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周丹, 张立婷, 李俊峰, 王珊, 肖萍 兰州大学第一医院  肝纤维化是多种慢性肝病的共同结局，最终发展为肝硬化、肝癌等终末期肝病，其病变的特征主要是细胞外基质，尤其是胶原蛋白的过度沉积。缺氧是肝纤维化发展过程中的常见特征，可通过介导慢性炎症、细胞外基质沉积促进肝纤维化的发生和发展。缺氧诱导因子1α（HIF-1α）是介导细胞参与缺氧反应的重要转录调控因子，可上调一系列与肝纤维化相关基因的表达促进肝纤维化。众所周知，肝星状细胞（HSC）的激活在肝纤维化的发展过程中起核心作用，研究表明HIF-1α可激活HSC，促进肝纤维化的发生发展。此外，Copple等敲除HIF-1α后发现肝纤维化程度明显减轻。上述研究均证实了HIF-1α在肝纤维化发生发展过程中具有重要作用。然而，目前有关靶向HIF-1α治疗肝纤维化的进展十分有限，本文就HIF-1α与肝纤维化相关信号通路、基因之间的关系及可能治疗手段进行综述。 1 HIF-1的基本结构 HIF-1是Semenza等在低氧诱导肝癌细胞株时发现的与调节细胞适应低氧环境有关的转录因子。HIF-1是一种由氧依赖的α亚基和稳定表达的β亚基构成的异二聚体转录因子，主要包含螺旋-环-螺旋结构域、参与二聚体形成及DNA结合的结构域、被泛素化蛋白酶通路降解的氧依赖降解区域和位于蛋白C-末端残基的两个转录域。HIF-1通过调节靶基因启动子区域中的缺氧反应元件（HRE）的二聚体化调控氧代谢。 HIF-1α是HIF-1调控氧代谢的活性亚基，常氧条件下，α亚基在HIF羟化酶1、2、3的作用下迅速发生羟基化，并通过泛素化降解，使细胞内的HIF-1α维持在低浓度；但在缺氧诱导下，HIF羟化酶1、2、3功能受限，α亚基不能经上述途径降解，细胞内的HIF-1α蛋白水平升高。胞浆中积累的HIF-1α易位到细胞核中与β亚基结合形成异二聚体，并结合HRE调节机体以适应缺氧环境（图1）。此外，细胞因子、生长因子和氧化应激等均经上述途径调节HIF-1α的表达。 图1 HIF-1α的调控机制 PHDs：HIF羟化酶1、2、3 2 HIF-1α促进肝纤维化 肝纤维化是多因素介导的复杂病理生理过程，其中缺氧可通过介导肝脏慢性炎症、细胞外基质的沉积以及血管新生等加速肝纤维化进程。HIF-1α作为调节氧代谢的重要转录因子，在肝纤维化发展和HSC活化中发挥重要作用。首先在多种肝纤维化模型中检测到HIF-1α表达显著升高，且升高的幅度与肝纤维化严重程度呈正相关。Mesarwi等进一步发现HIF-1α缺失的小鼠其α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和Ⅰ型胶原蛋白（collagen Ⅰ）的表达明显下调，纤维化程度显著减轻。其次发现缺氧与HSC的活化密切相关。Copple等将小鼠HSC在0.5%氧浓度下培养后，发现HSC中α-SMA的表达升高，并伴HIF-1α和血管内皮生长因子（VEGF）表达的上调和胶原纤维的沉积；Wang等将大鼠HSC在1%的氧浓度下培养，发现大鼠HSC中的HIF-1α、α-SMA和Vimentin表达明显上调；敲除 HIF-1α后，缺氧诱导的HIF-1α、α-SMA和Vimentin等基因的上调受到了不同程度的抑制，同时还伴有TGFβ1、IL-6、结缔组织生长因子和collagen Ⅰ的表达下调、纤维化程度减轻。此外，研究发现缺氧除了可诱导HSC外，也可诱导正常肝细胞表达HIF-1α，并上调促纤维化介质如VEGF、纤溶酶原激活物抑制剂、血浆肾上腺髓质素-1/-2等的表达。上述研究结果提示HIF -1α对肝纤维化的发展和HSC的活化具有重要的调控作用。 此外，肝纤维化的发生与细胞外基质的生成和降解密切相关。在缺氧条件下，HIF-1α可通过调控基质金属蛋白酶/组织抑制剂基质金属蛋白酶-1的表达促进肝纤维化。Mochizuki等表示基质金属蛋白酶/组织抑制剂基质金属蛋白酶-1是HIF-1α下游的靶基因，当干扰HIF-1α后二者表达明显下调。因此，促进基质的降解是抗纤维化的重要途径。综上，HIF-1α可通过上调促纤维化基因的表达促进肝纤维化的发生。因此，进一步探讨HIF-1α与肝纤维化相关通路之间的关系，或可为肝纤维化的治疗提供新靶点。 3 HIF-1α参与肝纤维化相关信号通路的调节 TGFβ通路是促进肝纤维化发展的经典通路，此外MAPK信号通路、PI3K/AKT (PKB) /mTOR以及HIF-1α/VEGF均与肝纤维化的发生发展密切相关。 3.1 HIF-1α与TGFβ信号通路 TGFβ信号通路可参与肝损伤-肝纤维化-肝癌发展的全过程，主要通过激活HSC和介导肝细胞大量死亡促进肝纤维化及终末期肝病的发生。Kim等发现HIF-1α可增加TGFβ信号通路的传导，促进肝纤维化的发生。他们利用TGFβⅠ型受体激酶抑制剂EW-7197干预胆管结扎诱导的肝纤维化大鼠模型，结果发现EW-7197可抑制HIF-1α诱导的TGFβ信号通路的激活，进一步减少HSC的活化及细胞外基质的沉积以减轻肝纤维化。 3.2 HIF-1α与MAPK信号通路 MAPK信号通路是调控细胞内信号传导的重要系统，在HSC的活化和增殖，肝纤维化发生、发展过程中扮演着重要角色。有研究通过血吸虫的小鼠肝纤维化模型和低氧处理的HSC证实了HIF-1α参与HSC的活化和肝纤维化形成，进一步利用MAPK的磷酸化抑制剂PD98059预处理HSC，发现MAPK磷酸化受到抑制时可增强HIF-1α泛素化并抑制HIF-1α易位到细胞核中，减少HSC的激活，可见MAPK参与了HIF-1α活性的调节。这提示可通过抑制细胞外调节蛋白激酶（ERK）/MAPK信号通路减少HIF-1α的表达，减轻肝纤维化。 3.3 HIF-1α与PI3K/AKT ( PKB)/mTOR信号通路 PI3K/AKT (PKB) /mTOR信号通路是细胞内重要信号传导通路之一，在HSC活化和胶原沉积中具有重要作用，可与TGFβ、MAPK信号通路协同调节HSC的活性，参与肝纤维化的发展。Zhao等利用芍药苷预处理肝纤维化小鼠，发现芍药苷处理后细胞外基质降解增加、α-SMA和collagen Ⅲ的表达显著降低，而这一作用主要通过抑制mTOR依赖的途径减少HIF-1α的表达实现。 3.4 HIF-1α与VEGF 大量研究表明肝内新生血管的形成与肝纤维化的发生、发展密切相关，VEGF作为促进血管生成的重要调控因子，在肝纤维化的发生发展中起着重要作用。有研究发现敲除HIF-1α的小鼠HSC中VEGF的表达减少，提示VEGF是HIF-1α的潜在靶基因，HIF-1α可通过调节VEGF的表达促进肝纤维化的发生发展。 3.5 其他细胞 外基质代谢失衡、上皮间质转化（EMT）、自噬和组蛋白甲基化修饰也参与肝纤维化的发展。在胆管结扎的肝纤维化模型中，HIF-1α水平的升高伴随基质金属蛋白酶2/9表达上调，考虑在肝纤维化早期，蛋白酶水平的升高可降解胶原蛋白，但随着纤维化加重，蛋白酶表达减少。Copple等在低氧条件下培养HSC，发现成纤维细胞特异蛋白-1的表达上调，敲除HIF-1α后发现，肝纤维化小鼠成纤维细胞特异蛋白-1表达减少，证实了HIF-1α参与肝细胞的EMT，介导肝纤维化的发生。Deng等证实了自噬是调控HSC活化和纤维化的重要信号通路。他们利用小分子RNA干扰HIF-1α，缺氧诱导HSC后，自噬相关指标微管相关蛋白轻链3B、α-SMA、Vimentin的表达明显受抑制，说明HIF-1α可能通过调节自噬激活HSC。最近的研究表明组蛋白甲基化修饰在HIF-1α调控HSC活化的过程中发挥着重要作用，利用甲基化修饰的抑制剂可减少HIF-1α在低氧条件下的核易位，减轻肝纤维化。 综上所述，TGFβ、MAPK、PI3K/AKT ( PKB) /mTOR信号通路以及HIF-1α/VEGF均与肝纤维化的发生密切相关，可通过调节HIF-1α的表达调控肝纤维化，此外细胞外基质代谢失衡、EMT、自噬和组蛋白甲基化在肝纤维化发展中也具有同等地位（图2）。 图2 与HIF-1α相关的信号通路 4 HIF-1α在肝纤维化中的应用前景 HIF-1α作为肝纤维化的重要调节因子，靶向HIF-1α及其下游因子有望成为缓解肝纤维化的有效途径。VEGF作为最重要的下游调控因子，是目前研究的热点。研究表明血府逐瘀汤中的当归和地黄可改善肝功能，并调节HIF-1α/VEGF信号通路抑制血管生成，减轻四氯化碳诱导的肝纤维化。Gao等发现塞来昔布可逆转硫代乙酰胺导致的α-SMA、collagen Ⅲ表达的上调，减轻肝纤维化，此过程主要是通过p-ERK/HIF-1α/VEGF信号通路抑制血管生成实现的。Yao等也证实了姜黄素干预可下调四氯化碳诱导的α-SMA、collagen Ⅰ、collagen Ⅲ、HIF-1α和VEGF水平的升高，减轻肝纤维化，这表明姜黄素可通过抑制血管生成达到抗纤维化的作用。HIF-1α/VEGF信号通路作为最重要的调节通路，在肝纤维化的治疗中至关重要。此外，ERK/HIF-1α信号通路也可作为肝纤维化治疗的靶点，Zhao等在体内、体外的肝纤维化模型进一步证实了上述Gao等的结论，但他们表示姜黄素主要通过抑制ERK/HIF-1α信号通路减轻肝纤维化。此外，二甲双胍作为首选的降糖药物，在肝纤维化治疗领域中也有着广泛的应用，可通过激活AMP依赖的蛋白激酶下调mTOR/HIF-1α和ERK/HIF-1α通路抑制活化的HSC分泌VEGF，减轻HSC在肝纤维化中的促血管生成作用。 综上，各种药物可通过调控不同信号传导通路和肝纤维化相关基因达到抗纤维化的目的，尽管作用机制不同，但最终都可通过下调HIF-1α及其下游因子的表达发挥抗纤维化的作用。 5 展望 HIF-1α可通过各种信号通路参与肝纤维化，目前有关HIF-1α在肝纤维化中的作用及机制为其治疗提供了新的策略。令人欣慰的是一些药物可通过调控上述信号通路达到抗纤维化的目的。但抗肝纤维化的研究是一场长久战，需要进一步明确HIF-1α调控肝纤维化的确切机制，以使HIF-1α成为肝纤维化治疗的新靶点，为肝纤维化及终末期肝病的患者带来福音。 |
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