缺氧在银屑病发病机制中的作用

王焕玲 魏志平 刘彦群

缺氧在银屑病发病机制中的作用

王焕玲 魏志平 刘彦群

银屑病是一种以鳞屑性红斑、丘疹、斑块为主要临床表现的皮肤病，其表皮角质形成细胞的过度增殖使其具备类似肿瘤的生物学行为，与肿瘤组织一样，均存在局部缺氧现象。缺氧可使角质形成细胞低氧诱导因子1α及其相关的多种基因，如血管内皮生长因子、一氧化氮合酶、基质金属蛋白酶2、环氧合酶2、胰岛素样生长因子2、神经生长因子、组蛋白去乙酰化酶1和LL37等因子的表达升高，从而促进炎症细胞浸润、表皮细胞增生和血管形成。缺氧还可使角质形成细胞糖酵解有关酶的表达增高，使得细胞糖酵解功能增强，从而满足细胞快速增殖的能量需求。

银屑病；缺氧；HIF-1α；一氧化氮；靶基因

银屑病组织病理学以角质形成细胞过度增殖伴分化不全，炎症细胞浸润，新生血管形成为基本特征。银屑病具有特征性细胞过度增殖和局域性缺氧［1］，角质形成细胞过度增殖可能导致氧需求增加，表皮肥厚、细胞数目增多也可能导致局部氧的供给受损［2］。缺氧时，一些细胞因子如低氧诱导因子（HIF）1α等因子表达增加和细胞糖酵解能力的增强都促进了疾病的进一步发展。

1 HIF-1α结构与功能

HIF是由一个氧依赖的α亚基（HIFα）和稳定的β亚基（HIFβ，也称芳烃核转录因子）组成的异源二聚体［3］。两者是具有PER-芳烃核转录因子-SIM（PAS）结构域的碱性螺旋-环-螺旋转录因子超家族成员。除HIF-1α外，HIF-2α及HIF-3α均可与HIF-1β组成异源二聚体。HIF-1是一种具有转录活性的核蛋白，可使细胞适应缺氧环境，对氧供与能量稳态起重要作用。人HIF-1α亚基位于14号染色体（14q21～q24），由氨基端的DNA结合结构域、羧基端的反式激活结构域及中间的氧依赖降解结构域组成，其调控基因称为HIF-1α的靶基因。缺氧时，HIF-1α和HIF-1β形成二聚体，移至细胞核，并结合到不同基因的启动子或增强子的低氧反应元件上，启动下游靶基因的表达［4］。缺氧反应元件与增强子相似，具有共同的碱基序列G/ACGTG。HIF-1α受氧依赖性途径脯氨酸羟化酶和天冬氨酸羟化酶（又称HIF-1抑制因子）的调节，此外，还受非氧依赖性途径的调节，白细胞介素（IL）1、胰岛素、碱性成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子和一些抑癌基因等也可调节HIF-1α的表达［5］。在缺氧环境下，HIF-1α通过多种信号刺激表达，使靶基因上调，参与银屑病的发生发展。

作者单位：221002 江苏，徐州医学院附属医院皮肤科

2 HIF-1α相关靶基因

HIF-1α是具有转录活性的核蛋白，具有相当广泛的靶基因谱，其中包括与缺氧适应，炎症发展及肿瘤生长等相关的近100种靶基因［4］，如促红细胞生成素、血管内皮生长因子（VEGF）、内皮素1、血小板源性生长因子、葡萄糖转运蛋白（GLUT）、一氧化氮合成酶（NOS）等。

根据HIF-1α相关靶基因在银屑病中主要功能的不同，将这些靶基因分为以下几类：①与血管生成有关，如VEGF、VEGF受体 1、NOS、内皮素 1 等；②与角质形成细胞过度增殖有关，如GLUT-1、基质金属蛋白酶（MMP）2、胰岛素生长因子（IGF）结合蛋白1～3等；③与角质形成细胞迁移有关，如层粘连蛋白 -332；④与炎症有关，如环氧合酶（COX）2 等［4］。

3 HIF-1α及相关靶基因在银屑病的表达

3.1 HIF-1α：在银屑病中主要表达于表皮细胞、真皮浅层毛细血管内皮细胞及其周围部分炎症细胞胞质，且进行期皮损明显高于静止期，在mRNA及蛋白水平均呈显著上调，提示HIF-1 α与银屑病的病情进展有关［6］。HIF-1α与其靶基因结合后，促进大量炎症因子释放，如肿瘤坏死因子α，IL-17，IL-4等，在这些炎症因子的作用下，中性粒细胞，巨噬细胞，角质形成细胞大量增殖［7］。

3.2 VEGF：属VEGF家族成员，除VEGF外，还包括VEGF-B～E、胎盘生长因子1和2。VEGF是从牛垂体滤泡星状细胞培养基中分离纯化得到的一种糖蛋白。能在体内诱导血管新生，是对血管内皮细胞作用最强的生长因子［8］，通过直接和间接两种方式促进血管生成［9］。已经证实，VEGF是神经生长因子（NGF） 和 HIF-1α 的靶基因［10］。HIF-1α 对VEGF的调控机制基本阐明，HIF-lα 通过与VEGF5′端增强子相互作用来实现对VEGF的转录调节。在VEGF5′端增强子内存在HIF-1 α结合位点缺氧反应元件。缺氧时，HIF-1 α聚集并与DNA结合活性增加，与VEGF基因的缺氧反应元件结合后，促使VEGF的转录活性和表达增强。研究表明，诱导HIF-1 α突变则不能与VEGF增强子内的缺氧反应元件结合，使增强子的作用不能发挥。此时VEGF mRNA水平显著降低，即使在低氧条件下VEGF mRNA也不能被诱导表达；诱导VEGF上的缺氧反应元件缺失，同样可使HIF-1 α不能与其结合而发挥转录作用［11］。研究表明，VEGF不仅能作用于内皮细胞，在角质形成细胞在内的多种细胞也发现有VEGF受体的表达，且角质形成细胞以旁分泌的方式产生VEGF，作用于血管内皮细胞。除此之外，还可能以自分泌的方式作用于自身，促进角质形成细胞的增殖、迁移、存活等。研究表明，VEGF的表达水平与银屑病的严重程度成正相关［12］。

3.3 一氧化氮（NO）和NOS：NO是体内重要的信使分子和效应分子，NOS催化生成，舒张血管，增加血流量，增加组织供氧［13］。NOS有3个亚型：神经型NOS，内皮型NOS和NOS。诱导型NOS为同源二聚体，能够以不依赖于钙离子的方式发挥功能，在各亚型中其催化形成NO的效率最高。上述3型NOS均能在皮肤中表达，在银屑病患者皮肤中，诱导型NOS在表皮和真皮层的表达明显上调［14］。在生理情况下，组织中诱导型NOS的表达量很少，而当细胞受到某些免疫或炎症因子，如干扰素、肿瘤坏死因子、白介素和脂多糖等的作用时，诱导型NOS表达明显增多，在NO的生成中起主要作用。诱导型NOS基因5′侧翼区域有与HIF-1α结合的共有序列5′-TACGTGCT-3′。在缺氧条件下，HIF-1α 可诱导诱导型NOS合成，产生NO。研究表明，NO与银屑病患者严重程度呈正相关。NO作为一种内皮细胞存活因子，抑制内皮细胞的凋亡，促进内皮细胞增殖，增加VEGF和成纤维细胞生长因子的表达，从而促进银屑病皮肤微血管的形成［15］。在银屑病皮损中，VEGF 与 iNOS 的表达呈正相关［14］。

3.4 MMP-2：是MMP家族中的重要成员，能特异性清除基底膜带的主要构成成分Ⅳ型胶原，在体内能够促进角质形成细胞的存活。在 HIF-1α-/-的胚胎干细胞中，缺氧情况下，MMP-2不表达，在HIF-1α+/+的胚胎干细胞中，MMP-2过量表达。在肿瘤细胞中，用siRNA干扰肿瘤细胞后，可见MMP-2的表达明显下降［16］。研究发现，银屑病患者受损和未受损皮肤的角质形成细胞过量表达MMP-2和MMP抑制剂2［17］。MMP及抑制剂是细胞外基质合成及代谢平衡中两个重要的酶系，参与多种与细胞外基质蛋白水解重塑有关的生理及病理过程，如炎症反应、组织结构破坏、组织修复、瘢痕形成及肿瘤转移等。有研究表明，银屑病表皮的细胞与细胞间、细胞与基质间黏附关系的改变与MMP-2异常增多有关，MMP-2的激活可能与银屑病表皮中，细胞与细胞间及细胞与基质间的改变有关［18］。在生理和病理情况下，肿瘤坏死因子α可刺激皮肤MMP-2的表达上调。

3.5 COX-2：银屑病患者皮损和非皮损处、皮肤真皮和表皮中，COX-2和VEGF、VEGF受体3的表达均增高［19］。Flockhart等［20］报道，COX-2 活性增加时能增强细胞迁移，血管生成和对凋亡的抵抗，促进肿瘤的发生和发展。Gambichler等［21］在银屑病动物模型实验中，发现caspase3 mRNA增高与COX-2的表达相关。人脐静脉血管内皮细胞转染HIF表达载体后，常氧状态下，COX-2表达增加。

4 与HIF-1α相关基因在银屑病的表达

4.1 IGF-2：调节多种细胞的增殖和分化，在许多肿瘤细胞中均有表达。在银屑病患者的血液和皮损部位IGF-2的表达增加，研究发现，IGF-2通过上调HIF-1α从而使VEGF的表达增加。已证实，VEGF是NGF和HIF-1α的靶基因。VEGF可促进银屑病病理过程中的血管生成和炎症的发生发展［22］。

4.2 NGF：是神经纤维生长及营养的重要因子，银屑病皮损中，NGF与其受体高度表达，介导T细胞和角质形成细胞增殖，肥大细胞迁移、脱颗粒等。研究发现，当银屑病患者神经切断、损伤或功能减弱时疾病得到缓解［22］。缺氧培养的HaCaT细胞经NGF诱导HIF-1α的表达增加时，VEGF的表达随之增加。当用小干扰RNA阻断HIF-1α的表达时，NGF诱导的 VEGF的表达不再增加［23］表明，NGF对VEGF的调节可能是通过HIF-1α实现的。

4.3 组蛋白去乙酰化酶1（HDAC1））和抗菌肽LL-37：组蛋白去乙酰化酶通过影响染色体的结构，进而调控基因的表达水平。银屑病患者皮损处，HDAC1和LL-37的表达高于健康对照组，而肿瘤抑制蛋白VHL（von Hippel-Lindau）与健康对照组相比表达下调［24］。HDAC1和LL-37在银屑病中起抗血管生成和抗细胞凋亡作用。研究发现，在HaCaT细胞中，HDAC1和LL-37通过HIF-1α上调VEGF的表达，肿瘤抑制蛋白VHL通过抑制HIF-1α下调 VEGF 的表达［25］。

除了上述与HIF-1α相关的一些因子外，研究发现，银屑病患者缺血修饰白蛋白水平的增高，缺血修饰蛋白水平的增加与疾病的氧化应激有关，这可能是该病慢性缺氧和氧化应激的适应性反应的结果［2］。皮肤损伤或局部缺氧时易导致前血管因子，包括IL-8、HIF-1α、ETS-1和VEGF等因子的释放，这些因子浸润受损部皮损，并通过增强黏附分子的表达，使白细胞迁移到炎症部位，参与银屑病的病理过程［1］。

5 缺氧对细胞代谢的影响

葡萄糖可以通过氧化磷酸化和糖酵解两种代谢途径为细胞提供能量。正常细胞的糖酵解通常在供氧不足时进行。缺氧条件下，肿瘤细胞葡萄糖转运体GLUT1表达上调，促进细胞葡萄糖代谢能力以满足细胞快速增殖的能量需求［26］。HIF-1是糖酵解途径中发挥主要作用的转录因子。HIF-1上调GLUT1，此外，HIF-1还可通过己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶等诱导糖酵解酶的表达。银屑病患者皮损中，己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脱氢酶和葡萄糖6磷酸脱氢酶等的表达升高。丝裂原活化蛋白激酶能够下调糖酵解，研究表明，在研究二甲双胍抑制角质形成细胞增殖的实验中发现，二甲双胍通过上调丝裂原活化蛋白激酶信号通路抑制角质形成细胞的增殖，即靶向糖酵解途径的抑制作用［27］。

综上所述，以HIF-1α为靶点治疗贫血、肿瘤、炎症等疾病的动物或体外实验广泛开展，特别是在肿瘤疾病研究中的运用。随着缺氧在银屑病中作用机制的进一步阐明，治疗银屑病新的作用靶点将诞生，为银屑病患者带来福音。

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Roles of hypoxia in the pathogenesis of psoriasis

Wang Huanling,Wei Zhiping,Liu Yanqun.Department of Dermatology,Affiliated Hospital of Xuzhou Medical College,Xuzhou 221002,Jiangsu,China

Psoriasis is a kind of skin disease mainly characterized by squamous erythema,papules and plaques.Like tumor tissue,psoriatic lesions show keratinocyte overproliferation and regional hypoxia.Hypoxia can promote the infiltration of inflammatory cells,proliferation of epidermal cells and vascularization by increasing expressions of hypoxia-inducible factor 1α （HIF-1α） and its related genes,such as vascular endothelial growth factor （VEGF）,nitric oxide synthase （NOS）,matrix metalloproteinase-2 （MMP-2）,cyclooxygenase 2 （COX-2）,insulin-like growth factor 2 （IGF2）,nerve growth factor （NGF）,histone deacetylase 1 （HDAC1）,cathelicidin LL37,and so on.Hypoxia also can enhance glycolysis via upregulating expressions of relevant enzymes in keratinocytes,so as to meet energy requirements of rapid cell proliferation.

Psoriasis;Anoxia;HIF-1α;Nitric oxide;Targeted gene

Wei Zhiping,Email:xzwzpl961@aliyun.com

2015-05-08）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.03.011

魏志平，Email:xzwzpl961@aliyun.com

本文主要缩写：HIF-1α：低氧诱导因子，VEGF：血管内皮生长因子，GLUT：葡萄糖转运蛋白，NOS：一氧化氮合酶，MMP：基质金属蛋白酶，IGF：胰岛素样生长因子，COX-2：环氧合酶，NGF：神经生长因子，HDAC1：组蛋白去乙酰化酶1