體表慢性創(chuàng)面(俗稱潰瘍) 是由一系列創(chuàng)傷和疾病所致，國內(nèi)外一般將持續(xù)一個(gè)月不愈合創(chuàng)面定義為慢性創(chuàng)面。慢性創(chuàng)面具有病程長、對外觀影響大、并發(fā)癥多等特點(diǎn)，近年來有逐年增加的趨勢，成為影響患者生活質(zhì)量的重要并發(fā)癥，已引起世界各國的高度重視[1]。慢性創(chuàng)面愈合困難與創(chuàng)面的缺氧(hypoxia)和感染密切相關(guān)[1-2]。缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia inducible factor 1，HIF-1)在缺氧缺血性疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，其下游靶基因涉及細(xì)胞能量代謝、離子代謝、血管形成、細(xì)胞凋亡和增殖、細(xì)胞遷移等多個(gè)方面[2-3]，在創(chuàng)面愈合過程中發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)就HIF-1結(jié)構(gòu)功能及其在慢性創(chuàng)面愈合過程中的作用研究進(jìn)展做一綜述。

1體表慢性創(chuàng)面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

體表慢性難愈合創(chuàng)面發(fā)生機(jī)制復(fù)雜，至今尚未完全闡明。體表慢性創(chuàng)面的發(fā)生可能與缺血、缺氧、營養(yǎng)、感染、生長因子濃度失衡、內(nèi)分泌及神經(jīng)免疫等因素有關(guān)。近兩年人們更加關(guān)注創(chuàng)面修復(fù)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，尤其是細(xì)胞的缺氧應(yīng)答反應(yīng)對愈合的影響機(jī)制。在創(chuàng)面愈合過程中，因?yàn)檠醯男枨笤黾?、周圍血管循環(huán)障礙、感染、局部炎性細(xì)胞消耗大量的氧用于呼吸爆發(fā)等原因，創(chuàng)面局部處于缺氧狀態(tài)。正常創(chuàng)面愈合時(shí)，局部暫時(shí)的缺氧有利于血管發(fā)生和愈合，隨著創(chuàng)面愈合局部缺氧狀況得到矯正[2]。研究發(fā)現(xiàn)慢性創(chuàng)面局部存在持續(xù)的缺氧和新生血管形成障礙，研究者認(rèn)為這是慢性創(chuàng)面延遲愈合的重要原因[2-4]。

血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)是目前發(fā)現(xiàn)的機(jī)體內(nèi)最主要的血管生長因子之一，缺氧通過增加VEGF表達(dá)從而促進(jìn)血管生成。應(yīng)用生長因子可以促進(jìn)血管生成和創(chuàng)面愈合，但是各種促血管生成的生長因子仍然存在一些問題，如保存困難、新生血管質(zhì)量差、治療費(fèi)用大等問題。而高壓氧治療雖然可以矯正創(chuàng)面缺氧，對部分慢性創(chuàng)面有一定治療效果，但是存在全身性的氧毒性以及設(shè)備重、費(fèi)用貴等缺點(diǎn)。因此，人們多年來一直在試圖深入探尋創(chuàng)面愈合的內(nèi)在機(jī)制及其影響因素。最近發(fā)現(xiàn)缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1)是參與缺氧應(yīng)答反應(yīng)的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄因子，能夠調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)，對創(chuàng)面愈合至關(guān)重要[3]，已成為慢性創(chuàng)面愈合研究中的新熱點(diǎn)[2-15]。HIF-1由HIF-1α和HIF-1β構(gòu)成，其活性主要由HIF-1α決定，受氧濃度的調(diào)節(jié)。

在正常創(chuàng)面愈合中，缺氧能導(dǎo)致HIF-1α表達(dá)升高，從而促進(jìn)血管生成和傷口愈合。最近研究發(fā)現(xiàn)燒傷、糖尿病、使用糖皮質(zhì)激素、老年等慢性創(chuàng)面中均存在HIF-1的表達(dá)減少，這些研究者認(rèn)為HIF-1表達(dá)不足導(dǎo)致的血管生成減少是創(chuàng)面延遲愈合的重要原因[4-14]。在老年鼠的慢性缺血缺氧創(chuàng)面模型的研究中發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮祖細(xì)胞[8]和巨噬細(xì)胞[11]的數(shù)量和功能未見異常，創(chuàng)面局部HIF-1表達(dá)減少導(dǎo)致創(chuàng)面愈合延遲，HIF-1表達(dá)減少的原因未明。在糖尿病患者中，高血糖產(chǎn)生的糖基化產(chǎn)物可能是抑制HIF-1表達(dá)的機(jī)制之一[6]。但是，其他慢性創(chuàng)面中HIF表達(dá)的調(diào)控機(jī)制未見深入研究。因此，慢性創(chuàng)面中影響HIF-1表達(dá)的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2HIF-1的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制和功能調(diào)節(jié)

2.1 HIF-1α的結(jié)構(gòu):HIF-1是異二聚體的轉(zhuǎn)錄因子，由氧敏感的HIF-1α亞基和在核內(nèi)穩(wěn)定表達(dá)的HIF-1β亞基組成， HIF-1α在細(xì)胞漿內(nèi)表達(dá)，受氧濃度的調(diào)節(jié)，HIF-1的活性主要由HIF-1α決定。HIF-1α含有以下結(jié)構(gòu)[16]:①位于氮末端的堿性螺旋-環(huán)-螺旋(bHLH)/Per-Arnt-Sim基本結(jié)構(gòu)，主要參與HIF-1α與靶基因DNA 結(jié)合以及與HIF-1β的二聚化;②中部是氧依賴性降解域(oxygen dependent degradation domain，ODDD)，在正常氧濃度下，ODDD內(nèi)部第402位和第564位脯氨酸殘基可被脯氨酸羥化酶(prolyl hydroxylase domain proteins， PHD)羥化，使HIF-1α被泛素連接酶所識別并結(jié)合，并通過泛素化-蛋白酶體途徑被降解;③碳末端有2個(gè)反轉(zhuǎn)錄區(qū)，氮末端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域和碳末端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(C-transcriptional activation domain，C-TAD)。

2.2 HIF-1α作用機(jī)制:HIF-1α廣泛參與哺乳動(dòng)物細(xì)胞中缺氧誘導(dǎo)產(chǎn)生的特異應(yīng)答，是缺氧引發(fā)的體內(nèi)一系列適應(yīng)反應(yīng)的中心環(huán)節(jié)。在低氧環(huán)境中，它介導(dǎo)缺氧誘導(dǎo)基因的調(diào)控，使缺氧誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，表達(dá)產(chǎn)物增多，從而產(chǎn)生一系列的生理效應(yīng)。被HIF-1α誘導(dǎo)的基因有一些共同特點(diǎn)，在其啟動(dòng)子或增強(qiáng)子中含有HIF-1α結(jié)合位點(diǎn)，其核心序列為5'-RCGTG-3'，稱為缺氧反應(yīng)元件(hypoxia-responsive element， HRE)[17]。目前的研究認(rèn)為HIF-1的表達(dá)和活性調(diào)節(jié)表現(xiàn)在基因轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平:①增加HIF-1α的轉(zhuǎn)錄;②增加HIF-1α的穩(wěn)定性[18]。研究表明，HIF-1α的表達(dá)受缺氧和非缺氧兩種途徑介導(dǎo)，HIF-1α表達(dá)上調(diào)能增加供血、供氧及供能[19]。HIF-1α的作用機(jī)制[20]是在缺氧條件下，激活的HIF-1α與其靶基因HRE中的HIF-1結(jié)合點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄，從而引起細(xì)胞對缺氧的反應(yīng)，其過程包括:①HIF-1α的核轉(zhuǎn)位:而在低氧環(huán)境中，HIF-1α卻大量集聚并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核中，此過程稱作核轉(zhuǎn)位;②HIF-1的激活:HIF-1α和HIF-1β聚合后，α亞基的C端的轉(zhuǎn)錄激活域(TAD)介導(dǎo)HIF-1的激活;③轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成和轉(zhuǎn)錄激活:活化的HIF-1在缺氧誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄起始部位形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，從而啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。它的靶基因主要有[21]:①通過擴(kuò)血管效應(yīng)和新的血管網(wǎng)的構(gòu)建來調(diào)節(jié)局部組織的氧供的基因，如:誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)、內(nèi)皮素1( ET1)、血管內(nèi)皮生成因子及其受體(Vascular endothelial growth factor， VEGF、VEGFR)等;②增強(qiáng)細(xì)胞對葡萄糖的攝取能力和無氧酵解能力的基因，如:葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1和3、乳酸脫氫酶A、丙酮酸激酶M;③促進(jìn)紅細(xì)胞增殖，提高血液攜氧量的基因，如:促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin， EPO)、轉(zhuǎn)鐵血紅蛋白及其受體等。

2.3HIF-1功能調(diào)節(jié)

2.3.1 缺氧途徑介導(dǎo)HIF-1α的表達(dá):缺氧是HIF-1生理性表達(dá)最主要的調(diào)節(jié)因素，主要是通過調(diào)節(jié)HIF-α亞基來完成。常氧狀況下細(xì)胞質(zhì)內(nèi)持續(xù)地合成HIF-α亞基蛋白質(zhì)，但由于降解迅速因而很難檢測到。這種降解是氧依賴性的，有賴于其ODDD區(qū)特定脯氨酸殘基被PHDs羥基化，羥基化后的HIF-α可與腫瘤抑制蛋白pVHL結(jié)合，經(jīng)泛素化-蛋白酶體途徑被降解[20]。另外，天冬酰胺羥化酶就是原來認(rèn)為的HIF-1α抑制因子(factor-inhibiting HIF-1α， FIH-1)，在常氧下，F(xiàn)IH可將HIF-1α亞基C-TAD序列內(nèi)的天冬氨酸殘基羥化，阻斷HIF-1α亞基與轉(zhuǎn)錄共激活蛋白如:P300、CBP等的結(jié)合，從而使HIF-1α失去促進(jìn)HIF轉(zhuǎn)錄的能力。PHDs及FIH均是HIF-α氧依賴性降解的限速酶。它們的活性均是氧依賴性的，受氧濃度的調(diào)節(jié)。隨著氧濃度的下降，PHDs和FIH依次失活，HIF-1α在細(xì)胞內(nèi)的蛋白表達(dá)水平升高，核轉(zhuǎn)位增加，識別靶基因的缺氧反應(yīng)基因，并調(diào)節(jié)它們的活性[22]。

2.3.2非缺氧途徑介導(dǎo)的HIF-1α的表達(dá):PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase)/Akt (protein kinase B)/mTOR(mammalian target of rapamycin)信號途徑及MAPK (mitogen activated protein kinase)途徑都能在常氧下增強(qiáng)HIF-1α的轉(zhuǎn)錄活性[19]。無論是否缺氧，MAPK信號傳導(dǎo)都能增加內(nèi)源性HIF的活性，亦能增加HIF的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)。HIF-α可以被MAKP途徑直接磷酸化，但是，具體涉及的氨基酸殘基尚不清楚。進(jìn)一步研究表明，MAPK在P300的反式激活上有重要影響。純化P300TD(aa1572-2370)可以迅速為MAPK所磷酸化，說明P300TD是MAPK的直接底物[22]。p300和CBP參與一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)特定基因表達(dá)，影響細(xì)胞增殖、分化及內(nèi)環(huán)境氧穩(wěn)定。其機(jī)制可能與HIF-1α的C-TAD及FIH有關(guān)[6]。

生長因子和某些金屬陽離子能調(diào)節(jié)HIF-1α的活性[20]。內(nèi)皮生長因子、胰島素樣生長因子1和2(insulin-like growth factor-1，2;IGF-1，2)、血管緊張素、凝血酶、血小板衍生生長因子等，可以影響HIF-1α的活性。常氧狀態(tài)下，內(nèi)皮生長因子通過激活PI3K/Akt途徑增加HIF-1α的合成[19]。IGF-1和IGF-2能誘導(dǎo)HIF-1α蛋白的表達(dá)，而HIF-1α反過來促進(jìn)兩者結(jié)合蛋白1、2、3的表達(dá)。目前認(rèn)為，IGF-1通過促絲裂原激活的蛋白激酶影響HIF-1蛋白的磷酸化，從而影響HIF-1蛋白合成。鐵、鎳、鈷、錳等二價(jià)化合物及其離子螯合作用、部分氧化劑、汞撒利可以促進(jìn)HIF-1α的激活。鐵離子螯合劑、鈷、鎳等可與HIF-1α上的鐵離子發(fā)生作用而抑制HIF-1α的降解。汞撒利的作用機(jī)制可能與IGF-1和促絲裂原激活的蛋白激酶的活性有關(guān)。鈣離子和鈣調(diào)蛋白通過缺氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路作用于細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶，從而增加HIF-1α的轉(zhuǎn)錄活性[22]。

誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和一氧化氮能調(diào)節(jié)HIF-1α的活性。在生物體內(nèi)存在三種亞型的一氧化氮合酶，分別是神經(jīng)元型(nNOS)、內(nèi)皮細(xì)胞型(eNOS)和誘導(dǎo)型(iNOS)。前兩者在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)表達(dá)，其活性依賴于細(xì)胞內(nèi)鈣離子的水平，而iNOS主要是在病理的情況下受許多細(xì)胞因子誘導(dǎo)才表達(dá)[21]，iNOS誘導(dǎo)產(chǎn)生大量一氧化氮，常氧下一氧化氮通過抑制脯氨酸羥化酶活性，減少HIF-1α的降解。缺氧時(shí)一氧化氮對HIF-1α的誘導(dǎo)與抑制是通過PI3K或促絲裂原激活的蛋白激酶信號通路來實(shí)現(xiàn)的。一氧化氮還可作用于缺氧反應(yīng)基因，增加HIF-1α蛋白水平及活性從而激活VEGF啟動(dòng)子活性，并通過環(huán)磷酸鳥苷途徑誘導(dǎo)VEGF基因的表達(dá)[20]。

最近幾年發(fā)現(xiàn)的泛素樣蛋白家族成員小泛素蛋白樣修飾蛋白(SUMO)也能與HIF-1α共價(jià)結(jié)合。SUMO是一種分子量約為12kD的小蛋白，可共價(jià)結(jié)合許多靶底物蛋白，并對其進(jìn)行翻譯后修飾，該過程稱為SUMO化。SUMO化修飾能在常氧和相對低氧的條件下調(diào)節(jié)HIF-1α蛋白的穩(wěn)定性，從而改變其轉(zhuǎn)錄活性[22]。綜上所述，在低氧途徑中，主要是通過對蛋白的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)來控制HIF-1α蛋白水平的高低，而在非低氧途徑中，則是通過直接調(diào)節(jié)HIF-1αmRNA表達(dá)水平或HIF-1α蛋白表達(dá)水平來實(shí)現(xiàn)調(diào)控。

3展望

HIF-1作為一種核轉(zhuǎn)錄因子，在哺乳動(dòng)物的生長發(fā)育、生理和病理反應(yīng)過程中舉足輕重。HIF-1α活性的調(diào)節(jié)，可能是慢性創(chuàng)面治療新的切入點(diǎn)。不同時(shí)間和程度的缺氧對HIF-1表達(dá)的影響如何?HIF-1表達(dá)水平如何影響其下游基因及創(chuàng)面愈合?影響HIF-1活性的通路和每個(gè)通路的重要性等問題都還不清楚。因此，慢性創(chuàng)面中影響HIF-1表達(dá)的機(jī)制有待進(jìn)一步研究?？梢灶A(yù)見，在不久的將來，隨著對HIF-1α調(diào)節(jié)通路更加深入的研究，會(huì)有良好療效的HIF-1α調(diào)節(jié)劑應(yīng)用于臨床，促進(jìn)慢性創(chuàng)面的愈合。

[參考文獻(xiàn)]

[1]付小兵.進(jìn)一步重視體表慢性難愈合創(chuàng)面發(fā)生機(jī)制與防治研究[J].中華創(chuàng)傷雜志，2004，20(8):449-451.

[2]Sen CK. Wound healing essentials:let there be oxygen[J].Wound Repair Regen，2009，17(1):1-18.

[3]Eming SA，Krieg T，Davidson JM.Gene therapy and wound healing[J].Clin Dermatol，2007，25(1):79-92.

[4]Thackham JA，McElwain DL，Long RJ.The use of hyperbaric oxygen therapy to treat chronic wounds: a review[J].Wound Repair Regen，2008，16(3):321-330.

[5]Botusan IR，Sunkari VG，Savu O，et al.Stabilization of HIF-1alpha is critical to improve wound healing in diabetic mice[J].Proc Natl Acad Sci USA，2008，105(49):19426-19431.

[6]Thangarajah H，Vial IN，Grogan RH，et al.HIF-1α dysfunction in diabetes[J].Cell Cycle，2010，9(1):75-79.

[7]Thangarajah H，Yao D，Chang EI，et al.The molecular basis for impaired hypoxia-induced VEGF expression in diabetic tissues[J]. Proc Natl Acad Sci USA，2009，106(32):13505-13510.

[8]Chang EI，Loh SA，Ceradini DJ，et al.Age decreases endothelial progenitor cell recruitment through decreases in hypoxia- inducible factor 1 stabilization during ischemia[J].Circulation，2007，116(24):2818-2829.

[9]Mace KA，Yu DH，Paydar KZ，et al.Sustained expression of HIF-1alpha in the diabetic environment promotes angiogenesis and cutaneous wound repair[J].Wound Repair Regen，2007，15(5):636-645.

[10]Liu L，Marti GP，Wei X，et al.Age-dependent impairment of HIF-1alpha expression in diabetic mice: Correction with electroporation-facilitated gene therapy increases wound healing， angiogenesis，and circulating angiogenic cells[J].J Cell Physiol，2008，217(2):319-327.

[11]Loh SA，Chang EI，Galvez MG，et al.SDF-1 alpha expression during wound healing in the aged is HIF dependent[J].Plast Reconstr Surg，2009，123(2 Suppl):65S-75S.

[12]Hoenig MR，Bianchi C，Rosenzweig A，et al.Decreased vascular repair and neovascularization with ageing: mechanisms and clinical relevance with an emphasis on hypoxia-inducible factor-1[J]. Curr Mol Med，2008，8(8): 754-767.

[13]Schwacha MG，Nickel E，Daniel T.Burn injury-induced alterations in wound inflammation and healing are associated with suppressed hypoxia inducible factor-1alpha expression[J].Mol Med，2008，14(9-10):628-633.

[14]Wagner AE，Huck G，Stiehl DP，et al.Dexamethasone impairs hypoxia-inducible factor-1 function[J].Biochem Biophys Res Commun，2008，372(2):336-340.

[15]Hoenig MR，Bianchi C，Sellke FW.Hypoxia inducible factor-1 alpha， endothelial progenitor cells，monocytes， cardiovascular risk，wound healing，cobalt and hydralazine: a unifying hypothesis[J].Curr Drug Targets，2008，9(5):422-435.

[16]唐彬秩，屈 藝，母得志.低氧誘導(dǎo)因子1α在缺氧缺血性損傷中的研究進(jìn)展[J].中國修復(fù)重建外科雜志，2009，23(6):755-758.

[17]Chen L，Endler A，Shibasaki F.Hypoxia and Angiogenesis: Regulation of hypoxia-inducible factors via novel binding factors[J].Exp Mol Med，2009，41(12):849-857.

[18]Koh MY，Spivak-Kroizman TR，Powis G.HIF-1alpha and Cancer Therapy[J].Recent Results Cancer Res，2010，180(1):15-34.

[19]李玉娟，劉建勛.HIF-1活性調(diào)節(jié)及其在缺血后血管新生中的作用[J].中國藥理學(xué)通報(bào)，2009，25(1):19-20.

[20]呂 揚(yáng)，張 鵬.HIF-1α的研究進(jìn)展及與肺癌的關(guān)系[J].中國肺癌雜志， 2009，12(2):147-151.

[21]馮 敏，張培建，劉新顏.低氧誘導(dǎo)因子-1減輕組織再灌注損傷研究進(jìn)展[J].國際外科學(xué)雜志，2007，34(10):668-691.

[22]田 華，戴愛國.HIF-1α的可逆性SUMO化修飾[J].中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)，2009，25(1):1-6.

[23]馬周瑞，鄭世營.缺氧誘導(dǎo)因子1與腫瘤[J].醫(yī)學(xué)綜述，2008，14(5):661-664.

[24]Keely S，Glover LE，MacManus CF，et al.Selective induction of integrin beta1 by hypoxia-inducible factor: implications for wound healing[J].FASEB J，2009，23(5):1338-1346.

[25]Snyder CM，Chandel NS.Mitochondrial regulation of cell survival and death during low-oxygen conditions[J].Antioxid Redox Signal，2009，11(11):2673-2683.

[收稿日期]2010-02-01 [修回日期]2010-03-24

編輯/李陽利