HIF-脯胺酰羥化酶與心血管疾病 ※

白玉婷 ，王立生 ，格日力 (1.青海大學高原醫學研究中心，青海省高原醫學應用基礎重點實驗室； .軍事醫學科學院放射與輻射醫學研究所，北京 100850；3.青海省人民醫院心內科，西寧 810001)

關鍵詞 HIF PHDs 心血管疾病

HIF-脯胺酰羥化酶與心血管疾病※

白玉婷1，2，3綜述，王立生2審校，格日力1§審校(1.青海大學高原醫學研究中心，青海省高原醫學應用基礎重點實驗室； 2.軍事醫學科學院放射與輻射醫學研究所，北京 100850；3.青海省人民醫院心內科，西寧 810001)

關鍵詞HIF PHDs 心血管疾病

低氧誘導因子(HIF)是細胞對低氧反應的重要介導因子，調控一系列基因的表達，參與眾多生物學過程。常氧狀態下，HIF-α由脯氨酰羥化酶(PHDs)和希佩爾-林道病腫瘤抑制蛋白相互作用而被羥化，隨后被蛋白酶體降解。低氧下，PHDs失活，導致HIF-1α降解減少、轉錄活性升高，HIF-1α大量蓄積，誘導下游靶基因表達。近年來PHDs在動脈粥樣硬化、高血壓病、心肌梗死、心肌病等心血管疾病中的作用日益受到關注，雖然其在部分心血管疾病中的觀點尚存在爭議，但普遍研究認為PHDs可作為治療心血管疾病的重要靶點，本文就PHDs與心血管疾病的可能關系及機制進行綜述。

1 動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是一個復雜的病理過程，在心血管疾病中扮演重要的角色，高膽固醇血癥和血脂障礙是動脈粥樣硬化的關鍵危險因素，因此降低膽固醇水平對治療動脈粥樣硬化至關重要。研究發現，PHD抑制劑能降低血清膽固醇，提高自身抗體水平，發揮心臟保護作用[1，2]。Rahtu-Korpela[3]等給予LDL受體缺陷小鼠灌注PHD2抑制劑FG-4497后，與對照組相比，其動脈粥樣硬化斑塊的面積減少約50%，而且還能減輕體重、改善胰島素抵抗、減輕肝臟和白色脂肪組織的重量，還可以使脂肪細胞變小、減少炎癥-相關白色脂肪組織巨噬細胞的聚集、降低高脂飲食誘導的血清膽固醇水平，這些數據表明抑制PHD2可通過穩定HIF-1α進而調節血脂和先天性免疫系統、減少炎癥反應。Marsch[4]等的研究也發現，與對照組相比，PHD1-/-LDLR-/-小鼠動脈粥樣硬化斑塊變小、斑塊壞死中心減少、動脈粥樣硬化發展進程變慢。另一項研究表明，給予ApoE-/-小鼠PHD3干涉病毒后，動脈粥樣硬化斑塊的進展減慢，并降低了炎性因子，如MCP-1、IL-1b、ICAM-1等的表達，而過表達PHD3后通過激活MAPK信號通路加速了動脈粥樣硬化進程[5]。抑制PHD發揮保護動脈粥樣硬化作用的機制：可能是通過活化HIF信號通路，進而改變細胞代謝、降低促炎癥基因轉錄、抑制內皮細胞增殖，最終發揮保護作用。其潛在的具體機制是復雜的，進一步闡明PHD在動脈粥樣硬化中的作用有望對動脈粥樣硬化的診治提供新思路。

然而，PHD抑制劑在移植性動脈粥樣硬化中的作用尚具有爭議。一項小鼠主動脈移植模型的研究報道顯示[6]，給予PHD抑制劑FG-2216可減少異體移植動脈硬化和移植腎損傷，并上調VEGF、TGF-β、ET-1、CoCL2的表達，減少T細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞浸潤的數量。另一項大鼠腦死亡心臟供體模型顯示[7]，使用PHD抑制劑DMOG可以減少炎性細胞浸潤、心肌細胞壞死和DNA鏈斷裂，從而改善心臟移植后移植物功能。而Ker?nen[8]等的研究持相反的觀點，這項研究顯示，給予心臟移植供體PHD抑制劑FG-4497激活了缺氧反應，但在缺血再灌注后FG-4497并沒有起保護作用。相反，當心臟移植受體使用FG-4497后降低了移植心臟的炎癥反應，提高了移植物的存活期。上述研究出現不同的觀點，可能與動物模型、抑制劑作用靶點、涉及的信號通路不同有關，為進一步明確PHD在移植性動脈粥樣硬化中的作用及機制，需建立標準的動物模型和評價方法，還需綜合考慮各種體內外影響因素。

2 高血壓病

抑制PHD可以降低血壓，改善高血壓引起的腎損害。Jiro Ikeda[9]等的研究結果表明，粒細胞特異性PHD2基因敲除小鼠表現出較少的巨噬細胞浸潤、主動脈中膜和外膜的增厚，其心肌間質纖維化和心肌細胞肥大明顯改善，而且主動脈和心臟的TGF-β、膠原表達明顯降低，提示敲除粒細胞PHD2可以減輕高血壓導致的心血管肥厚和纖維化，其機制可能是通過減少巨噬細胞介導的炎癥和纖維化相關基因的表達而發揮作用。PHD在高血壓中的研究則更多的是在鹽敏感性高血壓中的研究。例如，Li[10]等的研究顯示，高鹽的攝入抑制腎髓質中PHD2的表達，增加腎髓質HIF-1α介導的基因表達，如NOS、HO-1、COX-2等基因，而這些基因能增加腎髓質不同降壓因子的產生，調節腎對高鹽攝入的適應性，調節動脈血壓的鹽敏感性。同樣的另一項研究顯示，干涉PHD2降低PHD2水平60%以上，明顯地增加腎髓質HIF-1α、HIF-1α靶基因HO-1、COX-2的表達3倍以上，在功能上，急性靜脈注射鈉負荷后，壓力排鈉明顯增強，尿鈉排泄量增加了一倍，慢性高鹽引起的鈉潴留明顯減少。因此，與對照組相比，抑制PHD2基因的大鼠鹽敏感高血壓明顯減輕[11]。而過表達PHD2增加腎髓質PHD2的表達，降低HIF-1α的水平，從而導致壓力性排鈉減弱，水鈉潴留，產生鹽敏感性高血壓[12]。在DOCA/鹽處理的高血壓大鼠模型中，PHD抑制劑DMOG不僅能減輕大鼠的高血壓和蛋白尿，還能減輕腎間質改變、腎小球損害，降低I型膠原的沉積，增加血清亞硝酸鹽。然而，HIF-1α表達的增加和PHD2表達的降低并非由DMOG引起，可能是由DOCA/鹽導致的低氧引起，而且在后期，持續的低氧和PHD2表達的降低可引起高血壓腎損害和膠原沉積，并證實PHD抑制劑在DOCA/鹽高血壓中的保護機制涉及NO的增加和/或活性氧的降低[13]。總之，PHD2調節HIF-1α介導腎髓質基因活化是高鹽攝入的一個重要的分子適應機制，其作用機制仍需進一步深入研究。

3 心肌梗死

PHD作為低氧應激因子，在心肌梗死中的作用已被肯定，大量研究認為抑制PHD2可以減小心肌梗死面積、減少心肌細胞凋亡數量、改善心功能。研究發現，心肌梗死模型中，使用PHD抑制劑DMOG可減少細胞凋亡、增加新生血管、減小梗死面積、改善心功能、上調SDF-1和CXCR4的表達，進而增加CD45+/CXCR4-EGFP+/CD11b+細胞募集到梗死區以修復損傷心肌[14]。Wang[15]等的研究顯示，與對照組相比，移植了沉默PHD2基因的脂肪來源干細胞的心肌梗塞范圍明顯縮小，治療四周后左室縮短分數和射血分數明顯大于對照組，進一步研究發現其治療心肌梗死的作用與降低心肌細胞凋亡、纖維化有關，而與血管生成和炎癥反應無關。并且經研究證實，沉默PHD2增加移植干細胞在缺血組織中的存活率依賴于HIF-1α通路，和NF-κB介導的IGF-1上調導致的旁分泌作用的增加[15，16]。Kerkel?[17]等的研究表明，與對照組相比，PHD2缺乏小鼠心肌梗死后存活率增加、左心室收縮功能改善、梗死面積變小、毛細血管面積增加，再灌注后心臟功能更容易恢復，內皮HIF靶基因Tie-2、apelin、APJ和NOS表達增加，血清NO濃度增加，從而發揮缺血心臟保護作用。另一項心肌梗死后的動物模型也顯示，與對照組相比，PHD3-/-小鼠HIF-1α DNA結合活性增強、纖維化降低，心肌梗死7天后，毛細血管/小動脈密度增加、心臟功能改善(射血分數和縮短分數)、VEGF和Ang-1&Bcl-2的表達增加[18]，而特異性過表達PHD3則顯著增加梗死面積，考慮與HIF-1α/2α積累的減少有關，提示心臟中PHD3高表達可能會限制HIF-1α/2α對缺血刺激后的反應[19]。另外，Ong[20]等的研究發現，GSK360A抑制心肌細胞PHD可穩定HIF-1，減小心肌梗塞面積，增加HIF-1靶基因PDK1和HKII的表達，增加重編程細胞的有氧糖酵解，從而減少缺血再灌注損傷時線粒體的氧化應激產物、MPTP的開放。Xie[21]等的研究認為，心肌缺血再灌注損傷時，PHD3的缺失可以誘導HIF-1α的表達增加，進而抑制心肌細胞凋亡，并證明PHD3在ATR/Chk1/p53信號通路中發揮重要作用。此外，AMPK作為缺血再灌注、缺氧等代謝的主要能量傳感器和調節因子，心肌細胞中活化的PHD信號級聯反應能通過Ca(2+)/CaMKK-依賴機制激活AMPK途徑，在缺氧保護反應中發揮重要作用[22]。

抑制PHD發揮保護心臟的可能機制有代謝因素：抑制PHD增加糖酵解代謝、改善細胞能量狀態[20、23]；血管因素：抑制PHD增加毛細血管面積，促進血管生成[17、18]；分泌因素：抑制PHD促進保護心臟的因子如IL-10、SDF-1、2-酮戊二酸等表達[23、24]；其他因素：除了這些公認的機制外，再灌注損傷信號激酶(RISK)通路或一氧化氮信號通路也被提出參與心肌保護作用[25]。總之，目前的研究普遍認為抑制PHD可以激活缺氧反應途徑，使心肌能更好地應對急性缺血、缺氧造成的損傷，發揮保護作用。

4 心肌病和心功能不全

持續的高血壓、肥胖、糖尿病也能引起心臟結構和功能的異常，包括左心室重塑和功能障礙。部分研究發現除了缺血性心肌病以外，上述心肌病中抑制PHD也能獲得收益。Zeng[26]等在高脂飲食誘導的心肌病研究中發現，敲除高脂飲食小鼠PHD2基因可使心臟MYD88、NF-κB的表達顯著降低，還可以抑制TNFα和ICAM-1的表達，減少細胞凋亡、巨噬細胞浸潤，明顯改善心臟功能，更重要的是在后期可顯著改善高脂飲食小鼠的葡萄糖耐量并逆轉其心功能不全。這項研究證實，PHD2活化是高脂飲食誘導心肌病小鼠心功能不全的一個重要因素，抑制PHD2可以減輕高脂飲食誘導的心肌病心功能不全，其機制可能是通過抑制MYD88/NF-κB-65信號通路、改善糖耐量和抑制炎癥反應發揮作用。另一項研究也發現[27]，糖尿病心肌病大鼠有嚴重的左室功能不全和心肌細胞凋亡、纖維化，其心肌中PHD3表達增加，沉默PHD3能改善糖尿病心肌病心功能不全、減少高糖飲食誘導的細胞凋亡、降低H9C2心肌細胞MAPK信號通路的激活程度。其中MAPKs的激活有助于心肌細胞凋亡和纖維化。

然而也有研究得出與上述研究相反的結論，認為PHD2失活導致大量紅細胞增多，進而導致壓力負荷過重和高黏滯綜合癥，最終引起心功能不全。Liang[28]等的研究結果顯示，敲除PHD2、PHD3可增強TR-α和NCOR2之間的相互作用，抑制PLN轉錄，心臟PLN的表達下降導致異常的CaMKII持續激活，并進一步激活β腎上腺素誘導心肌損傷，引起心功能不全。目前PHD在心肌病、心功能不全中的研究有限，詳細作用機制尚不明確。短期抑制PHD發揮心臟保護作用，而長期抑制是否對組織完整性存在影響結論不一。

5 展望

綜上所述，PHDs在心血管疾病的發生發展中起著重要的作用。因PHDs在不同類型的心血管疾病中表達不同，作用機制不同，學界對PHDs在心血管疾病中的作用尚持有爭議，但普遍的研究認為，PHD/HIF調節心血管功能和心血管疾病與抑制PHD降低氧濃度狀態密切相關，并以劑量依賴的方式感知氧敏感通路，對抑制PHD、穩定HIF的低水平發揮保護作用，可以治療心臟、代謝性疾病，太強或延長則導致心功能障礙。利用現代分子生物學方法，在細胞、分子水平開展大量研究，有待發現新的作用靶點，闡明其詳細作用機制為心血管疾病的診斷和治療奠定基礎。

[1]BakrisGL ，Yu KP，Leong R，et al.Effects of a novel anemia treatment，FG-4592 an oral hypoxia-inducible prolyl hydroxylase inhibitor(HIF-PHI)on blood pressure and cholesterol in patients with chronic kidney disease[J].J ClinHypertension，2013，14：487-489.

[2]OlsonE，DemopoulosL，Haws TF，et al.Short-term treatment with a novel HIF-prolyl hydroxylase inhibitor(GSK1278863)failed to improve measures of performance in subjects with claudication-limited peripheral artery disease[J].VascMed，2014，19(6)：473-482.

[3]Rahtu-Korpela L，M??tt?J，Dimova EY，et al.Hypoxia-inducible factor prolyl 4-hydroxylase-2 inhibition protects against development of atherosclerosis[J] .ArteriosclerThrombVascBiol，2016，36(4)：608-617.

[4]Marsch E，Demandt JA，Theelen TL，et al.Deficiency of the oxygen sensor prolyl hydroxylase 1 attenuates hypercholesterolaemia，atherosclerosis，and hyperglycaemia[J].Eur Heart J，2016，37(39)：2993-2997.

[5]Liu H，Xia Y，Li B，et al.Prolyl hydroxylase 3 overexpression accelerates the progression of atherosclerosis in ApoE-/- mice[J].BiochemBiophys Res Commun，2016，473(1)：99-106.

[6]HeimC，BernhardtW，JalilovaS，et al.Prolyl-hydroxylase inhibitor activating hypoxia-inducible transcription factors reduce levels of transplant arteriosclerosis in a murine aortic allograft model[J].Interact CardiovascThoracSurg，2016，22(5)：561-570.

[7]HegedusP，LiS，Korkmaz-IcozS，et al.Dimethyloxalylglycine treatment of brain-dead donor rats improves both donor and graft left ventricular function after heart transplantation[J].Heart Lung Transplant，2016，35(1)：99-107.

[8]Ker?nen MA，TuuminenR，Syrj?l?S，et al.Differential effects of pharmacological HIF preconditioning of donors versus recipients in rat cardiac allografts[J].Am J Transplant，2013，13(3)：600-610.

[9]Ikeda J，Ichiki T，Matsuura H，et al.Deletion of phd2 in myeloid lineage attenuates hypertensive cardiovascular remodeling[J].J Am Heart Assoc，2013，2(3)：e000178.

[10]Li N .Hypoxia inducible factor-1α-mediated gene activation in the regulation of renal medullary function and salt sensitivity of blood pressure[J].Am J CardiovascDis，2012，2(3)：208-215.

[11]Zhu Q，Hu J，Han WQ，et al.Silencing of HIF prolyl-hydroxylase 2 gene in the renal medulla attenuates salt-sensitive hypertension in Dahl S rats[J].Am J Hypertens，2014，27(1)：107-113.

[12]Zhu Q，Liu M，Han WQ，et al.Overexpression of HIF Prolyl-Hydoxylase-2 transgene in the renal medulla induced a salt sensitive hypertension[J].J Cell MoIMed，2012，16(11)：2701-2707.

[13]Dallatu MK，Nwokocha E，Agu N，et al.The Role of Hypoxia-Inducible Factor/Prolyl Hydroxylation Pathway in Deoxycorticosterone Acetate/Salt Hypertension in the Rat[J].J Hypertens(Los Angel)，2014，3(6)：184.

[14]Santhosh Kumar Ghadge，Moritz Messner，Thi Van Pham，et al.Prolyl-hydroxylase inhibition induces SDF-1 associated with increased CXCR4+/CD11b+subpopulations and cardiac repair[J].J Mol Med(Berl)，2017，95(8)：825-837.

[15]Wang WE，Yang D，Li L，et al.Prolyl hydroxylase domain protein 2silencing enhances the survival and paracrine function of transplanted adipose-derived stem cells in infarcted myocardium[J].CircRes，2013，113(3)：288-300.

[16]HoWangYinKY，LoinardC，BakkerW，et al.HIF-prolylhydroxylase 2 inhibition enhances the efficiency of mesenchymal stem cell-based therapies for the treatment of critical limb ischemia[J].Stem Cells，2014，32(1)：231-243.

[17]Kerkel?R，Karsikas S，Szabo Z，et al.Activation of hypoxia response in endothelial cells contributes to ischemic cardioprotection[J].Mol Cell Biol，2013，33(16)：3321-3329.

[18]OriowoB，Thirunavukkarasu M，SelvarajuV，et al.Targeted gene deletion of prolyl hydroxylase domain protein 3 triggers angiogenesis and preserves cardiac function by stabilizing hypoxia inducible factor 1 alpha following myocardial infarction[J].Current Pharmaceutical Design，2014，20(9)：1305-1310.

[19]ZiesenissA，HesseAR，JathoA，et al.Cardiomyocyte-specific transgenic expression of prolyl-4-hydroxylase domain 3 impairs the myocardial response to ischemia[J].Cell PhysiolBiochem，2015，36(3)：843-851.

[20]Ong SG，Lee WH，Theodorou L，et al.HIF-1 reduces ischaemia-reperfusion injury in the heart by targeting the mitochondrial permeability transition pore[J].CardiovascRes，2014，104(1)：24-36.

[21]Xie L，Pi X，Wang Z，et al.Depletion of PHD3 protects heart from ischemia/reperfusion injury by inhibiting cardiomyocyte apoptosis[J].J Mol Cell Cardiol，2015，80：156-165 .

[22]Yan H，Zhang DX，Shi X，et al.Activation of the prolyl-hydroxylase oxygen-sensing signal cascade leads to AMPK activation in cardiomyocytes[J].J Cell MoIMed，2012，16(9)：2049-2059.

[23]Koivunen P，Serpi R，Dimova EY.Hypoxia-inducible factor prolyl 4-hydroxylase inhibition in cardiometabolic diseases[J].PharmacolRes，2016，114：265-273.

[24]Olenchoc BA，Moslehi J，Baik AH，et al.EGLN1 inhibition and rerouting of alpha-ketoglutarate suffice for remote ischemic protection[J].Cell，2016，164(5)：884-895.

[25]Martin-PuigS，TelloD，AragonésJ.Novel perspectives on the PHD-HIF oxygen sensing pathway in cardioprotection mediated by IPC and RIPC[J].Front Physiol，2015，6(20)：137.

[26]Zeng H，Chen JX.Conditional knockout of prolyl hydroxylase domain protein 2 attenuates high fat-diet-induced cardiac dysfunction in mice[J].PloSOne，2014，9(12)：e115974.

[27]Xia Y，Gong L，Liu H，et al.Inhibition of prolyl hydroxylase 3 ameliorates cardiac dysfunction in diabetic cardiomyopathy[J].Mol Cell Endocrinol，2015，403：21-29.

[28]Xie L，Pi X，Townley-Tilson WH，et al.PHD2/3-dependent hydroxylation tunes cardiac response to β-adrenergic stress via phospholamban[J].J ClinInvest，2015，125(7)：2759-2771.

R54

A

10.13452/j.cnki.jqmc.2017.03.013

2017-3-6

※：國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)(2012CB518200)；國家自然科學基金(31571231、81470320)；青海省高原醫學應用重點實驗室.§：通信作者，博導，教授，Email-geriligao@hotmail.com； 白玉婷(1987～)，女，漢族，青海籍，主治醫師