缺氧诱导因子-1α和血管内皮生长因子对肝硬化的研究进展*

周新玲 刘焕星

(1.泰山医学院，山东 泰安 271016；2.泰山医学院附属泰山医院，山东 泰安 271000)

近年来, 细胞因子对肝脏疾病的作用越来越受到人们的关注。肝硬化是消化系常见病，也是后果严重的疾病。肝硬化时肝细胞结节状增生及组成肝癌梁索的细胞层次增加；过量纤维结缔组织增生等可以造成细胞的缺氧微环境。在缺氧条件下，缺氧诱导因子1(HIF-1)能激活多种缺氧反应性基因的表达, 是目前发现的唯一的特异性低氧状态下发挥活性的核转录因子[1]。血管内皮生长因子(VEGF)是目前已知的最关键的血管生成促进因子, 其在低氧环境中的表达受HIF-1的调控[2]。现就其研究进展及两者的相关性作一综述。

肝硬化(hepatic cirrhosis)是临床常见的慢性进行性肝病，由一种或多种病因长期或反复作用形成的弥漫性肝损害。病理组织学上有广泛的肝细胞坏死、残存肝细胞结节性再生、结缔组织增生与纤维隔形成，导致肝小叶结构破坏和假小叶形成，肝脏逐渐变形、变硬而发展为肝硬化。

1 缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)和VEGF

1.1HIF-1α

HIF-1是目前发现的唯一的一个特异性缺氧状态下发挥活性的核转录因子，参与60余种基因的转录调节。HIF-1首先是由Semenza和Wang于1992年首次在缺氧的肝癌细胞中发现的[3]。是由缺氧、CoCl2、去铁胺等诱导细胞产生的一种核蛋白，由α、β亚基组成，两者都属于bHLH-PAS( basic-helix-loop-helix-per-amt-sim)家族蛋白。HIF-1α是调节亚单位，决定HIF-1的活性，对氧的依赖性较强，既是氧调节亚基又是活性亚基，对调节微环境中的氧平衡起主要作用。常氧状态下，细胞虽然不断地合成HIF-1α，但由于它受泛素蛋白酶体系统(ubiquitin-proteasome system)的作用而迅速被降解，很难检测到[4]。缺氧状态下，HIF-1α的泛素化急剧减少，并从胞浆转位至胞核内，与HIF-1β结合形成异二聚体，成为有活性的HIF-1复合物，再结合到其靶基因的启动子或增强子的缺氧反应元件(hypoxia response element，HRE)上，从而可在转录水平调控诸多靶基因的表达，参与维持细胞、组织、机体氧平衡的各种基因的转录[5]。HIF-1主要通过4种途径激活、启动靶基因的表达,以使细胞适应缺氧[6]: (1)增加转铁蛋白及其受体、血红素加氧酶1和红细胞生成素等基因及产物的表达促进红细胞增殖, 以增加全身组织氧的输送；(2)促进诱导型一氧化氮合酶、血管内皮生长因子(VEGF)等合成, 从而促使血管扩张和新血管的生成以增加局部组织氧供；(3)促进与葡萄糖运输和利用有关的靶基因, 如葡萄糖转运蛋白1以及与糖酵解相关的酶如醛缩酶A、C, 烯醇化酶1等的合成, 从而增强糖酵解[7], 以提高细胞在低氧情况下的代谢适应能力；(4)促进胰岛素样生长因子2等的合成, 调节细胞生长、代谢, 促进细胞增殖和存活。

1.2血管内皮生长因子(VEGF)

VEGF由Leung等首先从牛垂体滤泡细胞cDNA文库中用多克隆杂交系列分析克隆。它由某些肿瘤细胞分泌, 通过与血管内皮上的相应受体结合促进内皮细胞增殖, 同时可增加血管通透性使内皮细胞迁移, 诱导肿瘤血管生成, 维持肿瘤的继续生长, 是目前发现的最强烈的血管生成因子, 与诸多生理及病理过程有关[8]。

VEGF属血小板源性生长因子家族的生长因子，是高度保守的同源二聚体糖蛋白。是一种受低氧诱导的血管内皮细胞特异的有丝分裂原，可刺进血管内皮细胞分裂、诱发血管形成及增加血管通透性。HIF-1可通过与VEGF上的低氧反应元件结合从而促进其表达。其表达量与环境氧浓度密切相关，常氧时VEGF呈低表达，其主要作用是维持血管密度平衡；低氧时其表达显著增高，血液中的VEGF与受体结合，从而激活胞内酪氨酸激酶，启动下游细胞信号级联，促进微血管的生成。

目前已证实VEGF是内皮细胞选择性有丝分裂原, 除能增加内皮细胞胞浆内Ca2+的浓度及使微血管(主要是毛细血管后静脉及小静脉) 对大分子物质的通透性增高外, 尚能从多种途径使内皮细胞形态呈细长状并刺激其复制, 刺激葡萄糖转运入内皮细胞, 促使内皮细胞、鼠单核细胞和胎牛成骨细胞移位, 能改变内皮细胞基因激活的模式, 上调纤维蛋白溶解酶原激活剂(包括尿激酶型及组织型)及其抑制剂PAI-I的表达, 诱导其他内皮细胞蛋白酶, 间质胶原酶和组织因子的表达[9]。

1.3HIF-1α与肝硬化

HIF-1不仅在正常肝脏的低氧代谢中具有关键作用, 而且在肝脏炎性活动中也起到了重要作用。肝脏受损及继发炎症时, 均伴有缺氧现象[10]。王海平、陈孝平等[11]对146例手术切除后的肝硬化和肝癌标本进行连续切片和免疫组织化学检测，结果显示：HIF-1α在肝硬化肝细胞、肝癌细胞、肿瘤新生血管内皮、新生胆管上皮中普遍表达。HIF-1α主要位于胞浆中，部分胞核中也有表达。HIF-1α在肝硬化组织中普遍表达,可能与下列因素有关:(1)肝组织的缺血,缺氧使HIF-1α表达上调, 如小叶中央静脉周围肝细胞缺氧明显, 这些部位细胞HIF-1α表达更强。(2)一些病理情况下，组织结构异常和血液动力学紊乱使细胞存在缺氧微环境: 如肝硬化时肝细胞结节状再生, 肝结缔组织增生, 假小叶形成使血管系统失去原有的血供特性, 同时伴有新生血管的形成；大量肝细胞坏死后纤维结缔组织增生, 剩余的肝细胞完全失去原结构特点, 肝细胞周围瘢痕化, 使血供显著减少, 此时HIF-1α的表达显示强阳性。

1.4VEGF与肝硬化

血管内皮生长因子(VEGF)是目前所知道的最重要的直接作用于血管内皮细胞的生长因子，可特异性地促进内皮细胞分裂、增殖和移动，增加血管通透性，在血管形成中起重要作用[12]。VEGF的表达广泛见于肿瘤及非肿瘤的病理过程中，其表达与作用与转化生长因子B(TGF-B),血小板源性生长因子(PDGF)，NO及一些重金属离子有关，还受缺血和缺氧环境的调节[13-14]。李晓虹等人[15]采用酶联免疫法分别测定慢性乙肝、肝纤维化、肝硬化病人的血清VEGF值，结果证实：随着肝纤维化、肝硬化的不断发展，患者血清VEGF水平逐渐升高，肝纤维化组明显高于肝炎组，肝硬化组明显高于肝纤维化组。其可能原因考虑为肝纤维化患者局部病变肝组织不可避免地存在不同程度的缺氧，而刺激活化肝细胞、肝星状细胞，它们继而通过自分泌和旁分泌的方式产生很多细胞因子，从而导致VEGF水平增高。至肝硬化阶段，肝组织缺血缺氧进一步加重，同时肝细胞坏死进一步增多，释放出更多的炎性介质，刺激存活的肝细胞和肝星状细胞合成分泌更多的VEGF，帮助有效血管网的形成，有利于肝组织的再生[16]。VEGF水平增高可以帮助肝组织中形成有效的血管网以代偿肝硬化病变所造成的缺血缺氧状态[17]。由此提示, VEGF在肝硬化发病中起到一定保护作用, 这保护作用可能是通过其改善肝组织的缺血缺氧来实现的。

肝硬化不仅是肝炎的重要病理转归过程, 也是肝癌的癌前病变, 而肝纤维化和假小叶形成是肝硬化的重要病理改变。肝纤维化过程与新生血管的生成密切相关, VEGF在新生血管生成过程中的作用至关重要。VEGF的表达增加使血管生成增加, 而血管生成是纤维间隔形成的重要病理过程, 同时大量的纤维组织增生需要新生血管提供营养支持, 因此VEGF表达增加促进了肝纤维化的发展[19]。

2 VEGF与HIF-1α表达的关系

邓琰等[19]通过对肝硬化门静脉高压症大鼠的研究表明：随着肝硬化程度的加重, VEGF的表达有增高趋势。这说明, VEGF在肝硬化进展过程中起着重要作用。而H IF-1作为VEGF的上游调控因子, 在肝硬化进展过程中也可能起着更为重要的作用。

王海平、 陈孝平[11]等通过连续切片进行组织细胞定位, 对HIF-1α和VEGF在同一组织细胞中的表达进行相关分析发现,肝硬化中两者的表达强弱呈强正相关(r=0.923,P<0.001),而且胞浆、胞核中的表达高度一致。VEGF是HIF-1α的一个主要靶基因。在研究比较同一组织中HIF-1α和VEGF的表达后发现, 肝硬化及肝癌中VEGF 与HIF-1α表达呈正相关, 因此可以认为VEGF是依赖于HIF-1α表达的。

3 展 望

肝癌是死亡率仅次于胃癌、食道癌的第三大常见恶性肿瘤，我国的肝癌多在肝硬化的基础上发展而来，目前我国发病人数约占全球的半数以上，占全球肝癌病人的55%，已经成为严重威胁我国人民健康和生命的一大杀手，其危险性不容小视。而肝硬化的早期症状并不明显，在发生轻微病变的时候，大部分健康的组织尚能够应付日常代谢活动的需要，所以不容易发生不适的症状。很多肝病患者正是忽视了肝病的早期表现，所以肝硬化病情加重。最新的医疗权威统计显示，50%肝硬化患者发现都是在晚期肝硬化或者肝癌，所以这也是肝硬化死亡率高的原因之一。肝硬化的起病与病程发展一般均较缓慢，可隐伏3～5年或数十年之久。

随着一些因子比如HIF-1与VEGF与肿瘤作用机制的研究的进一步深入，可能通过抗体或基因水平干预这些因子及其受体的作用，可以抑制细胞缺氧及血管生成，从而达到抑制肿瘤血管生成，抑制肿瘤生长，防止肝硬化向肝癌进展的可能。

[1] sutherland RM .Tumor hypoxia and gene expression[J].Acta Oncol，1998，37(3)：567.

[2] Semenza GL, AgAni F，Booth G，et al，Structural and functiongal analysis of hypoxia-inducible factor[J].Kidney Int，1997，5(4)：553.

[3] 朱巍.缺氧诱导因子1[J].国外医学：生理病理科学与临床分册,2001,6(2):125-127.

[4] Salceda S，Caro J.Hypoxia-inducible factor 1 alpha(HIF-1 alpha) protein is rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome system under normoxic conditions.Its stabilization by hypoxia depends on redox-induced changes[J].J Biol Chem，1997，272(36)：22642-22647.

[5] Zhu H，Bunn HF.Signal transduction.How do cells sense oxygen[J].Science，2001，292(5516)：449-451.

[6] Semenza GL.HIF-1: mediator of physicological and pathophysiologcal responses to hypoxia [ J ].Appl Physiol, 2000, 88,4:1474-1480.

[7] Minchenko A, Leshchinsky I, Opentanova I, et al.Hypoxia-inducible factor-1(HIF-1) mediated expression of the 6-phosphofructo-2 kinase/ fructose-2, 6-bisphosphatase-3(PFKBF3)gene: its possible role in the Warburg effect [ J] .J Biol Chem, 2002, 277(8):6183-6187.

[8] 王彦敏.血管生成因子VEGF研究进展[J].河北医药, 2010,38(11):804-807.

[9] 宋鸿涛,耿敬姝,程慧.VEGF及其受体KDR在胃癌组织新生血管中的作用[J].实用肿瘤学杂志, 2006, 20(1):47-52.

[10] Zgouras D, Wachtershauser A, Frings D, et al.Butyrate impairs intestinaltum or cell induced angiogenesis by inhibiting HIF-1 alphanuclear translocation [ J] .Biochem Biophys Res Commun, 2003,300(4): 832-838.

[11] 王海平,陈孝平,于磊,等.缺氧诱导因子-1α与血管内皮生长因子在肝硬化、肝癌组织中的相关性研究[J].中华实验外科杂志，2004,20(3):303-304.

[12] Otsuka Y，Goto H，Niwa Y，et al．The assessment of vertical and lateral invasion of early gastric cancer by magnifying endoscopy[J]．Gastrointest Endose，2001，53: AB212．

[13] Gleadle JM, Ebert BL, Firth JD,et al.Regulationof angiogenic growth factor expression by hypoxia transition metals,and chelating agents[J].Am J Physiol, 1995,268(6 Pt 1):C1362-1368.

[14] Kourembanas S, McQuillan LP, Leung GK,et al.Nitric oxide regulated the expression of vasoconstrictors and growth factor by vascular endothelium under both normoxia and hypoxia[J].J Clin Invest, 1993,92:99-104.

[15] 李晓虹，杨蒲芳，戚红霞，等.血清TGF-β1及VEGF在慢性乙肝、肝纤维化、肝硬化患者的临床变化及其意义[J].临床消化病杂志,2011,23(3):261-264.

[16] Desider G ，Ferri C ．Circulating vascular endothelial growth factor levels are decreased in patients with chronic hepatitis and liver cirrhosis depending on the degree of hepatic damage [J]．Clin Sci(colch)，2000，99(2):159．

[17] Sergey VB, Natala M, Myron M , et al.Vascular density and VEGF expression in hepatic lesions[ J] .J Gastrointestin Liver Dis, 2007, 16(4): 374-377.

[18] Coristophe C, BarbuV, Wendum D, et al.Hypoxia induced VEGF and collagen I express ion s are associated w ith angiogenes is and fibrogenes is in experimental cirrhosis [ J ] .Hepatology, 2002, 35(5):1010-1021.

[19] 邓琰, 马庆久, 鲁建国.血管内皮细胞生长因子在肝硬化门静脉高压症中的表达及其意义[ J] .陕西医学杂志, 2003, 32(2):99-100.