缺氧誘導因子-1α 在瘢痕疙瘩中的最新研究進展

霍平平，羅銀利，金哲虎，皮龍泉，金美彤，孔艷麗

（延邊大學附屬醫(yī)院 皮膚科，吉林 延吉，133000）

KD是由傷口愈合異常所引起的纖維組織異常增生而形成的良性皮膚腫瘤，其具有生長迅速，向正常組織浸潤和切除后容易復(fù)發(fā)等臨床特點。KD發(fā)病機制復(fù)雜，病因尚不完全清楚，治療方式的局限性大。HIF-1α在KD中的作用是研究KD發(fā)病機制中不可回避的重要環(huán)節(jié)。HIF-1α是介導KD缺氧應(yīng)激反應(yīng)的核心因子，其顯著促進結(jié)締組織生長因子(CTGF)的表達和細胞外基質(zhì)(extracellular matrixc,ECM)的合成[1]。近年來HIF-1α在KD中的作用已經(jīng)受到了學者們的廣泛重視。本文主要從KD中HIF-1α的作用進行闡述，旨在為KD的預(yù)防和治療奠定新的基礎(chǔ)。

1 HIF-1α 概述

早在1991年，學者在對促紅細胞生成素（EPO）基因的研究中首次發(fā)現(xiàn)了HIF蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，該蛋白能激活幾個與缺氧相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[2]。缺氧誘導因子-1(HIF-1)是一種具有轉(zhuǎn)錄活性的異源蛋白二聚體,主要由120kD的HIF-1α和91-94kD的HIF-1β兩個亞單位組成。HIF-1α主要存在于細胞質(zhì)中，是介導細胞缺氧應(yīng)激反應(yīng)和細胞適應(yīng)低氧條件的核心因子，是轉(zhuǎn)錄功能的主要調(diào)節(jié)亞基。HIF-1β主要存在于細胞核中，在細胞內(nèi)穩(wěn)定表達,起到結(jié)構(gòu)性組成作用。HIF-1β還與HIF-1在核內(nèi)的穩(wěn)定性及二聚化后的構(gòu)象轉(zhuǎn)變有關(guān)[3]。

HIF-1的降解或合成嚴格的受到氧含量的不同進行調(diào)節(jié)[4]。在正常氧含量條件下，脯氨酰羥化酶結(jié)構(gòu)域蛋白(PHDs)和其他脯氨酰羥化酶作用于HIF-1α的脯氨酸殘基上。這種羥基化反應(yīng)是參與腫瘤抑制蛋白（von hippel-lindau protein，pVHL）結(jié)合過程必不可少的一步，pVHL是泛素蛋白連接酶的識別亞單位，以HIF-1α為靶標進行泛素化和蛋白酶體降解[5]。此外，缺氧誘導因子抑制因子(factor-inhibiting HIF,FIH)將天冬酰胺殘基在其反式激活區(qū)域內(nèi)羥基化，阻斷HIF與轉(zhuǎn)錄輔助激活因子（CREB-binding protein，CBP）/p300和其他輔助因子的結(jié)合，阻止活性轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的形成，合成的HIF-1蛋白很快即被細胞內(nèi)氧依賴性泛素-蛋白酶體途徑所降解[6]。在低氧條件下，缺氧可阻止HIF-1α羥基化，HIF-1α不能通過pVHL介導的泛素-蛋白酶體途徑立即降解，PHDs和FIH-1等氧依賴型酶的活性被抑制，pVHL蛋白與羥基化的HIF-1α相結(jié)合，招募E3泛素連接酶復(fù)合體[7]，使 HIF-1α更加穩(wěn)定，導致HIF-1α在細胞內(nèi)積累，并促使HIF-1α移位到細胞核內(nèi)與HIF-1β結(jié)合組成HIF-1。然后，HIF-1與下游靶基因的缺氧反應(yīng)原件（hypoxia response elements，HREs）結(jié)合，調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄與表達，從而維持氧穩(wěn)態(tài)，使細胞適應(yīng)低氧環(huán)境[8]。此外，HIF-1α在低氧條件下調(diào)控細胞色素C氧化酶亞基Ⅳ(COX4)的表達，從而在不同的氧氣濃度下影響整條呼吸鏈的功能狀態(tài)以及細胞的能量生成[9]。

研究表明HIF-1上調(diào)CTGF，CTGF促進成纖維細胞增殖和細胞外基質(zhì)合成，在KD形成中起關(guān)鍵作用[10]。HIF-1α是HIF-1的活性亞基，具有適應(yīng)性反應(yīng)因子的功能，在缺氧條件下可以使細胞免受凋亡[11]。缺氧信號通路在KD形成中起重要作用，缺氧通過HIF-1α誘導炎癥的發(fā)生[12]。早期和及時的高壓氧治療能夠抑制HIF-1α積累，可以極大程度地改善組織的缺氧狀況，對KD的早期治療有潛在效果[13]。研究發(fā)現(xiàn)，2-甲氧甘氨酸和去鐵胺抑制HIF-1α表達，地高辛抑制HIF-1α蛋白積聚[14]，吖啶黃素抑制HIF-1α和HIF-1β聚合[15]，阿霉素通過阻止HIF-1與DNA的結(jié)合抑制HIF-1的轉(zhuǎn)錄活性[16]。

2 與HIF-1α 密切相關(guān)的細胞因子及其信號通路

2.1 TGF-β1 及TGF-β/Smad 通路

轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor beta,TGF-β）是一種多功能細胞因子，由損傷組織分泌和釋放，在哺乳動物中有三種不同的亞型(TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3)，TGF-β1是TGF-β家族中與KD形成關(guān)系最密切的一個成員，在KD組織中表達上調(diào)，據(jù)報道其可以刺激膠原形成，促進ECM的合成及減少ECM的降解[17]。TGF-β1主要通過調(diào)節(jié)性T細胞(Regulatory cells,Tregs)和激活Smads磷酸化及核轉(zhuǎn)位來調(diào)節(jié)多種基因的表達，特別是調(diào)控成纖維細胞的增殖和蛋白質(zhì)的合成，從而促進KD的生長[18]。

Smad家族蛋白在TGF-β信號傳導通路中的作用非常重要。Smad蛋白根據(jù)結(jié)構(gòu)分為R-Smad（Smad l、smad 2、Smad 3、Smad 5、Smad 8和Smad），Co－Smad（Smad4）和I-Smad（Smad 6和Smad 7）3個亞家族[19]。缺氧促進TGF-β／Smad信號轉(zhuǎn)導，進而上調(diào)TGF-β和磷酸化Smad2／3（p-Smad2／3）促進膠原沉積，上調(diào)Smad4進一步促進HIF-1α的表達[20]。在KD組織中，HIF-1α可以激活TGF-β/Smad信號轉(zhuǎn)導通路，增加真皮成纖維細胞膠原沉積[21]。阻斷TGF-β/Smad信號通路是治療KD的潛在方法[22]。TGF-β／Smad信號通路在瘢痕疙瘩成纖維細胞(Keloid Fibroblasts，KFs)中被HIF-1α激活，增加了細胞生長因子和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的分泌，從而促進了KD的發(fā)展[21]。同時，在胎盤成纖維細胞、原代人肺成纖維細胞和平滑肌細胞中檢測到TGF-β1蛋白水平升高[23]。黃芩素通過劑量依賴性下調(diào)Smad2和Smad3的磷酸化水平，抑制體內(nèi)和體外成纖維細胞的生長和TGF-β/Smad2/3信號通路的傳導，對KD的治療有潛在效果[24]。

2.2 Toll 樣受體及TLR/MyD88/NF-κB 通路

Toll樣受體(Toll-like receptor，TLRs)是I型自身免疫系統(tǒng)中的跨膜糖蛋白受體家族，其與介導多種生物學效應(yīng)的配體相互作用后，通過接頭蛋白髓樣分化因子88 (Myeloid differentiation factor 88，MyD88)和包含TIR結(jié)構(gòu)域(Toll/Interleukin-1 receptor domain)的銜接子誘導干擾素-β（TRIF）啟動細胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導。Toll樣受體4（TLR4）最初被確定為脂多糖(LPS)受體[25]。Campbell MT等[26]首先發(fā)現(xiàn)TLR4參與了肝臟和腎臟的纖維化。隨后的研究證實TLR4在KD中也高度表達[27]。成纖維細胞中TLR4信號的激活增強了典型的Smad信號的強度，導致TGF-β1敏感性增強，促使基質(zhì)產(chǎn)生增加和結(jié)締組織重塑[28]。有研究表明TLR4在KD中高度表達受到HIF-1α的調(diào)控，在創(chuàng)面愈合過程中促進成纖維細胞的增殖和膠原的合成，導致創(chuàng)面過度愈合和KD形成[29]。缺氧誘導的TGF-β1通路和TLR4通路的激活參與KD的形成和發(fā)展[21]。在缺氧誘導的KD成纖維細胞中HIF-1α的表達明顯抑制細胞凋亡，促進細胞增殖，但對正常成纖維細胞無明顯影響。特別是HIF-1α激活了TGF-β1/Smad和TLR4/MyD88/NF-κB通路，這兩條通路的相互作用可能促進KD的形成。有研究表明，抑制HIF-1α可顯著抑制KD的生成[30]。缺氧誘導成纖維細胞表達HIF-1α，刺激了TLR/MyD88/NF-κB信號通路，促進了IL-6等炎癥因子的表達[31]。核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）可以誘導miR-148A在癌細胞中維持TGF-β/Smad信號的激活[32]。人參皂苷Rg3(ginsenoside Rg3，Rg3)通過上調(diào)抗纖維化基因(包括干擾素-γ和TGF-β3)和下調(diào)促纖維化基因(包括肌成纖維細胞和CTGF)的表達來抑制KD成纖維細胞的遷移[33]。

2.3 miR155 及HIF1α/PI3K/AKT 通路

Zonari E等[34]報道m(xù)icroRNAs(MiRNAs)是抗腫瘤治療的熱門研究靶點。Li Y等[35]的實驗研究發(fā)現(xiàn)miRNAs與成纖維細胞異常增生有密切的關(guān)系，可能是纖維化發(fā)病機制中的關(guān)鍵分子。Christmann RB等[36]報道m(xù)icroRNA-155(miR-155)屬于一種致癌miRNA，與肺纖維化和肝纖維化的病理程度相關(guān)。MiRNAs是一類高度保守的小RNA，通常與靶mRNAs的3’-非翻譯區(qū)結(jié)合，能夠通過阻斷靶mRNAs的翻譯或降解來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后基因表達[37]。Xie S 等[38]的實驗研究表明在長時間缺氧的微環(huán)境中，miR155對HIF-1α起著重要的負性調(diào)節(jié)作用，HIF-1α是KD患者miR-155的直接靶點。Joshi S等[39]的研究表明，腫瘤細胞中的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白質(zhì)絲氨酸蘇氨酸激酶（AKT）通路與HIF-1α有關(guān)，抑制PI3K/AKT通路可以阻斷HIF-1α蛋白的積累，促進HIF-1α的降解，抑制成纖維細胞的增殖。

PI3K/AKT通路在細胞存活、能量代謝和蛋白質(zhì)合成等過程中有著重要的作用[40]。AKT信號調(diào)節(jié)通路通過HIF-1α參與miR155的調(diào)控過程，miR155通過靶向HIF-1α介導成纖維細胞的增殖和膠原蛋白的過度產(chǎn)生，miR-155在成纖維細胞的形成和發(fā)展過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。miR155可能成為成纖維細胞過度增殖的一個潛在治療方法[41]。

2.4 Parkin 及HIF-1α/TGF-β1/Smad 通路

Parkin屬于腫瘤抑制因子的一種，在多種腫瘤中表達下調(diào)。Parkin的基因敲除可促進癌細胞的增殖，而Parkin的過度表達則抑制癌細胞的生長[42]。研究表明，HIF-1α是泛素化連接酶Parkin的底物，可以靶向HIF-1α在腫瘤細胞中降解,進而使腫瘤細胞中TGF-β1／Smad信號通路失活，抑制了腫瘤細胞的增殖和侵襲[43]。Parkin是一種E3泛素連接酶，在KFs中參與了HIF-1α的降解[44]。此外，Parkin通過靶向HIF-1α影響TGF-β1／Smad信號轉(zhuǎn)導。在缺氧條件下，沉默Parkin通過TGF-β1／Smad信號通路促進KFs的增殖，抑制細胞凋亡。而異位Parkin表達則相反地抑制了KFs在缺氧條件下的細胞增殖并誘導了細胞凋亡[45]。有研究表明Parkin最近被認為參與了NF-κB和N-活化蛋白激酶信號通路的激活[46]。KD中Parkin功能的喪失，導致M2型丙酮酸激酶(PKM2)的酶活性增強，從而促進糖酵解。因此，Parkin可以通過抑制糖酵解途徑，產(chǎn)生抑制KD發(fā)展的作用[47]。

研究發(fā)現(xiàn)，降糖藥物二甲雙胍可以顯著誘導Parkin的表達，促進了Parkin的上調(diào)，增強了Parkin與HIF-1α之間的相互作用，進而通過轉(zhuǎn)錄降低HIF-1α的水平，揭示了Parkin在KD發(fā)生發(fā)展中的一個重要機制，提示靶向Parkin可能是治療KD的一種潛在方法[48]。

3 總結(jié)與展望

KD是臨床上治療極其困難和難以治愈的一種常見且多發(fā)的腫瘤性疾病，治療抵抗性和治療后高復(fù)發(fā)性是其主要的臨床特征。目前KD的發(fā)病機制仍不明確，國內(nèi)外仍缺乏針對KD的臨床治療共識，治療KD的方法存在較多局限。研究通過多種方式抑制HIF-1α的活性用于KD的治療已經(jīng)成為國際研究熱點，并有望為KD的治療提供新的思路。HIF-1α是介導細胞缺氧應(yīng)激反應(yīng)的核心因子，通過對KD的研究探索，也有利于為其他同類型疾病的診斷和治療提供新的方向。相信在國內(nèi)外學者的共同努力下，隨著對該疾病認識的進展和現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)的進步將為解決這一臨床難題提供可行的解決方案。