低氧誘導因子1與肝癌的研究現狀
【摘要】 低氧誘導因子1(HIF1)是由兩個亞基組成的異源二聚體體蛋白，其活性主要是由a亞基的穩定性來調節。它在低氧條件下被激活，特異性地與靶基因的低氧反應元件結合，并誘導靶基因轉錄，提高腫瘤細胞的低氧適應能力，利于其生長、增殖、轉移。其機制包括促進腫瘤干細胞的分化，調節腫瘤細胞的代謝，促進腫瘤新生血管形成，抗腫瘤細胞凋亡等。近年有許多關于HIF1與肝癌及肝癌細胞的研究，本文綜述了其與肝癌發生、發展和治療的研究現狀。
【關鍵詞】 低氧誘導因子1;肝癌;肝癌細胞;綜述文獻
氧是機體新陳代謝和維持生存的必備要素，是細胞生命活動的基本前期。實體瘤生長到一定程度時，腫瘤對氧和營養物質的消耗超過供給，可導致腫瘤微環境呈現低氧、低糖和低酸[1]，而腫瘤的快速細胞分裂和異常血管結構導致出現嚴重氧缺乏(低氧)部位，低氧誘導腫瘤細胞產生低氧誘導因子(HIFs),現就HIF與肝癌、肝癌細胞的研究現狀作一綜述如下。
1 HIF
1.1 結構職稱論文發表期刊
HIF1是Semenza等[2]于1992年發現的，他們在低氧的肝細胞癌細胞株Hep 3B細胞的提取物中發現的一種蛋白，其能特異性地結合促紅細胞生成素(EPO)基因增強的寡核苷酸序列，命名為HIF1。通過純化發現其為兩個亞單位組成的異源二聚體，一個是120kD的a亞單位和一個是91/93/94kD的B亞單位，兩者均為真核細胞轉錄因子bHLH(堿性螺旋環螺旋)PAS(PER、ARNT、SIM)蛋白家族成員。a和B亞基均包含bHLH結構域、PAS結構域、羧基末端的反式活化結構域及入核信號。bHLH中的堿性區域介導與DNA結合，bHLH和PAS結構域則共同提供亞基之間蛋白二聚化的功能界面。序列同源性a亞基目前認為是調節HIF活化的功能亞單位，而B亞基屬于構建型表達，不受O2調節和影響。人類的HIF1a的基因定位于14號染色體(14q2124), a亞單位全長826個氨基酸，其中300氨基酸為DNA最適宜結合所必須，1～166氨基酸介導其與HIF1B的異二聚體化。羧基端氨基酸(391～826)包含兩個反式活化結構域，二者被抑制結構域分開。當HIFa與HIF1B形成二聚體時反式活化結構域才起作用。
1.2 功能
HIF是轉錄因子，對哺乳動物細胞中氧的穩定起重要作用，能通過刺激促紅細胞生成素(EPO)和VEGF等的基因轉錄。而其轉錄產物可以通過促使紅細胞生成和血管生成來增加氧的獲得，也可以激活參與的葡萄糖的轉用和代謝的酶基因表達，使細胞適應低氧微環境。此現象在腫瘤細胞尤其明顯，不依賴低氧的基礎表達的HIF1a即能誘導靶基因轉錄[3]，HIF1還能反式作用于抗增殖基因和促凋亡基因(例如NIX、BNIP3及IGFBP3)，以利于腫瘤的生長[4]。
1.3 調節機制和信號通路
在正常條件下HIF1a的調節是氧依賴的降解過程。Maxwell等[5]首先證實腫瘤抑制蛋白VHL(Von HippelLindau tumour suppressor protein，pVHL)結合， pVHL具有E3泛素化蛋白酶活性，pVHL與HIF1a一旦結合就會募集Elongin B、C、Cullin2(cul2)和RBX1形成功能性的E3泛素蛋白酶復合體，泛素化的HIF1a立即被265蛋白酶復合體結合并降解。該過程中的羥基化的完成依賴于環境中O2的參與。另外人HIF1a的803位點存在天冬酰胺，在Fe2+與O2的參與下，HIF抑制因子可以將該天冬酰胺羥基化，從而阻止HIF1a與轉錄輔激活因子P300結合，導致HIF1轉錄活性喪失[6]。而在低氧條件下HIF1與其下游的基因(如VEGF、p53和EPO等)結合發揮作用。
HIF與多種基因和蛋白相關。(1)與p53的關系：Carmeliet等[7]證發現缺氧條件下野生型胚胎干細胞的p53蛋白水平升高，在HIF1a基因缺失的胚胎干細胞中p53蛋白水平則沒有明顯改變，從而認為缺氧時p53蛋白水平的升高是呈HIF1依賴的。而去磷酸化的HIF1同p53的誘導有密切關系，是同p53結合的主要形式，在p53的穩定劑p53依賴性細胞凋亡途徑中發揮重要作用[8]。(2)與熱休克蛋白(heat shock protain，Hsp)的關系：Hsp90可直接與HIF1a作用，并能促進其構想改變以利于二聚體形成，具有穩定HIF1的作用。組蛋白脫乙酰基酶(HDAC)抑制劑作用于Hsp70/Hp90軸，誘導HIF1a非泛素依賴的途徑降解[9]。(3)與磷脂酰肌醇(3)激酶P13K/AKT的關系：P13K可以通過刺激Hsp的表達而穩定HIF1[10]。Mottet等[11]發現在低氧條件下，依賴活性的P13K/AKT可以使缺氧早期細胞內HIF1a含量增加，性質穩定。(4)與乙肝病毒X蛋白(HBVx)的關系：Moon等[12]證實HBVx能促使HIF1a積累，增加其穩定和轉錄活性。(5)與壞血酸的關系：Knowles等[13]研究發現壞血酸能抑制氯化鈷和去鐵敏誘導的HIF1a表達并降低其轉錄活性，但對嚴重乏氧誘導的HIF1a表達幾乎無影響。(6)HIF1可誘發致凋亡蛋白如BNIP3的高度聚集，BNIP3啟動子包括一個HRE,HIF1可誘導該基因表達。實驗表明，在大鼠成纖維細胞和乳腺癌細胞MCF7中，缺乏HIF1的細胞無大量BNIP3聚集，凋亡率也降低。
在腫瘤壞死周邊區域，促凋亡蛋白BNIP3(BCL2/adenovirus EIB19 kDa interacting protein 3)和NIX(BNIP3類似物)在轉錄水平表達增加。缺氧可以上調BNIP3在腫瘤細胞系、上皮細胞和巨噬細胞中的表達，過表達的BNIP3可以結合抗凋亡蛋白Bal2和BclxL并抑制它們的保護作用。BNIP3的啟動子含有低氧反應元件(HRE)，HIF1a可以誘導次基因轉錄。
總之，HIF在低氧條件下激活后，轉錄調節相應的下游基因，包括血管生成、能量代謝、紅細胞生成、誘導或阻止細胞凋亡、刺激細胞增生等。
2 HIFs與腫瘤
缺氧是實體腫瘤常見的現象，腫瘤形成過程關鍵是腫瘤細胞對缺氧的適應。而HIFs在這一過程中起著中樞紐帶作用。Talks等[14]利用免疫組化方法檢測了HIF1在多種組織中的表達，結果顯示，HIF1在膀胱癌、腦腫瘤、乳腺癌、結腸癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌和腎癌中均有高表達。而研究[1517]表明：大量腫瘤抑制基因的失活(如pVHL、PTEN和p53)，多種腫瘤基因的激活(如Haras、cMyc)及不同生長因子通路的激活(如表皮生長因子、胰島素、IGF1、IGF2、血管緊張素2、血栓素及PDGF)均可誘導HIF1的活化。由于HIF在腫瘤組織中的表達上調及HIF1對血管生長和腫瘤生長的作用，可以推測如果HIF通路阻斷就可以降低血管生成和腫瘤生長，此已由Moon等[12]在小鼠肝癌細胞和胚胎干細胞的實驗中證實。
Krishnamachary等[18]研究發現HIF1a可刺激人結腸癌HCT116細胞浸潤人工三線基底膜(Matrigel)、誘導組織蛋白酶D、基質金屬蛋白酶2(MMP2)等多種與腫瘤侵襲和轉移相關的因子和水解酶類的表達，促進腫瘤細胞粘附，降解細胞外基質和腫瘤細胞遷移。職稱論文發表期刊
非侵襲性乳腺癌中HIF1的過表達與細胞增殖密切相關;口腔鱗狀細胞癌HIF1的過表達也與細胞的增殖相關;肺癌中HIF1過表達與凋亡關系密切 。有研究報道，表達HIF1a的腫瘤生長不但沒有延遲，反而加速，這可能是低氧誘導的凋亡減少而應激誘導的增殖增加[19] 。
3 HIFs與肝癌
3.1 HIF1與肝癌細胞增殖、凋亡的關系
肝癌是實體瘤的一種，和其它實體腫瘤一樣存在著缺氧現象，而腫瘤的形成、腫瘤細胞的增殖分化的關鍵一步是對缺氧的適應，這個適應過程是通過形成多血管體系和提高糖酵解速率來完成的，通常情況，缺氧存在能使腫瘤細胞的一些基因和蛋白表達變化發生變化，如氧調節蛋白(oxygen regulated proteins,ORPs)、VEGF、促紅細胞生成素(EPO)、P53和血小板源性生長因子B等[2021]。肝癌細胞的能量供應主要通過糖酵解實現的。肝癌細胞在氧缺乏的狀態通過下列途徑獲取能量：(1)磷酸甘油激酶1(PGK1)和丙酮酸激酶M2(PKM2)，分析低氧處理的各種鼠肝癌細胞株和人肝癌細胞株發現，PGK1和PKM2mRNA均有一定增加而HIF1amRNA并沒變化，進一步分析HIF1可激活轉錄糖酵解途徑的關鍵酶PGK1和PKM2mRNA。(2)HIF1a誘導己糖激酶2表達，糖酵解加強[22]。(3)磷酸果糖激酶/果糖2，6二磷酸酶(PFK2/FBPaswe2)為同工酶，低氧時HIFs可明顯提高肝癌細胞內PFKFB4mRNA水平，導致PFK2/FBPaswe2含量增加[23]，導致糖酵解的加快。能量供給的增加有利于肝癌細胞的增殖，而且在低氧條件下HIF1a可以誘導己糖激酶2表達，從而促進肝癌細胞的增殖。有研究報道HIF1a具有潛在的抗凋亡作用從而促進肝癌細胞的生長和肝癌的發生，肝癌細胞在缺氧低于4h的情況下，HIF1a和Bcl2隨著缺氧程度的的增加表達逐漸升高，而Caspase3的表達卻相反,表明HIF1a表達與與肝癌細胞的凋亡抑制有關[24]。
3.2 HIF1與肝癌血管的關系
肝癌細胞的不斷增殖生長和肝癌的發展離不開肝癌新生的血管運送氧和營養。HIF1a作為一種轉錄因子存在于肝癌細胞中，是VEGF基因上游重要表達調控因子。實驗證實HIF1a不僅可促進VEGF的轉錄而且可以增加VEGFmRNA的穩定性。Moon等[12]用HBx轉基因小鼠模型研究發現，與非新生物區肝組織比較，新生物病損區HIF1a和VEGF明顯增加VEGF的過度表達可促進大量微血管的形成。此外，HIF1a在低氧條件下還可以通過調節血管生成因子Ang1和Ang4來誘導血管生成[25]。
研究還發現，HIF1a在大多數腫瘤組織中的表達與腫瘤的浸潤、轉移和預后密切相關[2627]。
3.3 HIF1與肝癌的治療
由于HIF1在肝癌形成和肝癌血管形成中的作用，因此可以通過HIF1a的穩定和降解，或者調節其活性來發揮抗腫瘤作用。2甲氧雌二醇(2ME2)是個新的抗腫瘤和抗血管生成物質，它能在破壞腫瘤細胞微管的濃度下抑制腫瘤生長和血管生成，在轉錄后水平下調HIF1表達，并抑制HIF1誘導的VEGF的基因轉錄[28]。血管的形成是實體瘤的浸潤、轉移所必需的，因而在這方面的研究也受到了重視，Yeo等[29]用YC1處理小白鼠，發現HIF1a的活性被抑制，結果腫瘤血管生成中斷，腫瘤生長受抑制。
4 結語
HIF1在多種惡性腫瘤細胞中表達均高于正常組織細胞，且在腫瘤細胞的增殖腫瘤的生長浸潤、轉移等過程起著重要作用;而且針對于HIF1的研究也越來越多，一些研究者認為針對設計的新抗癌藥物可能對肝癌以及其他腫瘤的治療帶來新的希望，因此，對HIF1的深入認識以及了解其與肝癌的關系將更有利于肝癌的治療，提高肝癌患者的生存率。
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