低氧誘導因子-1α在視網膜母細胞瘤發生發展中作用的研究進展

胡佳麗，高　玉

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低氧誘導因子-1α在視網膜母細胞瘤發生發展中作用的研究進展

胡佳麗，高玉

Department of Ophthalmology, No.411 Hospital of PLA, Shanghai 200081, China

Correspondence to:Yu Gao. Department of Ophthalmology, No.411 Hospital of PLA, Shanghai 200081, China. gyhqyygy@sina.com

Received：2016-02-27Accepted：2017-06-04

?Retinoblastoma is a common eye malignant tumor which has high degree of malignancy.The traditional treatment methods are destructive, and the prognosis is poor. Hypoxia-inducible factor-1α highly express in retinoblastoma and regulate the development and progression of retinoblastoma (by influencing the proliferation and differentiation of tumor cells and involving in the generation of vascular mimicry). This article reviewed the role of hypoxia inducible factor-1α in the development of retinoblastoma which will initiate a new avenue for the treatment of retinoblastoma.

Citation:Hu JL, Gao Y.Role of hypoxia-inducible factor-1 alpha in retinoblastoma development.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(8):1477-1479

摘要

關鍵詞：低氧誘導因子-1α；視網膜母細胞瘤；血管生成擬態

引用：胡佳麗，高玉.低氧誘導因子-1α在視網膜母細胞瘤發生發展中作用的研究進展.國際眼科雜志2016;16(8):1477-1479

0引言

低氧是實體腫瘤的常見特征，由于腫瘤細胞快速分裂和血管微環境異常造成血液供應不足而導致缺氧[1-3]。因此腫瘤的生長和轉移取決于腫瘤細胞新生血管的形成情況和對缺氧環境的適應程度。低氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)是一種調節氧穩態的核轉錄因子，最早由Semenza等[4]于1992年發現，是低氧誘導因子家族中最重要的成員之一。HIF-1由HIF-1α和HIF-1β兩個亞基組成，其中HIF-1α既是HIF-1的調節亞基又是其活性亞基，也是唯一的氧調節亞單位，決定著HIF-1的活性[5]。當細胞處于低氧狀態時，HIF-1α轉位進入細胞核與HIF-1β二聚化后與相應的下游靶基因結合，從而調控其轉錄。除此之外，有研究發現，低氧狀態下HIF-1α羥基化受阻，因而不能與腫瘤抑制蛋白Von Hippel-Lindau(VHL)結合發生降解，導致其表達量在細胞內呈指數式增加[6]。目前發現HIF-1在腫瘤組織中起調節轉錄作用，誘導下游100多種靶基因表達。HIF使腫瘤組織適應低氧環境，獲得強增殖、侵襲及轉移能力，導致腫瘤組織對放、化療不敏感，影響疾病預后。

視網膜母細胞瘤(retinoblastoma，Rb)是眼內最常見的惡性腫瘤之一，好發于嬰幼兒，惡性程度高，嚴重危害患兒的視力甚至生命。Rb在全世界范圍新生兒的發病率為1/15000～1/20000，根據全球新生兒出生率計算，也就是全世界每年約有8000例新發Rb病例[7-8]。Rb傳統的治療方法包括眼球摘除、局部治療、外照射放射治療、化學減容法等；局部治療主要有激光光凝術、經瞳孔溫熱療法、冷凍治療、表層鞏膜敷貼放射治療、光動力療法等[9]。但上述治療方式屬于破壞性損傷，隨著腫瘤分子生物學與基因工程技術的進展，基因靶向治療成為一種新型的治療手段。近幾年來，HIF-1α在Rb發生發展中的作用引起了人們的廣泛關注。本文擬探討HIF-1α在Rb發生發展過程中的影響，以期為Rb的基因治療尋辟新的方向。

1 HIF-1α在視網膜母細胞瘤中的表達

吳繼紅等[10]在Rb分離而成的HXO-Rb-GFP細胞株中發現，Rb腫瘤組織中散在單個或多個HIF-1染色陽性細胞，HIF-1主要分布在細胞核內或細胞質內。陽性細胞數量和染色強度高于其他類型的眼部惡性腫瘤。游志鵬等[11]的研究同樣發現，HIF-1α主要表達于細胞核和部分細胞質內，除此之外，他們還發現HIF-1α在不同分期的Rb中的表達差異具有統計學意義，Rb級別與HIF-1α表達呈正相關。張麗娜等[12]將人Rb細胞株Y79進行低氧處理，發現正常組和低氧組的HIF-1α蛋白表達量的差異具有統計學意義。與正常組比較，低氧組HIF-1α蛋白表達水平明顯增加，real-time PCR結果也顯示低氧組HIF-1α mRNA的表達明顯高于正常組。

2 HIF-1α對視網膜母細胞瘤分化增殖及轉移的影響

腫瘤細胞快速分裂和血管存在結構和功能的異常，導致瘤體內大部分區域處于低氧狀態。而HIF-1在腫瘤低氧狀態下發揮著重要的中樞紐帶作用。Fernandes等[13]研究發現，敲除HIF-1α siRNA后，導致Rb細胞增殖減緩，表明HIF-1α參與并促進Rb的存活和增殖。Xia等[14]研究發現，缺氧顯著增加HIF-1α蛋白的表達，并且作用于HIF-1α靶基因VEGF、GLUT1和Survivin mRNA。在缺氧狀態下敲除HIF-1α能顯著降低VEGF、GLUT1和Survivin mRNA的表達。Sudhaker等研究也發現，在分化和未分化的Rb細胞中，都觀察到HIF-1α與Survivin基因之間存在強關聯。眾所周知，Survivin是凋亡抑制蛋白家族一員，具有腫瘤特異性，常能在腫瘤和胚胎組織中檢測到，且與腫瘤細胞的分化增殖及浸潤轉移密切相關。

除此之外，Sudhaker等[15]在HIF-1α高免疫反應性的腫瘤細胞中，同樣觀察到HIF-1α和碳酸酐酶Ⅸ(Carbonic anhydrase Ⅸ，CAⅨ)間具有強關聯。而CAⅨ是碳酸酐酶家族(Carbonic anhydrases，CAs)的異構體之一，是一種與腫瘤相關的跨膜糖蛋白，在許多腫瘤中過量表達，它催化CO2水解為碳酸氫根和氫離子，維持腫瘤細胞內的pH值，酸化細胞外環境，有利于腫瘤的生長和轉移。

Gao等[16]研究發現，無論是在缺氧環境下或者正常環境下，敲除Y-79 Rb細胞株的HIF-1α基因，導致細胞增殖緩慢、細胞凋亡。除此之外，敲除HIF-1α輕度增加Bax/Bcl-2的比例，并激活caspase-9和caspase-3。

3 HIF-1對視網膜母細胞瘤細胞周期的影響

Park等[17]研究發現，在缺氧狀態下，HIF-1α表達增加，從而導致p27的持續表達，而p27抑制Rb磷酸化。缺氧通過依賴HIF-1α誘導p27表達，從而阻止GSK3beta的核轉錄以及降低C/EBPbeta的DNA結合能力。Goda等[18]研究發現缺氧導致HIF-1α表達增加，而HIF-1α表達的增加會促使細胞周期依賴性激酶抑制劑p21和p27的表達。除此之外，Rb蛋白的磷酸化是HIF-1α依賴的。這些都提示我們，HIF-1在細胞周期起到重要的調節作用。

4 HIF-1與視網膜母細胞瘤血管生成的關系

4.1 HIF-1α對視網膜母細胞瘤血管生成的影響腫瘤干細胞是腫瘤組織中的一小部分具有干細胞性質的細胞群體，具有自我更新及多向分化能力，決定著腫瘤發生發展和侵襲轉移的能力。目前已在Rb、腦膠質細胞瘤、前列腺癌等多種惡性腫瘤中得到證實，并被分離培養成功。蔡颯等[19]發現低氧可以通過對腫瘤細胞的基因型篩選，使細胞去分化、向腫瘤干細胞表型改變。隨著對血管生成擬態(vascular mimicry，VM)的深入研究，發現參與VM管壁形成的腫瘤細胞高表達腫瘤干細胞標志物，有較強的可塑性，并呈現多潛能干細胞的表型。而低氧是促進腫瘤細胞向內皮細胞誘導分化的源泉，提示低氧條件下由腫瘤細胞去分化來源的腫瘤干細胞是構成VM管壁的細胞來源。Zhao等[20]和Zhu等[21]發現微環境的改變例如低氧能夠誘導腫瘤干細胞向內皮細胞轉分化，表達內皮細胞標志物CD31、CD34及vWF，并參與腫瘤血管生成。張麗娜等[12]研究證明，Rb中也有HIF-1α過表達現象，并且其表達與腫瘤的臨床病理類型無關，但與組織學分化程度呈負相關，VM的形成同樣與病理類型無關，與分化程度呈負相關，提示VM的形成可能與HIF-1α過表達現象有關。Niu等[22]研究證明Rb中存在VM，隨著R-E分級的增高，VM陽性表達率明顯增加；分化型Rb中VM陽性率明顯低于未分化型中VM陽性率；此外，Niu等研究也提示Rb中存在VM，且腫瘤惡性程度越高，形成VM能力越強；而存在VM的Rb組織HIF-1α、VEGF高表達，提示HIF-1α、VEGF在VM的形成中可能起相互促進作用。Wang等[23]探討了Rb中乙酰肝素酶(HPSE)、低氧誘導因子-1α(HIF-1α)的表達及其與VEGF的關系。發現在Rb石蠟標本中，HIF-1α、VEGF陽性表達率明顯高于正常對照組。Rb中HPSE、HIF-1α、VEGF mRNA陽性率與正常組比較有統計學意義。Rb中HIF-1α mRNA、HPSE mRNA表達與VEGF mRNA表達呈相關性，提示HIF-1α、HPSE可共同作用于VEGF這種促血管生成重要因子，在腫瘤血管形成中起一定作用。

4.2 HIF-1α對視網膜母細胞瘤血管生成影響的可能機制有研究顯示，低氧狀態下Rb細胞中高表達HIF-1[24]，進而導致miR-181b的表達增加，而miR-181b作用于靶基因程序性細胞死亡因子10(programmed cell death-10，PDCD10)和GATA結合蛋白6(GATA6)，促進視網膜母細胞的血管生成。EphA2是一種受體蛋白酪氨酸激酶，在有VM的腫瘤組織中高表達。Chen等[25]發現EphA2可以通過激活PI3K信號轉導通路上調基質金屬蛋白酶的表達，促進腫瘤細胞外基質的重構，從而在VM的形成中發揮重要作用。敲除EphA2基因，可以導致腫瘤細胞不能形成VM結構，而低氧可導致EphA2的高表達。張麗娜等[12]研究發現，低氧條件下向內皮細胞誘導分化后，EphA2及PI3K的總蛋白及磷酸化蛋白表達均明顯增加；雷帕霉素能夠通過減少HIF-1α蛋白表達，從而抑制低氧導致的EphA2及PI3K的蛋白表達及活化增加。提示HIF-1α可能通過調節EphA2/PI3K信號通路在Rb的VM形成中發揮作用。

綜上所述，HIF-1α與Rb的生物學行為密切相關。HIF-1α在Rb中高表達，影響腫瘤細胞的分化增殖及轉移，參與VM的生成，調控Rb的整個發生發展過程。因VM的形成有別于腫瘤新生血管，故傳統的抗腫瘤血管藥物治療欠佳。明確HIF-1α在Rb中的作用，可為我們深入認識Rb的發病機制和判斷預后，為治療Rb開辟新的途徑。但值得注意的是，當腫瘤直徑小于2mm時，腫瘤細胞的營養獲取及廢物排出依靠彌散實現，并不需要血管提供營養[26]，因此如何在腫瘤初期就能抑制腫瘤細胞的生長，是后續研究中需要重點關注的方向。

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基金項目：上海市衛生和計劃生育委員會科研資助課題(No.201540304)

作者單位：(200081)中國上海市，中國人民解放軍第四一一醫院眼科

作者簡介：胡佳麗，畢業于第二軍醫大學，博士，主治醫師，研究方向：白內障、視網膜疾病。

通訊作者：高玉，博士，副主任醫師，副主任，研究方向：白內障、玻璃體視網膜疾病的基礎與臨床.gyhqyygy@sina.com

收稿日期：2016-02-27 修回日期： 2016-07-04

Foundation item:The Research Foundation of Shanghai Municipal Commission of Health and Family Planning (No.201540304)

視網膜母細胞瘤(retinoblastoma，Rb)是眼內常見惡性腫瘤之一，惡性程度高，危害大。傳統的治療方法破壞性強，預后不佳。低氧誘導因子-1α在Rb中高表達，影響腫瘤細胞的分化增殖及轉移，參與血管生成擬態的生成，進而調控Rb的整個發生發展過程。本文將對低氧誘導因子-1α在Rb發生發展中的作用做一綜述，以期為Rb的治療開辟新的途徑。

DOI:10.3980/j.issn.1672-5123.2016.8.18

?KEYWORDS:hypoxia-inducible factor-1 alpha; retinoblastoma; vascular mimicry

Role of hypoxia-inducible factor-1 alpha in retinoblastoma development

Jia-Li Hu, Yu Gao

Abstract