低氧诱导因子?1α对大肠癌作用的研究进展

【关键词】  低氧诱导因子?1α；大肠癌；分子生物学

　研究表明，多数恶性肿瘤中存在显著的缺氧区域，而缺氧可促使低氧诱导因子?1α（hypoxia inducible factor?1 alpha ,HIF?1α）的表达,其表达可使肿瘤细胞适应缺氧环境，并促进新生血管的生成，为肿瘤的侵袭和转移创造条件［1］。大肠癌是常见的恶性肿瘤，其发病率处于恶性肿瘤的第三位，且发病率无性别差异。有学者发现，HIF?1α表达与大肠癌的发生及预后存在着重要的相关性［13，17］。本文就HIF?1α与大肠癌的关系作一简单综述。

　　1  HIF?1α的分子生物学结构特征

　　HIF?1是Semenza等［2］在1992年发现的一种氧转录激活依赖因子，由α、β两个亚基构成。α、β亚基均为bHLH (basic Helix?loop?Helix)?PAS(per?ARNT?Sim)超家族成员，HIF?1β为许多转录因子所共有，又称为芳香烃受体核移位体（ARNT）；而HIF?1α为HIF?1所特有，既是调节亚基，又是活性亚基，转录活性和蛋白稳定性均受细胞内氧浓度的调节，可见，HIF?1的活性主要决定于其α亚基。在人体中，HIF?1α基因定位于14号染色体（14q21?24），经cDNA反转录后可得到全长3 720 bp的片段, 5'端和3'端分别含有28 bp和1 211 bp的非翻译区，开放阅读框2 478 bp，共编码826个氨基酸残基，分子量为120 kD，同时，HIF?1α存在两个核定位信号（nuclear localization signal，NLS），分别位于N端的17?33氨基酸和C端的718?721氨基酸，后者在介导HIF?1α进入细胞核的过程中起着关键作用。常氧条件下，HIF?1α半衰期为5 min左右，仅能在缺氧的细胞核中表达，而HIF?1β在正常及缺氧细胞的胞质和胞核中均有表达，细胞缺氧时位于胞质的HIF?1β进入胞核，与在胞核中显著增加的HIF?1α结合形成二聚体，再通过HIF?1α的C末端NLS诱导CBP/P 300入核，共同形成大分子复合物后，与缺氧反应元件（hypoxia?response elements, HRE）上HIF?1结合位点结合，促进缺氧诱导基因转录，进而产生一系列的生物学效应。

　　2  HIF?1α的分子生物学功能

　　2.1  HIF?1α与新生血管形成  在缺氧微环境中，HIF?1α表达增加，促使血管生成相关基因表达升高，包括血管内皮生长因子（VEGF）、IL?8、一氧化氮合酶（NOS2）、纤维生长因子（FGF）等［3］。其中，VEGF起重要作用，可通过增加血管外纤维性凝胶，诱导血管内皮增殖及增加血管通透性来刺激血管生成［4］。在动物试验中，向小鼠眼内注射AdCA 5（一种编码活化构型HIF?1α的腺病毒）在多处毛细血管床引起了新的血管化作用，包括那些单独给VEGF无反应的血管床，基因分析结果显示，注射了AdCA 5的小鼠眼中，可发现血管生成素?1（ANGPT?1），血管生成素?2（ANGPT?2）及HIF?1α mRNA表达显著增加，说明HIF?1α为新生血管形成过程的主要调节物，其作用要远远大于单独VEGF在血管生成中的作用［5，6］。

　　2.2  HIF?1α与糖酵解  缺氧条件下，细胞获得能量的主要途径是糖酵解，HIF?1α的过表达可以促使糖酵解过程中所需的醛缩酶A、C，已糖激酶1、2、3?磷酸甘油醛脱氢酶等基因的表达，同时上调葡萄糖转运因子?1（Glut?1），葡萄糖转运因子?2（Glut?2），增强糖酵解，从而使细胞在缺氧环境下获得能量［7］。

　　2.3  HIF?1α与细胞周期调控  细胞在缺氧环境中部分可处于休眠状态，研究发现，在此类休眠细胞中，p21和p27表达显著升高，而p21和p27是细胞周期素依赖激酶抑制因子，通过对细胞周期G1期向S期转换的抑制，使细胞停滞在G1期。同时研究表明，HIF?1α可诱导p21和p27表达的增高，这就说明HIF?1α与细胞周期调控相关，可通过阻止细胞周期中G1/S期的转换而使缺氧细胞处于静止状态［8］。

　　3  HIF?1α与大肠癌相关性研究

　　相关研究表明，多数肿瘤存在缺氧微环境，肿瘤形成一个关键的步骤是对缺氧微环境的适应与改善。一方面可通过调节能量代谢而耐受缺氧，另一方面形成新生血管而改善局部血供。缺氧可导致HIF?1α的表达升高，再无新生血管生成的微小实体瘤阶段，增强糖酵解，为肿瘤细胞供应能量，当肿瘤扩大致数毫米时，又可促使新生血管生成，为肿瘤的增殖、侵袭和转移提供条件［9］。

　　3.1  HIF?1α在大肠癌中的表达  Talks等［10］在实验中检测出在多数恶性肿瘤中，HIF?1α均有不同程度的表达，且其表达程度与组织缺氧程度明显相关。还有研究发现［11］，在正常大肠组织中，HIF?1α无表达，在其腺瘤、腺癌组织中表达不断增高，三者的差异具有显著性，这说明了细胞的缺氧出现在癌变之前并且在整个癌变过程中持续表达，HIF?1α过表达可能是癌前病变的早期指标之一，提示HIF?1α的过表达在大肠癌的发生发展中起重要作用。

　　3.2  HIF?1α与大肠癌肿瘤细胞的凋亡和增殖  肿瘤的发生发展是一个多因素多步骤的过程，不仅与各种因素导致的癌基因激活、抑癌基因失活有关，与肿瘤细胞凋亡失控、细胞过度增殖也有相当的关系。目前关于HIF?1α与肿瘤凋亡、增殖的关系尚存在争论［12~14］。在大肠癌中，Bedi等［15］通过对Bcl?2（一种抗凋亡基因）研究发现，在大肠黏膜癌变的过程中，细胞凋亡能力逐渐减弱，於亮亮［16］研究发现，在结肠癌变过程中，从腺瘤到癌，Bcl?2表达逐渐增高，同时发现HIF?1α表达在腺瘤和癌中均与Bcl?2正相关，这说明HIF?1α可能通过抑制细胞凋亡来促进大肠腺瘤向大肠癌的恶性转化。PCNA（细胞增殖核抗原）是反映细胞增值活性的一个良好指标，通过对大肠癌中HIF?1α和PCNA的关系研究发现，HIF?1α表达与癌组织中PCNA正相关，提示HIF?1α过表达可能促进肿瘤细胞的增殖［17］。现关于HIF?1α促进肿瘤增殖的机制尚存有不同意见，Yamakawa等［18］认为，HIF?1α可上调多种血管因子表达，促使肿瘤血管形成的同时，可促使各种生长因子表达，从而促进肿瘤的增殖，而Feldset等［19］在前列腺癌中研究发现，胰岛素样生长因子?1（IGF?1）和胰岛素样生长因子?2（IGF?2）可诱导HIF?1α的表达，HIF?1α又可反过来影响IGF?2的表达，提示HIF?1α可能参与自分泌生长因子的作用，从而使肿瘤获得一个高增殖能力。

　　3.3  HIF?1α与大肠癌的侵袭转移及预后  侵袭和转移是恶性肿瘤最显著的特征之一，基础研究证实，在肿瘤坏死区域、浸润的边缘及其血管周围，HIF?1α表达明显增高，而在邻近的正常组织中未见HIF?1α表达，提示HIF?1α可预测肿瘤的侵袭转移，认为其可作为判断肿瘤预后的指标之一［20］。有研究发现，在正常大肠组织中，HIF?1α未见表达，而癌组织中表达率显著增高，并且浸润浆膜、有淋巴结转移者其阳性表达率明显高于未浸润浆膜、无淋巴结转移者；同时，随着Duke's分期的进展，HIF?1α表达亦升高，表明HIF?1α高表达的肿瘤组织具有较强的浸润和转移能力［17］。因此，可将HIF?1α作为临床监测大肠癌进展，判断预后的一个指标。

　　4  展望

　　目前关于HIF?1α的调节机制方面的研究已趋完善，在临床方面， HIF?1α与肿瘤的正成为人们关注的热点。对缺氧的适应是肿瘤细胞的重要特征之一，而肿瘤存在的缺氧微环境也是导致肿瘤治疗效果差，放化疗效果不满意的一个重要原因［21］。因此，以HIF?1α为靶点来调节其蛋白活性被认为是肿瘤治疗的新途径，目前，可通过RNA干扰、抑制HIF?1α与调节其活性的蛋白相结合及抑制信号传导通路这三种方法来调节HIF?1α活性，并取得了一定的进展，如格尔德霉素（一种HSP90抑制剂）已应用于临床，但其远期效果还需进一步观察［22］。我们相信，随着研究的深入，HIF?1α的肿瘤靶向治疗将会成为攻克肿瘤的重要手段之一。

【】
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