缺氧誘導因子1α在燒傷修復中作用的研究進展

高小春，譚美云，郭杏

(西南醫科大學附屬醫院，四川瀘州646000)

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·綜述·

缺氧誘導因子1α在燒傷修復中作用的研究進展

高小春，譚美云，郭杏

(西南醫科大學附屬醫院，四川瀘州646000)

缺氧誘導因子1α(HIF-1α)作為機體適應氧環境變化的主要轉錄調節因子，參與了燒傷后血管通透性改變、腸黏膜屏障破壞、細胞凋亡、血管再生、細胞遷移等病理生理過程。HIF-1α能介導堿燒傷后角膜新生血管的形成,也能促進燒傷創面的修復。HIF-1α還可通過基因治療，改善老年燒傷創面愈合延遲的缺陷。HIF-1α的這些作用很可能成為燒傷治療的新靶點，但燒傷創面的惡劣微環境也為其干預治療提出了挑戰。

燒傷；缺氧誘導因子-1α；缺血缺氧；修復

燒傷，特別是嚴重燒傷可引起局部創面及遠隔組織微循環障礙，導致機體組織及器官缺血缺氧。這也是導致燒傷創面惡化及誘發各種并發癥發生的重要病理生理機制。改善組織細胞缺血缺氧狀態，恢復器官血供是防治燒傷后并發癥、改善預后的關鍵。缺氧誘導因子1α(HIF-1α)是在低氧環境中維持細胞穩態的主要調節因子，存在于大多數哺乳動物細胞內。在不同缺血缺氧環境刺激下，HIF-1α可調控大量基因表達，參與許多生理病理過程，如血管生成、紅細胞生成、細胞能量代謝、細胞遷移、細胞增殖、細胞凋亡等，在缺血缺氧性疾病的發生發展中發揮著重要作用。本文就HIF-1α在燒傷后血管通透性改變、腸黏膜屏障破壞、細胞凋亡、血管再生、細胞遷移的病理生理過程中，以及其在特殊的老年燒傷中發揮的相關作用作一綜述。

1　 HIF-1α的結構及功能

HIF-1是一種分布和作用均十分廣泛的具有轉錄活性的核蛋白，是低氧條件下維持穩態的關鍵性物質。HIF-1由α亞基和β亞基組成的異源二聚體，其中β亞基為DNA結合元件，組成性表達于細胞核內；而HIF-1α為調節元件，其表達主要受氧分壓調控，并作為HIF-1在低氧環境中發揮生理活性的主要決定因子。HIF-1α是對氧濃度變化敏感的調節亞基，它的C端含有比較保守的功能結構區：氧依賴性降解結構區(ODD)和兩個轉錄激活結構域(N-TAD和C-TAD)。在常氧狀態下，HIF-1α伴隨著轉錄翻譯迅速降解，半衰期非常短。HIF-1α的降解是通過泛素-蛋白酶途徑來實現的，常氧時HIF-1α中的ODD上特殊的脯氨酸殘基(P402 和P564)被特異的氧依賴性脯氨酰羥化酶羥基化，羥基化的HIF-1α與希佩爾·林道蛋白結合，其復合物被E3泛素-蛋白酶體途徑迅速降解。在低氧條件下，脯氨酸殘基的羥化被抑制，HIF-1α不被降解反而在細胞內蓄積并進入細胞核，在缺氧反應元件處與HIF-1β亞基結合形成二聚體復合物HIF-1，從而激活100種以上的基因轉錄，涉及細胞能量代謝、細胞凋亡和增殖、紅細胞生成、血管形成、細胞黏附及炎癥反應等多種生物學行為，最終促進機體的代謝適應缺氧環境。

2　HIF-1α在燒傷后的病理生理作用

2.1 HIF-1α在血管通透性改變中的作用 血管通透性增加是嚴重燒傷早期血管內皮損害的主要表現，也是燒傷組織水腫體液外滲的重要病理生理基礎。微血管通透性的維持主要是通過內皮細胞間的緊密連接來實現，其中ZO-1是一個常見的連接蛋白，主要負責連接膜整合蛋白與細胞肌動蛋白骨架、不同類型的信號蛋白[1]。HIF-1α的目的基因與細胞滲透性的增加和ZO-1的含量降低存在著明顯的相關性[2]。缺氧誘導因子抑制因子1(FIH-1)能負性調節HIF-1α表達。miR-98作為一種由HIF-1誘導的miRNA，明顯表達于缺氧區，在燒傷后血管通透性改變中也發揮著重要作用。Hu等[3]在研究中發現，嚴重燒傷后肺、肝臟、腎臟、回腸組織血管通透性明顯增加，血清中miR-98呈時間相關性增高，在燒傷后12 h達到高峰；取燒傷后12 h大鼠的血清，作用于事先準備好的單層血管內皮細胞，細胞的通透性和miR-98、HIF-1α的表達也明顯升高，而ZO-1、FIH-1的表達卻明顯下降；抑制miR-98的表達，細胞通透性、HIF-1α的表達降低，FIH-1、ZO-1的表達升高，促進miR-98的表達結果則相反；實驗還發現敲除FIH-1，可廢除因沉默miR-98所導致的滲透性減低等作用。提示HIF-1α在嚴重燒傷后血管通透性增加的過程中可能發揮著促進作用。

2.2HIF-1α在腸屏障破壞中的作用 嚴重燒傷后受應激、缺血缺氧、炎癥等諸多因素的影響，腸上皮屏障功能受損。其中炎癥因子在腸道屏障破壞中扮演著重要角色，在炎癥因子干擾素-γ、腫瘤壞死因子α誘發的腸單細胞層屏障紊亂模型中發現，YC、黃連素等藥物可能是通過抑制HIF-1α的表達來改善腸屏障紊亂[4,5]。肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)作為調節腸道屏障功能的緊密連接蛋白之一，激活時可增加腸道上皮的通透性。在燒傷后小腸中可檢測到HIF-1α、VEGF、MLCK升高[6]，而VEGF、MLCK是HIF-1α下游的兩個重要靶蛋白。越來越多的證據表明，HIF-1α作為細胞屏障功能的關鍵調節因子是通過調控VEGF、MLCK的表達來實現的。 Luo等[6]在研究中同時應用丙戊酸皮下治療燒傷后大鼠，發現其可以降低HIF-1α、VEGF、MLCK的表達，減少ZO-1的丟失，改善腸屏障的紊亂；通過轉染siRNA來抑制HIF-1α的表達，則導致VEGF、MLCK降低并伴隨ZO-1上升。提示HIF-1α可能是燒傷后腸屏障功能損害的介質。然而，Hu等[7]在研究丙酮酸鹽改善燒傷后腸道功能紊亂的實驗過程中發現，丙酮酸鹽可能是通過激活HIF-1α-紅細胞生成素(EPO)信號通路，促進HIF-1α、EPO、ZO-1的表達來改善腸道功能紊亂的。由此看出，HIF-1α可能對燒傷后腸道屏障功能具有保護作用。目前關于HIF-1α在嚴重燒傷后腸屏障功能破壞中所發揮的作用尚存在爭議，有待進一步探討。

2.3 HIF-1α在細胞凋亡中的作用 近年研究顯示，嚴重燒傷可促進創面及遠隔器官功能紊亂、組織細胞凋亡[8]。一些研究認為，缺血缺氧性燒傷中凋亡的激活可能與HIF-1α的上調有關。在高海拔地區燙傷大鼠模型中發現，HIF-1α陽性表達于肺泡上皮細胞、腎小管上皮細胞、肝細胞、回腸Peyer結中淋巴細胞內，而這些細胞的凋亡則與HIF-1α的表達強度呈正相關，HIF-1α可能參與了這些組織細胞的凋亡[9～12]。目前HIF-1α在其他缺血缺氧性疾病，如腫瘤、缺血缺氧性心腦損傷后凋亡中的作用研究較多，而在燒傷后細胞凋亡中的作用機制尚不明確，需進一步研究。

2.4HIF-1α在血管再生和細胞遷移中的作用

2.4.1HIF-1α在角膜堿燒傷后角膜新生血管形成(CorNV)中的作用CorNV通常是由外界致病因素，如角膜炎、急性角膜移植排斥、化學燒傷等引起的一種嚴重并發癥，也是較常見的致盲病因。堿燒傷后HIF-1α、VEGF、EPO等血管生成因子在角膜中呈高表達，其量的變化與CorNV的形成呈正相關[13]。而在一些治療角膜堿燒傷的研究中我們也發現，這些藥物是通過抑制VEGF、HIF-1α的表達來實現抑制CorNV，從而改善預后的[14,15]。近年也有研究證明，在長期配戴隱形眼鏡導致的角膜損傷中，HIF-1α是通過上調VEGF促進CorNV的，且能夠通過直接抑制HIF-1α表達，來抑制VEGF的生成及CorNV[16]。同樣在堿燒傷中，HIF-1α很可能也是通過HIF-1α/VEGF通路來促進CorNV。

2.4.2HIF-1α在燒傷創面修復中的血管再生和細胞遷移中的作用VEGF是最強有力的血管生成因子，參與促進血管內皮細胞分裂、增殖、遷移。基質細胞衍生因子1(SDF-1)可促進間充質干細胞、內皮祖細胞、心肌干細胞等從循環、骨髓、組織中向損傷區遷移，從而促進損傷愈合。Xing等[17]首次在小鼠皮膚燙傷模型中應用哌莫硝唑作為標記，記錄了燙傷皮膚缺氧情況在時間及空間上的變化，同時還檢測到HIF-1α、VEGF、SDF-1表達部位及趨勢與缺氧標記相似。Zhang等[18]應用等位基因雜合(HIF+/HIF-)技術制成單倍劑量HIF-1α不足的小鼠(HET組)模型，觀察比較其與正常小鼠(WT組)在燒傷后的應答反應有何不同，結果發現在WT組于燒傷后第2天檢測到HIF-1α升高，與此同時還檢測到SDF-1、循環血管成細胞增加；HET組則未檢測到上述因子及細胞上升，且血管重建、傷口愈合也相對較差。在Sarkar等[19]的研究中也發現敲除HIF-1α可導致內源性骨髓源性血管生成細胞(BMDACs)動員減少、BMDACs向燒傷部位的遷移被破壞、血管形成受損、傷口血供恢復及閉合延遲，而這些作用的發揮依賴Tie2的表達。Tie2是血管生成素的酪氨酸激酶受體，表達于內皮細胞、骨髓細胞。由此可以看出HIF-1α是通過上調VEGF、SDF-1的表達，促進成血管細胞向燒傷部位動員遷移，從而促進血管再生，最終促進燒傷皮膚血供恢復及創面愈合。

3　HIF-1α在老年患者燒傷創面愈合中的作用

大量研究顯示，老年患者相關性創面愈合受損是通過降低血管生成因子的生成、延遲成血管細胞的動員遷移、破壞損傷部位血供恢復的機制來實現的，且這種破壞作用與老年患者體內HIF-1α的降低相關[20,21]。前面提到燒傷后損傷部位HIF-1α會應激性增高，但在老年小鼠中卻出現了例外。Zhang等[21,22]在試驗中報道老年小鼠燒傷后損傷創面并未檢測到HIF-1α的表達，相反在青年小鼠中HIF-1α的含量則明顯升高，并發現相較青年小鼠，老年小鼠在燒傷后，BMDACS向損傷部位動員和血管再生作用破壞也是受HIF-1α的表達調控的。HIF-1α的缺陷可能是老年燒傷創面血管再生和愈合受損的重要原因。Du等[22]在實驗中分別嘗試應用質粒和腺病毒為載體將HIF-1α基因直接導入燒傷皮膚，發現外源性HIF-1α能夠穩定表達，但卻不能夠改善創面的愈合；當聯合HIF-1α構建質粒(CA5-HIF-1α)和BMDACS，在二甲基草酰甘氨酸(可降低HIF-1α的氧化降解)的環境下應用時，高表達的HIF-1α可以動員更多的BMDACS向燒傷部位遷移，促進燒傷創面血管重建及愈合。提示，皮膚燒傷缺血缺氧性環境可能與普通的皮膚損傷有所不同。有研究發現，燒傷后皮膚HIF-1α較切割傷中的含量有所下降，而其創面愈合也相對延遲。相較普通疾病及創傷，燒傷微環境更復雜，可能還存在著間接影響HIF-1α發揮作用的因素。

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國家自然科學基金資助項目(31271049)。

郭杏(E-mail：gx412@126.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.29.035

R826.5

A

1002-266X(2016)29-0096-03

2016-04-10)