
HIF-1
在
不同肿瘤中高表达的机制不尽相同，而这些不同的机制下诱导的
HIF-1
的表达参与了肿瘤
的不同的恶性生物学行为。
Birnal
等
[8]
进一步研究发现
HIF-1
α

的表达亦 与肿瘤细胞的增
殖、浸润及转移能力相关，其表达越高，
预后越差。
大量新生血管形成 及糖酵解增强是实质
性恶性肿瘤的两个主要特征，
正是这两个特征使得肿瘤细胞能够适应缺氧环 境。
HIF-1
下游




基因既参与血管生成，
又参与无氧糖酵解，
因此，
HIF-1
在瘤 细胞适应缺氧环境过程中起中
心介导作用，是诱导肿瘤血管生成的核心分子
[9]
。< br>HIF-1
调节血管生成的主要机制可分为
VEGF
依赖途径和
VEGF
非依赖途径两类。

2.1 VEGF
依赖途径

HIF-1
通过诱导
VEGF
表达，特异地结合位于血管内皮细胞上的特异受体
Flt-1
和
KDR，促进内皮细胞生长，增加血管通透性，进而促进血管生成。
VEGF
是血管生长的主
要因子，
各种类型细胞中
VEGF
的表达随氧气浓度的降低而升高，
如低氧培养的细胞
VEGF
mRNA
水平和蛋白明显升高，恢复正常氧张力时则回降；坏死区周围肿瘤细胞的
VEGF
mRNA
呈高度表达，说明局部低氧是肿瘤微环境内
VEGF
基因表达的主要诱因。
Maxwell
等
[10]
在小鼠皮下种植
HIF-1
β

突变的 肝癌细胞，
发现移植瘤生长缓慢，
免疫组化示微血管
密度显著减少，采用原位杂交技术 发现
VEGF mRNA
表达近缺失。
Ravi
等
[11]
发现经转染
HIF-1
α

表达载体的
HCT116
结肠癌细胞，
VEGF
蛋白表达显著增加 ，
异种移植瘤生长速度
加快，
血管化作用增强。
研究发现，
HIF- 1
通过增强
VEGF
的转录活性与增加
VEGFmRNA
稳定性两个方面调节
VEGF
的稳定表达
[12]
。进一步研究表明，
HIF-1
对
VEGF
的调控首
先在于其与
HRE
的结合，
激活
C-TAD
，
使之与
p300/CBP
环腺苷酸反应元件结合 蛋白
CH1
的结合力增强，通过此核磷酸蛋白将转录信号传递给
VEGF
基因，促进
VEGF
的转录及表
达
[13]
。体外细胞培 养表明，通过转基因手段强制表达
HIF-1
后，在低氧和正常氧分压条件
下
VEGF
的表达均明显增加。有研究表明，去除
VEGF
的增强子或诱导
HIF-1
结合位点序
列内出现点突变则
HIF-1
对
VEGF
调控作用就不复存在，此时
VEGF
mRNA
水平显著降
低，即使在低氧条件下，
VEGF
mRNA
也未被诱导表达
[14,
15]
。另外，缺氧状态下
VEGF
mRNA 5
’非转录区存在内部核糖体插入位点（
internal ribosome entry site
，
IRES
）
，能保护
VEGF mRNA
进行蛋白质翻译
[16]
。这些表明
HIF-1
在
VEGF mRNA
的稳定表达方面起到
了一定作用。另外，
HIF-1
可以上调
VEGF
受体
Flt-1
的转录，
Flt-1
的大量表达，加强了
VEGF
的生物学效应
[17]
。最新研究还提示，
VEGF
mRNA < br>的
3
’非转录区富含腺核苷酸
-
鸟核苷酸
（
AU）
，
缺氧时高表达的
RNA
结合蛋白
HuR
与富含
AU
的元件具有特别亲和力，
HuR
则可使
VEGF mRNA
在有氧状态下也不被降解，
HuR
表达与
HIF-1
密切相关
[18]
。

2.2 VEGF
非依赖途径

VEGF
非依赖途径主要是
HIF-1
通过促进其他因子表达或癌基因发生作用
[19]
。
体外细
胞实验证 实，
HIF-1
可诱导人内皮细胞环氧合酶
-2
（
COX-2）的表达，而
COX-2
及其合成
产物前列腺素等可通过除
VEGF
以外的碱性成纤维细胞生长因子、血小板源生长因子、表
皮生长因子及胰岛素样生长因子等多种 途径调节血管生成。国内学者分别将合成的具有
HIF-1
特异结合位点的
DNA
片段红细胞生成素
3'-
增强子
（
EPO 3'-enhancer
）
及
HIF-1
结合
位点突变的
DNA
片段，经脂质体包裹转入鼠主动脉内皮细胞与肺微血管内皮细胞，应用
RT-PCR
对
COX-2
的表达进行半定量观察。
发现在缺氧时，
主动脉和微血管内皮细胞
COX-2
的表达都有增加，但经转入
EPO
3'DNA
片段的内皮细胞，缺氧对
COX-2
的诱导作用被显
著减弱，转入将
HIF-1
结合位点突变的
DNA
片段则无此抑制作用。据此推测缺氧诱导
COX-2
表达时，
HIF-1
在其信息传递中可能起着关键作用。氯化钻（
CoCl2
）是特异性的
HIF -1
诱导剂，在其作用下体外培养的人脐静脉内皮细胞
COX-2 mRNA
水平显著提高，提
示
CoCl2
可使
COX-2
基因转录明显增强，而向细胞导人
EPO
3'-
增强子野生片段可阻断
CoCl2
诱导的
COX-2 转录，若导入点突变片段则无阻断作用。进而推断
COX-2
基因序列
中可能存在 类似的
HIF-1
结合序列，
HIF-1
诱导
COX-2
基因表达增强可能主要通过
HIF-1
与
该序列的结合实现，由于
EPO
3'-
增强子片段对
HIF-1
竞争性结合抑制，导致被转入细胞对
缺氧反应的减弱。
Naomoto
等
[20]
的研究也证实了
HIF-l
α

可能通过
COX-2
途径在多种肿
瘤的血管生成中起重要作用。但是缺氧条件下，
HIF-1
调节肿瘤血管生成还是以
VEGF
依