缺氧誘導因子在胰腺癌中的研究進展

葉 林，湯志剛

(武漢大學人民醫院普外科，武漢 430060)

胰腺癌是常見的消化系統惡性腫瘤，早期臨床癥狀不明顯，無特異性檢測方法，診斷極其困難，且病情進展迅速，大多數患者就診時已發展為中晚期局部進展性胰腺癌，約40%的患者就診時已失去手術機會，且化療、放療效果欠佳，故胰腺癌患者預后不良。在西方發達國家，胰腺癌的發病率位于消化系統腫瘤的第10位，是第4位的腫瘤相關致死因素，確診后5年生存率<5%[1]。目前，中國胰腺癌的發病率已由20世紀的第20位上升到第7位，病死率升至惡性腫瘤的第6位[2]。與其他腫瘤不同，胰腺癌的發病率及病死率呈明顯上升趨勢，因此胰腺癌一直是國內外學者研究的熱點，尋找新的診斷和治療方法迫在眉睫。隨著分子生物學的迅速發展，基因檢測技術逐步應用于臨床，胰腺癌發生、發展、轉移和治療的分子和基因水平研究取得初步成就，進一步揭示了胰腺癌的發病機制。大量研究表明，缺氧誘導因子(hypoxia inducible factor，HIF)在胰腺癌的發生發展、浸潤轉移、藥物抵抗及預后等方面發揮重要作用[3-5]。現就HIF在胰腺癌中的研究進展予以綜述，以提高對胰腺癌的認識和診療水平。

1 HIF概述

HIF是一種異二聚體轉錄因子，屬于PAS(Per/Amt/Sim)結構域家族，由HIF-α和HIF-β兩種基本的螺旋-環-螺旋蛋白組成[6]。HIF二聚體可以與缺氧反應原件中的核心DNA序列(G/ACGTG)特異性結合，許多功能基因都含有缺氧反應原件，這些靶基因參與缺氧引起的系統性反應(如血管生成和紅細胞生成)以及細胞反應(如葡萄糖/能量代謝的改變)，可見，HIF可調控靶基因的表達并影響其功能[7-11]。HIF的功能活性主要受α亞基轉錄后修飾及穩定性的調控。常氧條件下，HIF-α亞基與多聚羥化酶結合而被水解，暴露脯氨酸殘基，而被泛素蛋白酶體降解；細胞缺氧時，α亞基的降解活動顯著減弱，在細胞中大量積聚，細胞中的HIF-α水平明顯增高；HIF-β亞基作為組成型核蛋白，在轉錄中具有進一步的作用。

HIF-α存在3種功能形式，每種都由不同的基因編碼。HIF-1α和HIF-2α具有相似的結構域和類似的功能，但Keith等[12]的研究發現，HIF-1α和HIF-2α雖具有促進疾病發生的功能，但發揮功能的疾病階段不同，HIF-1α在腫瘤早期階段及炎癥急性期發揮重要作用；而HIF-2α更側重于腫瘤晚期階段及炎癥慢性期，甚至在特定的情況下它們的功能截然相反。目前，已知HIF-1α的作用方式主要有：①HIF-1α直接與靶基因5′端的順式作用元件結合；②HIF-1α通過蛋白之間的相互作用，與已結合在靶基因的順式作用元件的蛋白相結合，間接調節靶基因的表達；③HIF-1α可誘導其他調控靶基因轉錄因子的表達。目前對HIF-2α的研究處于探索階段，其調節方式尚未完全清楚。對HIF-3α的認識更少，部分學者認為HIF-3α可能在抑制HIF-1α和HIF-2α的功能中發揮作用[13]。

2 HIF與胰腺癌的關系

氧氣和營養物質作為細胞生長的必要條件，決定其形態和功能。伴隨實體腫瘤的快速增長，氧氣及營養物質的需求不斷增加，導致腫瘤出現缺血缺氧的微環境，而缺氧又引起HIF在腫瘤組織中大量積累，因此，在實體腫瘤中，HIF水平普遍增高，胰腺癌作為乏氧性腫瘤也不例外。HIF水平的升高與胰腺癌的發生進展、浸潤轉移、預后及藥物抵抗密切相關。

2.1HIF促進胰腺癌的發生發展及浸潤轉移 胰腺癌組織中HIF-1α水平明顯增高上調了某些參與缺氧反應的蛋白質水平，如血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、葡萄糖轉運蛋白1、細胞生存蛋白；同時，還參與腫瘤的炎癥反應，但確切的分子機制尚未明確。Li等[3]通過分析HIF-1α、化學趨化因子和巨噬細胞表面抗原68之間的關系，從炎癥反應水平說明了HIF-1α與胰腺癌發生的關系，揭示了HIF-1α具有促進化學趨化因子分泌的功能，在腫瘤部位召集大量的單核/巨噬細胞，加速胰腺星狀細胞的活化，導致胰腺導管腺癌原位發生炎癥及纖維化。進一步基因層面的研究發現，HIF-1α通過激活趨化因子受體1基因的表達，促進胰腺癌細胞的趨化遷移，在胰腺導管腺癌的侵襲進展中發揮作用，而HIF-2α未表現以上作用[4]。由此可見，HIF-1α與HIF-2α致病機制不同，需單獨進行研究。蛋白水平對HIF-1α與胰腺癌發生關系的研究表明，HIF-1α與VEGF、葡萄糖轉運蛋白1的水平呈正相關，與生存蛋白的水平無關，HIF-1α可通過調節胰腺癌組織中VEGF和葡萄糖轉運蛋白1的含量來促進癌癥的發生[5]。同時，Toll樣受體4作為HIF-1α上游的蛋白受體，在胰腺癌中高表達，并與HIF-1α協同促進胰腺癌的進展，在蛋白質相互作用中闡釋HIF-1α促進胰腺導管腺癌發生的機制[14]。

細胞層面的研究表明，HIF-1α可與干細胞因子基因啟動子區域的缺氧反應元件結合，激活干細胞因子的轉錄活性，促進胰腺癌的進展[15]。胰島素是胰腺內分泌功能的重要產物，有研究表明，胰島素可與HIF-1α協同提高胰腺癌細胞的能動性，在胰腺癌細胞的浸潤轉移中發揮重要作用[16]。此研究結論應引起高度重視，胰腺癌手術患者術后胰島素分泌不足，血糖升高是常見術后并發癥，根據以上研究結論，補充胰島素治療可增加癌細胞的轉移，術后胰島素治療會加速患者病情進展，因此，迫切需要進行胰島素對癌細胞轉移影響的進一步臨床研究。

近年來，隨著對HIF-2α研究的不斷深入，HIF-2α與胰腺癌的關系逐漸被人們認識，胰腺癌HIF-2α明顯升高也得到普遍認可。Li等[17]對比胰腺癌組織和正常組織的研究發現，胰腺癌組織中HIF-2α水平明顯增高，可能通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路，促使非經典途徑的谷胺酰胺代謝而發揮作用。另有研究認為，HIF-2α通過促使上皮-間質轉化，導致細胞失去極性，恢復干細胞特性，從而增強腫瘤細胞侵襲能力；并認為HIF-2α具有促進血管生成，提高有氧酵解的功能，可能與VEGF及葡萄糖轉運蛋白1的功能相關，但具體機制有待進一步研究[18]。Zhang等[19]進一步體內實驗證實，HIF-2具有致癌基因作用，其表達與鈣黏素、波形蛋白和細胞表面抗原31相關，而未發現HIF-1α的此作用，在基因水平也明確了HIF-2α具有促進腫瘤發生的作用。以上研究表明，HIF-1α和HIF-2α在胰腺癌細胞系和胰腺癌組織中都高表達，已被學者廣泛接受，但其作用機制尚未達成統一認識。綜上所述，HIF與胰腺癌的關系不僅表現在基因水平，還與蛋白質間的相互作用有關，HIF及其作用途徑有望為胰腺癌的診斷和治療帶來希望。

2.2HIF與胰腺癌預后 臨床上，胰腺癌HIF表達水平明顯升高主要用于評估患者預后。大量研究表明，HIF-1α可以作為判斷胰腺癌生存率的重要指標[5,14,20]。有研究通過免疫組織化學技術檢測58例胰腺癌患者和20名正常人體的組織樣本發現，HIF-1α、VEGF及葡萄糖轉運蛋白1水平明顯升高；同時,處于局部進展期或發生淋巴結轉移的患者與未發生者相比，HIF-1α、VEGF及葡萄糖轉運蛋白1水平也明顯增高；Cox回歸分析提示，HIF-1α是評估胰腺癌患者預后生存期的獨立標志物，進一步對比診斷后短期生存(<6個月)和長期生存(6～60個月)患者組織中HIF-1α水平發現，其評價預后的特異度為87.1%，靈敏度為55.6%，反映了HIF-1α對患者診斷后生存時間評估的重大意義[20]。Zhang等[14]通過擴大樣本例數比較HIF-1α表達與胰腺癌患者臨床病理特征之間的關系發現，雖然HIF-1α表達水平與胰腺癌患者的年齡、性別、腫瘤部位及分化程度無關，但與腫瘤的大小、淋巴結轉移、靜脈侵襲及臨床分期密切相關。上述研究認為，HIF-1α的表達與患者臨床病理特征有關，影響患者的生存期，并用定量數據加以解釋，充分強調了HIF-1α在胰腺癌預后評估中的意義。

除HIF-1α外，HIF-2α也能作為評估胰腺癌患者診斷后生存期的標志物。有研究發現，HIF-2α水平與腫瘤分化、臨床分期及淋巴結轉移密切相關，而與患者性別、年齡、腫瘤位置及大小無關，與HIF-1α對患者預后的影響高度一致，僅在腫瘤分化和大小方面存在差異[18]。隨后，進一步的研究發現，HIF-2α調節血管內皮鈣黏素與TWIST-1基因啟動子的結合，導致形成胰腺癌組織血管生成擬態，促進癌癥發生；多因素分析結果顯示，HIF-2α水平是胰腺癌患者預后的獨立影響因素[21]。定性分析HIF-2α與影響預后的臨床病理特征之間的關系，形成初步的認識后，再運用科學嚴謹的統計學方法可提高其在胰腺癌患者生存期估計中的可信度。

2.3HIF與胰腺癌的藥物抗性 血管生成在腫瘤的快速生長過程中發揮重要作用，為腫瘤細胞提供必要的營養物質和氧氣，同時也是化療藥物到達腫瘤部位發揮作用的重要途徑。化療藥物在胰腺癌(乏氧性實體腫瘤)的高效集聚尚有待進一步探究。研究表明，HIF-1α陰性的移植腫瘤則對放療及化療(順鉑、依托泊昔)的敏感性大大增強[22]。放療進一步激活腫瘤細胞中HIF-1α的活性，增加VEGF釋放，促進腫瘤血管生成，導致腫瘤對放療不敏感。Harashima等[23]發現，HIF-2α可通過調節生存素的表達控制胰腺癌細胞系對腫瘤壞死因子凋亡相關配體的敏感性，若用小干擾RNA抑制HIF-2α表達，生存素的水平也會降低，從而提高胰腺癌細胞對凋亡相關配體的敏感性，促進癌細胞凋亡，可見HIF-α對藥物、放療及具有殺滅癌細胞功能的物質發揮功能起拮抗作用。

3 胰腺癌治療的新方向

HIF在胰腺癌發生發展、浸潤轉移、藥物抵抗及預后中發揮重要作用，但作用機制尚未明確，涉及蛋白質間的相互作用及基因表達的調控，并不是單基因一條通路能完成的過程，而是多基因、多階段的連鎖反應。通過抑制胰腺癌發病過程的重要分子HIF，達到控制癌癥發生、進展的目的。

Sibenaller等[24]研究發現，細胞外超氧化物歧化酶可清除非線粒體中的過氧化物，抑制胰腺癌細胞生長，其機制可能是細胞外超氧化物歧化酶過表達破壞細胞內的氧氣/過氧化物平衡，從而作用于信號傳導通路的氧化還原反應，抑制癌細胞增殖。細胞外超氧化物歧化酶不僅抑制胰腺癌細胞中HIF-1α的表達，同時也會降低VEGF的水平，表明HIF-1α及VEGF都受到細胞外抗氧化酶——超氧化物歧化酶的調控，生物合成或從其他動植物中提取細胞外超氧化物歧化酶應用于臨床，為胰腺癌患者的治療帶來了希望。非編碼核糖核苷酸(miR-142)在胰腺癌組織及胰腺癌細胞系中表達水平都增高，miR-142/HIF-1α信號軸參與調節癌細胞的增殖侵襲，并與胰腺癌的病理分期和淋巴結轉移密切相關，miR-142是一種長度約20個核苷酸的單鏈RNA，針對其設計互補的核苷酸片段，達到抑制癌細胞增殖轉移的目的[25]。

另有研究顯示，脯氨酸羥化酶過表達可抑制HIF-1α及VEGF的表達水平，阻斷HIF-1α通路和血管生成，延緩胰腺導管腺癌患者的病程[26]；負顯性的HIF-1α通過抑制葡萄糖代謝阻斷胰腺癌的形成過程[27]；長鏈非編碼RNA(ENST00000480739)[28]、大黃素和大黃酸[29]、胺氮雙環酮[30]等通過抑制HIF-1α的水平及其信號通路達到延緩胰腺導管腺癌病理過程的目的。無論是蛋白質間的相互作用，還是基因表達水平抑制HIF的表達，或中藥的開發使用都是基于胰腺癌發病機制基礎上更深一步的探究，并有望實現突破。

吉西他濱作為常用的化療藥物，廣泛應用于胰腺癌患者。有研究發現，與單獨吉西他濱治療胰腺癌動物相比，HIF-1α的靶向藥物聯合吉西他濱能顯著延長原位癌動物的生存期；同時，在細胞系水平，HIF-1α抑制劑PX-478聯合吉西他濱能顯著提高其抗腫瘤細胞增殖的作用[31-32]。胰腺癌中HIF-2α的相關研究較少，僅發現生存素抑制劑YM155能促進胰腺癌的凋亡，并抑制胰腺癌的進展[23]。

4 小 結

胰腺癌是一種常見的惡性程度極高的消化系統腫瘤，號稱“癌中之王”。胰腺癌的發病率和死亡率逐年上升，早期主要的生物學特征是神經浸潤，癌性疼痛伴隨病程始終，嚴重影響患者的生存質量，但發病機制尚未明確，HIF-1α和HIF-2α在胰腺癌的發生發展、浸潤轉移、藥物抵抗中均發揮重要作用，并可作為評估患者預后的重要指標。近年來，靶向治療為癌癥的治療帶來了希望，HIF作為一種新型小分子物質，針對其作用途徑尋找有效抑制物成為胰腺癌治療的新方向。