局灶性脑缺血损伤后低氧诱导因子表达调节机制研究进展

胡亚丽，杨 杰，庞茜茜

(河北北方学院附属第一医院，河北 张家口 075000)

局灶性脑缺血损伤后低氧诱导因子表达调节机制研究进展

胡亚丽，杨 杰，庞茜茜

(河北北方学院附属第一医院，河北 张家口 075000)

局灶性脑缺血损伤；低氧诱导因子-1；表达；调节机制

近年来，许多研究阐述了局灶性脑缺血的病理机制，包括兴奋性毒性、活性氧自由基过剩以及炎症反应等[1-3]。一些针对性的治疗方法在过去的几年中得到了一定的发展，但是局灶性脑缺血在临床上仍然是一个亟待解决的难题。低氧诱导因子-1 (HIF-1) 是一种核转录因子，能够诱导多种目的基因转录表达，在缺血性脑损伤的调节中起着至关重要的作用，而HIF-1的表达与机体内环境氧浓度密切相关。现将局灶性脑缺血损伤后HIF-1表达调节机制研究进展情况综述如下。

1 HIF-1的结构和稳定性的调节

HIF-1是一种由不稳定的HIF-1α (120kDa) 亚基和稳定的HIF-1β (94 kDa) 亚基构成的异源二聚体转录因子[4]。其中HIF-1α主要在胞浆表达，并且与氧的浓度密切相关；HIF-1β在细胞核中表达，是非氧依赖性的，HIF-1的活性主要取决于HIF-1α。HIF-1α和HIF-1β属于碱基-螺旋-环-螺旋 (basic-helix-loop-helix bHLH) 蛋白家族，都是含有PAS (PER-ARNT-SIM) 结构的转录因子。Huang等[5]和Lando等[6]研究发现HIF-1α亚基含有1个氧依赖性的降解域 (ODDD)和2个转录激活域 (TAD)：N-TAD和C-TAD，其中C-TAD具有调节目的基因的转录活性等，而bHLH和PAS则诱导DNA的双链聚合。

HIF-1α稳定性的调节机制可以分为氧依赖性的和非氧依赖性的2类。HIF-1α是对氧非常敏感的一种亚基。在常氧情况下，通过泛素-蛋白酶体途径迅速降解，HIF-1α的含量非常低。在降解过程中，脯氨酸羟化酶 (PHDs: PHD1, PHD2,PHD3) 通过诱导ODDD中的2个脯氨酸 (P402和P564) 羟基而起着非常关键的作用。Hirsila等[7]研究表明PHDs属于铁离子和酮戊二酸依赖性的氧合酶家族，并且维持PHDs活性必须有O2参与。羟基化的脯氨酸使pVHL能够识别并特异性地结合HIF-1α[8]。另一方面，在常氧情况下，HIF-1α能够被乙酰转移酶(ARD1) 乙酰化，而且乙酰化的HIF-1α也很容易被pVHL识别并结合。pVHL是一种肿瘤抑制因子，William等[9]研究发现pVHL在HIF-1α的降解过程中起着关键的作用。在泛素连接酶 (E1，E2，E3) 的协助下，与pVHL相结合的HIF-1α被泛素化。然后，泛素化的HIF-1α/pVHL被转移到26s蛋白酶体并最终被降解。

然而在低氧状态下 (当氧浓度低于5%时)，氧依赖性的PHDs活性被抑制[10]。除此之外，低氧将会破坏线粒体内的电子传递链，这将导致细胞浆内活性氧自由基 (ROS) 水平异常升高[11]。Fe2+是维持PHDs活性的辅助因子，但是异常增多的ROS将Fe2+氧化为Fe3+[10]。所以，这种变化将会抑制PHDs活性，随即阻断了HIF-1α降解所依赖的PHDs-VHL-蛋白酶体途径，致使HIF-1α水平迅速显著升高。但是，ROS可以激活PI3-K/PKB和MAPK，二者通过促使HIF-1α磷酸化来提高该分子的稳定性[12-13]。

除了这些氧依赖性的降解途径外，还有许多非氧依赖性的降解途径。近几年来，抗氧化物引起了研究者的广泛注意。有体内研究表明超氧化物歧化酶 (SOD) 通过清除ROS可以下调HIF-1α的表达[14]。Metzen等[15]研究发现NO通过与Fe2+结合降低PHDs活性，进而影响HIF-1α的稳定性。

Aminova等[16]通过体外研究也发现在氧自由基增多时，抗氧化物能够诱导HIF-1α降解。其中，细胞活素类在HIF-1α表达的调节中起着非常重要的作用。Herx等[17]证实抗炎细胞因子白细胞介素-1β (IL-1β) 的局部表达可以作为缺血性脑损伤的早期征兆；Argaw等[18]研究发现，对人胚胎星形胶质细胞施加 IL-1β 后，HIF-1α的表达量增加；而且在干扰素-γ (IFN-γ) 存在时，HIF-1α的上调幅度更加明显。当核因子-κB (NF-κB) 存在时，细胞因子TNF-α也能够引起HIF-1α的“积累”，这一观点在LLC-PK1细胞和鼠的小神经胶质细胞系BV-2中已经得到证实[19]。Rius等[20]进一步研究发现NF-κB本身也能诱导HIF-1α的上调。此外，金属硫蛋白-Ⅲ(MT-Ⅲ) 可以通过PI3K/Akt和ERK1/2依赖性的途径调节HIF-1α的活性[21]。

稳定的HIF-1α将会转移到细胞核与HIF-1β构成二聚体，即异源二聚体转录因子HIF-1。与辅激活蛋白p300/CBP结合后，HIF-1通过与目的基因上的缺氧反应原件 (HER碱基序列为5’-RCGTG-3’) 结合诱导其表达[4]。

2 HIF-1对局灶性脑损伤的调节作用

HIF-1通过诱导多种目的基因的表达，在局灶性脑缺血损伤的调节中起着中枢纽带的作用。HIF-1通过诱导血管内皮生长因子 (VEGF)、促红细胞生成素 (EPO)、糖酵解酶 (GEs)、葡萄糖转移酶 (GLTs)等目的基因，能够促进毛细血管再生，并提高红细胞携氧能力，从而有效改善血流和能量分布，有助于保护缺血损伤部位的神经元细胞以及缓解症状；但是，HIF-1还能够诱导一氧化氮合酶 (iNOS)、BNIP3、p53[22]等基因的表达，进而诱导受损神经元细胞的凋亡或坏死。目前，认为HIF-1对缺血性脑损伤的调节具有双重作用，这两种作用的“选择”取决于缺血性脑损伤的严重程度以及持续的时间。近几年，有研究提出神经细胞的种类、病理刺激的类型等也会影响HIF-1在局灶性脑缺血损伤中的调节作用[23]。

3 总 结

HIF-1在缺血性脑损伤的调节中发挥着重要作用，但是HIF-1表达受多种因素的影响。在过去的20年中，关于HIF-1表达调节的分子机制研究取得了很大进展，但是，要阐明HIF-1的表达调节机制仍然需要许多细节方面的研究。这些细节的解决，也许能为今后的研究、开发防治局灶性脑缺血损伤的有效药物提供新的思路。

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R651.1

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1008-8849(2015)10-1139-02

2014-04-30