閆東科, 呂 平

天津職業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院食品生物技術(shù)系, 天津 300350

低氧是生物體內(nèi)常見的生理和病理現(xiàn)象，常發(fā)生于早期胚胎發(fā)育、腫瘤形成、急慢性血管疾病和慢性阻塞性肺病等。為了應(yīng)對低氧脅迫，生物體內(nèi)存在一系列調(diào)節(jié)機(jī)制，而在這些調(diào)節(jié)途徑中，HIFs是最主要的一類介導(dǎo)低氧適應(yīng)性應(yīng)答反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子家族。

HIFs調(diào)控的靶基因產(chǎn)物涉及紅細(xì)胞生成、血管生成以及細(xì)胞的增殖、代謝和凋亡等多個(gè)方面，因而在人和哺乳動物的低氧適應(yīng)生理性應(yīng)答反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用；而HIFs在機(jī)體的低氧適應(yīng)病理性應(yīng)答反應(yīng)中的作用更值得關(guān)注，如HIFs可調(diào)控腫瘤細(xì)胞的代謝重編程、抑制腫瘤細(xì)胞凋亡、誘導(dǎo)自噬促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活，并與新生血管生成、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)、轉(zhuǎn)移侵襲、放化療抗性、pH穩(wěn)態(tài)、自分泌、腫瘤干細(xì)胞(tumor stem cell，CSC)維持和腫瘤預(yù)后等密切相關(guān)，從而起到促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用[1～4]。因此，加強(qiáng)HIFs生物學(xué)功能與特性及其作用調(diào)控機(jī)制的研究，是開發(fā)新型抗癌藥物的關(guān)鍵。

本文將從HIFs的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性調(diào)控、轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控及其靶向抑制劑的研究進(jìn)展等方面進(jìn)行綜述，以期為靶向HIFs的腫瘤治療提供新線索，為新型HIFs抑制劑的研究與開發(fā)提供參考。

1 HIFs蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

人和其他哺乳動物體內(nèi)共存在3種HIFs家族成員，即HIF-1、HIF-2和HIF-3，三者均為由受氧氣濃度調(diào)控的HIF-α亞基(HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α)和組成型表達(dá)的HIF-1β亞基(又稱芳香烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator，ARNT)組成的異源二聚體。3種HIF-α亞基(HIF-αs)和HIF-1β亞基的N端均含有堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix，bHLH)結(jié)構(gòu)域、PAS(Per/ARNT/Sim)-A和PAS-B結(jié)構(gòu)域(圖1)，其中，bHLH-PAS結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)HIFs的異源二聚化以及HIFs與靶基因增強(qiáng)子或啟動子上的低氧應(yīng)答元件(hypoxia response element，HRE，5′-A/GCGTG-3′)結(jié)合[5]。

HIF-1α和HIF-2α亞基的C端含有氧依賴的降解結(jié)構(gòu)域(oxygen-dependent degradation domain，ODD)和2個(gè)轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域N-TAD和C-TAD(N/C-terminal activation domain)。HIF-3α亞基的C端含有ODD結(jié)構(gòu)域和N-TAD結(jié)構(gòu)域，但缺少C-TAD結(jié)構(gòu)域(圖1)。ODD結(jié)構(gòu)域中的LAPYIXMD基序在HIF-αs與腫瘤抑制蛋白VHL(von Hippel-Lindau tumor suppressor protein，pVHL)的結(jié)合中起關(guān)鍵作用[6]；N-TAD結(jié)構(gòu)域在HIF-αs的靶基因調(diào)控特異性中起主導(dǎo)作用；C-TAD結(jié)構(gòu)域具有富集輔助因子p300/CBP形成轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物的作用[7]。此外，HIF-1α和HIF-2α亞基的C端存在雙向核定位信號(nuclear localization signal，NLS)，以確保二者定位于細(xì)胞核[8]；HIF-3α亞基的C端存在2段功能上冗余的NLS，且第一段NLS的核定位功能強(qiáng)于第二段[9]。

HIF-3α亞基由于選擇性剪接、轉(zhuǎn)錄啟動子不同和翻譯起始密碼子位點(diǎn)不同等原因，存在多種剪接變異體[10]。如人源HIF-3α(hHIF-3α)有8種剪接變異體[11]，其中全長的hHIF-3α1含有亮氨酸拉鏈(leucine zipper，LZIP)基序和存在LAPYIXMD基序的ODD結(jié)構(gòu)域(圖1)；而hHIF-3α4剪接體僅含有bHLH-PAS結(jié)構(gòu)域(圖1)，且對HIF-1α和HIF-2α具有負(fù)調(diào)控作用[12]。

HIFs除了通過與靶基因上的HRE直接結(jié)合激活轉(zhuǎn)錄，還可通過干擾其他轉(zhuǎn)錄因子(如Myc、p53和Notch等)的活性間接影響基因表達(dá)[13]。如HIF-1和HIF-2競爭性地與Notch受體的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch intracellular domain，NICD)相互作用，當(dāng)HIF-2α與NICD相互作用時(shí)，將抑制Notch信號通路的活性，而低氧對膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(glioma stem cells，GSC)的增殖和自我更新等的促進(jìn)作用是通過激活Notch信號通路實(shí)現(xiàn)的；與此相反，當(dāng)HIF-1α與NICD相互作用時(shí)，將活化Notch信號通路，增加低氧時(shí)Notch靶基因的表達(dá)，促進(jìn)GSC的增殖[14]。

2 HIFs的穩(wěn)定性調(diào)控

2.1 氧依賴穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)制

HIFs作為細(xì)胞內(nèi)氧動態(tài)平衡的感受器，HIF-αs亞基的穩(wěn)定性受到氧濃度的嚴(yán)格監(jiān)控，氧濃度的變化可引起HIF-αs亞基蛋白質(zhì)水平的改變，這種氧依賴的穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)制以O(shè)2/PHDs/pVHL降解途徑較為經(jīng)典。

圖1 HIF-αs、HIF-1β、hHIF-3α1和hHIF-3α4的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of HIF-αs, HIF-1β, hHIF-3α1 and hHIF-3α4.注：ID：抑制結(jié)構(gòu)域(inhibitoty domain)。

常氧時(shí)，由pVHL、延伸蛋白Elongin B和Elongin C等組成的E3泛素連接酶復(fù)合物催化HIF-1/2α亞基中的Lys殘基發(fā)生多聚泛素化修飾，而后由26S蛋白酶體降解，其中pVHL直接與HIF-1/2α亞基結(jié)合。在多聚泛素化修飾發(fā)生前，HIF-1/2α亞基ODD結(jié)構(gòu)域中特異的Pro殘基[15](如HIF-1α中的P402和P564殘基，HIF-2α中的P405和P531殘基)被以O(shè)2、α-酮戊二酸為底物，以Fe2+、抗壞血酸鹽為輔酶的脯氨酸羥化酶(prolyl hydroxylase domain proteins，PHDs)羥基化。羥基化修飾作用促進(jìn)HIF-1/2α亞基與pVHL的結(jié)合。該降解途徑稱為O2/PHDs/pVHL途徑(圖2)。PHD是該途徑的關(guān)鍵限速酶，在哺乳動物體內(nèi)存在4種PHD，即PHD1～4，其中PHD2主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)HIF-1α的降解，PHD1和PHD3主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)HIF-2α的降解[16]。

Duan[6]在對脊椎動物中HIF-αs亞基的氨基酸序列同源性進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，hHIF-3α1中的P406/P492/L502殘基和斑馬魚HIF-3α1中的P393/P493/L503殘基均對應(yīng)于hHIF-1α亞基中被PHD羥基化的氨基酸位點(diǎn)和與pVHL結(jié)合的氨基酸位點(diǎn)。上述氨基酸殘基突變后可提高相應(yīng)HIF-3α1蛋白的穩(wěn)定性。推測全長HIF-3α亞基及包含有ODD結(jié)構(gòu)域的HIF-3α剪接體也可經(jīng)O2/PHDs/pVHL途徑降解。

圖2 HIF-α亞基的O2/PHDs/pVHL降解途徑Fig.2 Degradation pathway of HIF-α by O2/PHDs/pVHL.

低氧時(shí)，細(xì)胞內(nèi)琥珀酸、延胡索酸、活性氧(reactive oxygen species，ROS)等的積累以及CoCl2、二甲基乙二酰基甘氨酸(dimethyloxalylglycine，DMOG)、鐵離子螯合劑等化學(xué)物質(zhì)均可抑制PHD的羥基化活性，從而阻斷O2/PHDs/pVHL降解途徑，使HIFs得以穩(wěn)定。其中，DMOG為α-酮戊二酸的結(jié)構(gòu)類似物，是PHD的競爭性抑制劑[17]；而PHD的催化中心含有Fe2+，所以鐵離子螯合劑也可抑制其活性。

2.2 非氧依賴穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)制

近年來的研究表明，HIF-α亞基的穩(wěn)定性除受上述經(jīng)典氧依賴降解途徑的調(diào)控外，還受到非氧依賴機(jī)制的調(diào)控。

HIF-αs亞基的非氧依賴穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)制以分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)使HIF-1α亞基在溶酶體中被降解為代表。CMA是一種選擇性自噬，負(fù)責(zé)降解胞質(zhì)中近30%的因氧化損傷的可溶性蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)均含有KFERQ樣五肽基序[18]。在CMA介導(dǎo)的溶酶體降解HIF-1α亞基的途徑中，分子伴侶HSPA8/HSC70通過識別HIF-1α中的KFERQ樣基序與其結(jié)合，在使HIF-1α亞基肽鏈伸展后將其轉(zhuǎn)運(yùn)至CMA受體-溶酶體相關(guān)膜蛋白2A(lysosomal-associated membrane protein 2A，LAMP2A)處，LAMP2A介導(dǎo)HIF-1α亞基轉(zhuǎn)位進(jìn)入溶酶體腔，最終被溶酶體中的酸性蛋白酶系降解[19](圖3)。HIF-1α亞基的這種穩(wěn)定性調(diào)控機(jī)制是非氧依賴的，其中組成型熱休克蛋白70(heat shock cognate 70，HSC70)和LAMP2A是該機(jī)制中的核心組分。

當(dāng)利用質(zhì)子泵抑制劑巴伐洛霉素抑制溶酶體膜上的質(zhì)子泵V-ATPase或利用弱堿化合物氯喹中和溶酶體中的酸性環(huán)境時(shí)，均可升高HIF-1α亞基的活性和蛋白質(zhì)水平。而當(dāng)過表達(dá)促進(jìn)溶酶體發(fā)生的轉(zhuǎn)錄因子TFEB或利用強(qiáng)心苷類化合物地高辛激活CMA以及血清饑餓或葡萄糖饑餓時(shí)，均導(dǎo)致HIF-1α亞基的活性和蛋白質(zhì)水平降低[19](圖3)。

圖3 由CMA介導(dǎo)的溶酶體途徑降解HIF-1αFig.3 Degradation of HIF-1α through lysosomal pathway mediated by CMA.

CHIP/STUB1(carboxy terminus of Hsp70 interacting protein)是HIF-1α亞基與HSC70、LAMP2A結(jié)合所必需的。STUB1既具有分子伴侶結(jié)合活性又具有E3泛素連接酶活性，其N端含有3個(gè)三十四肽重復(fù)(tetratricopeptide repeat，TPR)結(jié)構(gòu)域，C端含有U-box結(jié)構(gòu)域，TPR結(jié)構(gòu)域通過與胞質(zhì)中的分子伴侶(HSPA8和HSPA4)相互作用使STUB1起到輔助分子伴侶活性，U-box結(jié)構(gòu)域起到的是E3泛素連接酶活性，這2種活性均為HIF-1α和LAMP2A結(jié)合所必需的[20]。

另外，在長期低氧情況下，熱休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)也可通過招募STUB1選擇性促進(jìn)HIF-1α亞基被多聚泛素化修飾后由蛋白酶體降解，這說明STUB1在HIF-1α亞基的降解機(jī)制選擇(CMA介導(dǎo)的溶酶體降解，多聚泛素化修飾后蛋白酶體降解)中起到關(guān)鍵作用。值得注意的是，雖然HSP70和HSC70在氨基酸序列上具有86%的相似性[21]，但二者與HIF-1α相互作用時(shí)的分子機(jī)制不同，事實(shí)上，HIF-1α的N端與HSC70的C端結(jié)合，而HIF-1α的C端與HSP70的N端結(jié)合[19]。

HIF-1α亞基還受到其他非氧依賴機(jī)制的調(diào)控。如Adam等[22]在乳腺癌細(xì)胞系MCF-7中發(fā)現(xiàn)一種E3泛素連接酶SIAH1/2(seven-in-absentia homolog 1/2)以不受O2水平影響的方式通過降低自身底物PHD3的穩(wěn)定性，維持HIF-1α亞基的水平，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲。研究人員在人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U251中也觀察到，低氧時(shí)SIAH1使PHD3穩(wěn)定性下降，HIF-1α不被降解，從而促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、侵襲[23]。此外，活化的蛋白激酶C1受體RACK1、精脒/精胺N1-乙酰轉(zhuǎn)移酶SSAT1、鈣調(diào)磷酸酶(calcineurin)、低氧相關(guān)因子(hypoxia-associated factor，HAF)、分化型胚胎軟骨發(fā)育基因SHARP1和HSP70/CHIP(carboxy terminus of Hsp70 interacting protein)也以非氧依賴的方式調(diào)節(jié)HIF-1α亞基的蛋白酶體降解[19]。

3 HIFs的轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控

HIFs作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控人和哺乳動物體內(nèi)數(shù)百種靶基因的表達(dá)，涉及紅細(xì)胞生成、血管生成以及細(xì)胞的代謝、凋亡、遷移和自噬等眾多生理過程，而這些生理過程與腫瘤的發(fā)生發(fā)展聯(lián)系緊密。如自噬在腫瘤發(fā)展中具有維持癌變的作用，而HIF-1α可通過誘導(dǎo)BNIP3表達(dá)介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的自噬過程[7]；HIF-1α還能激活多藥耐藥基因MDR1(multidrug resistance gene 1)的表達(dá)，MDR1編碼一種跨膜P-糖蛋白(P-glycoprotein，Pgp)，從而將化療藥物泵出腫瘤細(xì)胞，使腫瘤細(xì)胞具有化療抗性；HIF-2α可通過減少放療產(chǎn)生的ROS促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活。

HIF-αs亞基轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控常通過羥基化、磷酸化、去乙?；揎椀葋韺?shí)現(xiàn)，這些修飾作用通過影響HIF-αs亞基對p300/CBP的親和力、與HIF-1β亞基的二聚化、與pVHL的相互作用，對HIFs的轉(zhuǎn)錄激活功能起到正向或負(fù)向的調(diào)控作用。

3.1 羥基化

HIF-1α和HIF-2α亞基的轉(zhuǎn)錄活性受到一種天冬氨酸羥化酶(又稱HIF-1α抑制因子，factor-inhibiting HIF-1α，F(xiàn)IH-1)的調(diào)控，F(xiàn)IH-1的催化功能與PHDs類似，是O2、α-酮戊二酸和Fe2+依賴的。常氧時(shí)，F(xiàn)IH-1可分別羥基化hHIF-1α亞基C-TAD結(jié)構(gòu)域中的Asn803殘基和hHIF-2α亞基C-TAD結(jié)構(gòu)域中的Asn851殘基[7](圖4A)，阻斷HIF-1/2α與p300/CBP的結(jié)合，從而抑制HIF-1和HIF-2的轉(zhuǎn)錄激活功能；而HIF-3α亞基由于缺少C-TAD結(jié)構(gòu)域，F(xiàn)IH-1無法通過羥基化修飾調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄活性。缺氧或有CoCl2、DMOG、鐵離子螯合劑等存在時(shí)，F(xiàn)IH-1活性被抑制，未發(fā)生羥基化修飾的HIF-1/2α和HIF-1β亞基成功富集p300/CBP，從而激活靶基因轉(zhuǎn)錄(圖4B)。

圖4 HIF-1/2的轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控Fig.4 Regulation of transcriptional activation of HIF-1/2.

3.2 磷酸化

促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)途徑中的有絲分裂原蛋白激酶p42/p44對HIF-1α亞基Thr796殘基和HIF-2α亞基Thr844殘基的磷酸化可增強(qiáng)C-TAD結(jié)構(gòu)域與CBP/p300的相互作用，使HIF-1和HIF-2的轉(zhuǎn)錄活性明顯上調(diào)。p42/p44還可通過磷酸化HIF-1α亞基S641和S643殘基抑制HIF-1α與出核蛋白CRM1的相互作用，促進(jìn)HIF-1α在細(xì)胞核中的積累[24]，從而提高HIF-1的蛋白質(zhì)水平。而酪蛋白激酶1(casein kinase 1，CK1)對HIF-1α亞基PAS-B結(jié)構(gòu)域中的Ser247殘基的磷酸化作用可抑制HIF-1α與HIF-1β亞基的結(jié)合，減少HIF-1α靶基因的表達(dá)[7]。

3.3 去乙?；?/h3>

目前，NAD+依賴的組蛋白去乙?；窼irtuins1(Sirt1)對HIF-1α亞基活性的調(diào)控尚無定論[25]。起初，研究發(fā)現(xiàn)Sirt1特異性對HIF-2α亞基起到去乙?；饔?，從而增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性，而對HIF-1α亞基沒有作用。后來，有研究表明，常氧時(shí)，Sirt1通過去除HIF-1α亞基Lys674殘基上的乙酰基阻礙其對p300的富集，從而抑制HIF-1α亞基的轉(zhuǎn)錄活性[26]；低氧時(shí)，細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的NAD+減少，Sirt1去乙?；富钚越档?，解除了對HIF-1α的抑制作用，而HIF-1α亞基Lys674殘基上的乙酰化修飾由p300/CBP相關(guān)因子(p300/CBP-associated factor，PCAF)負(fù)責(zé)催化，PCAF具有拮抗Sirt1去乙?；富钚缘哪芰27]。再后來研究發(fā)現(xiàn)，肝癌細(xì)胞系(hepatocellular carcinoma，HCC)中的Sirt1可促進(jìn)HIF-1α亞基的積累并對其轉(zhuǎn)錄活性起到正向調(diào)控作用[28]。此外，低氧環(huán)境對Sirt1活性的影響也不明確。一種機(jī)制認(rèn)為，低氧時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的NAD+減少，抑制了Sirt1的活性；另一種機(jī)制認(rèn)為，低氧使Sirt1的表達(dá)以一種低氧誘導(dǎo)因子依賴性的方式上升。

3.4 其他調(diào)控機(jī)制

除上述3種修飾作用可調(diào)控HIF-αs亞基轉(zhuǎn)錄活性外，還有其他機(jī)制也可調(diào)控HIFs的轉(zhuǎn)錄活性。如哺乳動物Sirt家族(Sirt1～7)中的另一成員Sirt7通過分別與HIF-1α和HIF-2α亞基間的相互作用(這種相互作用被認(rèn)為是直接的物理作用)，可在蛋白質(zhì)水平上對二者起到非氧依賴的負(fù)調(diào)控作用[29]。Sirt7起到的這種使HIF-1α和HIF-2α降解的調(diào)控作用，具體機(jī)制尚不清楚，但這一過程不需要Sirt7發(fā)揮去乙?；富钚裕膊恍枰狾2/PHDs/pVHL降解途徑中的Pro殘基被羥基化修飾，同時(shí)也沒有蛋白酶體和溶酶體的參與。

抑癌基因p53對HIF-1α亞基活性也具有調(diào)控作用，主要取決于缺氧的程度和持續(xù)時(shí)間[30]。常氧時(shí)，p53和HIF-1α的蛋白質(zhì)水平較低；輕度缺氧時(shí)，p53處于失活狀態(tài)，而HIF-1α開始積累并保持在一定水平，同時(shí)激活抑癌基因p21的表達(dá)，從而引發(fā)短暫的細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞低氧適應(yīng)；中度缺氧時(shí)，HIF-1α亞基的表達(dá)水平進(jìn)一步升高，使p21持續(xù)表達(dá)引發(fā)細(xì)胞衰老；嚴(yán)重缺氧時(shí)，p53開始逐漸積累并和HIF-1α競爭性地與p300結(jié)合，從而減弱HIF-1的轉(zhuǎn)錄活性，同時(shí)p53減輕抗凋亡基因(如miR-17-92)對促凋亡基因(如BIM)的抑制作用，引發(fā)細(xì)胞凋亡；極端缺氧時(shí)，p53導(dǎo)致HIF-1α經(jīng)O2/PHDs/pVHL途徑降解，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

此外，CSC中的HIF-1α和HIF-2α亞基活性還受到磷脂酰肌醇3-激酶信號途徑(PI3K-AKT途徑)的調(diào)節(jié)。該途徑通過對HIF-1α亞基的正向調(diào)控激活CSC存活相關(guān)基因(如糖酵解酶類基因)，同時(shí)抑制抑癌基因p53的活性，從而促進(jìn)CSC的存活；該途徑還可通過激活HIF-2α亞基提高其下游CSC干性相關(guān)基因Oct-4、Sox-2等的表達(dá)水平，促進(jìn)CSC的干性維持[31]。

4 HIFs抑制劑

目前，已將HIFs抑制劑作為靶向抗癌藥物的重要研究內(nèi)容，大多數(shù)HIFs抑制劑的靶向目標(biāo)為HIF-1α和HIF-2α，尚未開發(fā)出針對HIF-3α的特異性抑制劑[6]。

4.1 影響HIF-α mRNA或HIF-α蛋白合成的抑制劑

人工合成的反義寡脫氧核苷酸EZN-2968含有16個(gè)與hHIF-1α mRNA 100%互補(bǔ)的核苷酸殘基，其可以劑量依賴性方式下調(diào)hHIF-1α亞基的表達(dá)，且在濃度為5 nmol/L時(shí)具有完全抑制活性。EZN-2968與HIF-2α mRNA具有3個(gè)堿基對錯配，故對HIF-2α亞基的抑制作用較弱。針對EZN-2968的Ⅰ期臨床試驗(yàn)?zāi)[瘤活檢結(jié)果表明，EZN-2968降低了HIF-1α亞基和靶基因的mRNA水平[32]。

microRNAs(miRNAs)可通過與HIF-α mRNA的相互作用來調(diào)控HIF-α的合成。如miR-145[33]和miR-558[34]通過堿基互補(bǔ)配對原則分別與HIF-2α mRNA的3′端非編碼區(qū)和5′端非編碼區(qū)結(jié)合來抑制其轉(zhuǎn)錄翻譯過程。

Hutt等[35]在HCC細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙酰化酶抑制劑(histone deacetylases inhibitors，HDACis)伏立諾他能通過抑制HDAC9以一種eIF3G(真核翻譯起始因子，eukaryotic translation initiation factor)依賴的翻譯機(jī)制降低HIF-1α亞基的蛋白質(zhì)水平。伏立諾他和另一種HDACis羅米地辛已被美國FDA批準(zhǔn)用于治療皮膚T細(xì)胞淋巴癌。

喜樹堿的半合成類似物拓?fù)涮婵?topotecan，TPT)是拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ(topoisomerase I，Top I)的抑制劑，可在翻譯水平上抑制HIF-1α亞基的產(chǎn)生，喜樹堿類藥物可用于小細(xì)胞肺癌和卵巢癌等的臨床治療[36]。雌激素代謝物2-甲氧基雌二醇(2-Methoxyestradiol，2ME2)可通過抑制HIF-1α和HIF-2α亞基的翻譯合成過程以及二者的核易位過程來阻礙腫瘤生長和血管生成[37]。此外，Shukla等[38]發(fā)現(xiàn)HIF-1α通過上調(diào)胞苷三磷酸合成(cytidine triphosphate synthase，CTPS1)和轉(zhuǎn)酮醇酶(transketolase，TKT)的表達(dá)介導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞對吉西他濱的耐藥性，而當(dāng)利用地高辛抑制HIF-1α亞基的翻譯過程后，胰腺癌細(xì)胞對吉西他濱的敏感性增強(qiáng)。

4.2 影響HIF-α亞基穩(wěn)定性或二聚化的抑制劑

格爾德霉素(geldanamycin，GDM)及其合成衍生物17-烯丙基氨基格爾德霉素(17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin，17-AAG)可通過抑制熱休克蛋白90(heat-shock protein 90，HSP90)的活性使HIF-α亞基因無法正確折疊和定位，從而以不依賴pVHL的方式降解。另一種小分子HSP90抑制劑EC154相較于17-AAG具有更強(qiáng)的抑制HSP90活性的能力[39]。

HIF-αs和HIF-1β亞基中的PAS結(jié)構(gòu)域參與了HIFs異源二聚體的組裝。因此，靶向PAS結(jié)構(gòu)域的小分子可影響HIF-αs與HIF-1β的二聚化。消毒滅菌劑吖啶黃素(acriflavine)通過結(jié)合至HIF-αs亞基PAS-B結(jié)構(gòu)域和HIF-1β亞基PAS-A結(jié)構(gòu)域相結(jié)合的界面處，破壞HIFs異源二聚體的穩(wěn)定性[40]。環(huán)肽抑制劑(環(huán)-CLLFVY)選擇性作用于HIF-1α亞基PAS-B結(jié)構(gòu)域，從而破壞HIF-1的二聚化過程，而對HIF-2的二聚化過程沒有影響[41]；化合物PT2385選擇性作用于HIF-2α亞基PAS-B結(jié)構(gòu)域，而對HIF-1沒有影響[42]；雙環(huán)化合物OX3可結(jié)合至HIF-2α亞基PAS-B結(jié)構(gòu)域的疏水口袋內(nèi)，影響HIF-2的構(gòu)象穩(wěn)定和HRE序列結(jié)合活性，但對HIF-1幾乎沒有影響[5]。

4.3 影響HIFs與DNA結(jié)合的抑制劑

HIFs主要是通過與靶基因中的HRE序列結(jié)合發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用。利用染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)(ChIP assay)對人腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U251進(jìn)行體外研究證實(shí)，棘霉素(echinomycin)可特異性抑制HIF-1與VEGF啟動子區(qū)的HRE序列(5′-TACGTG-3′)結(jié)合，從而抑制缺氧誘導(dǎo)的VEGF的表達(dá)[43]，但棘霉素的臨床試驗(yàn)效果欠佳。此外，靶向HRE序列的HIF-1抑制劑還有聚酰胺類化合物、多柔比星和柔紅霉素[44]。

4.4 影響HIFs轉(zhuǎn)錄復(fù)合物形成的抑制劑

來自真菌黑毛菌屬毛殼菌的毛殼菌素(chetomin)可通過作用于p300 CH1結(jié)構(gòu)域中的鋅結(jié)合位點(diǎn)使Zn2+外排，改變CH1結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象，從而破壞p300與HIF-1α的相互作用[45]。Reece等[46]證實(shí)毛殼菌素以劑量依賴性方式使分泌型VEGF、乳酸脫氫酶A(lactate dehydrogenase A，LDHA)和烯醇酶1(enolase1，ENO1)的表達(dá)下降，最終導(dǎo)致鼠前列腺癌異種移植細(xì)胞的生長受到明顯抑制。

硼替佐米的抗腫瘤活性是通過增強(qiáng)天冬氨酸羥化酶FIH與HIF-1α的結(jié)合，破壞HIF-1α對p300的富集作用[47]。此外，抗血小板凝集劑YC-1和噻唑烷酮化合物也都是通過破壞HIF-αs與p300間的相互作用，來抑制HIFs對靶基因的轉(zhuǎn)錄激活活性，而根據(jù)YC-1的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成出的化合物CJ-3k也可高效抑制HIF-1α的活性[48]。

5 展望

目前，大多數(shù)靶向特異性生長因子及其受體或通路的藥物在應(yīng)用于癌癥治療的臨床試驗(yàn)后，最終會使癌癥產(chǎn)生相應(yīng)抗性，而實(shí)體腫瘤內(nèi)部的異質(zhì)性和克隆進(jìn)化也可能使腫瘤獲得相應(yīng)抗性。相比較而言，因?yàn)镠IFs參與了腫瘤細(xì)胞分化、腫瘤細(xì)胞代謝重編程、腫瘤血管生成并促進(jìn)了腫瘤轉(zhuǎn)移和治療抗性，所以靶向腫瘤組織的缺氧表型被認(rèn)為是治療癌癥的更為有效的方法。

如前所述，HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性調(diào)控和轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控上均有相似之處，但三者在不同類型腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中表現(xiàn)出功能關(guān)系上的復(fù)雜性。如Jiang等[49]發(fā)現(xiàn)HIF-1α和HIF-2α在宮頸癌細(xì)胞系CaSki的存活、凋亡和細(xì)胞周期中具有類似的作用，在單一抑制HIF-1α或HIF-2α的表達(dá)時(shí)，均可將CaSki的細(xì)胞周期阻斷在G1期。再如，對膀胱癌T24細(xì)胞系的體外研究表明，長時(shí)間低氧情況下，HAF表達(dá)水平升高并起到E3泛素連接酶的作用，同時(shí)激活NF-κB途徑，使HIF-1α以非氧依賴的方式經(jīng)多聚泛素化蛋白酶體途徑降解；而此時(shí)HIF-2α的表達(dá)補(bǔ)償性增加，從而使T24細(xì)胞加速惡化并有利于T24干細(xì)胞標(biāo)志物的維持[50]。這表明HIF-1α和HIF-2α之間存在代償性機(jī)制。另外，過表達(dá)HIF-1α亞基可減慢pVHL缺陷型腎細(xì)胞癌(renal cell carcinoma，RCC)異種移植細(xì)胞的生長，而過表達(dá)HIF-2α亞基可促進(jìn)RCC移植細(xì)胞的生長。這表明在一些腫瘤中，HIF-1α和HIF-2α起相反作用[51]。

因此，根據(jù)不同腫瘤研發(fā)出針對不同HIFs家族成員的特異性靶向抑制劑藥物應(yīng)是今后的一個(gè)主攻方向。同時(shí)，為了提高臨床治療效果，HIFs抑制劑應(yīng)與放療、化療和免疫治療等聯(lián)合應(yīng)用于臨床試驗(yàn)。