高潔綜述，陳運清審校

（重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院心血管內科，重慶400010）

缺氧誘導因子-1和心血管疾病關系研究進展

高潔綜述，陳運清△審校

（重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院心血管內科，重慶400010）

缺氧誘導因子1；心血管疾?。恍募∪毖?；冠心?。痪C述

缺氧誘導因子-1（HIF-1）為一種廣泛存在于多細胞動物體內的核轉錄因子，在低氧狀態(tài)下，機體可通過上調HIF-1的表達來維持內環(huán)境的氧穩(wěn)態(tài)。氧穩(wěn)態(tài)的維持離不開心臟，而心臟本身也需要足夠的氧氣供應以維持有效的收縮功能。本文重點就HIF-1在心血管疾病中的作用作一綜述，希望通過進一步認識HIF-1在缺血性心臟?。╥schemic heart disease，IHD）、壓力負荷性心力衰竭等心血管疾病中的作用，進而能為相關疾病的診療提供新的思路。

1 HIF-1 α和氧穩(wěn)態(tài)

1.1 HIF-1的生物學特性HIF-1是由受氧濃度精確調節(jié)的α亞基和穩(wěn)定表達的β亞基組成的異源二聚體，屬于堿性螺旋-環(huán)-螺旋/PAS（bHLH-PAS）（蛋白的1個功能區(qū)域由節(jié)律調節(jié)蛋白、核轉位子和發(fā)育調節(jié)因子組成）蛋白家族的成員[1]。HIF-1α編碼基因定位于14號染色體（14q21-24），由氨基端的轉錄因子DNA結合結構域（DBD）、羧基端2個相對獨立的反式激活結構域（TAD）及一個特殊的氧依賴降解區(qū)（ODDD）組成，共編碼826個氨基酸[1-2]。

1.2 HIF-1α和氧穩(wěn)態(tài)氧穩(wěn)態(tài)是指組織中的各個細胞能得到充足的氧氣和養(yǎng)分供應，機體處于氧供需平衡的狀態(tài)。由此，哺乳動物進化出復雜的心血管循環(huán)系統(tǒng)輸送氧氣和養(yǎng)分，以維持機體的氧穩(wěn)態(tài)。氧穩(wěn)態(tài)的維持離不開心臟，然而心臟本身也需要足夠的氧氣供應以產生有效的收縮功能。在哺乳動物和人體內，目前，發(fā)現(xiàn)唯一一個具備高度特異性的專一調節(jié)氧穩(wěn)態(tài)，在缺氧狀態(tài)下發(fā)揮活性的核轉錄因子為HIF-1。HIF-1α既是HIF-1的活性亞基，又是調節(jié)亞基。HIF-1α的濃度與活性與氧濃度密切相關，其蛋白穩(wěn)定性和轉錄活性均受細胞內氧濃度的調節(jié)，其高度調節(jié)性主要是由ODDD區(qū)的獨特結構所致。在常氧下，HIF-1α ODDD區(qū)564位的脯氨酸（Prolyl，Pro）和402位的Pro被脯氨酸羥化酶（prolyl hydroxylase，PHD）羥化，轉變?yōu)榻汸ro殘基，從而被泛素-蛋白酶體降解失活[1-2]。在低氧狀態(tài)下羥基化受阻，導致HIF-1α亞單位降解受阻，細胞內HIF-1α水平增加，與HIF-1β結合形成二聚體，發(fā)揮HIF-1的生物學效應。研究發(fā)現(xiàn)，在低氧狀態(tài)下HIF-1可通過調節(jié)血管生成和血管重構、細胞分化和生存、調控糖代謝和氧化還原平衡等作用參與心血管系統(tǒng)及其他臟器組織對缺血缺氧的適應性反應[3]。

在低氧狀態(tài)下，HIF-1可與靶基因3′或5′端的缺氧反應原件（hypoxia response element，HRE）和順式作用轉錄調節(jié)序列[5-RCGTG-3（R=A or G）][4]特異性結合，從而上調相關靶基因的表達，進而參與在缺血、缺氧、持續(xù)壓力超負荷等狀態(tài)下心血管穩(wěn)態(tài)的調控。Schodel等[5]運用全基因組染色質免疫沉淀（芯片）技術[Chromatin immunoprecipitation（ChIP）assay]綜合分析所有缺氧誘導下HIF-1結合的靶基因位點，發(fā)現(xiàn)HIF-1α調控超過1 000個人類基因，包括促紅細胞生成素，血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、誘導型NO合酶（inducible nitric oxide synthase，iNO）編碼基、葡萄糖載體蛋白-1（glucose transporter-1，GLUT-1），內皮素-1（ET-1）等[6]基因，HIF-1幾乎在所有細胞均有表達，只是轉錄活性具有細胞特異性。

然而，目前HIF-1活性調控機制還未完全清楚，但有研究表明，氧自由基、輔氨酰羥化酶（PHD）等多因素可在轉錄、翻譯或翻譯后階段調控HIF-1活性[7]。

2 HIF-1 α與IHD、缺血預處理（IPC）的關系

2.1 HIF-1α與IHDIHD是指由于冠狀動脈血流減少或心肌需求增加導致供需失衡引起的心肌損害，心肌細胞缺血引起缺氧是其主要病理因素，冠狀動脈粥樣硬化是引起IHD最常見的病因。近年來，在基因調控水平的研究中發(fā)現(xiàn)，HIF-1α表達對缺血心肌有代償性保護作用。HIF-1α可通過促進血管重塑、側支循環(huán)的形成和改變心肌代謝等方式提高心肌細胞對缺血、缺氧的耐受。有研究發(fā)現(xiàn)，因急性心肌缺血接受冠狀動脈搭橋手術患者的心室活檢標本中HIF-1α和VEGF的表達明顯增高[8]。LI等[9]研究證實，HIF-1α可通過促進Micro RNA-24的表達從而減少缺血心肌的損傷、壞死、凋亡。Kido等[10]利用轉基因使小鼠心臟過度表達HIF-1α，冠狀動脈結扎4周后，心肌梗死面積明顯減少、心功能明顯改善。Shyu等[11]將腺病毒介導的HIF-1α/VP16基因注射至大鼠的缺血心肌，結果顯示，治療組不僅缺血面積明顯減少，缺血周圍區(qū)新生血管的數(shù)量也明顯增加。Huang等[12]通過特異性的敲除小鼠心肌細胞的HIF-1α，發(fā)現(xiàn)小鼠心臟毛細血管密度、心臟收縮及舒張功能明顯降低?？梢?，HIF-1α在心肌細胞的缺血適應性反應中起著關鍵作用。

HIF-1α可通過影響心臟血管生成和重塑從而改善缺血心臟的血供，同樣在其他組織血管中也發(fā)現(xiàn)有相似的作用。Bosch-Marce等[13]研究發(fā)現(xiàn)，各個年齡組小鼠股動脈結扎后，HIF-1α+/-小鼠與野生型小鼠（HIF-1α+/+）比較，血流恢復更慢，組織損傷更重。Vincent等[14]在后肢缺血的新西蘭白兔模型中發(fā)現(xiàn)，注射了嵌合HIF-1α/VP16轉錄因子的DNA組局部血流量和毛細血管密度明顯增加。衰老與組織缺血產生的代償性血管再生缺陷有關。Semenza等[3]研究發(fā)現(xiàn)，動物衰老引起代償性血管再生缺陷可能與HIF-1α蛋白質表達降低進而影響內皮祖細胞（endothelial progenitor cell,EPC）、骨髓衍生細胞（bone marrow-derivedangiogeniccells，BMDACs）等細胞的歸巢和活性相關。

2.2 HIF-1α與IPCIPC是指可通過反復短暫的心肌缺血再灌注誘導心臟產生自我保護的一種現(xiàn)象[15]。雖然，目前IPC作用機制尚未完全清楚，但其能夠減輕心臟缺血再灌注損傷。鑒于HIF-1α在缺血適應性反應中發(fā)揮重要作用，不少研究者猜想HIF-1α也可能是IPC的作用機制之一。目前，接受IPC處理后的心肌細胞HIF-1α mRNA及其靶基因VEGFmRNA的表達水平明顯增加。Belaidi等[16]發(fā)現(xiàn)，將大鼠間斷缺氧24 h后再進行心肌缺血再灌注可使HIF-1及其下游基因iNOS表達增加達到心肌保護作用。Cai等[17]研究發(fā)現(xiàn)，暴露于IPC刺激后立即進行長時間缺血再灌注，HIF-1α+/+心肌梗死面積要比雜合子小鼠（HIF-1α+/-）要少。Eckle等[18]證實，IPC可通過HIF-1α-CD39和HIF-1α-CD73途徑提高腺苷的水平，進而起到保護心臟的作用。Sarkar等[19]在IPC刺激之前將HIF-1α、HIF-1β二聚化抑制劑吖啶黃注釋至HIF-1α+/+心臟內，發(fā)現(xiàn)IPC的保護作用將缺失。Sarkar等[19]研究發(fā)現(xiàn)，條件性敲除心臟血管內皮細胞HIF-1也會導致IPC的心臟保護作用的喪失，可見，HIF-1α在心肌細胞和內皮細胞中的表達可能在IPC中發(fā)揮著重要的作用。但同時Kawata等[20]研究表明，IPC的心臟保護作用主要通過依賴蛋白激酶-C而非HIF-1α途徑。

Cai等[21]研究發(fā)現(xiàn)，通過遠隔非致命性器官或組織的短暫缺血，即遠隔缺血預處理（remote ischemic preconditioning，RIPC）也可實現(xiàn)對缺血性心臟的保護作用。RIPC與IPC發(fā)揮作用的機制不完全相同，但HIF-1α可能都在其中起著重要的作用[22]。Czibik等[23]將編碼人HIF-1α的DNA注射至小鼠股四頭肌內，再對分離出的心臟進行持續(xù)缺血再灌注，結果顯示小鼠心肌梗死面積減少，心功能明顯改善。

3 HIF-1 α和壓力負荷性心力衰竭

高血壓、主動脈縮窄等疾病狀態(tài)下，心臟處于壓力超負荷的工作狀態(tài)，早期的心臟可通過代償性心肌肥厚等方式維持心功能，然而持續(xù)心肌肥厚會導致心臟收縮功能障礙并最終進展為心力衰竭，引起高致殘率和病死率。因此，闡明心力衰竭的發(fā)生機制對提高患者生存率具有重要意義。本研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α在壓力負荷性心力衰竭的發(fā)生發(fā)展過程中可能起著重要作用。Sano等[24]采用大動脈縮窄術（transverse aorta constriction，TAC）構建壓力負荷心力衰竭小鼠模型，結果發(fā)現(xiàn)，在TAC術后早期階段，小鼠心臟大量表達HIF-1α，從而上調其下游VEGF等的表達，刺激血管生成以維持肥厚心肌組織血流灌注，對早期心功能維持起重要作用。然而，長時間的壓力負荷會誘導p53大量生成，最終抑制HIF-1α的活動導致心功能惡化。在經過TAC處理后，若特異性敲除心肌細胞HIF-1α基因后，小鼠心臟血管新生程度會明顯降低，由于心肌缺血引起缺氧是主要的病理機制，故最終由于氧穩(wěn)態(tài)的失衡加速心力衰竭的發(fā)展[24]。除心肌細胞，Wei等[25]證實，在內皮細胞，HIF-1通過負性調節(jié)TGF-β信號傳導通路對TAC作用下的心臟和主動脈有保護作用，并且內皮細胞HIF-1α缺乏引起血管生成障礙比心肌細胞HIF-1α缺乏引起心肌纖維化在致心力衰竭作用方面更突出；同時，他們在研究中還發(fā)現(xiàn)地高辛（HIF-1抑制劑）處理HIF-1α+/+會加速TAC后的心臟失代償，一定程度解釋了地高辛能夠增加心臟收縮力卻不能夠增加心力衰竭患者生存率的原因?？梢?，壓力超負荷引起心肌代償性肥大時，HIF-1可能在維持心臟氧穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用。

但同時，仍有一些學者提出不同觀點，在Krishnan等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在TAC模型中，HIF-1α可直接激活過氧化物酶體增殖物激活受體基因（peroxisome proliferators-activated，PPARg）的轉錄，改變心肌代謝方式加速心功能惡化，而缺乏HIF-1α的小鼠心臟收縮功能障礙明顯減弱。HIF-1α對心功能的保護作用主要通過影響鈣運作，在TAC術后HIF-1α+/+和HIF-1α+/-表現(xiàn)在左室肥厚、血管密度方面無明顯差異，HIF-1α+/-卻發(fā)展為心力衰竭[27]?？梢?，HIF-1α的作用目前并沒有得到一致的結論。

4 HIF-1 基因多態(tài)性和冠心病

遺傳和環(huán)境因素影響著冠心病的發(fā)生發(fā)展，目前，有許多研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1基因多態(tài)性可能和冠心病相關。Hlatky等[28]發(fā)現(xiàn)，存在HIF-1α多態(tài)性的冠心病患者的初發(fā)臨床表現(xiàn)以穩(wěn)定性心絞痛多見，而急性心肌梗死較少。Liu等[29]發(fā)現(xiàn)，HIF-1 C1772T、G1790A基因多態(tài)性與冠心病的發(fā)生沒有關聯(lián)，但與冠心病的臨床多樣性和側枝循環(huán)形成相關。López-Reyes等[30]研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1 rs2057482基因多態(tài)性增加早發(fā)冠心病風險。Resar等[31]發(fā)現(xiàn)，美國冠心病患者中，HIF-1α多態(tài)性與冠狀動脈側枝循環(huán)形成存在關聯(lián)。因此，進一步研究冠心病和HIF-1基因多態(tài)性的研究有助于冠心病的防治。

5 HIF-1 治療心血管疾病的研究進展

HIF-1在機體組織缺氧條件下發(fā)揮著重要的生理作用，目前，也有越來越多的研究致力于利用轉錄因子HIF-1α來調控多種血管生成因子的表達，從而對缺血心肌進行基因治療。目前，對HIF-1靶向基因療法的研究中發(fā)現(xiàn)，其不僅能夠促進新生血管的形成，而且在排除炎癥與血管瘤形成的情況下，其能改變靶組織的代謝從而保護缺血損傷。Muinck等[32]運用脯氨酸-精氨酸-血管生成反應肽（PR39）的基因來治療預防心肌缺血再灌注損傷，研究中發(fā)現(xiàn)，HIF-1α的穩(wěn)定表達和纖維母細胞生長因子受體FGFR1信號有關。

6 小結和展望

HIF-1是目前唯一發(fā)現(xiàn)的一個可專一調節(jié)氧穩(wěn)態(tài)的核轉錄因子，其可改善心肌細胞對缺血、缺氧的耐受能力，減輕心肌細胞、內皮細胞缺血再灌注損傷，改善肥厚心肌血供從而在IHD、壓力負荷性心力衰竭等心血管疾病中發(fā)揮著重要作用。因而有望成為心血管疾病治療的靶基因之一。同時，由于HIF-1α抑制劑近年來成為新開發(fā)的抗癌療法[33]，針對HIF-1的靶向細胞選擇性的研究顯得極為重要。然而，目前大部分研究主要集中于動物模型，在人體中尚無大型研究可以證實其療效，關于HIF-1新型靶向活性調節(jié)及阻斷信號傳導通路的相關的藥物也處于研究階段。因此，有待進一步的研究證實HIF-1在心血管疾病中的作用及相關藥物安全性問題。

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2016-06-25）

△通訊作者，E-mail：chenyunqing.88@163.com。