低氧誘導因子2α的研究進展*

韓永建 綜述，常 榮審校

(1.青海大學研究生院，西寧 810016；2.青海省人民醫院心內科，西寧 810007)

低氧誘導因子2α的研究進展*

韓永建1綜述，常 榮2△審校

(1.青海大學研究生院，西寧 810016；2.青海省人民醫院心內科，西寧 810007)

低氧誘導因子2α；生理；疾病

低氧誘導因子2α(hypoxia inducible factor 2α，HIF-2α)，又稱為內皮PAS區域1(endothelial PAS domain protein 1，EPAS1)，由Tian等[1]于1997年發現，主要存在于內皮細胞中。近年國內外的研究表明，HIF-2α作為低氧調節通路中的重要調控因子，首先能夠維持藏族人低的血紅蛋白濃度，在高原居民對缺氧環境的適應方面起著重要作用；其次還發現其在鐵代謝、紅細胞生成等生理方面也起著重要作用，此外還與一些疾病的發生有關。然而近年來的大部分研究主要集中于HIF-2α在生理方面的所起作用，而對具體的信號通路與調控基因沒有闡述清楚，因此進一步加強對HIF-2α在疾病發生過程中作用機制的研究，不僅有助于加深對于疾病的認識，而且有助于臨床醫師從基因蛋白水平輔助診治疾病。本文主要敘述HIF-2α在生理及其相關疾病中的研究進展。

1 HIF-2α的結構

HIF-2作為低氧誘導因子家族成員，是由HIF-2α亞基與HIF-1β亞基共同組成的異源二聚體蛋白質復合物，其中β亞基能夠持續表達，可能與保持HIF-2的結構穩定性有關；α亞基是由低氧誘導的，能夠與芳香烴受體核轉運蛋白相結合。常氧下α亞基與希佩爾-林道蛋白結合而降解，低氧能夠使α亞基穩定并通過核轉位與HIF-1β形成二聚體，然后與5′或3′端目的基因增強子低氧反應元件結合而起作用[2]。研究發現HIF-2α基因位于人類的2號染色體p16-21區。

2 HIF-2α的分布與靶基因

HIF-2α在不同的組織中表達水平不同，主要分布在血流豐富的細胞中，例如血管內皮細胞、胎肺成纖維細胞，而在白細胞中分布較少且含量低。HIF-2α的靶基因涉及胎肺成熟、腫瘤血管生長、鐵代謝、肝臟生長等方面，主要是通過與靶基因啟動子或增強子上的低氧反應元件結合而起作用。

3 HIF-2α在生理方面作用

HIF-2α可通過一系列靶基因如二價金屬離子轉運體1、促紅細胞生成素、纖溶酶原激活物抑制劑1、肝富集基因1等在鐵代謝、紅細胞生成、血管生長、低氧適應、胎肺成熟、肝臟生長等生理方面起著重要作用。

3.1 HIF-2α與鐵代謝 貧血疾病組織中鐵的累積可能和下列3種機制有關：反復輸血、鐵吸收增加、慢性溶血[3]，鐵負荷超載將會提高患者的發病率和病死率[4]。Anderson等[3]通過對老鼠模型的研究發現腸內低氧會導致HIF-2α激活，進而提升二價金屬離子轉運體1(divalent metal transporter 1，DMT1)的表達，造成組織中鐵聚集，抑制HIF-2α或者DMT1能夠減少β-地中海貧血和溶血性貧血組織中鐵的聚集。Mastrogiannaki等[5]通過對鐵調素基因敲除小鼠研究發現，十二指腸HIF-2α缺失的老鼠膜鐵轉運蛋白(ferroportin，FPN)的水平下降很明顯，基因敲除的小鼠肝臟和胰腺內非血紅素鐵的聚集下降很明顯， HIF-2α有助于遺傳血色病老鼠腸內鐵的吸收。這些研究表明HIF-2α可通過靶基因促進鐵的吸收，能夠為貧血類疾病的治療提供一種新的方法。

研究發現，鐵吸收與轉運主要基因是DMT1、十二指腸細胞色素B(duodenal cytochrome b，DCYTB)和FPN。Mastrogiannaki等[6]通過腸道上皮細胞HIF-2α與HIF-1α基因敲除老鼠比較后發現，HIF-1α造成轉運葡萄糖轉運體1減少了55%，但是并沒有影響鐵相關基因的表達；然而HIF-2α基因缺失的老鼠減少了DMT1、IRE(80%)、DCYTB(85%)和FPN的表達，這些數據表明HIF-2α與腸內鐵的吸收有關。Das等[7]的研究發現，腸內HIF-2α缺失的老鼠能夠防止組織中鐵的聚集。以上相關研究表明，HIF-2α可通過鐵吸收與轉運相關的基因在腸內鐵的吸收方面起著重要作用。

3.2 HIF-2α與紅細胞生成 人類3種低氧誘導因子通路蛋白的突變能夠引起紅細胞增多(HIF-2α、希佩爾林道腫瘤抑制蛋白、脯氨酰羥化酶域蛋白2)[8]。Kapitsinou等[9]通過HIF-2基因失活的基因敲除小鼠研究發現實驗組(HIF-2失活組)老鼠平均紅細胞數量為(5.27±0.12)×106/μL,平均紅細胞壓積24.0%±0.6%，促紅細胞生成素(EPO)(116±12)pg/mL,對照組的分別為(9.89±0.19)×106/μL、46%±1%和(166±9)pg/mL，此項研究表明低氧誘導的腎臟EPO生成依賴HIF-2，在缺少肝臟HIF-2的情況下腎臟HIF-2將會作為血漿EPO生成的主要調節因子。

Perrotta等[10]發現了一種新的HIF-2α突變，這種突變可能與遺傳性紅細胞增多癥有關，并且認為HIF-2α基因突變而引起的紅細胞增多不僅僅是由于EPO的升高，還可能受不同的細胞表型的影響。Percy等[11]報道了兩種HIF-2α基因的非同義突變(M535T、F540L)，這兩種突變都與紅細胞增多有關。Tan等[12]塑造出HIF-2α基因G356W位點錯義突變的老鼠，發現這些老鼠展現出了高的紅細胞增多與肺動脈高壓，這些發現證明了HIF-2α錯義突變是紅細胞增多的一個原因。Van Wijk等[13]發現了HIF-2α基因Asp539Glu位點的突變可能與人類紅細胞增多有關。以上研究表明HIF-2α通過腎臟EPO促進了紅細胞的生成， HIF-2α基因的突變可能會引起紅細胞增多，表明HIF-2α在紅細胞生成中起重要作用。

3.3 HIF-2α與血管生長 HIF-2α能夠促進血管生長，Favier等[14]運用免疫組化的方法分析并檢測了PECAM/CD31內皮標記物后發現，HIF-2α(1-485)組的腫瘤血管形成明顯減少，而HIF-2α組血管是增生的，腫瘤血管量化顯示HIF-2α組血管密度明顯比對照組多(19 d增多了96%，28 d增多了63%)。Geis等[15]的研究也證實了這一點，通過制作HIF-2α與HIF-1α基因敲除的HepG2細胞并且培養，結果發現共培養的HIF-2α敲除的細胞組血管是減少的；然而HIF-1α敲除的沒有影響，微陣列分析纖溶酶原激活物抑制劑1(PAI-1)是HIF-2α的靶基因， PAI-1敲除的HepG2細胞血管生成亦是減少的。上述研究證實了HIF-2α可以通過靶基因PAI-1促進血管的形成，腫瘤生長過程中需要新生的血管提供營養，這可以為腫瘤的治療提供新的策略。

3.4 HIF-2α與低氧適應 HIF-2α涉及到低氧反應，并且被認為在藏族低氧適應方面起重要作用，然而具體的適應分子機制還不清楚。Xu等[16]的研究發現藏族單核苷酸多態性位點rs56721780：G>C和啟動子區域插入缺失與非藏族低海拔人相比有差異；rs56721780：G>C能夠調節HIF-2α基因的轉錄，被認為是一種新的轉錄阻遏物；rs56721780：G>C的CC基因型與-742插入缺失基因型與HIF-2α和賴氨酸表達有關，同時與藏族嬰兒高的出生體質量有關，表明HIF-2α基因在胎兒生長和藏族人高海拔低氧適應有關。

3.5 HIF-2α與胎肺成熟 HIF-2α可以促進胎肺的成熟，呼吸窘迫綜合征是早產兒常見而且嚴重的并發癥，主要是由于肺泡表面活性物質產生過少引起的。研究表明，HIF-2α缺失的新生鼠由于肺泡2型細胞沒能產生足夠的表面活性物質，而患上了嚴重的呼吸窘迫綜合征，而且血管內皮生長因子的水平在HIF-2α缺陷的老鼠是減少的，產后通過滴注血管生長因子能夠刺激糖原轉化為表面活性物質能夠防止呼吸窘迫綜合征的發生[17]。由此可見，HIF-2α通過靶基因血管內皮生長因子調節了胎肺的成熟。Woik等[18]的研究發現，HIF-2α與HIF-1α在后期胚胎肺的發育方面起著重要作用，KLEIP能夠調節HIF-2α基因的轉錄，KLEIP-/-的新出生鼠由于低通氣、2型肺泡細胞不成熟與表面活性物質減少而死于呼吸衰竭。由此可見，HIF-2α通過血管內皮生長因子在血管胎肺成熟過程中起著重要作用，為早產兒呼吸窘迫綜合征的治療提供了新的方法。

3.6 HIF-2α與肝臟的生長 肝臟在代謝、解毒、消化與維持內環境穩定等方面起著重要作用。Lin等[19]通過斑馬魚的胚胎模型發現，缺少HIF-2α能夠阻止肝臟的生長，HIF-2α在肝臟生長的過程中調節了肝細胞的增值，并且論證了缺少HIF-2α能夠減少肝富集基因1(leg1)的表達，而leg1編碼的分泌蛋白在肝臟生長過程中是必需的。另外還發現，HIF-2α直接結合到leg1的啟動子區域控制leg1的表達[19]。由此可見，HIF-2α通過調節斑馬魚胚胎leg1基因的表達在肝臟生長中起著重要作用。

4 HIF-2α在疾病形成過程中作用

目前發現HIF-2α某些位點突變在低氧性肺動脈高壓形成中起著重要作用，另外還發現其與類風濕性關節炎、腫瘤生長、慢性阻塞性肺疾病等疾病有關。

4.1 HIF-2α與低氧性肺動脈高壓 低氧性肺動脈高壓發病機制主要是由于低氧引起的肺血管收縮與重塑[20-21]。Van Patot等[22]認為低氧誘導因子的活化可以引起嚴重的肺動脈高壓，而HIF-2α基因多態性位點造成了高原居民肺動脈的易感性。研究發現，漢族人的肺動脈高壓比藏族人的高，低氧情況下藏族人肺血管收縮反應遲鈍；同時發現藏族人的HIF-2α基因是突變的[22]。Brusselmans等[23]研究發現，雜合子的老鼠在嚴重低氧情況下能夠存活更長時間，并且可以減少肺血管的重塑及右心室肥厚，能夠預防肺動脈高壓的形成。Hickey等[24]的實驗也證明了這點。這些研究表明，HIF-2α某些位點的突變可能在低氧性肺動脈高壓形成中起保護作用，這可能是藏族人能夠更好地適應高原低氧環境的一個原因。

Formenti等[25]的研究發現HIF-2α獲得性功能突變與肺動脈高壓、心輸出量、心率、肺通氣等有關。Tan等[12]的研究也證實了這一點。Newman等[26]運用全外顯子組測序的方法發現了編碼HIF-2α的基因EPAS1的兩種變異，這兩種變異存在于20頭牛(肺動脈壓大于50 mm Hg)的75%個體中，21頭牛(肺動脈壓小于39 mm Hg)的19%個體中，在肺動脈壓大于94 mm Hg的5頭牛中全部存在，認為HIF-2α基因的兩種變異與安格斯牛的肺動脈高壓密切相關。以上研究表明HIF-2α基因的某些位點的突變在低氧性肺動脈高壓形成中可能起著重要作用，然而其具體的機制還不清楚，需要進一步研究。

4.2 HIF-2α與腫瘤 HIF-2α與腫瘤增生有關，體外研究發現HIF-2α可以誘導神經母細胞瘤細胞肥大，并且能夠減少其增值速率，然而HIF-2α(1-485)變異鈍化型能夠減少細胞體積并且加快細胞的增殖。體內實驗發現HIF-2α過高表達的老鼠能夠引起腫瘤結節的形成，結節生長的速度盡管比對照組要慢，但是高度血管化，表達HIF-2α(1-485)神經母細胞瘤生長快，但是血管化很差并且很快趨向于壞死[14]。神經母細胞瘤高表達的HIF-2與干細胞特性、轉移性疾病和較差的預后有關，表明 HIF-2 在神經母細胞瘤生物學調控中起重要作用，減少PI3K的表達可以減少HIF-2αmRNA與蛋白的表達并且能使體外腫瘤血管化減少[27]。此外HIF-2α也在許多實體腫瘤中也被頻繁檢測出，比如腎癌、膠質癌、膀胱癌、乳腺癌、卵巢癌、頭頸部腫瘤等。

4.3 HIF-2α與類風濕性關節炎 類風濕性關節炎是一種系統性自身免疫性疾病，表現為慢性炎癥與關節組織的破壞，HIF-2α在類風濕性關節炎滑膜內膜表達明顯上升，主要表達在成纖維滑膜細胞上并調節細胞的增殖。關節組織過高表達HIF-2α會導致類風濕性關節炎形成。HIF-2α依賴的白細胞介素6上調能夠刺激TH17細胞的分化，這種細胞在類風濕性關節炎發病機制中起著重要作用[28]。Huh等[29]的研究發現HIF-2α與趨化生長因子在類風濕關節炎關節血管翳與退化的軟骨中上升明顯，在原代培養和軟骨組織中HIF-2α誘導了軟骨細胞趨化因子的表達，能夠調節成纖維滑膜細胞的遷移和浸潤；還發現關節組織中HIF-2α局部缺少情況下能夠抑制血管翳的形成，HIF-2α基因剔除后能夠阻止血管翳的形成。這些發現一方面加深了對類風濕性關節炎的認識，另一方面可能為類風濕性關節炎治療提供了新的策略。

4.4 HIF-2α與慢性阻塞性肺病 慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種復雜的疾病，已知遺傳、表觀遺傳與環境因素是COPD的危險因素并且與疾病的進展有關。Yoo等[30]通過綜合分析確定了126個COPD的調節因子，在這些調節因子中，僅發現HIF-2α的下游基因與許多COPD嚴重性多基因位點是相重合的。就甲基化與下游基因而言，HIF-2α與其他因子相比是獨特的。研究發現HIF-2α在COPD患者肺組織中的水平是降低的，同時在暴露于香煙環境中的老鼠發現HIF-2α基因的表達也降低的，HIF-2α基因甲基化后HIF-2α表達是降低的，甲基化的HIF-2α基因與COPD的嚴重程度有關，然而目前的生理機制還不清楚[30]。

5 展 望

綜上所述，HIF-2α一方面在鐵代謝、低氧適應、低氧性肺動脈高壓形成、胎肺成熟、紅細胞生成、肝臟生長等生理方面起著重要作用，另一方面還與某些疾病如COPD、腫瘤、類風濕性關節炎有關。然而目前國內外的研究對于HIF-2α在生理方面及疾病形成過程中的作用機制研究還不是很清楚，尤其是在具體的信號通路與基因調控等方面有待于進一步研究。深入研究HIF-2α在生理方面與疾病發病中的作用機制不僅能夠加深對于疾病的認識，而且能夠為疾病的診斷與治療帶來新的方法，同時可以為高原病的預防與治療提供新的策略。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.34.033

國家自然科學基金資助項目(81360301)；青海省應用基礎研究計劃資助項目(2013-Z-743)。 作者簡介：韓永健(1986-)，住院醫師，在讀碩士，主要從事心血管疾病臨床與基礎的研究。△

，E-mail：qhschangrong@126.com。

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1671-8348(2016)34-4855-04

2016-06-26

2016-08-14)