低氧誘導因子1α在腎臟病中的研究進展

鐘紅珍 鐘志青 周添標

汕頭大學醫學院第二附屬醫院腎內科（廣東汕頭515041）

慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）是指腎臟結構或功能異常≥3個月，各種腎臟慢性病變最終均可引起慢性腎臟病，其中慢性缺氧和腎小管間質損傷在疾病的發生發展中起關鍵作用。我國的成人CKD發病率約 10.8%［1?2］，并呈逐年升高趨勢，成為我國新的公共健康問題。缺氧是許多疾病的重要特征，如癌癥、心肌梗死、中風和腎臟疾病。通過轉錄激活基因（如通過介導代謝反應、血管生成、能量守恒、紅細胞生成和細胞存活等）來維持缺氧情況下體內的平衡［3］。低氧誘導因子（hypoxia?inducible factors，HIFs）是細胞缺氧反應的關鍵轉錄因子，分別在分子、細胞和組織水平對缺氧進行適應性的調節反應，而 HIF?1α（hypoxia inducible factor 1 al?pha）存在于所有細胞類型中，是細胞缺氧反應的主要調節因子［4?5］。HIF?1 是由氧敏感的 α 亞基和組成性表達的β亞基構成的異二聚體。當正常供氧時，HIF亞基聚合，特異性脯氨酸殘基被HIF?脯氨酰羥化酶結構域蛋白（HIF?prolyl hydroxylase domain proteins，PHD）羥化，再由希佩爾?林道蛋白（Von Hippel?Lindau Protein，VHL）識別后在蛋白酶體降解［6］。缺氧抑制PHDs的酶活性，使HIF異二聚體轉錄活性增加，HIF生成增多［7］。HIF參與其他細胞機制，如糖酵解、血管生成、基質沉積和紅細胞生成等過程［8］。目前國內尚無HIF?1α在腎臟病系統的綜述。本文總結了HIF?1α在腎性貧血、CKD、急性腎損傷（acute kidney disease，AKI）及中毒、腎小球腎炎（glomeru?lonephritis，GN）、腎腫瘤、多囊腎綜合征（polycystic kid?ney diseases，PKD）、芬蘭型先天性腎病綜合征疾病（finn?ish congenital nephrotic syndrome，NPHS1）中的表達，與疾病發生的關系及其研究進展，期待為腎臟病的機制研究及早期干預提供新想法。

1 腎性貧血

貧血是終末期腎臟病常見的并發癥，臨床表現為血紅蛋白、血細胞比容降低和循環紅細胞數量的減少。在CKD患者中，主要是衰竭腎臟產生的促紅細胞生成素（erythro?poietin，EPO）絕對或相對減少［9］，紅細胞生成不足，不能補充生理條件下丟失的紅細胞，而很少是由紅細胞直接損失或破壞引起［10］。慢性腎臟疾病貧血傳統的治療方案是紅細胞生成刺激劑（erythropoiesis stimulating agents，ESAs）聯合輔助性鐵療法等治療，但隨后的臨床觀察顯示，ESAs低反應的患者經常發生全身性炎癥，當使用高ESAs劑量提高其反應性的同時可能增加其他不良事件及死亡率，因此發現HIF在促進紅細胞生成中起關鍵性調節作用并為腎性貧血的治療開辟了新的路徑［11］。研究報道肝細胞（生成）EPO的轉錄序列末尾有HIF的結合序列；缺氧時，HIF?1α的表達增加，進而增加肝臟EPO的生成（而腎臟無此調節）［12］。因此，抑制PHD酶活性，增加HIF的表達，可促使EPO生成增多［12?13］。此外，研究還發現，HIF幾乎影響所有與紅細胞生成有關的鐵代謝。一方面，HIF?2增加小腸上皮細胞對鐵的吸收；另一方面，HIF參與網狀內皮系統中巨噬細胞對衰老紅細胞中鐵的利用。HIF不僅促使十二指腸上皮細胞和巨噬細胞中的膜鐵轉運蛋白表達增加，還使血清轉鐵蛋白水平增高，導致血液循環中鐵也增加［11］。目前臨床試驗證實口服HIF穩定劑的耐受性好，增加HIF的表達進而刺激內源性EPO生成，從而糾正貧血；但是，可能僅對非透析依賴 CKD 患者有效［9，14?22］。另外，在 HIF 穩定劑的早期臨床試驗中，有發生與HIF穩定劑運用相關的嚴重不良反應（致命性肝壞死）的報道。此外，其長期安全性有待進一步研究［23］。

2 慢性腎臟病

慢性缺氧和腎小管間質損傷是所有腎臟病發展到終末期的共同通路。（1）實驗發現HIF?1α誘導的Twist在腎小管間質表達增加［24］，與Ⅰ型膠原纖維直接結合［25］，促進小管纖維化，而通過抑制HIF?1α在腎小管上皮細胞的表達，則能減輕腎小球肥大，系膜基質擴張，細胞外基質積聚和尿蛋白排泄，有益于腎功能恢復［26?30］。（2）HIF?1α 作用于靶基因血管內皮因子（vascular endothelial growth fac?tor，VEGF）誘導血管生成，實驗發現穩定 HIF?1α［31］與抑制［32］其在受損腎臟表達的結果截然相反；此外，HIF?1α的表達與血管平滑肌鈣化表現為正相關［33］；以上為HIF?1α在CKD血管生成方面的作用。（3）在低氧應激反應時，HIF?1α激活能減少蛋白質合成、抑制細胞凋亡并激活自噬，是協調低氧反應的重要因子［34］，抑制HIF?1A基因的表達能顯著減輕腎臟損傷［29］；但有研究發現CKD早期腎臟氧合功能和線粒體功能減弱，激活HIF?1α的表達，能顯著降低線粒體消耗和超氧化物產量并增加線粒體體積密度,于腎功能及代謝有益［4］。（4）CKD患者的間充質干細胞的PHD2的表達選擇性增強，PHD2羥化HIF?1α促使其在蛋白酶體的降解，而穩定HIF?1α在間充質干細胞的表達有利于干細胞的創傷愈合能力的恢復［35?36］。

3 急性腎損傷及中毒

近端腎小管細胞因其高代謝活性易受低氧的影響，因此在急性缺氧性腎損傷時表現為近端腎小管壞死，而腎小球和遠端腎單位功能正常［8］。（1）在非炎癥誘導的AKI模型中，HIF?1α通過誘導VEGF的表達，可阻止管周毛細血管內皮細胞凋亡，HIF?1α并可通過誘導葡萄糖轉運蛋白產生能量維持細胞在缺氧時的功能［37］；增加HIF的表達或降低PHD的活性可減輕近端小管在缺氧時的損傷，減少細胞凋亡和炎癥反應，促進腎功能的恢復［30，38?41］。實驗還表明HIF的全身活化可減輕腎臟的缺血再灌注損傷，于急性腎損傷有利［42］。（2）敗血癥合并AKI患者的HIF?1α表達顯著增多，并隨抗生素的應用而下降，此外HIF?1α與鐵調素的水平呈正相關［43］；而在炎癥誘導的小鼠急性腎損傷模型中，抑制PHDs活性提高了HIF?1α的表達水平、VEGF和EPO的基礎血漿濃度，減弱敗血癥相關的近端小管空泡化和擴張，減少腎小管的凋亡和腎組織中的T細胞浸潤，在敗血癥相關腎損傷中表現出腎臟保護作用，但PHD抑制劑導致干細胞大量糖原丟失和肝細胞凋亡而使器官破壞增加，導致死亡率增加［44］。（3）HIF因能提高血管生成素，從而減弱毒素遞送的不良反應，減輕中毒導致的腎損傷。另外，有研究是HIF?2而不是HIF?1對短期急性腎損傷起保護作用［45］。

4 腎小球腎炎

GN是由一組具有共同組織病理學特征的腎臟疾病的總稱，是導致終末期腎病的重要原因［46］。據報道中國因GN導致終末期腎病的患病率超過48%［47］。（1）在抗腎小球基底膜腎炎中，VHL基因敲除使局部HIFα穩定，減少腎小球疾病發展的積極作用強于VHL基因敲除引起的小管間質基質增多引起的消極作用，從而減輕疾病進展［48］。（2）在IgA腎病中，VEGF主要表達于腎小管上皮，并隨疾病分級的增加而增加，而HIF?1α的表達先增加后下降，與VEGF的表達模式不平行，尚無足夠的的證據支撐VEGF依賴HIF?1α的調控而發揮保護作用［49］。（3）在狼瘡腎炎中，患者的尿HIF?1α高于健康對照組，并與慢性化指標相關，但與疾病的活動性指標沒有相關性［50］；隨后的研究表明HIF?1α在患者的腎小球和腎小管間質組織中高度表達，尤其是在增殖性狼瘡腎炎中，并且HIF?1α可通過誘導增殖和抑制凋亡促進小鼠系膜細胞的生長，在狼瘡腎炎的發病機制中起重要作用［51］。

5 腎腫瘤

腎透明細胞癌（clear?cell renal cell carcinoma，ccRCC）VHL功能喪失［52］，HIF?1α高表達，HIF?1α在ccRCC中：⑴與DNA CpG島甲基化關系密切［53］，或通過miR?217/HIF?1α/AXL信號促進Rcc腫瘤發生［54］；（2）通過鞘氨醇激酶1/鞘氨醇1?磷酸途徑［55］而影響腫瘤的生長，參與PIG3/HIF?1α途徑調節癌細胞的遷移［56］；（3）此外，HIF?1α可影響能量產生、氨基酸及膽堿代謝以及細胞調節和信號傳導［57］，并在實驗中與VHL共同缺失完全恢復了腎的形態和功能，與腎血管系統恢復有關［58］；（4）實驗發現HIF?1α/ERK5途徑在腫瘤治療中具有預后價值［59］。有研究認為HIF?1α低表達在癌癥治療中有益［60］，但也有研究認為HIF?1α降解有益于ccRCC增殖［61］。此外，也有研究認為HIF?2α蛋白是ccRCC具有轉移潛能的獨立標記，增加HIF?2α表達是一個有利的預后因素［62］。在一例急性淋巴細胞白血病腎浸潤的病例報告中發現，白血病細胞浸潤腎組織后形成局部缺血缺氧，從而誘導HIF?1α的表達增加，EPO的生成也隨之增多，導致繼發性紅細胞增多癥［63］。

6 多囊腎綜合征

PKD，因大量腎囊腫而命名，是世界范圍內眾所周知的遺傳性囊性腎病，常伴有常染色顯性遺傳的特性［64?65］。HIF?1α在PKD模型中高度表達于近端小管和細段的細胞核，而在正常腎臟中幾乎檢測不到［66］。有研究認為，可能是因為大量的囊腫造成的局部缺氧環境，刺激HIF?1α在腎臟中的表達［67］，并且蛋白尿的發生與腎HIF?1α的表達正相關［68］。隨后的研究通過比較不同程度囊腫形成的腎HIF?1α的表達發現，在程度輕的PKD中，HIF?1α的表達并沒有增加，提示其可能是囊腫膨脹的原因；在巨大多囊腎中，HIF?1α在大的囊腫上皮細胞中大量增加，提示HIF?1α的增加是大囊腫局部缺氧的結果而非囊腫膨脹的原因［69］，并且抑制HIF?1α的表達對疾病的進展影響小［70］。但也有研究發現HIF?1α依賴鈣激活氯化物分泌通路促進囊腫生長［71］，直接激活腎小管細胞中嘌呤能受體P2Y2R的表達促進囊腫生長，調控P2Y2R介導的依賴ATP的囊腫生長［72］。

7 NPHS1

NPHS1主要由足細胞裂隙隔膜蛋白中的遺傳缺陷使腎臟腎小球內皮損傷引起的，患者在出生后不久就表現為腎病綜合征，并在兒童期出現腎小球硬化癥［73］。腎小球內皮細胞的維持是在很大程度上依賴于VEGF及其主要轉錄因子HIF?1α。腎小球系膜擴張和毛細血管閉塞使VEGF和HIF?1α生成增加，HIF?1α可維持足細胞VEGF的產生，維持血管內皮的穩定［73］。

總結和展望HIF?1α因作用于EPO的表達，在臨床試驗中發現能改善腎性貧血，但其長期的安全性有待進一步研究。HIF?1α是CKD低氧應激中的主要調節因子，既能促進小管纖維化，又可誘導受損腎臟血管生成，因此，在CKD中是否增強其表達存在爭議。不同模型誘導的急性腎損傷模型，HIF?1α表達的作用也不同。HIF?1α與ccRCC的發生、增殖、轉移、預后均密切相關，在繼發性腎癌也發揮一定作用。HIF?1α是否促進囊腫形成的原因還是囊腫形成的結果目前仍存在爭議。在NPHS1中，因HIF?1α促進VEGF的表達而維持腎小球內皮細胞的功能，對腎臟有益。綜上所述，仍需要更多的研究進一步深入，解開HIF?1α在腎臟病發生、發展的機制及治療應用的謎。