缺氧诱导因子-1α在前列腺增生研究中的进展

2015-01-22李博科综述王东文审校

中国男科学杂志 2015年7期

关键词：低氧结构域前列腺

李博科综述王东文审校

山西医科大学第一临床医学院（太原 030001）

·综述·

缺氧诱导因子-1α在前列腺增生研究中的进展

李博科综述王东文审校

山西医科大学第一临床医学院（太原 030001）

随着日益严峻的人口老龄化，中老年男性良性前列腺增生患者数量明显增加。良性前列腺增生（Benign prostatic hyperplasia，BPH）简称前列腺增生，是引起中老年男性排尿障碍最常见的一种良性疾病［1］，影响中老年男性的健康和生活质量。该病以前列腺间质和腺体的增生为组织学改变，前列腺增大为解剖学变化，膀胱出口梗阻（Bladder outlet obstruction，BOO）和下尿路症状（Lower urinary tract symptoms，LUTS）为主要临床表现。组织学上BPH 的发病率随年龄的增长而增加，目前全球51～60岁男性的BPH发病率为41%，61～70岁为70%，81～90岁为90%［2，3］。关于前列腺增生的发病机制尚不明确。目前一致公认老龄和有功能的睾丸是前列腺增生发病的两个重要因素，两者缺一不可［4］。BPH是一种临床进展性疾病，部分患者最终需要手术或微创治疗来解除下尿路症状及其对生活质量所致的影响和并发症［5］。目前经尿道前列腺电切术（TURP）仍是治疗BPH 的“金标准”［6］。术中出血是TURP的常见并发症，出血会模糊手术视野，延长手术时间，加大手术难度和风险，影响手术质量。因此如何减少术中出血成为了TURP研究中的关注点。

一、缺氧诱导因子概述

缺氧诱导因子（Hypoxia inducible factors，HIFs）是一种在细胞环境中的转录因子，因氧含量不同而产生不同反应，主要是在氧气减少或缺氧［7］的情况下活化。人类身体里所有的有核细胞都感受氧浓度和对急性、慢性的氧获得的减少（缺氧）作出反应。其中HIF-1作为缺氧诱导的转录调节者，维持机体内环境的稳定。HIF-1于1992年［8］在缺氧诱导的Hep3B胞核提取物中发现，是一种DNA结合蛋白，进一步研究认识到HIF系统是大多数细胞、系统缺氧反应过程中的血管生成的关键调节因子。1995年Wang［9］和同事揭示了HIF-1的结构和功能。HIF-1是一个由HIF-1α和HIF-1β亚单位组成的异二聚体［10，11］。β亚单位是构成性的胞核蛋白，不受缺氧诱导，机体对HIF-1在转录水平的调控主要作用于α亚单位，在常氧状态，α亚单位位于胞浆，在缺氧条件下则进入到胞核内发挥作用。

在细胞中，HIF信号级联反应会受到缺氧状态的影响。在缺氧状态下，通常会让细胞持续的细胞分化。然而，缺氧状态促进了血管新生，对于胚胎中的血管系统与癌症肿瘤来说非常重要。伤口处的缺氧状态也促进了角质细胞的移动与上皮组织的修护［12］。

缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）是HIF-1的主要异二聚体亚单位，HIF-1α基因在缺氧状态下被激活并过量表达，进而识别相应靶基因，参与包括血管内皮生长因子（VEGF）在内的多种基因的转录调控，上调VEGF等在内的多种基因的转录调控，上调VEGF的表达，诱导新生血管形成［13，14］。

随着对血管形成因素的研究不断深入，发现前列腺增生组织也和实体瘤一样取决于新生血管及微环境的改变，尤其是去势之后，前列腺组织内血管内皮细胞凋亡，导致局部组织缺血，前列腺腺上皮细胞凋亡。HIF-1α对VEGF的调控主要是通过与一种特异的VEGF DNA低氧性应答物质连接，进而促进 mRNA的转录，增强mRNA稳定性，从而增加VEGF的表达［15］。

二、HIF-1α分子结构和调节机制

HIF-1α编码基因定位于染色体14q21-24，编码826个氨基酸，其氨基酸序列中含有碱性螺旋一环一螺旋（basle helix-loop-helix，bHLH）和PER-ARNTSIM（PAS）结构域，两者与DNA连接，为形成异源二聚体必需的结构［4］。在HIF-1α肽链的N末端和C末端均含有感受低氧信号的活性调控区域，分别是氧依赖降解结构域（oxygen-dependent degradation domain， ODD）和2个反式激活结构域（transactivation domain，TAD），即N末端活化结构域（N-terminal activation domain，NAD）和C末端活化结构域（C-terminal activation domain，CAD）［16］。NAD影响着靶基因的特异性表达，而CAD则调节大部分靶基因的表达［17］。上述结构域都是在低氧条件下诱导蛋白稳定、核定位和转录激活的关键调节结构域。此外，HIF-1α具有2个重要的转录激活物——低氧反应应答元件连接蛋白（CRE binding protein， CBP）和p300［18］，它们与TAD相互作用，为HIF-1α转录所必需。通过对上述2种激活物进行药物干预可抑制HIF-1α基因的表达、转录和翻译［19］。

HIF-1α的表达受多种机制的调节，包括正性调节和负性调节，其中最主要的是氧依赖性羟基化降解通路。在正常氧环境中，HIF-1αODD结构域中的第402和第564位脯氨酸残基通过脯氨酸羟化酶（prolyl hydroxylase，PHD）被羟基化，羟基化后的HIF-lα与von Hippel-Lindau蛋白（von Hippel-Lindau protein，pVHL）结合，然后募集延伸因子C、延伸因子B等泛素蛋白，共同组成泛素连接蛋白酶复合体，后者使HIF-1α泛素化，最终经泛素连接蛋白酶复合体通路被降解。而低氧环境可抑制PHD的活性，阻止HIF-1α降解，HIF-1α的CAD与p300/CBP相互作用，激活靶基因的转录［4］。

HIF复合体通过下游靶基因发挥生物学效应，调节多种生物学功能，包括氧运输、血管生成、血管扩张、能量代谢和细胞存亡等［20］。

三、国内外研究进展

2003年Berger等［21］利用前列腺间质细胞模型，研究了HIF-1α和生长因子的关系，将初级前列腺间质细胞放在正常氧环境和低氧环境（1%O2）中分别培养，利用蛋白质印迹技术，评估不同时间间隔HIF-1α的表达水平，利用ELISA法测定两组中VEGF、成纤维细胞生长因子-7（FGF-7）、转化生长因子-β（TGB-β）、白介素8（IL 8）和bFGF的表达。结果显示：低氧环境组在1h后HIF-1α即开始持续表达；VEGF、FGF-7、TGB-β、IL 8和bFGF在低氧环境组的表达水平要高于正常氧环境组，TGF-β、VEGF、IL 8的表达在低氧细胞的上清液中迅速显著的上升。并且利用免疫组化法发现前列腺组织中有明显的HIF-1α核染色区域。作者认为前列腺间质细胞通过上调多种生长因子来应对组织缺氧，表明缺氧可能触发前列腺生长，可能是前列腺增生的发病机制。

同年都镇先等［22］使用免疫组化法研究了HIF-1α在正常前列腺组织、前列腺增生前列腺组织以及前列腺癌前列腺组织中的表达水平，结果发现正常前列腺组织中没有表达，BPH和前列腺癌（PCa）前列腺组织中均有显著表达，且PCa组水平高于BPH组，并且HIF-1α的表达水平与PCa病理分期、Gleason评分均无相关性。该研究提出一项假设，HIF-1α可能参与了前列腺增生和PCa的发生。

2006年Lekas等［23］进行了一项前瞻性实验，将178位前列腺增生患者随机对照分组，实验组每日口服5mg非那雄胺，两组病人均行TURP，切除组织借助抗CD34的单克隆抗体进行免疫组化染色，染色后观察各标本中微血管密度（MVD）、VEGF和HIF-1α的表达水平。结果显示非那雄胺组的术中出血量显著低于空白对照组，非那雄胺组的MVD、VEGF、HIF-1α的表达水平也远低于空白对照组，证明了非那雄胺可能显著抑制了参与前列腺增生的MVD、VEGF和HIF-1α的水平，进而减少了术中出血。

2007年丁森泰［24］分析了95例BPH患者急性尿潴留（acute urine retention，AUR）发生情况，42例BPH患者曾发生尿潴留，BPH內腺HIF-1α中度阳性组AUR发生率84.4%，弱阳性组32.4%，阴性组13.8%，结果表明HIF-1α阳性组患者比HIF-1α阴性组患者具有更高的AUR发生风险，且AUR发生率随着HIF-1α阳性表达程度的升高而显著增加，HIF-1α在BPH发病以及进展密切相关，可作为判断BPH临床进展性的指标之一。

2013年Kim等［25］为了探讨前列腺炎症和前列腺增生的关系，使用脂多糖（LPS）注射到大鼠前列腺模拟前列腺炎，14d后评估大鼠前列腺增生情况，结果显示LPS干预的大鼠前列腺上皮细胞呈现高度增殖，HIF-1α水平在前列腺组织中也相应升高，LPS处理过的大鼠前列腺中观察到了大量上皮间质转化过程，实验发现HIF-1α可以增强了上皮间质转化这一过程，而天然的HIF-1α抑制剂抗坏血酸和姜黄素会削弱这一转化，同时也会削弱前列腺增生的发展，作者认为HIF-1α可能在炎症的条件上诱导了前列腺增生，并将HIF-1α看做是前列腺炎向前列腺增生转化过程中的治疗靶点。

2014年Saito等［26］使用尼可地尔（抗心绞痛药）对伴发BPH自发性高血压大鼠的干预实验中发现，前列腺组织血流减慢的同时，组织中的HIF-1α、TGF-β1、bFGF水平明显上升，作者认为前列腺组织缺氧诱导了前列腺增生的发展。

2014年周鹏等［27］利用免疫组化法探讨了A型肉毒毒素（BTX-A）对大鼠前列腺增生组织中HIF-1α和VEGF表达的影响，结果表明前列腺内注射BTX-A可以通过抑制 HIF-1α和VEGF的表达，从而抑制前列腺组织的血管形成，促使前列腺缩小。其机制可能为：随着前列腺的不断生长、体积增大，血供不足发生缺氧坏死，诱导HIF-1α过度表达，而 HIF-1α能增强其下游靶基因VEGF的表达，活化的HIF-1α与靶基因上的HIF-1α结合位点结合，形成转录起始复合物，从而启动靶基因转录和相应的蛋白产物增加，VEGF表达增加，VEGF进而作用于血管内皮细胞表面的VEGFR1和VEGFR2，从而激活了一系列的缺氧转导通路，诱导新生血管的形成，而 BTX 则是通过作用于HIF-1α之前来调控血管形成。

四、结论和展望

血管形成在前列腺增生进程和发展中起着重要作用，并且已经成为BPH研究中很有前景的研究方向。血供异常导致的缺氧可能在BPH发病机制中起到了重要作用。HIF-1α通过诱导VEGF的升高，进而促使血管形成，促进了包括BPH在内的增生性疾病的发展。

经过总结后发现HIF-1α在前列腺增生的研究有以下几个方面值得关注：（1）HIF-1α可能和前列腺增生患者增生腺体内血流量、腺体密度有一定联系；（2）雄激素水平与HIF-1α表达在前列腺增生的发生和发展中是否具有关联性；（3）HIF-1α在前列腺疾病病理发生和发展过程中的变化情况；（4）外力（久坐、长期骑自行车）导致的前列腺组织物理挤压是否会引发HIF-1α表达水平的改变；（5）基于抑制HIF-1α的高选择靶向药物对BPH治疗的效果探讨。

缺氧诱导因子1， α亚基；前列腺増生；新生血管化，病理性

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