滕文彬， 李玉紅, 2△， 祝勝美

(浙江大學(xué)紹興醫(yī)院 1麻醉科， 2醫(yī)學(xué)研究中心， 浙江 紹興 312000； 3浙江大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科， 浙江 杭州 310000)

腸道上皮覆蓋著整個(gè)胃腸道系統(tǒng)，在成人有大約300平方米的表面積，形成了通往外部的重要屏障，在維持內(nèi)環(huán)境和體內(nèi)外的平衡起著至關(guān)重要的作用。腸道上皮不僅對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和對(duì)非致病性抗原耐受性的形成起著重要作用，同時(shí)也受到氧供的調(diào)節(jié)。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到組織氧代謝是維持腸道上皮內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵。

正常腸道上皮處于“生理性缺氧”的環(huán)境，由于逆流血流和大量細(xì)菌的存在，腸道基線動(dòng)脈氧分壓水平低于正常值。腸道獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu)，一側(cè)是高度血管化和氧氣充足的黏膜，另一側(cè)是嚴(yán)重缺氧的管腔，因此在上皮層之間有一個(gè)陡峭的氧梯度，這種正常腸道上皮獨(dú)特的耐氧能力，可能是對(duì)極低水平氧合狀態(tài)的一種適應(yīng)性調(diào)節(jié)。低氧性應(yīng)答對(duì)機(jī)體內(nèi)的多種生物學(xué)進(jìn)程起著至關(guān)重要的作用，是多種疾病如胃腸道疾病，腫瘤和心血管疾病的發(fā)病機(jī)制。

腸道疾病多發(fā)生在腸道“生理性缺氧”的基礎(chǔ)上。研究發(fā)現(xiàn)，低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor，HIF)在維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)起著關(guān)鍵作用，對(duì)炎癥性腸病、腸道腫瘤、缺血再灌注損傷及腸道菌群失調(diào)的發(fā)展過(guò)程中引起的低氧甚至缺氧產(chǎn)生適應(yīng)性應(yīng)答，從而維持腸道上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cells，IECs)的正常功能[1]。

本文將對(duì)HIF在IECs中的結(jié)構(gòu)、功能、調(diào)節(jié)途徑及在腸道疾病中作用的相關(guān)文獻(xiàn)做一綜述。

1 HIF的結(jié)構(gòu)、功能和活性調(diào)控

HIF作為適應(yīng)性低氧反應(yīng)的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，最初在促紅細(xì)胞生成素的調(diào)節(jié)中被發(fā)現(xiàn)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)它能轉(zhuǎn)錄激活并調(diào)節(jié)氧平衡和多種與代謝有關(guān)的基因[2]，包括參與能量代謝、血管生成、細(xì)胞凋亡、炎癥應(yīng)答以及其它蛋白質(zhì)產(chǎn)物增加氧傳遞或促進(jìn)對(duì)低氧代謝適應(yīng)的基因，從而成為細(xì)胞和系統(tǒng)內(nèi)對(duì)低氧穩(wěn)態(tài)反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)器。

HIF是堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix，bHLH)轉(zhuǎn)錄因子的Per-ARNT-Sim(PAS)家族成員。HIF的結(jié)構(gòu)呈異源二聚體，由不穩(wěn)定的α亞基和相對(duì)穩(wěn)定的β亞基組成，每個(gè)亞基都包含bHLH-PAS結(jié)構(gòu)域，參與DNA結(jié)合的調(diào)節(jié)[3]。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3種HIF，即HIF-1、HIF-2和HIF-3。除普遍表達(dá)的HIF-1外，哺乳動(dòng)物中HIF-2也廣泛表達(dá)，并在紅細(xì)胞生成、血管化和幼體發(fā)育中發(fā)揮重要作用[4]；HIF-3通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)靶基因與低氧反應(yīng)元件(hypoxic response element,HRE)結(jié)合負(fù)調(diào)控HIF-1和HIF-2[5]。

α亞基是HIF-1的活性亞基，其穩(wěn)定性和活性均受內(nèi)環(huán)境氧濃度的調(diào)控，見(jiàn)圖1。在常氧條件下，HIF-1α的轉(zhuǎn)錄激活功能被抑制。HIF-1α包含2個(gè)高度保守的氧依賴性降解結(jié)構(gòu)域(oxygen-dependent degradation domain，ODD)，每個(gè)結(jié)構(gòu)域包括脯氨酸殘基[6]。脯氨酸羥化酶(proline hydroxylases，PHDs)是Fe2+、α-酮戊二酸(α-ketoglutaric acid，α-KG)和O2依賴的雙加氧酶，以O(shè)2和α-KG為底物，在特定的脯氨酸殘基上(P402和P564)使HIF-1α羥基化，其中一個(gè)氧原子與脯氨酰殘基結(jié)合，另一個(gè)與α-KG結(jié)合，生成CO2和琥珀酸[6]。羥基化后的脯氨酸被 von Hippel-Lindau (VHL)腫瘤抑制蛋白(pVHL)識(shí)別并綁定，然后招募E3泛素連接酶(E3-ubiquitin ligase)，并在24S蛋白酶體作用下泛素化靶向降解[7]。

Figure 1. Structure and activity regulation of HIF-1α.

圖1 HIF-1α的結(jié)構(gòu)及活性調(diào)控

HIF抑制因子1(factor inhibiting HIF-1，F(xiàn)IH-1)是一種天冬酰胺羥化酶，與PHDs類似，也以氧依賴的方式調(diào)節(jié)HIF的轉(zhuǎn)錄活性。FIH-1通過(guò)誘導(dǎo)HIF-1α N803位點(diǎn)天冬酰胺殘基的羥基化，阻止HIF-1α將轉(zhuǎn)錄共激活因子和組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶p300/CBP招募到HIF-1α的羧基端反式激活結(jié)構(gòu)域(C-terminal transactivation domain,C-TAD)中，阻斷與HIF-1α的聯(lián)系，從而抑制HIF-1α的轉(zhuǎn)錄功能[8]。

當(dāng)機(jī)體或細(xì)胞受到低氧刺激時(shí)，F(xiàn)IH-1和PHDs等氧依賴型酶的活性被抑制，導(dǎo)致胞內(nèi)HIF-1α累積，然后HIF-1α轉(zhuǎn)位入核與HIF-1β(也稱作ARNT)聚合形成異源二聚體，通過(guò)招募轉(zhuǎn)錄輔活化因子p300/CBP，繼而與啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)含有序列5’-A/GCGTG-3’的E-box like HRE結(jié)合并調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[7]，從而維持氧穩(wěn)態(tài)，使細(xì)胞避免低氧損傷或適應(yīng)低氧環(huán)境。

機(jī)體或者細(xì)胞大多數(shù)的低氧應(yīng)答，都是由HIF介導(dǎo)的。幾乎在任何的細(xì)胞系中，HIF與至少500個(gè)基因位點(diǎn)結(jié)合，從而調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)低氧產(chǎn)生應(yīng)答[9]。HIF不僅調(diào)控多種基因，同時(shí)，HIF-1α的基因轉(zhuǎn)錄水平、蛋白活性和穩(wěn)定性也受多種因素調(diào)控。除缺氧外，還有其它因素如鐵螯合劑、氯化鈷、硫化氫和琥珀酸鹽等均可影響HIF的活性。

PHDs是鐵、α-KG及O2依賴的酶，對(duì)HIF-1α修飾后進(jìn)行蛋白酶體降解。PHDs活性的穩(wěn)定需要鐵，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鐵水平較高時(shí)，HIF-1α的活性也被穩(wěn)定激活[10]。CoCl2的Co2+通過(guò)與Fe2+交換來(lái)阻止脯氨酸羥化酶和天冬酰胺羥化酶發(fā)揮作用，因而作為誘導(dǎo)HIF-1α常用模擬物[10]。H2S通過(guò)增強(qiáng)真核生物翻譯起始因子2α的磷酸化抑制HIF-1α的轉(zhuǎn)錄激活[11]。琥珀酸過(guò)量時(shí)會(huì)因副產(chǎn)物抑制作用而損害PHDs活性，導(dǎo)致HIF-1α的穩(wěn)定和激活[12]，這一作用被α-KG所阻斷，α-KG是PHDs的底物，在HIF-1α羥基化作用下生成琥珀酸。

2 HIF的調(diào)控途徑

2.1核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)通路 NF-κB是一種快速誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子，在基因誘導(dǎo)中起著廣泛的作用。靜息狀態(tài)下，NF-κB二聚體與NF-κB抑制物(inhibitor of NF-κB，I-κB)家族的蛋白質(zhì)結(jié)合而處于非活性狀態(tài)[13]。NF-κB活化由I-κB激酶(I-κB kinase，IKK)復(fù)合體控制，IKK復(fù)合物磷酸化特定絲氨酸殘基上的I-κB(主要是I-κBβ)蛋白，誘導(dǎo)其泛素化和蛋白酶體降解，使NF-κB二聚體(p65/p50)在細(xì)胞內(nèi)積聚[13]。隨后NF-κB磷酸化的二聚體易位入核，促進(jìn)HIF-1α的轉(zhuǎn)錄[14]。

2.2Janus激酶(Janus kinase，JAK)-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)通路 STAT3是介導(dǎo)細(xì)胞因子信號(hào)通路的重要轉(zhuǎn)錄因子，與多種細(xì)胞因子結(jié)合并通過(guò)JAK/STAT3途徑發(fā)揮誘導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因轉(zhuǎn)錄的作用。JAK活化能直接使STAT3磷酸化[15]，STAT3轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核并啟動(dòng)HIF-1α轉(zhuǎn)錄[16]。另外，HIF-1α表達(dá)上調(diào)反過(guò)來(lái)激活JAK1/2-STAT3信號(hào)軸，促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞的自我更新[17]，表明JAK/STAT3通路與HIF有交互作用。

2.3磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)-蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，即AKT)-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路 PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路對(duì)HIF-1α有級(jí)聯(lián)放大作用。AKT在下游被PI3K激活，隨后磷酸化激活mTOR[18]。磷酸化的mTOR使核糖體蛋白S6激酶(ribosomal protein S6 kinase，S6K,即p70S6K)磷酸化[19]，隨后磷酸化的p70S6K磷酸化40S核糖體蛋白S6(40S ribosomal protein S6，rpS6)[19]，后者對(duì)HIF-1α蛋白的合成起到促進(jìn)作用。mTOR還能使真核細(xì)胞翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 1，4E-BP1)磷酸化[19]，解除對(duì)真核細(xì)胞翻譯起始因子4E (eukaryotic translation initiation factor 4E，eIF-4E)結(jié)合與抑制[20]，后者促進(jìn)HIF-1α蛋白的翻譯[21]。

2.4腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)通路 AMPK是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶復(fù)合物，在調(diào)節(jié)細(xì)胞能量平衡中起重要作用。AMPK能抑制mTOR[20]，通過(guò)p70S6K和4E-BP1對(duì)HIF-1α蛋白合成起到抑制作用。AMPK缺失能夠提升HIF-1α表達(dá)水平，增加糖酵解和合成代謝，增強(qiáng)腫瘤的Warburg效應(yīng)[22]。

2.5Ras-Raf-MEK-ERK/MAPK通路 Ras-Raf-MEK-ERK/MAPK通路是一種進(jìn)化保守的通路，參與調(diào)控細(xì)胞增殖、存活、分化、凋亡和代謝等許多過(guò)程[23]。Ras是一種小的GTPase，能被多種受體誘導(dǎo)激活，并與Raf激酶綁定、招募并激活到細(xì)胞膜上進(jìn)行隨后的激活；激活后的Raf磷酸化激活MAPK/ERK激酶(MAPK/ERK kinase，MEK)，MEK磷酸化激活ERK/MAPK[23]；激活后的ERK使4E-BP1、p70S6K和MAPK相互作用激酶(MAPK interacting kinase，MNK)磷酸化。MNK也能直接使eIF-4E磷酸化。最后使mRNA翻譯成HIF-1α蛋白加速[8]。

2.6非編碼RNA 微小RNAs(microRNAs，miRNAs)是一類小于22個(gè)核苷酸的小分子單鏈非編碼RNA，它通過(guò)結(jié)合3’-非翻譯區(qū)(3’-untranslated regions，3’-UTR)或氨基酸編碼序列來(lái)調(diào)控。miRNAs介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)被認(rèn)為是最重要的細(xì)胞調(diào)節(jié)方式之一。miR-145通過(guò)與p70S6K的3’-UTR結(jié)合而抑制p70S6K的轉(zhuǎn)錄，從而抑制HIF-1α與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達(dá)[24]。miR-200b通過(guò)與HIF-1α的3’-UTR結(jié)合抑制其在上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)中的作用[25]。miR-210通過(guò)下調(diào)HIF-1α的高度羥基化而降低甘油-3-磷酸脫氫酶1(glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1，GPD1L)的水平，從而穩(wěn)定HIF-1α蛋白[26]。miR-322能通過(guò)上調(diào)HIF-1α的表達(dá)水平促進(jìn)腫瘤的增殖與遷移[27]。miRNA 497～195簇通過(guò)靶向F-box和WD-40結(jié)構(gòu)域蛋白7(F-box and WD-40 domain protein 7，F(xiàn)bxw7)以及具有跨膜結(jié)構(gòu)域的脯氨?；?-羥化酶(prolyl 4-hydroxylase, transmembrane，P4HTM)，維持內(nèi)皮Notch活性和HIF-1α的穩(wěn)定性[28]。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs，lncRNAs)是一類長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核苷酸的非編碼RNA。越來(lái)越多的證據(jù)表明，lncRNAs在基因組印跡、轉(zhuǎn)錄激活或失活、RNA剪接、翻譯控制和RNA干擾等多個(gè)水平上對(duì)基因組的調(diào)控起著至關(guān)重要的作用。LncHIFCAR(long noncoding HIF-1α co-activating RNA)通過(guò)直接結(jié)合與HIF-1α形成復(fù)合物，并促進(jìn)HIF-1α和p300輔助因子向靶啟動(dòng)子的募集，來(lái)共同激活HIF-1α[29]。 lncRNA CPS1-IT1(CPS1 intronic transcript 1)通過(guò)與熱休克蛋白90(heat shock protein 90，HSP90)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合抑制HIF-1α的表達(dá)[30]，從而抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移和腸上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化[31]。lncRNA-NUTF2P3-001 可以調(diào)節(jié)HIF與HRE的上游啟動(dòng)原件 RAS，并在腫瘤中呈高表達(dá)[32]。

由此可見(jiàn)，HIF受到多種多層次、多位點(diǎn)、多過(guò)程調(diào)控，為多種疾病治療提供很多潛在靶點(diǎn)。

3 HIF與相關(guān)疾病

HIF在腸道中持續(xù)表達(dá)，是調(diào)節(jié)腸道代謝的重要轉(zhuǎn)錄因子，腸道多種疾病的發(fā)生常常伴隨HIF活性增強(qiáng)或降低，影響腸道機(jī)械屏障功能、生物屏障以及黏液屏障等，從而出現(xiàn)各種病理或者病理生理改變。

3.1炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD) IBD如潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn disease，CD)等的患者對(duì)腸腔內(nèi)微生物的炎癥反應(yīng)加劇，腸道黏膜產(chǎn)生大量炎癥細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)，IECs被破壞、甚至發(fā)生凋亡，致使腸黏膜屏障功能障礙，加重病情。臨床研究顯示，在UC或者CD患者的IECs中，黏膜缺氧促進(jìn)HIF-1α的高表達(dá)[33]。HIF-1α激活能促進(jìn)炎癥消退，還能通過(guò)促進(jìn)腸黏膜屏障的修復(fù)，防止上皮細(xì)胞凋亡，從而可能減輕病情。

HIF-1α的穩(wěn)定在腸道中具有保護(hù)性作用。在小鼠結(jié)腸炎模型中，腸道上皮HIF-1α突變的小鼠，HIF-1α條件性功能喪失，IECs的條件性損傷加劇，結(jié)腸炎的癥狀加重，比如死亡率升高，體重減輕，結(jié)腸長(zhǎng)度縮短；而腸道上皮pVHL突變的小鼠，DNA堿基水平發(fā)生改變，pVHL條件性功能失活，HIF-1α持續(xù)激活，腸道屏障保護(hù)基因(比如多藥耐藥基因1α、腸三葉因子、CD73等)的表達(dá)水平增加，體內(nèi)結(jié)腸炎期間腸道屏障功能的損傷減輕[34]。另一研究中，HIF-1α缺失的小鼠體重下降明顯，腸道炎癥程度加重，促炎細(xì)胞因子水平升高，黏蛋白增加[35]。而通過(guò)抑制HIF-1α的降解，增加HIF-1α的穩(wěn)定性能顯著降低炎癥所致的IECs損傷程度[36]。這些研究表明，HIF-1α是腸道屏障的保護(hù)性因素。因此，HIF-1α是一種很有希望作為治療藥物靶點(diǎn)的候選分子。

3.2腸道腫瘤 缺氧是幾乎所有實(shí)體腫瘤微環(huán)境中的一種主要現(xiàn)象，因?yàn)槟[瘤細(xì)胞的膨脹速度迅速地超過(guò)滋養(yǎng)血管的發(fā)生，再加之腫瘤血管的功能紊亂，進(jìn)一步加重缺氧。研究表明，HIF-1α在腸道腫瘤中高表達(dá)，與腫瘤的發(fā)生、浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移、化療耐藥和輻射抗性高度相關(guān)[37]。HIF-1α高表達(dá)是結(jié)腸癌總體生存率和無(wú)進(jìn)展生存率的獨(dú)立影響因素，抑制HIF-1α表達(dá)可顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)[38]。研究顯示，HIF-1α在腫瘤血管生成中起著重要作用。缺氧條件下，HIF-1α是VEGF表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，HIF-1α通過(guò)與HREs結(jié)合激活VEGF的轉(zhuǎn)錄[39]。直結(jié)腸癌進(jìn)展中，腫瘤出牙與直結(jié)腸癌形成前的低氧誘導(dǎo)的小血管形成有關(guān)，出芽細(xì)胞表達(dá)HIF-1α介導(dǎo)缺氧性腫瘤表型[40]。在裸鼠中，過(guò)表達(dá)PHD1 可明顯抑制腫瘤生長(zhǎng)，腫瘤生長(zhǎng)受抑與壞死增加和微血管密度顯著降低有關(guān)[41]。

EMT是上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為具有間充質(zhì)表型細(xì)胞的過(guò)程，是癌癥轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟之一。HIF-1α在EMT中同樣發(fā)揮重要作用。在體或離體實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)抑制HIF-1α誘導(dǎo)的自噬作用抑制大腸癌EMT和轉(zhuǎn)移[31]。

3.3缺血再灌注(ischaemia-reperfusion，I/R)損傷 I/R是引起腸道損傷常見(jiàn)原因，可導(dǎo)致組織損傷、炎癥反應(yīng)以及IECs凋亡。腸道I/R常見(jiàn)病因有絞窄性疝、腸系膜動(dòng)脈阻塞或循環(huán)衰竭等。研究表明，在腸道I/R中，HIF-1α主要通過(guò)腺苷調(diào)節(jié)腸道的保護(hù)功能。低氧環(huán)境下HIF-1α能誘導(dǎo)細(xì)胞外腺苷生成，增加信號(hào)傳導(dǎo)，具體是通過(guò)A2B腺苷受體，發(fā)揮對(duì)腸道的保護(hù)作用[42]。

腸系膜上動(dòng)脈閉塞(superior mesenteric artery occlusion，SMAO)60 min的小鼠模型中，條件性敲除腸道HIF-1α?xí)又豂/R誘導(dǎo)的損傷；應(yīng)用PHDs抑制劑DMOG能減輕I/R對(duì)腸道的損傷作用[42]。在HIF-1α條件性缺失的小鼠和體外條件性敲除HIF-1α的IECs中，缺氧對(duì)平衡性核苷轉(zhuǎn)運(yùn)體的抑制作用消失，表明HIF-1α還能通過(guò)抑制核苷轉(zhuǎn)運(yùn)體抑制腺苷再攝取和通過(guò)腺苷激酶抑制腺苷代謝以增加細(xì)胞外腺苷濃度[43]。

Kannan等[44]研究在SMAO的腸I/R損傷模型(45 min SMAO再灌注3 h)中，使用部分HIF-1α缺陷的小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIF-1α激活與腸道I/R損傷直接相關(guān)；HIF-1α部分缺陷通過(guò)降低SMAO誘導(dǎo)的腸通透性增加、脂質(zhì)過(guò)氧化、黏膜caspase-3活性及IL-1β水平的升高，減輕腸I/R損傷的作用，表明I/R損傷的持續(xù)時(shí)間和嚴(yán)重程度決定HIF-1α是否具有腸道保護(hù)或有害作用。因此，HIF-1α是腸道I/R的保護(hù)因子，有可能成為治療I/R損傷的潛在靶點(diǎn)。

3.4腸道細(xì)菌與感染 腸道內(nèi)多種微生物共生，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的微生物環(huán)境。IECs對(duì)病原菌的入侵具有高度的警惕性，是抵抗病原體入侵和感染的重要屏障。當(dāng)大量的外源性致病菌入侵腸道或者內(nèi)源性菌群失調(diào)，會(huì)進(jìn)一步損傷IECs，甚至誘導(dǎo)發(fā)生凋亡，成為腸道疾病的來(lái)源。發(fā)生感染時(shí)，細(xì)胞的氧需大于氧供是低氧應(yīng)激反應(yīng)的一種常見(jiàn)現(xiàn)象。低氧條件下，細(xì)菌大量攝取鐵，抑制PHDs活性，使HIF-1α穩(wěn)定，誘導(dǎo)HIF靶基因的表達(dá)[45]。另一研究揭示，在一些腸道菌屬(如沙門氏菌、耶爾森菌、腸桿菌)中的鐵載體也具有穩(wěn)定HIF-1α的作用[46]。

腸道HIF-1α可通過(guò)誘導(dǎo)多種腸道保護(hù)因子抵抗病原菌的侵襲作用。髓系細(xì)胞系中條件性缺失HIF-1α小鼠的殺菌活性降低，容易導(dǎo)致感染在全身擴(kuò)散；相反，通過(guò)敲除pVHL或激活HIF-1α能使髓系細(xì)胞產(chǎn)生防御因子，提高殺菌能力[47]。腸道上皮細(xì)胞缺失HIF-1α的小鼠對(duì)口服小腸結(jié)腸炎耶爾森菌的易感性增高，細(xì)菌介導(dǎo)的HIF-1α激活可能代表宿主啟動(dòng)對(duì)病原菌的防御機(jī)制[46]。在離體Caco-2細(xì)胞模型中，HIF-1α穩(wěn)定劑DMOG通過(guò)減少宿主β-1整合素在細(xì)胞表面的定位，減少小腸結(jié)腸炎耶爾森菌對(duì)腸上皮細(xì)胞的內(nèi)化而降低其侵襲力[48]。

腸道微生物能產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，尤其是短鏈脂肪酸，包括丁酸鹽、丙酸鹽和醋酸鹽，對(duì)腸道起保護(hù)作用。丁酸鹽是細(xì)菌首要代謝產(chǎn)物，在正常的腸道組織中，高達(dá)30%的能量可能來(lái)自丁酸鹽的代謝，并在結(jié)腸黏膜中起到多種功能。丁酸鹽能刺激IECs代謝，增加O2的消耗，使HIF-1α保持穩(wěn)定，增強(qiáng)IECs功能[49]。通過(guò)使用抗生素，減少微生物，能降低結(jié)腸的丁酸水平和HIF-1α的表達(dá)，而通過(guò)補(bǔ)充丁酸能恢復(fù)恢復(fù)HIF-1α的表達(dá)水平[50]。此外，在條件性缺失HIF的細(xì)胞中，丁酸失去了對(duì)屏障的保護(hù)作用，表明丁酸對(duì)腸黏膜屏障的保護(hù)功能可能通過(guò)HIF起作用[49]。這表明短鏈脂肪酸通過(guò)HIF-1α信號(hào)軸促進(jìn)腸道的保護(hù)功能。

4 總結(jié)與展望

近年來(lái)，分析工具和基因組技術(shù)發(fā)展的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了對(duì)缺氧和缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)研究，提高了人們對(duì)生理和病理狀態(tài)中氧穩(wěn)態(tài)的認(rèn)知。HIF在組織氧代謝中的作用一直是許多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。HIF對(duì)IECs代謝的作用越來(lái)越受到重視，其對(duì)維持腸黏膜細(xì)胞的正常功能、腸道屏障的完整性及腸道微環(huán)境的穩(wěn)定性具有重要意義。對(duì)HIF結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制及其影響因素的深入研究為腸道炎癥、感染、腫瘤、缺血再灌注等發(fā)病機(jī)制提供新的思路，并通過(guò)對(duì)HIF調(diào)節(jié)機(jī)制的進(jìn)一步研究探索上述疾病新的治療靶點(diǎn)。