缺氧誘導因子1α對慢性創面愈合影響的研究進展

體表慢性創面(俗稱潰瘍) 是由一系列創傷和疾病所致，國內外一般將持續一個月不愈合創面定義為慢性創面。慢性創面具有病程長、對外觀影響大、并發癥多等特點，近年來有逐年增加的趨勢，成為影響患者生活質量的重要并發癥，已引起世界各國的高度重視[1]。慢性創面愈合困難與創面的缺氧(hypoxia)和感染密切相關[1-2]。缺氧誘導因子1(hypoxia inducible factor 1，HIF-1)在缺氧缺血性疾病的發生發展中具有重要作用，其下游靶基因涉及細胞能量代謝、離子代謝、血管形成、細胞凋亡和增殖、細胞遷移等多個方面[2-3]，在創面愈合過程中發揮了重要作用。現就HIF-1結構功能及其在慢性創面愈合過程中的作用研究進展做一綜述。

1體表慢性創面的國內外研究現狀

體表慢性難愈合創面發生機制復雜，至今尚未完全闡明。體表慢性創面的發生可能與缺血、缺氧、營養、感染、生長因子濃度失衡、內分泌及神經免疫等因素有關。近兩年人們更加關注創面修復的信號轉導機制，尤其是細胞的缺氧應答反應對愈合的影響機制。在創面愈合過程中，因為氧的需求增加、周圍血管循環障礙、感染、局部炎性細胞消耗大量的氧用于呼吸爆發等原因，創面局部處于缺氧狀態。正常創面愈合時，局部暫時的缺氧有利于血管發生和愈合，隨著創面愈合局部缺氧狀況得到矯正[2]。研究發現慢性創面局部存在持續的缺氧和新生血管形成障礙，研究者認為這是慢性創面延遲愈合的重要原因[2-4]。

血管內皮生長因子(VEGF)是目前發現的機體內最主要的血管生長因子之一，缺氧通過增加VEGF表達從而促進血管生成。應用生長因子可以促進血管生成和創面愈合，但是各種促血管生成的生長因子仍然存在一些問題，如保存困難、新生血管質量差、治療費用大等問題。而高壓氧治療雖然可以矯正創面缺氧，對部分慢性創面有一定治療效果，但是存在全身性的氧毒性以及設備重、費用貴等缺點。因此，人們多年來一直在試圖深入探尋創面愈合的內在機制及其影響因素。最近發現缺氧誘導因子1(HIF-1)是參與缺氧應答反應的關鍵性轉錄因子，能夠調節VEGF的表達，對創面愈合至關重要[3]，已成為慢性創面愈合研究中的新熱點[2-15]。HIF-1由HIF-1α和HIF-1β構成，其活性主要由HIF-1α決定，受氧濃度的調節。

在正常創面愈合中，缺氧能導致HIF-1α表達升高，從而促進血管生成和傷口愈合。最近研究發現燒傷、糖尿病、使用糖皮質激素、老年等慢性創面中均存在HIF-1的表達減少，這些研究者認為HIF-1表達不足導致的血管生成減少是創面延遲愈合的重要原因[4-14]。在老年鼠的慢性缺血缺氧創面模型的研究中發現內皮祖細胞[8]和巨噬細胞[11]的數量和功能未見異常，創面局部HIF-1表達減少導致創面愈合延遲，HIF-1表達減少的原因未明。在糖尿病患者中，高血糖產生的糖基化產物可能是抑制HIF-1表達的機制之一[6]。但是，其他慢性創面中HIF表達的調控機制未見深入研究。因此，慢性創面中影響HIF-1表達的機制有待進一步研究。

2HIF-1的結構、作用機制和功能調節

2.1 HIF-1α的結構:HIF-1是異二聚體的轉錄因子，由氧敏感的HIF-1α亞基和在核內穩定表達的HIF-1β亞基組成， HIF-1α在細胞漿內表達，受氧濃度的調節，HIF-1的活性主要由HIF-1α決定。HIF-1α含有以下結構[16]:①位于氮末端的堿性螺旋-環-螺旋(bHLH)/Per-Arnt-Sim基本結構，主要參與HIF-1α與靶基因DNA 結合以及與HIF-1β的二聚化;②中部是氧依賴性降解域(oxygen dependent degradation domain，ODDD)，在正常氧濃度下，ODDD內部第402位和第564位脯氨酸殘基可被脯氨酸羥化酶(prolyl hydroxylase domain proteins， PHD)羥化，使HIF-1α被泛素連接酶所識別并結合，并通過泛素化-蛋白酶體途徑被降解;③碳末端有2個反轉錄區，氮末端轉錄激活結構域和碳末端轉錄激活結構域(C-transcriptional activation domain，C-TAD)。

2.2 HIF-1α作用機制:HIF-1α廣泛參與哺乳動物細胞中缺氧誘導產生的特異應答，是缺氧引發的體內一系列適應反應的中心環節。在低氧環境中，它介導缺氧誘導基因的調控，使缺氧誘導基因的轉錄增強，表達產物增多，從而產生一系列的生理效應。被HIF-1α誘導的基因有一些共同特點，在其啟動子或增強子中含有HIF-1α結合位點，其核心序列為5'-RCGTG-3'，稱為缺氧反應元件(hypoxia-responsive element， HRE)[17]。目前的研究認為HIF-1的表達和活性調節表現在基因轉錄水平和蛋白水平:①增加HIF-1α的轉錄;②增加HIF-1α的穩定性[18]。研究表明，HIF-1α的表達受缺氧和非缺氧兩種途徑介導，HIF-1α表達上調能增加供血、供氧及供能[19]。HIF-1α的作用機制[20]是在缺氧條件下，激活的HIF-1α與其靶基因HRE中的HIF-1結合點結合，促進其轉錄，從而引起細胞對缺氧的反應，其過程包括:①HIF-1α的核轉位:而在低氧環境中，HIF-1α卻大量集聚并轉移至細胞核中，此過程稱作核轉位;②HIF-1的激活:HIF-1α和HIF-1β聚合后，α亞基的C端的轉錄激活域(TAD)介導HIF-1的激活;③轉錄起始復合物的形成和轉錄激活:活化的HIF-1在缺氧誘導基因的轉錄起始部位形成轉錄起始復合物，從而啟動靶基因的轉錄。它的靶基因主要有[21]:①通過擴血管效應和新的血管網的構建來調節局部組織的氧供的基因，如:誘導型一氧化氮合酶(iNOS)、內皮素1( ET1)、血管內皮生成因子及其受體(Vascular endothelial growth factor， VEGF、VEGFR)等;②增強細胞對葡萄糖的攝取能力和無氧酵解能力的基因，如:葡萄糖轉運體1和3、乳酸脫氫酶A、丙酮酸激酶M;③促進紅細胞增殖，提高血液攜氧量的基因，如:促紅細胞生成素(erythropoietin， EPO)、轉鐵血紅蛋白及其受體等。

2.3HIF-1功能調節

2.3.1 缺氧途徑介導HIF-1α的表達:缺氧是HIF-1生理性表達最主要的調節因素，主要是通過調節HIF-α亞基來完成。常氧狀況下細胞質內持續地合成HIF-α亞基蛋白質，但由于降解迅速因而很難檢測到。這種降解是氧依賴性的，有賴于其ODDD區特定脯氨酸殘基被PHDs羥基化，羥基化后的HIF-α可與腫瘤抑制蛋白pVHL結合，經泛素化-蛋白酶體途徑被降解[20]。另外，天冬酰胺羥化酶就是原來認為的HIF-1α抑制因子(factor-inhibiting HIF-1α， FIH-1)，在常氧下，FIH可將HIF-1α亞基C-TAD序列內的天冬氨酸殘基羥化，阻斷HIF-1α亞基與轉錄共激活蛋白如:P300、CBP等的結合，從而使HIF-1α失去促進HIF轉錄的能力。PHDs及FIH均是HIF-α氧依賴性降解的限速酶。它們的活性均是氧依賴性的，受氧濃度的調節。隨著氧濃度的下降，PHDs和FIH依次失活，HIF-1α在細胞內的蛋白表達水平升高，核轉位增加，識別靶基因的缺氧反應基因，并調節它們的活性[22]。

2.3.2非缺氧途徑介導的HIF-1α的表達:PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase)/Akt (protein kinase B)/mTOR(mammalian target of rapamycin)信號途徑及MAPK (mitogen activated protein kinase)途徑都能在常氧下增強HIF-1α的轉錄活性[19]。無論是否缺氧，MAPK信號傳導都能增加內源性HIF的活性，亦能增加HIF的轉錄活動。HIF-α可以被MAKP途徑直接磷酸化，但是，具體涉及的氨基酸殘基尚不清楚。進一步研究表明，MAPK在P300的反式激活上有重要影響。純化P300TD(aa1572-2370)可以迅速為MAPK所磷酸化，說明P300TD是MAPK的直接底物[22]。p300和CBP參與一系列信號轉導，調節特定基因表達，影響細胞增殖、分化及內環境氧穩定。其機制可能與HIF-1α的C-TAD及FIH有關[6]。

生長因子和某些金屬陽離子能調節HIF-1α的活性[20]。內皮生長因子、胰島素樣生長因子1和2(insulin-like growth factor-1，2;IGF-1，2)、血管緊張素、凝血酶、血小板衍生生長因子等，可以影響HIF-1α的活性。常氧狀態下，內皮生長因子通過激活PI3K/Akt途徑增加HIF-1α的合成[19]。IGF-1和IGF-2能誘導HIF-1α蛋白的表達，而HIF-1α反過來促進兩者結合蛋白1、2、3的表達。目前認為，IGF-1通過促絲裂原激活的蛋白激酶影響HIF-1蛋白的磷酸化，從而影響HIF-1蛋白合成。鐵、鎳、鈷、錳等二價化合物及其離子螯合作用、部分氧化劑、汞撒利可以促進HIF-1α的激活。鐵離子螯合劑、鈷、鎳等可與HIF-1α上的鐵離子發生作用而抑制HIF-1α的降解。汞撒利的作用機制可能與IGF-1和促絲裂原激活的蛋白激酶的活性有關。鈣離子和鈣調蛋白通過缺氧信號轉導通路作用于細胞外信號調節激酶，從而增加HIF-1α的轉錄活性[22]。

誘導型一氧化氮合酶和一氧化氮能調節HIF-1α的活性。在生物體內存在三種亞型的一氧化氮合酶，分別是神經元型(nNOS)、內皮細胞型(eNOS)和誘導型(iNOS)。前兩者在細胞內持續表達，其活性依賴于細胞內鈣離子的水平，而iNOS主要是在病理的情況下受許多細胞因子誘導才表達[21]，iNOS誘導產生大量一氧化氮，常氧下一氧化氮通過抑制脯氨酸羥化酶活性，減少HIF-1α的降解。缺氧時一氧化氮對HIF-1α的誘導與抑制是通過PI3K或促絲裂原激活的蛋白激酶信號通路來實現的。一氧化氮還可作用于缺氧反應基因，增加HIF-1α蛋白水平及活性從而激活VEGF啟動子活性，并通過環磷酸鳥苷途徑誘導VEGF基因的表達[20]。

最近幾年發現的泛素樣蛋白家族成員小泛素蛋白樣修飾蛋白(SUMO)也能與HIF-1α共價結合。SUMO是一種分子量約為12kD的小蛋白，可共價結合許多靶底物蛋白，并對其進行翻譯后修飾，該過程稱為SUMO化。SUMO化修飾能在常氧和相對低氧的條件下調節HIF-1α蛋白的穩定性，從而改變其轉錄活性[22]。綜上所述，在低氧途徑中，主要是通過對蛋白的穩定性調節來控制HIF-1α蛋白水平的高低，而在非低氧途徑中，則是通過直接調節HIF-1αmRNA表達水平或HIF-1α蛋白表達水平來實現調控。

3展望

HIF-1作為一種核轉錄因子，在哺乳動物的生長發育、生理和病理反應過程中舉足輕重。HIF-1α活性的調節，可能是慢性創面治療新的切入點。不同時間和程度的缺氧對HIF-1表達的影響如何?HIF-1表達水平如何影響其下游基因及創面愈合?影響HIF-1活性的通路和每個通路的重要性等問題都還不清楚。因此，慢性創面中影響HIF-1表達的機制有待進一步研究。可以預見，在不久的將來，隨著對HIF-1α調節通路更加深入的研究，會有良好療效的HIF-1α調節劑應用于臨床，促進慢性創面的愈合。

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[收稿日期]2010-02-01 [修回日期]2010-03-24

編輯/李陽利