王蘋蘋，孔繁平，陳學(xué)群，杜繼曾 綜述

(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)系，浙江 杭州 310058)

氧是機(jī)體進(jìn)行新陳代謝的必需物質(zhì)，缺氧對機(jī)體和細(xì)胞是一種強(qiáng)烈的應(yīng)激。細(xì)胞通過氧感受器和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路特異地調(diào)節(jié)某些基因或蛋白的表達(dá)來適應(yīng)低氧［1］。HIF-1α是哺乳動物維持氧平衡最主要的調(diào)節(jié)因子。近10年來，低氧研究主要集中在HIF-1α介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面。低氧可以增加HIF-1的穩(wěn)定性，促進(jìn)HIF-1與低氧反應(yīng)元件(hypoxia response element，HRE)的結(jié)合，從而誘導(dǎo)低氧靶基因的激活。此外，HIF通路和其它信號通路間也存在交叉調(diào)節(jié)，形成了細(xì)胞低氧應(yīng)答的特異性和多樣性。

1 低氧誘導(dǎo)因子HIF-1

1.1 HIF-1的基本結(jié)構(gòu) HIF-1是由分子量為120 kD的 HIF-1α和分子量為91－94 kD的HIF-1β或稱芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白(aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator，ARNT)2種亞基組成的異源二聚體［2］，2亞基均屬于basic helix-loop-helix(bHLH)/PER-ARNT-SIM(PAS)家族蛋白［3］，N 末端均含有 bHLH/PAS同源區(qū)。bHLH區(qū)和N末端PAS中間區(qū)對于二聚化以及與靶基因的結(jié)合必不可少。HIF-1α亞基的中部有一個氧依賴降解結(jié)構(gòu)域(oxygen dependent degradation domain，ODDD);C 端是反式激活區(qū)，包括2個反式激活域(transactivation domain，TAD)即 TAD-N(amino acids 531-575)和TAD-C(amino acids 786-826);2個TAD序列間的區(qū)域?yàn)橐种平Y(jié)構(gòu)域(inhibitory domain，ID;amino acids 576-785)，抑制TAD的轉(zhuǎn)錄激活［4］。

HIF-α 亞基包括 HIF-1α、HIF-2α 和 HIF-3α，這3種HIF-α的亞型都由氧來調(diào)節(jié)其蛋白的穩(wěn)定性，在低氧條件下可以與HIF-1β結(jié)合調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。HIF-1α和HIF-2α在結(jié)構(gòu)上有48%的氨基酸序列是相同的，能識別同樣的DNA結(jié)合區(qū)，但各自又有獨(dú)特的生物學(xué)效應(yīng)。有研究表明，HIF-2α參與長期慢性的低氧反應(yīng)，而 HIF-1α 則與急性低氧反應(yīng)有關(guān)［5］。HIF-3α不誘導(dǎo)激活 HIF的靶基因，大鼠HIF-3α有1個僅包含bHLH和PAS區(qū)的IPAS蛋白(inhibitory PAS domain protein)，IPAS對HIF調(diào)節(jié)的基因表達(dá)可能起負(fù)反饋抑制作用，IPAS可以和HIF-1α結(jié)合形成沒有功能的二聚體，這個二聚體在細(xì)胞核內(nèi)不能與靶基因的低氧反應(yīng)元件結(jié)合，形成了一種細(xì)胞特異或環(huán)境特異的應(yīng)對低氧的策略［6］。

1.2 HIF-1α蛋白的功能調(diào)節(jié) HIF-1α位于細(xì)胞質(zhì)中，在常氧下極易降解，半衰期不足5 min;但在低氧下HIF-1α穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性都顯著增加，其主要有2條氧依賴的途徑調(diào)節(jié)HIF-1α蛋白穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性:①FIH-1(factor-inhibiting HIF-1)是一種氧依賴性酶，可將HIF-1α C末端反式激活結(jié)構(gòu)域內(nèi)803位的天冬氨酸殘基羥基化，阻止HIF-1α與轉(zhuǎn)錄輔助激活因子CBP(CREB-binding protein)/p300結(jié)合，從而抑制 HIF-1α 的轉(zhuǎn)錄激活功能［7］。②脯氨酸羥化酶(prolyl hydroxylase，PHDs)也是氧依賴性酶，可以使HIF-1α的564位(HIF-2α的531位)和402位的脯氨酸殘基被羥基化，然后腫瘤抑制蛋白(von hippel-lindau protein，pVHL)與 HIF-1α亞基的 ODDD結(jié)合，募集多種泛素蛋白，共同組成泛素連接蛋白酶復(fù)合體，使HIF-1α亞基泛素化，并經(jīng)泛素連接蛋白酶復(fù)合體途徑降解［8］。不同組織中PHDs的表達(dá)不同，與不同HIF蛋白的親和力也不盡相同，這可能導(dǎo)致了低氧應(yīng)答的多樣性。在低氧下，PHDs和FIH-1的活性被抑制，HIF-1α不被降解，導(dǎo)致胞內(nèi)蛋白水平迅速增加。在HIF-1α蛋白C末端有核定位信號(NLS)，輔助HIF-1α蛋白快速和核孔蛋白結(jié)合入核。HIF-1β在缺氧及正常細(xì)胞的胞漿和核中均存在，其與HIF-1α的N末端激活域結(jié)合，形成二聚體后與CBP/p300結(jié)合開始轉(zhuǎn)錄。

HIF-1α在轉(zhuǎn)錄后可被 SUMO(small ubiquitin-like modifier)修飾，這是一個被SUMO特異性連接酶催化和被SUMO特異性蛋白酶(SENPs)逆轉(zhuǎn)的動態(tài)過程。這些生理過程現(xiàn)在并未研究清楚，有些報道也有矛盾之處。HIF-1α活性的增加和抑制都有報道，而且低氧可以增加 HIF-1α 的 SUMO 修飾［9］，而 SUMO 修飾能通過脯氨酸殘基的羥基化來增強(qiáng)HIF-1α和VHL的結(jié)合，導(dǎo)致HIF-1α的泛素化降解。相反，SENPs參與的HIF-1α去SUMO修飾可以避免其在低氧下被降解［9］。HIF-1β同樣能被SUMO修飾，調(diào)節(jié)與其它蛋白的關(guān)系［10］。但是，這種SUMO修飾對HIF-1β和HIF-α蛋白的相互作用機(jī)制目前尚不清楚。

最近，研究者發(fā)現(xiàn)了很多可以調(diào)節(jié)HIF-1α活性的蛋白質(zhì)和小分子物質(zhì)。HIF-1α可以被NO介導(dǎo)的亞硝基化修飾，從而增強(qiáng)常氧條件下的蛋白穩(wěn)定性和活性［11］。熱休克蛋白90(heat shock protein 90，Hsp90)可以氧依賴的結(jié)合在HIF-1α的PAS區(qū)，阻止HIF-1α的泛素化降解。RACK1(receptor for activated protein C kinase 1)與Hsp90競爭結(jié)合在HIF-1α的PAS結(jié)構(gòu)域，從而增加 HIF-1α的降解。17-AAG(17-allylaminogeldanamycin)是 Hsp90的抑制物，它可以阻斷Hsp90與HIF-1α的結(jié)合，促進(jìn)RACK1的結(jié)合，激活HIF-1α泛素化降解［12］。

2 低氧反應(yīng)元件HRE

HRE是一個復(fù)雜的調(diào)節(jié)元件，由保守的HIF-1結(jié)合位點(diǎn)(HIF-1 binding site，HBS)A/GCGTG和高度可變的旁側(cè)序列組成［13］。HIF-1α亞基穩(wěn)定后向核內(nèi)轉(zhuǎn)移，與β亞基二聚化形成HIF-1結(jié)合在低氧反應(yīng)元件HRE上。與HIF通路調(diào)控相比，目前對HRE序列的特征了解還很少，只知道在低氧轉(zhuǎn)錄激活作用中HRE是最小的一個順式調(diào)節(jié)元件［14］。100多個研究表明，在有功能的HBS序列中特定核苷酸有特定的位置，也就是說HBS的核心序列呈現(xiàn)非隨機(jī)性，不一定就是 N(－3)N(－2)A/G(－1)C(1)G(2)T(3)G(4)。A在－1位置的概率是4.5倍，而T出現(xiàn)在 －3位置的概率是4.2倍［13］。有一些研究報道了HRE序列與它調(diào)控功能之間的關(guān)系，比如突變分析－2位置發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)作用按 T＞G＞C的順序下降?；匚男蛄蠧ACGTG之所以低氧誘導(dǎo)作用低可能是該序列競爭結(jié)合了一些抑制因子，如HIF-1β的同源二聚體。內(nèi)皮素1(endothelin-1，ET-1)的 HRE AACGTG的低反應(yīng)性也認(rèn)為HBS序列－2位置的核苷酸有重要關(guān)系［16］。

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游大約1 kb的5'側(cè)翼區(qū)域有286 bp的HRE。HRE區(qū)域內(nèi)存在HBS 5'ATCGTGGG3'和HIF-1結(jié)合的輔助序列(HIF-1 ancillary sequence，HAS)5'CACAG3'［16］。兩者是低氧 VEGF 轉(zhuǎn)錄激活的順式作用元件，調(diào)控VEGF在低氧條件下的轉(zhuǎn)錄。EPO基因的3'端上存在一個低氧反應(yīng)元件，HIF-1識別5'-TACGTGCT-3'，特異性地結(jié)合在這個反應(yīng)元件上，調(diào)節(jié)EPO基因在低氧下的轉(zhuǎn)錄水平［3］。最近的研究發(fā)現(xiàn)，人類肝癌細(xì)胞(HepG2)轉(zhuǎn)染含有類胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白1(insulin-like growth factor binding protein，IGFBP-1)調(diào)控區(qū)，分別暴露于20% 和1% 氧濃度24 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIF-1結(jié)合在斑馬魚胚胎的IGFBP-1基因調(diào)控區(qū)的HBS上。－1086/－1090處的 HBS 3'-ACGTG-5'和 －1099/－1103處HAS 3'-CAGGT-5'對于低氧誘導(dǎo)IGFBP-1的表達(dá)都是重要的［17］。HAS位于HRE上游8 bp處，在HIF-1誘導(dǎo)斑馬魚IGFBP-1的激活中是必不可少的。HAS并不是直接與HIF-1作用的，也不影響它鄰近HRE與HIF-1的結(jié)合。常氧條件存在一種核蛋白與HAS相結(jié)合，而這種物質(zhì)以及它的作用目前尚不清楚。但是，在鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中HRE是由2個鄰近的HBSs形成，在各種糖分解的酶以及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體中HRE是由鄰近2或3個HBSs組成的［18］。

一個HBS是必要的，但是不足以激活低氧反應(yīng)，高度可變的旁側(cè)序列結(jié)合其它不一定與低氧有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，使HRE調(diào)節(jié)達(dá)到頂峰，這對于增強(qiáng)低氧反應(yīng)或形成HRE的細(xì)胞特異性有重要作用［8］。在乳酸脫氫酶 A(lactate dehydrogenase A，LDHA)基因的HRE中有轉(zhuǎn)錄激活因子1和cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白-1(ATF-1/CREB-1)的結(jié)合位點(diǎn)［19］。GATA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子2(GATA-binding transcription factor-2，GATA-2)和AP-1元件對于ET-1的高表達(dá)是必要的［20］。VEGF基因HRE中發(fā)現(xiàn)AP-1的結(jié)合位點(diǎn)，在EPO基因HRE中有肝細(xì)胞核因子4(hepatic nuclear factor 4，HNF-4)的結(jié)合位點(diǎn)［21］。HRE的多樣性可能增強(qiáng)了低氧反應(yīng)性和不同組織的反應(yīng)特異性，豐富了靶基因的多樣性［18］。

3 HIF-1在不同疾病中的作用

HIF-1通過激活靶基因的轉(zhuǎn)錄，在低氧相關(guān)的生理狀態(tài)和病理過程中發(fā)揮作用，目前已知有70多種基因受HIF-1調(diào)節(jié)［22］。

3.1 HIF-1在缺血誘導(dǎo)的血管生成中的作用 HIF-1的活性對于組織缺血后的恢復(fù)是十分必要的。HIF-1可以上調(diào)與血管系統(tǒng)相關(guān)蛋白的基因表達(dá)，如促進(jìn)血管生成的VEGF及其受體;使血管收縮的物質(zhì)，如誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、ET-1 和血紅素氧化酶1(heme oxygenase-1，HO-1)等來增加血流，降低缺血損傷。在HIF-1α基因敲除的股動脈結(jié)扎模型中，發(fā)現(xiàn)VEGF等血管生長因子沒有被激活，缺血后再灌注能力降低［23］。在其它的損傷模型中也發(fā)現(xiàn)，HIF-1α的促血管生成作用，包括心肌肥大、心肌梗塞、傷口愈合和視網(wǎng)膜血管再生等模型［24-26］，而 HIF-2α在這些模型中的促血管生成作用并不明顯［27］。這些結(jié)果表明，HIFα尤其是HIF-1α在缺血組織中介導(dǎo)促血管生成的作用。此外，在胚胎發(fā)育中，HIF-1對胚胎血管系統(tǒng)的建立和發(fā)育也至關(guān)重要［28］。

3.2 HIF-1在缺血后細(xì)胞代謝中的作用 在動脈粥樣硬化疾病中，心臟、腦和肌肉這些組織都可能處于缺血狀態(tài)，HIF-1的激活對它們適應(yīng)缺血起關(guān)鍵作用。HIF-1參與重建細(xì)胞代謝途徑來實(shí)現(xiàn)對心臟和腦組織的保護(hù)。因?yàn)檠踝鳛榫€粒體呼吸電子傳遞鏈的受體，低氧適應(yīng)的關(guān)鍵是將代謝途徑轉(zhuǎn)到非氧化的碳代謝和ATP產(chǎn)生途徑，如糖酵解。HIF能啟動葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體和LDHA來介導(dǎo)這個通路的轉(zhuǎn)換。HIF-1的另一個靶基因丙酮酸脫氫酶激酶1(pyruvate dehydrogenase kinase-1，PDK1)編碼的 PDK蛋白可以抑制乙酰輔酶A的合成，阻斷三羧酸循環(huán)，降低氧消耗［29］。HIF-1缺失的細(xì)胞在低氧后ATP產(chǎn)量降低，產(chǎn)生更多的氧自由基，促使其凋亡［29］。最近的研究顯示，HIF-1的激活還能影響磷酸戊糖途徑［30］，這條途徑能將糖酵解的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為合成核苷酸的重要原料5-磷酸核糖。這些研究結(jié)果表明，HIF-1依賴的代謝通路的轉(zhuǎn)換，能促進(jìn)細(xì)胞在低氧下存活，而且HIF-1將葡萄糖代謝轉(zhuǎn)換成RNA和DNA合成所需的一個步驟，這對于低氧腫瘤細(xì)胞的存活和生長可能有重要意義。

3.3 HIF-1在癌癥發(fā)生中的作用 腫瘤細(xì)胞的快速增殖導(dǎo)致血液供應(yīng)不足使腫瘤細(xì)胞經(jīng)常處于低氧環(huán)境，所以腫瘤組織中HIF通常高表達(dá)［32］。此外還有一些非低氧依賴激活HIF的途徑，比如在腎癌細(xì)胞中VHL的突變，在結(jié)腸癌中Wnt通路的突變導(dǎo)致 HIF穩(wěn)定性的提高［32］。研究顯示，HIF調(diào)節(jié)的不同靶基因在多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程都有關(guān)鍵作用，包括增殖(Myc家族、IGF家族)、血管生長(VEGF、EPO)、凋亡/自噬(BNIP3、NIX)、代謝(PDK1、LDHA)、DNA損傷(GADD45A)、胞內(nèi)基質(zhì)重構(gòu)(MMP1、LOX)、細(xì)胞遷移和逃逸(CXCR4)［32］。然而，不同的HIFα亞基在腫瘤發(fā)生中有不同的功能，在VHL敲除的細(xì)胞研究中顯示，可能是HIF-2α而不是HIF-1α對于腫瘤發(fā)生是必需的［32］，一種可能的解釋是 HIF-1α 抑制了 Myc的功能［33］。另外，低氧HIF-1α能與p53結(jié)合，誘導(dǎo)p53的穩(wěn)定和細(xì)胞凋亡［34］。相反，HIF-2α間接抑制p53的活性而提高腫瘤細(xì)胞對輻射和化學(xué)物質(zhì)的抵抗［35］。目前以HIF為靶點(diǎn)的研究給癌癥治療提供了新的策略。

3.4 HIF-1在細(xì)胞自噬中的作用 低氧(氧濃度＜3%)和缺氧(氧濃度＜0.1%)都能誘導(dǎo)細(xì)胞的自噬甚至是凋亡，然而這兩種情形有不同的分子機(jī)制。低氧引起的自噬是HIF依賴的途徑，而缺氧引起的自噬則是非HIF依賴的途徑［36-37］。在低氧下(氧濃度1% ～3%)，HIF 激活BNIP3和NIX(BNIP3L)的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而抑制Beclin1和Bcl-2的功能［38］，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。另外，位于線粒體外膜的NIX表達(dá)WXXL基序，其被LC3識別并結(jié)合，導(dǎo)致線粒體產(chǎn)生自噬。BNIP3的轉(zhuǎn)錄還可以被轉(zhuǎn)錄因子FOXO3激活，而FOXO3和HIF共同被Sirt1所調(diào)節(jié)［39］。

3.5 HIF-1在炎癥反應(yīng)中的作用 發(fā)生炎癥的時候，局部血管通透性增強(qiáng)，導(dǎo)致更多的免疫細(xì)胞到達(dá)炎癥部位。因?yàn)檠鳒p慢，炎癥細(xì)胞和抗原耗氧量增加導(dǎo)致炎癥部位形成局部低氧環(huán)境。在關(guān)節(jié)炎、動脈硬化和自身免疫性疾病患者的相應(yīng)炎癥部位都發(fā)現(xiàn)了低氧環(huán)境和HIF的激活［40］。免疫細(xì)胞對低氧的應(yīng)答和 NF-κB信號通路密切相關(guān)。在巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和一些非免疫細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，HIF可以激活NF-κB［40］。低氧可以抑制 PHD1的活性，導(dǎo)致IKK的激活，進(jìn)而磷酸化IκB，解離出的NF-κB導(dǎo)致下游基因的轉(zhuǎn)錄激活，如炎癥因子［41］。在巨噬細(xì)胞中NF-κB直接調(diào)節(jié)HIF-1α的轉(zhuǎn)錄。缺乏IKK的巨噬細(xì)胞即使在低氧下也不能形成穩(wěn)定的HIF-1α蛋白，但是，只有NF-κB的激活同樣不能使HIF-1α穩(wěn)定，這些結(jié)果顯示，HIF-1α的激活需要NF-κB和低氧的共同調(diào)節(jié)。而HIF-2α 在低氧下的激活則不需要 IKK［42］。缺乏HIF-1的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出遷移能力降低，吞噬細(xì)菌能力減弱，炎性細(xì)胞因子的分泌降低。

3.6 HIF-1在機(jī)體系統(tǒng)性低氧中的作用 除了上述病理狀態(tài)下的低氧或缺氧，HIFα在機(jī)體的生理低氧狀態(tài)中也發(fā)揮重要作用，如進(jìn)入高原或者劇烈運(yùn)動后，造血器官通過增加紅細(xì)胞數(shù)目來增加血液的攜氧能力，而這個過程是由HIFα的靶基因EPO所介導(dǎo)的［43-44］。人和小鼠上的研究表明，成年個體EPO水平和造血能力受PHD-2/VHL/HIF-2α通路調(diào)節(jié)。家族性紅細(xì)胞增多癥是一種血紅蛋白和紅細(xì)胞異常增多的遺傳病，研究表明，這種疾病是由于VHL發(fā)生突變使HIF-1α不能在常氧下降解，從而激活EPO導(dǎo)致的［44］。最近，關(guān)于世居高原的藏族人和漢族人的基因組研究發(fā)現(xiàn)了PHD-2/VHL/HIF-2α 通路的進(jìn)化［45-47］，等位基因 SNP的顯著差異發(fā)生在PHD-2和HIF-2α基因上，或者是靠近這些基因的位置。由此推測，藏族人的PHD-2和HIF-2α受到青藏高原物理環(huán)境的選擇壓力而產(chǎn)生了突變，賦予藏人適應(yīng)青藏高原的能力。最直接的表現(xiàn)就是藏族人對慢性高原病有強(qiáng)的抵抗力，而慢性高原病的發(fā)生與低氧靶基因EPO介導(dǎo)的造血能力提高有關(guān)。青藏高原動物和實(shí)驗(yàn)動物小鼠的比較研究發(fā)現(xiàn)，低氧激活小鼠肝臟HIF-1α高表達(dá)，但沒有激活高原屬兔和根田鼠肝臟HIF-1α表達(dá)，而低氧靶基因IGF-1、IGFBP-1和LDH轉(zhuǎn)錄展示出“多模式化”調(diào)節(jié)方式［48］，高原動物青海湖裸鯉HIF-1α進(jìn)化速率分析發(fā)現(xiàn)，低溫因素對HIF-1α進(jìn)化的影響大于低氧因素對其影響，其靶基因Glut1的轉(zhuǎn)錄受低氧調(diào)節(jié)，表現(xiàn)出組織特異性差異，在低氧下腦和肝臟Glut1 mRNA表達(dá)明顯比肌肉和心臟低［49］。

圖1 低氧信號通路和Notch、Myc信號通路的交叉調(diào)節(jié)Fig.1 Hypoxia signaling pathways crosstalk with Notch and Myc pathways

4 HIF信號通路和其它信號通路的相互調(diào)節(jié)

信號通路的相互調(diào)節(jié)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，也是細(xì)胞對不同的外部信號應(yīng)答的重要方式。研究表明，Myc和Notch信號通路對低氧反應(yīng)通路有調(diào)節(jié)作用(圖1)。Myc轉(zhuǎn)錄因子家族在細(xì)胞生長、分化、凋亡和代謝中有關(guān)鍵作用。Myc基因的過度表達(dá)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和增殖［50］。Myc和細(xì)胞低氧反應(yīng)的相互調(diào)節(jié)通路至少有3條。首先，低氧激活HIF-1α后通過下調(diào)Myc靶基因抑制 Myc，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯［51］。第二，HIF-1α參與低氧抑制的細(xì)胞周期及DNA修復(fù)相關(guān)的基因表達(dá)，通過在Myc激活的啟動子區(qū)競爭MYC的結(jié)合位點(diǎn)，從而抑制MYC的反式激活［52］。第三，低氧依賴的MXI1激活可能負(fù)性調(diào)節(jié)MYC［53］。MXI1是一個潛在的腫瘤抑制因子，通過與轉(zhuǎn)錄抑制蛋白及MYC的伴侶分子MAX相互作用來抑制MYC，從而抑制MYC-MAX異二聚體復(fù)合物表達(dá)。HIF-1α和HIF-2α都可以誘導(dǎo)MXI1抑制MYC的活性。HIF-2α還可以與MAX作用，激活MYC基因的轉(zhuǎn)錄活性，從而促進(jìn)細(xì)胞的生長［33］。

低氧的細(xì)胞反應(yīng)和Notch通路的相互調(diào)節(jié)同樣復(fù)雜，并且存在于多個層次。首先，低氧通過上調(diào)Notch配體DLL1和DLL4轉(zhuǎn)錄水平，增強(qiáng)Notch信號［54］。其次，HIF-1α 和 Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch ICD)之間可以發(fā)生直接作用。HIF-1α被募集到Notch ICD的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上，結(jié)合Notch相應(yīng)的啟動子來激活Notch靶基因［52］。HIF-1α和 Notch ICD的相互作用可能是低氧穩(wěn)定Notch ICD的基礎(chǔ)。第三，F(xiàn)IH-1不僅使HIF-1α羥基化也使Notch ICD羥基化［55］。FIH-1抑制 Notch信號，相比于 HIF-1α，F(xiàn)IH-1更容易與Notch ICD結(jié)合，因此影響了FIH-1介導(dǎo)的 HIF-1α 轉(zhuǎn)錄活性的抑制［56］。

綜上所述，低氧可以出現(xiàn)在很多生理和病理過程中，HIF-1在細(xì)胞、組織和器官的低氧損傷和適應(yīng)過程中有關(guān)鍵的調(diào)控作用。目前很多研究針對HIF-1蛋白穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)，關(guān)于HIF-α蛋白質(zhì)翻譯后修飾如何影響DNA結(jié)合、轉(zhuǎn)錄以及與其它相關(guān)蛋白間的相互作用，以及低氧信號轉(zhuǎn)錄的精確過程尚待進(jìn)一步研究。

［1］HOCHACHKA P W，LUTZ P L.Mechanism，origin，and evolution of anoxia tolerance in animals［J］.Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol，2001，130(4):435-459.

［2］WANG G L，SEMENZA G L.Purification and characterization of hypoxia-inducible factor 1［J］.J Biol Chem，1995，270(3):1230-1237.

［3］WANG G L，JIANG B H，RUE E A，et al.Hypoxiainducible factor 1 is a basic-helix-loop-helix-PAS heterodimer regulated by cellular O2tension［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，1995，92(12):5510-5514.

［4］JIANG B H，ZHENG J Z，LEUNG S W，et al.Transactivation and inhibitory domains of hypoxiainducible factor 1 alpha.Modulation oftranscriptional activity by oxygen tension ［J］.J Biol Chem，1997，272(31):19253-19260.

［5］HOLMQUIST-MENGELBIER L，F(xiàn)REDLUND E，LOFSTEDT T，et al.Recruitment of HIF-1alpha and HIF-2alpha to common target genes is differentially regulated in neuroblastoma:HIF-2alpha promotes an aggressive phenotype ［J］.Cancer Cell，2006，10(5):413-423.

［6］MAKINO Y，CAO R，SVENSSON K，et al.Inhibitory PAS domain protein is a negative regulator of hypoxia-inducible gene expression ［J］.Nature，2001，414(6863):550-554.

［7］LENDAHL U，LEE K L，YANG H，et al.Generating specificity and diversity in the transcriptional response to hypoxia［J］.Nat Rev Genet，2009，10(12):821-832.

［8］KONDO K，KAELIN W G，JR.The von Hippel-Lindau tumor suppressor gene［J］.Exp Cell Res，2001，264(1):117-125.

［9］CHENG J，KANG X，ZHANG S，et al.SUMO-specific protease 1 is essential for stabilization of HIF1alpha during hypoxia ［J］.Cell，2007，131(3):584-595.

［10］TOJO M，MATSUZAKI K，MINAMI T，et al.The aryl hydrocarbon receptor nuclear transporter is modulated by the SUMO-1 conjugation system［J］.J Biol Chem，2002，277(48):46576-46585.

［11］LI F，SONVEAUX P，RABBANI Z N，et al.Regulation ofHIF-1alphastabilitythrough S-nitrosylation ［J］.Mol Cell，2007，26(1):63-74.

［12］LIU Y V，SEMENZA G L.RACK1 vs.HSP90:competition forHIF-1 alpha degradation vs.stabilization ［J］.Cell Cycle，2007，6(6):656-659.

［13］WENGER R H，STIEHL D P，CAMENISCH G.Integration of oxygen signaling at the consensus HRE［J］.Sci STKE，2005，2005(306):re12.

［14］KALUZ S，KALUZOVA M，STANBRIDGE E J.Regulation of gene expression by hypoxia:integration of the HIF-transduced hypoxic signal at the hypoxia-responsive element［J］.Clin Chim Acta，2008，395(1-2):6-13.

［15］AMERI K，BURKEB，LEWISCE，etal.Regulation of a rat VL30 element in human breast cancer cells in hypoxia and anoxia:role of HIF-1［J］.Br J Cancer，2002，87(10):1173-1181.

［16］KIMURAH，WEISZA，OGURA T，etal.Identification of hypoxia-inducible factor 1 ancillary sequence and its function in vascular endothelial growth factor gene induction by hypoxia and nitric oxide ［J］.J Biol Chem，2001，276(3):2292-2298.

［17］KAJIMURA S，AIDA K，DUAN C.Understanding hypoxia-induced gene expression in early development:in vitro and in vivo analysis of hypoxia-inducible factor 1-regulated zebra fish insulin-like growth factor binding protein 1 gene expression ［J］.Mol Cell Biol，2006，26(3):1142-1155.

［18］ZAGORSKA A，DULAK J.HIF-1:the knowns and unknowns of hypoxia sensing［J］.Acta Biochim Pol，2004，51(3):563-585.

［19］EBERT B L，BUNN H F.Regulation of transcription by hypoxia requires a multiprotein complex that includes hypoxia-inducible factor 1，an adjacent transcription factor，and p300/CREB binding protein［J］.Mol Cell Biol，1998，18(7):4089-4096.

［20］YAMASHITA K，DISCHER D J，HU J，et al.Molecular regulation of the endothelin-1 gene by hypoxia.Contributions of hypoxia-inducible factor-1，activator protein-1，GATA-2，AND p300/CBP［J］.J Biol Chem，2001，276(16):12645-12653.

［21］WENGER R H.Cellular adaptation to hypoxia:O2-sensing protein hydroxylases，hypoxia-inducible transcription factors，and O2-regulated gene expression ［J］.FASEB J，2002，16(10):1151-1162.

［22］MANALO D J，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.

［23］BOSCH-MARCE M，OKUYAMA H，WESLEY J B，et al.Effects of aging and hypoxia-inducible factor-1 activity on angiogenic cell mobilization and recovery of perfusion after limb ischemia［J］.Circ Res，2007，101(12):1310-1318.

［24］SANO M，MINAMINO T，TOKO H，et al.p53-induced inhibition of Hif-1 causes cardiac dysfunction during pressure overload［J］.Nature，2007，446(7134):444-448.

［25］YOSHIDA T，ZHANG H，IWASE T，et al.Digoxin inhibits retinal ischemia-induced HIF-1alpha expression and ocular neovascularization ［J］.FASEB J，2010，24(6):1759-1767.

［26］HEINL-GREEN A，RADKE P W，MUNKONGE F M，et al.The efficacy of a‘master switch gene’HIF-1alpha in a porcine modelofchronic myocardial ischaemia［J］.Eur Heart J，2005，26(13):1327-1332.

［27］DIOUM E M，CLARKE S L，DING K，et al.HIF-2alpha-haploinsufficient mice have blunted retinal neovascularization due to impaired expression of a proangiogenic gene battery ［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci，2008，49(6):2714-2720.

［28］RAMIREZ-BERGERON D L， RUNGE A，ADELMAN D M， et al. HIF-dependent hematopoietic factors regulate the development of the embryonic vasculature［J］.Dev Cell，2006，11(1):81-92.

［29］SIMON M C.Coming up for air:HIF-1 and mitochondrial oxygen consumption ［J］.Cell Metab，2006，3(3):150-151.

［30］ZHAO F，MANCUSO A，BUI T V，et al.Imatinib resistance associated with BCR-ABL upregulation is dependent on HIF-1alpha-induced metabolic reprograming ［J］.Oncogene，2010，29(20):2962-2972.

［31］BERTOUT J A，PATEL S A，SIMON M C.The impact of O2availability on human cancer［J］.Nat Rev Cancer，2008，8(12):967-975.

［32］KAELIN W G，JR.The von Hippel-lindau tumour suppressor protein:O2sensing and cancer［J］.Nat Rev Cancer，2008，8(11):865-873.

［33］GORDAN J D，BERTOUT J A，HU C J，et al.HIF-2alpha promoteshypoxic cellproliferation by enhancing c-myc transcriptional activity ［J］.Cancer Cell，2007，11(4):335-347.

［34］AN W G，KANEKAL M，SIMON M C，et al.Stabilization of wild-type p53 by hypoxia-inducible factor 1 alpha ［J］.Nature，1998，392(6674):405-408.

［35］BERTOUT J A，MAJMUNDAR A J，GORDAN J D，etal.HIF2alpha inhibition promotesp53 pathway activity，tumor cell death，and radiation responses［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2009，106(34):14391-14396.

［36］MAJMUNDAR A J，WONG W J，SIMON M C.Hypoxia-inducible factors and the response to hypoxic stress［J］.Mol Cell，2010，40(2):294-309.

［37］MAZUREN M，POUYSSEGUR J.Hypoxiainduced autophagy:cell death or cell survival?［J］.Curr Opin Cell Biol，2010，22(2):177-180.

［38］BELLOT G，GARCIA-MEDINA R，GOUNON P，et al.Hypoxia-induced autophagy is mediated through hypoxia-inducible factor induction of BNIP3 and BNIP3L via their BH3 domains［J］.Mol Cell Biol，2009，29(10):2570-2581.

［39］KUME S，UZU T，HORIIKE K，et al.Calorie restriction enhances cell adaptation to hypoxia through Sirt1-dependent mitochondrial autophagy in mouse aged kidney ［J］.J Clin Invest，2010，120(4):1043-1055.

［40］NIZET V，JOHNSON R S.Interdependence of hypoxic and innate immune responses［J］.Nat Rev Immunol，2009，9(9):609-617.

［41］CUMMINS E P，BERRA E，COMERFORD K M，et al.Prolyl hydroxylase-1 negatively regulates IkappaB kinase-beta，giving insight into hypoxiainduced NFkappaB activity ［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2006，103(48):18154-18159.

［42］RIUS J，GUMA M，SCHACHTRUP C，et al.NF-kappaB links innate immunity to the hypoxic response through transcriptional regulation of HIF-1alpha［J］.Nature，2008，453(7196):807-811.

［43］FANDREY J.Oxygen-dependentand tissuespecific regulation of erythropoietin gene expression［J］.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2004，286(6):R977-988.

［44］LEE F S.Genetic causes of erythrocytosis and the oxygen-sensing pathway［J］.Blood Rev，2008，22(6):321-332.

［45］SIMONSON T S，YANG Y，HUFF C D，et al.Genetic evidence for high-altitude adaptation in Tibet［J］.Science，2010，329(5987):72-75.

［46］YI X，LIANG Y，HUERTA-SANCHEZ E，et al.Sequencing of 50 human exomes reveals adaptation to high altitude ［J］.Science，2010，329(5987):75-78.

［47］BEALL C M，CAVALLERI G L，DENG L，et al.Naturalselection on EPAS1 (HIF2alpha)associated with low hemoglobin concentration in Tibetan highlanders［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2010，107(25):11459-11464.

［48］CHEN X Q，WANG S J，DU J Z，et al.Diversities in hepatic HIF-1，IGF-I/IGFBP-1，LDH/ICD，and their mRNA expressions induced by CoCl(2)in Qinghai-Tibetan plateau mammals and sea level mice［J］.Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2007，292(1):R516-526.

［49］CAO Y B，CHEN X Q，WANG S，et al.Evolution and regulation of the downstream gene of hypoxiainducible factor-1 alpha in naked carp(Gymnocypris przewalskii)from Lake Qinghai，China［J］.J Mol Evol，2008，67(5):570-580.

［50］ADHIKARY S，EILERS M.Transcriptional regulation and transformation by Myc proteins［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2005，6(8):635-645.

［51］KOSHIJI M，KAGEYAMA Y，PETE E A，et al.HIF-1 alpha induces cell cycle arrest by functionally counteracting Myc ［J］.EMBO J，2004，23(9):1949-1956.

［52］GUSTAFSSON M V，ZHENG X，PEREIRA T，et al.Hypoxia requires notch signaling to maintain the undifferentiated cell state ［J］.Dev Cell，2005，9(5):617-628.

［53］ZHANG H，GAO P，F(xiàn)UKUDA R，et al.HIF-1 inhibits mitochondrialbiogenesis and cellular respiration in VHL-deficient renal cell carcinoma by repression of C-MYC activity［J］.Cancer Cell，2007，11(5):407-420.

［54］DIEZ H，F(xiàn)ISCHERA，WINKLERA，etal.Hypoxia-mediated activation of Dll4-Notch-Hey2 signaling in endothelialprogenitorcells and adoption of arterial cell fate ［J］.Exp Cell Res，2007，313(1):1-9.

［55］COLEMAN M L， MCDONOUGH M A，HEWITSON K S，et al.Asparaginyl hydroxylation of the Notch ankyrin repeat domain by factor inhibiting hypoxia-inducible factor［J］.J Biol Chem，2007，282(33):24027-24038.

［56］ZHENG X，LINKE S，DIAS J M，et al.Interaction with factor inhibiting HIF-1 defines an additional mode of cross-coupling between the notch and hypoxia signaling pathways［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2008，105(9):3368-3373.