缺氧诱导因子在恶性肿瘤中的作用

作者单位：400016 重庆医科大学附属一院消化内科

【关键词】  缺氧诱导因子 恶性肿瘤 基因 细胞凋亡 细胞增殖

　　0  引言
    
　　缺氧诱导因子（hypoxiainducible factor,hif1）是在缺氧条件下广泛存在于人和哺乳动物体内的一种转录因子。1995年wang等［1］从培养鼠的hep3b和2helas3细胞中提纯了hif1，以后又从hep3b细胞cdna文库中克隆了hif1α和hif1β的全长cdna序列。近年来，随着对hif1的研究的进一步深入，发现它广泛存在于动物和人类的多种肿瘤细胞中，其活性对维持肿瘤细胞能量代谢、新生血管形成、促进肿瘤侵袭和转移起重要作用，并同肿瘤细胞的凋亡、增殖有关，且受多种因子如肿瘤抑制蛋白pvhl、癌基因vsrc、p53及pten的调控或影响。hif1调控的靶基因促红细胞生成素（epo）、血管内皮生长因子（vegf）、内皮素1(endothelin1)、磷酸果糖激酶、醛缩酶、乳酸脱氢酶a、转铁蛋白因子等均与氧或能量代谢有关。epo、vegf等的变化使肿瘤细胞在适应缺氧微环境的同时，增加了肿瘤的侵袭性和对放、化疗的抗拒性。因此研究hif1在肿瘤发生、发展中的作用及探索以hif1为靶点的抗肿瘤治疗，可能为进一步探索肿瘤的预防和治疗提供新的思路和途径。

　　1  hif1的结构及基本功能
    
　　hif1是一个异源二聚体，由120kd含826个氨基酸残基的hif1α和91kd～94kd含774～789个氨基酸残基的hif1β亚单位组成，α、β亚单位均为bhlh（helixloophelix）超家族成员。hif1β是芳羟受体核转位子（aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator, arnt）基因产物,是bhlhpas蛋白家族中普通的亚基。可与其他bhlh蛋白形成二聚体。hif1α是氧调节亚基，决定hif的活性。细胞氧浓度下降时，hif1α蛋白水平呈指数增加。缺氧时hif1αmrna的表达同富氧时比较并不增加，但蛋白表达明显增多。主要是缺氧阻止了hif1α的降解，使在非缺氧时易降解的hif1α蛋白稳定性增加。hif1β对氧的依赖性弱,但对hif1是不可缺少的，因为只有两个亚单位聚合成二聚体时才能形成有活性的hif1，arnt缺陷的hepa1细胞在缺氧时不能诱导hif1活性，转染arnt基因后hif1活性恢复，因而认为可能同hif1稳定及二聚化有关。hif1α和hif1β的全长cdna序列已克隆，编码hif1α和hif1β的基因分别位于人类第14号染色体q2124区和第1号染色体q21。hif1是bhlhpas复合物，n端具有的pas结构域与异二聚化有关，可能影响dna的结合和转录激活。bhlh结构域中的碱性区域介导dna结合，同pas共同提供亚单位间蛋白二聚化的功能界面。hif1α和hif1βc端均有一个或多个激活区域，主要参与转录激活作用。

　　2  hif1表达的调节及其对靶基因的调控

　　2.1  hif1表达的调节
    
　　调节肿瘤细胞内hif1的机制非常复杂，与氧依赖的信号传导机制密切相关。目前认为调节hif1可能机制包括(1)氧依赖的hif1α降解。(2)蛋白的磷酸化。(3)转录水平的上调和蛋白稳定。(4)配体的结合能力和在细胞内的定位。wang等［1］在1995年发现用ser/thr激酶抑制剂2羟基嘌呤（2ap）对低氧诱导的hif1α蛋白增加有较强的抑制作用。4.5.7三羟基异黄酮、酪氨酸激酶抑制剂能完全抑制hif1α蛋白的合成。铁离子螯合剂、cocl2等可诱导hif1的表达。no也控制hif1的活性，同缺氧一样能增加hif1的结合活性和hif1蛋白的量［2］。近来研究发现，某些癌基因的激活和肿瘤抑制基因的失活与hif1表达增加有关。

　　2.1.1  抑制hif1α表达的基因

　　2.1.1.1  p53  blagoskionny等［3］发现体内缺氧诱导的调亡所必需的p53能抑制hif1α转录激活，抑制hif1α的p53水平比p53介导转录所需的水平高。p53促进mdm2介导hif1α亚单位的降解。缺氧诱导p53需要hif1α协同作用，hif1α能与p53结合并使其稳定［4］。p53功能失活导致hif1α表达增加，促进新生血管生成。在宫颈癌的研究中发现，病毒癌基因蛋白e6使p53降解失活，促进hif1α表达。hif1α能对野生型p53蛋白的降解起抑制作用，稳定p53使p53水平升高，而对突变型p53无作用［5］。这种选择的结果使突变型p53成为肿瘤细胞的主要表型。由于缺氧诱导和放化疗诱导的凋亡基因是一致的，因此，缺氧通过降低凋亡潜能细胞的选择作用而增加对放化疗的抗拒性。

　　2.1.1.2  vhl  目前vhl基因在研究hif1的调节中最受人关注。它是与von hippellindau(vhl)综合征和肾细胞癌有关的抑癌基因。同hif1α降解密切有关，hif1α的水解过程需vhl蛋白和e3蛋白连接酶存在［6］。vhl的β域与hif1α的氧依赖的降解结构域结合，在蛋白因子elonginb、c等共同参与下水解hif1α。hif1α缺陷或pvhlβ结构突变则不能相互识别，突变的pvhl不能降解hif1［7］而导致肿瘤中hif1α高水平表达，血管形成增多。

　　2.1.1.3  pten基因  pten位于人体第10号染色体q23.3区,通过p13k/akt信号传导途径负调节hif1,抑制vegf的表达。故pten基因失活能诱导hif1而使vegf表达增加，增加肿瘤的血管形成,加速肿瘤的发展［8］。

　　2.1.1.4  inos基因  yin等［9］运用inos基因和vegf启动子启动的荧光素酶基因传染的c6神经胶质瘤细胞发现，在缺氧条件下inos的表达，产生的no可抑制缺氧条件c6细胞的hif1活性，提示癌细胞内存在hif1inos负反馈环。

　　2.1.2  增加hif1表达的基因

　　2.1.2.1  vsrc  vsrc基因是一个能促进细胞分化，参与其调节的癌基因。jiang的研究［10］认为在缺氧和非缺氧状态下，vsrc产物可使hif1αmrna表达，hif1dna结合活性及依赖hif1的基因的表达增加。还可以通过p13k/akt信号途径使hif1活性增加。

　　2.1.2.2  igf1（胰岛素样生长因子1）和igf2  能诱导hif1α蛋白的表达，而hif1α反过来促进两者结合蛋白1、2、3的表达。在结肠癌研究中发现抑制hif1的高表达同时编码igf2的基因高度上调。