缺氧诱导因子-2α对脂代谢的调节作用*

赵晓丹 综述 曹日昇 施瑞华 审校

南京医科大学第一附属医院消化内科(210029)

低氧是多种疾病如非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、肿瘤、心脑血管疾病等的局部特征，参与了这些疾病的病理生理过程。缺氧诱导因子-2α(hypoxia-inducible factor-2α，HIF-2α)是一种在缺氧条件下广泛存在于哺乳动物和人体内的氧敏感性转录因子，通过调节缺氧诱导基因表达参与组织细胞对低氧的适应性应答，其表达是机体适应低氧的关键环节和起始步骤。近年研究发现HIF-2α与某些疾病如肺动脉高压、肿瘤等密切相关，在血管生成、骨髓造血中亦起一定作用，并可能与脂代谢过程有密切联系。本文就HIF-2α对脂肪酸代谢和胆固醇代谢的调节作用作一综述。

一、HIF-2α 概述

HIF家族是一类由α和β亚单位组成的异二聚体，主要包括HIF-1、HIF-2和HIF-3，其中对HIF-1的研究最为广泛、深入，对其功能了解较多，关于HIF-2和HIF-3则知之甚少。HIF-2由HIF-2α和HIF-1β两个亚单位组成。HIF-2α亚单位于1997 年由 Tian等［1］克隆并鉴定，又名 EPAS1、HLF、HRF或MOP2，为HIF-2的功能亚单位，与HIF-1α有48%的结构同源性。HIF-1β又称芳香羟受体核转运蛋白(ARNT)，结构性表达于细胞核，不受氧浓度影响，主要与保持HIF结构的稳定性及其二聚化后转活化有关。HIF-2α和HIF-1β均属于碱性螺旋-环-螺旋-PAS(bHLH-PAS)转录因子超家族。缺氧条件下(低于5%O2)，HIF-2α亚单位氧依赖降解域(ODDD)中的两个脯氨酸残基(Pro405，531)之一和羧基端转录激活区(C-TAD)的天冬氨酸残基(Asp847)无法在脯氨酸羟化酶和HIF抑制因子的催化下被羟化，致使von Hippel-Lindau肿瘤抑制基因产物pVHL无法与HIF-2α亚单位结合，转录辅助活化因子CBP/p300结合于HIF-2α亚单位的C-TAD，导致常氧条件下由pVHL介导的HIF-2α的泛素-蛋白酶体降解途径失效，HIF-2α亚单位保持稳定地与HIF-1β亚单位结合进入细胞核，激活靶基因启动子区的缺氧反应元件(HRE)，通过调节靶基因转录发挥生物学效应。

较之HIF-1α的广泛表达，HIF-2α表达谱相对较窄。缺氧条件下，HIF-2α在多种组织器官如内皮、肺、心、肝、肾、脑、肠、胰腺的特定细胞中稳定表达，不同物种、不同组织细胞的表达时间和表达强度存在较大差异，常氧条件下HIF-2α 表达量极低而无法检出［1～3］。HIF-2α 与 HIF-1α 的不同之处还在于，在多数组织中，缺氧对HIF-2α的转录水平无明显影响，推测其主要是在转录后水平发挥调节作用而使HIF-2α 积聚［2，3］。

二、缺氧与脂代谢

近年来，多项研究报道阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者常伴发代谢紊乱相关疾病，如NAFLD、高脂血症、动脉粥样硬化等，代谢紊乱被认为与呼吸暂停所致的间断性缺氧有关。睡眠呼吸暂停患者睡眠时血清游离脂肪酸(FFA)水平显著增高，并与缺氧程度呈正相关［4，5］，提示缺氧可显著增强脂肪组织的脂肪分解作用，大量FFA进入肝脏，诱导胰岛素抵抗和三酰甘油(TG)合成增多，导致肝脏脂肪变性。一些小样本横断面研究提示OSA与总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白(LDL)、TG增高独立相关，但亦有研究未发现此种相关性［6］。动物实验证实间断性缺氧(FiO2在21%到5%之间循环)在无脂肪小鼠和瘦素缺失肥胖(ob/ob)小鼠中分别可诱导高脂血症和加剧脂肪肝［7，8］，脂代谢障碍程度取决于缺氧程度，轻度缺氧(FiO2在21%到10%之间循环)并不引起高脂血症［9］。新生缺氧大鼠可发生严重脂肪肝，对模型大鼠脑、肝、胃脂质谱的分析提示，缺氧可通过调节肝脏脂代谢途径直接影响脂质和脂肪酸含量［10］。

三、HIF-2α与脂代谢

pVHL介导HIF异二聚体中α亚单位的降解，其失活可致HIF-1α、HIF-2α过表达。有研究［11］发现肝细胞Vhl失活小鼠出现肝肿大、严重脂肪变性等病理改变。另有研究［12］显示，在Vhl失活小鼠肝脏中，肝细胞脂质蓄积明显，表现为大、小泡混合性脂肪变性;HIF-2α单独持续表达引起的改变与Vhl失活引起的改变高度相似，但相似度略逊于HIF-1α与HIF-2α联合持续表达。对HIF-2α缺失小鼠的观察发现，模型小鼠出现包括肝脏脂肪变性在内的多组织器官病变以及代谢异常［13］。急性肝脏Vhl缺失小鼠出现严重肝脏脂质蓄积，HIF-2α而非 HIF-1α基因敲除可减轻这一表现［14］。结构性表达HIF-2α可致小鼠肝脏脂肪酸β氧化功能损伤、脂肪生成基因表达降低和脂质贮积能力增强［15］。上述发现均提示HIF-2α可调节肝脏脂代谢，是肝脏脂肪变性发生的关键介质。以下重点介绍HIF-2α对脂滴形成、脂肪酸合成和β氧化以及胆固醇代谢的调节作用。

1.对脂滴形成的调节:脂肪分化相关蛋白(ADRP，人同源物又名adipophilin)是脂滴相关蛋白PAT家族成员之一。脂肪肝患者的脂肪变性肝细胞脂滴表面ADRP表达显著增高［16，17］;高脂饮食或ob/ob肝脏脂肪变性小鼠肝细胞脂滴表面ADRP亦呈高表达［16］。ADRP缺失可使小鼠肝细胞胞质TG含量降低约60%(伴微粒体TG蓄积，新脂滴形成减少)，并能有效预防饮食诱导的脂肪肝［18］;ADRP反义寡核苷酸可降低ob/ob和饮食诱导肥胖小鼠的肝组织、血清TG含量，减少肝脏TG合成，减轻肝脏脂肪变性［19］。上述发现均提示ADRP与肝细胞脂滴形成、脂质蓄积密切相关。

缺氧条件下，人正常肝细胞株 L02和人肝癌细胞株HepG2中的ADRP表达均显著上调［3，15］。除受过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)信号途径调节外［16］，肝细胞ADRP基因亦为另一核受体肝X受体(LXR)的直接靶基因［20］。有研究［21］发现，在 786-O WT-8 细胞株中，ADRP 受HIF-1α和HIF-2α协同调控，且HIF-1α与HIF-2α的表达互不影响。但亦有研究［15］显示，Vhl突变或 HIF-2α高表达小鼠肝脏ADRP表达显著增高，其表达定位于大泡性脂滴中，HIF-1α高表达小鼠肝脏则未见ADRP表达增高，表明ADRP的表达受HIF-2α调控而与HIF-1α无关。对L02细胞的研究［3］发现，HIF-2α-ADRP途径是介导低氧诱导肝细胞脂质蓄积、脂肪变性的重要机制。研究［15］指出脂质蓄积是肝细胞Vhl缺失后细胞自主作用的结果，而非血清和(或)系统代谢异常所致，Vhl突变小鼠ADRP表达增高是HIF-2α激活的直接作用，而非继发于中性脂肪酸蓄积。然而在经他莫西芬(可消除Vhl缺失相关混杂因素，有利于Vhl下游分子的检测)处理的急性Vhl缺失小鼠肝脏中，24 h和2周时均未观察到ADRP表达增高，提示ADRP表达增高可能是一种后期继发反应，或是由Vhl缺失引起的发育缺陷所致［14］。

2.对脂肪酸合成的调节:固醇调节元件结合蛋白-1c(SREBP-1c)是调节脂肪酸、胆固醇、TG生物合成的主要转录因子，参与肝脏脂肪变性的重要机制之一——脂肪酸再合成(de novo synthesis)的调节，乙酰辅酶A羧化酶1(ACC1)、ACC2、脂肪酸合成酶(FAS)是SREBP-1c下游调节脂肪酸合成的关键酶。NAFLD患者肝细胞脂肪酸再合成和摄取增加，伴 SREBP-1c、ACC1、FAS 表达上调［17］。SREBP-1c 受胰岛素正向调节，可在高胰岛素血症时被激活，受环磷腺苷(cAMP)、蛋白激酶 A(PKA)、丛生蛋白等负向调节［22，23］。抑制SREBP-1c表达可降低高脂饮食小鼠的肝脏脂肪变性以及油酸诱导的L02细胞脂肪变性［23，24］;在 L02和 HepG2细胞中，内质网应激系通过上调SREBP-1c表达导致脂质蓄积［25］;在糖尿病大鼠中，胞核SREBP-1c表达上调可致脂肪酸合成增加和肝脏脂肪变性［26］;予饮食诱导的肥胖小鼠SREBP-1c反义寡核苷酸可逆转其肝脏脂肪变性，但不能改善胰岛素抵抗［27］;以RNA干扰技术敲除SREBP-1c表达可阻断葡萄糖诱导的大鼠肌星状细胞脂肪酸再合成［28］。上述发现均提示SREBP-1c表达增高能刺激脂肪酸合成，促进肝脏脂肪变性。

有研究［29］显示，暴露于缺氧环境(10%O2)中的肝细胞PTEN基因缺失小鼠肝脏脂肪变性明显，血清TG水平显著增高。PTEN的生理功能是通过脱磷酸化PI3K激活产生的第二信使而下调或终止PI3K下游的胰岛素信号通路，因此其表达缺失可上调SREBP-1c表达。该研究发现肝细胞核SREBP-1c在缺氧条件下呈高表达，其下游ACC1、ACC2、FAS表达亦显著上调。然而另有研究［15］得出Vhl缺失小鼠肝脏SREBP-1c信号途径及其下游FAS、ACC表达均显著下调这一与上述相悖的结果。对培养于缺氧环境中的L02细胞和HepG2细胞的观察亦发现，随着缺氧诱导的HIF-2α表达上调，SREBP-1c、FAS表达呈下调趋势，提示SREBP-1c的脂肪酸合成作用并不参与肝细胞脂质蓄积［3，15］。此外尚有研究［14］发现，急性Vhl缺失小鼠肝脏的SREBP-1c、FAS表达仅在3 d时表现为上调，14 d时两者表达均显著受抑，而ACC表达在3 d时显著受抑，14 d时与对照小鼠无明显差异。目前上述矛盾结果尚不能得到很好的解释，但对肝脏FAS失活小鼠的研究［30］显示，无脂饮食或具有调控脂肪酸β氧化作用的PPAR-α缺失可诱导低血糖和脂肪肝，而脂肪饮食或PPAR-α激动剂可逆转上述病理改变，表明PPAR-α的激活需要脂肪酸再合成参与。推测HIF-2α可能系通过抑制脂肪酸合成而间接抑制PPAR-α活性，进而引起脂肪酸β氧化功能损伤，导致脂质蓄积。

3.对脂肪酸β氧化的调节:缺氧可抑制脂肪酸氧化并使中性脂肪蓄积，其中PPAR-α作为一种重要调控因子，调控肝内线粒体、过氧化物酶体、微粒体脂肪酸氧化系统。肉毒碱棕榈酰转移酶-1α(CPT-1α)主要表达于肝脏，定位于线粒体外膜，可催化长链脂肪酸转运至线粒体基质进行β氧化，是线粒体脂肪酸β氧化过程中的重要限速酶;直链乙酰辅酶A氧化酶(ACOX)和支链乙酰辅酶A氧化酶(BOX)是过氧化物酶体β氧化途径的关键酶;细胞色素P4502E1(CYP2E1)和CYP4A11则是微粒体ω氧化途径的关键酶。NAFLD 患者 PPAR-α、CPT-1α呈低表达，ACOX、BOX、CYP2E1、CYP4A11则呈高表达［17］，提示线粒体脂肪酸 β 氧化降低，此时过氧化物酶体β氧化和微粒体ω氧化途径代偿性激活以减少肝细胞脂肪酸积聚。

有研究［29］发现，暴露于缺氧环境的PTEN缺失小鼠肝细胞PPAR-α、CPT-1表达显著降低，同时胞核HIF-2α表达增高。同样，在 Vhl突变或 HIF-2α高表达小鼠肝脏中，PPAR-α信号途径下游参与线粒体和过氧化物酶体脂肪酸β氧化的关键酶表达显著受抑，并于HIF-2α失活后恢复至与野生型小鼠相同的水平。上述结果表明，肝脏脂肪变性与HIF-2α依赖的脂肪酸β氧化降低有关，且可能仅与线粒体β氧化功能损伤有关，而并不影响线粒体呼吸链［15］。尽管脂肪酸 β 氧化关键基因(CPT-1α、CPT-2、ACOX、PPAR-α)的表达与HIF-2α有关，但在急性Vhl缺失小鼠肝脏中，3 d时并未观察到上述基因表达降低，而是直至14 d时才呈现显著低表达［14］，提示脂肪酸β氧化功能损伤系于较晚期阶段发挥促脂肪蓄积作用。

4.对胆固醇代谢的调节:一些研究［7，8］显示参与胆固醇生物合成的关键基因如SREBP-2及其下游胆固醇合成限速酶3-羟-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoAR)以及低密度脂蛋白受体(LDLR)的表达不受间断性缺氧影响。然而亦有研究［31］发现在缺氧条件下，HIF-1α在HepG2细胞中可通过刺激HMG-CoAR转录而上调其表达水平和活性。ATP结合盒亚家族A1(ABCA1)被认为是参与胆固醇逆转运的关键基因，缺氧条件下，其在内皮细胞中的表达受HIF-1α调控［32］。在缺氧小鼠巨噬细胞中，胆固醇的蓄积在一定程度上依赖于HIF-1α介导的胆固醇合成增加(HMG-CoAR增高)及其外流减少(ABCA1降低)［33］。Vhl缺失小鼠肝组织游离胆固醇和胆固醇酯含量均显著增高［15］，提示HIF-1α或HIF-2α可能在胆固醇代谢中发挥一定作用。鉴于HIF-1α与HIF-2α在结构以及生物学效应发挥途径上的相似性，两者对胆固醇代谢的调节作用及其可能机制尚需更多研究进一步揭示。

四、结语

综上所述，HIF-2α作为HIF家族的主要成员，在肝脏脂代谢的调节中发挥一定作用，但缺氧条件下HIF-2α对脂代谢的具体调节机制尚未完全明确，需进一步开展临床或实验研究深入探讨相关问题，以使该指标能更好地应用于脂代谢障碍的临床诊断和治疗。

1 Tian H，McKnight SL，Russell DW.Endothelial PAS domain protein 1 (EPAS1)，a transcription factor selectively expressed in endothelial cells［J］.Genes Dev，1997，11(1):72-82.

2 Wiesener MS，Jürgensen JS，Rosenberger C，et al.Widespread hypoxia-inducible expression of HIF-2alpha in distinct cell populations of different organs［J］.FASEB J，2003，17(2):271-273.

3 程文会，沈薇，陈娟.低氧对L02细胞脂肪代谢的影响及其机制［J］.中华肝脏病杂志，2012，20(1):30-34.

4 Barceló A，Piérola J，de la Peña M，et al.Free fatty acids and the metabolic syndrome in patients with obstructive sleep apnoea［J］.Eur Respir J，2011，37(6):1418-1423.

5 Jun JC，Drager LF，Najjar SS，et al.Effects of sleep apnea on nocturnal free fatty acids in subjects with heart failure［J］.Sleep，2011，34(9):1207-1213.

6 Drager LF，Jun J，Polotsky VY.Obstructive sleep apnea and dyslipidemia:implications for atherosclerosis［J］.Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes，2010，17(2):161-165.

7 Li J，Thorne LN，Punjabi NM，et al.Intermittent hypoxia induces hyperlipidemia in lean mice［J］.Circ Res，2005，97(7):698-706.

8 Li J，Grigoryev DN，Ye SQ，et al.Chronic intermittent hypoxia upregulates genes of lipid biosynthesis in obese mice［J］.J Appl Physiol，2005，99(5):1643-1648.

9 Li J，Savransky V，Nanayakkara A，et al.Hyperlipidemia and lipid peroxidation are dependent on the severity of chronic intermittent hypoxia［J］.J Appl Physiol，2007，102(2):557-563.

10 Bruder ED，Lee PC，Raff H.Lipid and fatty acid profiles in the brain，liver，and stomach contents of neonatal rats:effects of hypoxia［J］.Am J Physiol Endocrinol Metab，2005，288(2):E314-E320.

11 Haase VH，Glickman JN，Socolovsky M，et al.Vascular tumors in livers with targeted inactivation of the von Hippel-Lindau tumor suppressor［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2001，98(4):1583-1588.

12 Kim WY，Safran M，Buckley MR，et al.Failure to prolyl hydroxylate hypoxia-inducible factoralpha phenocopies VHL inactivation in vivo［J］.EMBO J，2006，25(19):4650-4662.

13 Scortegagna M，Ding K，Oktay Y，et al.Multiple organ pathology，metabolic abnormalities and impaired homeostasis of reactive oxygen species in Epas1-/-mice［J］.Nat Genet，2003，35(4):331-340.

14 Qu A，Taylor M，Xue X，et al.Hypoxia-inducible transcription factor 2α promotes steatohepatitis through augmenting lipid accumulation，inflammation，and fibrosis［J］.Hepatology，2011，54(2):472-483.

15 Rankin EB，Rha J，Selak MA，et al.Hypoxia-inducible factor 2 regulates hepatic lipid metabolism［J］.Mol Cell Biol，2009，29(16):4527-4538.

16 Motomura W，Inoue M，Ohtake T，et al.Up-regulation of ADRP in fatty liver in human and liver steatosis in mice fed with high fat diet［J］.Biochem Biophys Res Commun，2006，340(4):1111-1118.

17 Kohjima M，Enjoji M，Higuchi N，et al.Re-evaluation of fatty acid metabolism-related gene expression in nonalcoholic fatty liver disease［J］.Int J Mol Med，2007，20(3):351-358.

18 Chang BH，Li L，Paul A，et al.Protection against fatty liver but normal adipogenesis in mice lacking adipose differentiation-related protein［J］.Mol Cell Biol，2006，26(3):1063-1076.

19 Imai Y，Varela GM，Jackson MB，et al.Reduction of hepatosteatosis and lipid levels by an adipose differentiation-related protein antisense oligonucleotide［J］.Gastroenterology，2007，132(5):1947-1954.

20 Kotokorpi P，Venteclef N，Ellis E，et al.The human ADFP gene is a direct liver-X-receptor(LXR)target gene and differentially regulated by synthetic LXR ligands［J］.Mol Pharmacol，2010，77(1):79-86.

21 Hu CJ，Wang LY，Chodosh LA，et al.Differential roles of hypoxia-inducible factor 1alpha(HIF-1alpha)and HIF-2alpha in hypoxic gene regulation［J］.Mol Cell Biol，2003，23(24):9361-9374.

22 Xiao X，Song BL.SREBP:a novel therapeutic target［J］.Acta Biochim Biophys Sin(Shanghai)，2013，45(1):2-10.

23 Seo HY，Kim MK，Jung YA，et al.Clusterin decreases hepatic SREBP-1c expression and lipid accumulation［J］.Endocrinology，2013，154(5):1722-1730.

24 王万东，王军，樊丽琳，等.干扰固醇调节元件结合蛋白-lc表达对细胞炎症趋化因子配体2和成纤维细胞生长因子21的影响［J］.中华肝脏病杂志，2011，19(9):664-669.

25 Fang DL，Wan Y，Shen W，et al.Endoplasmic reticulum stress leads to lipid accumulation through upregulation of SREBP-1c in normal hepatic and hepatoma cells［J］.Mol Cell Biochem，2013，381(1-2):127-137.

26 Shimomura I，Bashmakov Y，Horton JD.Increased levels of nuclear SREBP-1c associated with fatty livers in two mouse models of diabetes mellitus［J］.J Biol Chem，1999，274(42):30028-30032.

27 Vitto MF，Luz G，Luciano TF，et al.Reversion of steatosis by SREBP-1c antisense oligonucleotide did not improve hepatic insulin action in diet-induced obesity mice［J］.Horm Metab Res，2012，44(12):885-890.

28 Guillet-Deniau I，Pichard AL，Koné A，et al.Glucose induces de novo lipogenesis in rat muscle satellite cells through a sterol-regulatory-element-binding-protein-1cdependent pathway［J］.J Cell Sci，2004，117(Pt 10):1937-1944.

29 Piguet AC，Stroka D，Zimmermann A，et al.Hypoxia aggravates non-alcoholic steatohepatitis in mice lacking hepatocellular PTEN［J］.Clin Sci(Lond)，2009，118(6):401-410.

30 Chakravarthy MV，Pan Z，Zhu Y，et al.“New”hepatic fat activates PPARalpha to maintain glucose，lipid，and cholesterol homeostasis［J］.Cell Metab，2005，1(5):309-322.

31 Pallottini V，Guantario B，Martini C，et al.Regulation of HMG-CoA reductase expression by hypoxia［J］.J Cell Biochem，2008，104(3):701-709.

32 Manalo DJ，Rowan A，Lavoie T，et al.Transcriptional regulation of vascular endothelial cell responses to hypoxia by HIF-1［J］.Blood，2005，105(2):659-669.

33 Parathath S，Mick SL，Feig JE，et al.Hypoxia is present in murine atherosclerotic plaques and has multiple adverse effects on macrophage lipid metabolism［J］.Circ Res，2011，109(10):1141-1152.