缺氧诱导因子1α在烧伤修复中作用的研究进展

高小春，谭美云，郭杏

(西南医科大学附属医院，四川泸州646000)



·综述·

缺氧诱导因子1α在烧伤修复中作用的研究进展

高小春，谭美云，郭杏

(西南医科大学附属医院，四川泸州646000)

缺氧诱导因子1α(HIF-1α)作为机体适应氧环境变化的主要转录调节因子，参与了烧伤后血管通透性改变、肠黏膜屏障破坏、细胞凋亡、血管再生、细胞迁移等病理生理过程。HIF-1α能介导碱烧伤后角膜新生血管的形成,也能促进烧伤创面的修复。HIF-1α还可通过基因治疗，改善老年烧伤创面愈合延迟的缺陷。HIF-1α的这些作用很可能成为烧伤治疗的新靶点，但烧伤创面的恶劣微环境也为其干预治疗提出了挑战。

烧伤；缺氧诱导因子-1α；缺血缺氧；修复

烧伤，特别是严重烧伤可引起局部创面及远隔组织微循环障碍，导致机体组织及器官缺血缺氧。这也是导致烧伤创面恶化及诱发各种并发症发生的重要病理生理机制。改善组织细胞缺血缺氧状态，恢复器官血供是防治烧伤后并发症、改善预后的关键。缺氧诱导因子1α(HIF-1α)是在低氧环境中维持细胞稳态的主要调节因子，存在于大多数哺乳动物细胞内。在不同缺血缺氧环境刺激下，HIF-1α可调控大量基因表达，参与许多生理病理过程，如血管生成、红细胞生成、细胞能量代谢、细胞迁移、细胞增殖、细胞凋亡等，在缺血缺氧性疾病的发生发展中发挥着重要作用。本文就HIF-1α在烧伤后血管通透性改变、肠黏膜屏障破坏、细胞凋亡、血管再生、细胞迁移的病理生理过程中，以及其在特殊的老年烧伤中发挥的相关作用作一综述。

1　 HIF-1α的结构及功能

HIF-1是一种分布和作用均十分广泛的具有转录活性的核蛋白，是低氧条件下维持稳态的关键性物质。HIF-1由α亚基和β亚基组成的异源二聚体，其中β亚基为DNA结合元件，组成性表达于细胞核内；而HIF-1α为调节元件，其表达主要受氧分压调控，并作为HIF-1在低氧环境中发挥生理活性的主要决定因子。HIF-1α是对氧浓度变化敏感的调节亚基，它的C端含有比较保守的功能结构区：氧依赖性降解结构区(ODD)和两个转录激活结构域(N-TAD和C-TAD)。在常氧状态下，HIF-1α伴随着转录翻译迅速降解，半衰期非常短。HIF-1α的降解是通过泛素-蛋白酶途径来实现的，常氧时HIF-1α中的ODD上特殊的脯氨酸残基(P402 和P564)被特异的氧依赖性脯氨酰羟化酶羟基化，羟基化的HIF-1α与希佩尔·林道蛋白结合，其复合物被E3泛素-蛋白酶体途径迅速降解。在低氧条件下，脯氨酸残基的羟化被抑制，HIF-1α不被降解反而在细胞内蓄积并进入细胞核，在缺氧反应元件处与HIF-1β亚基结合形成二聚体复合物HIF-1，从而激活100种以上的基因转录，涉及细胞能量代谢、细胞凋亡和增殖、红细胞生成、血管形成、细胞黏附及炎症反应等多种生物学行为，最终促进机体的代谢适应缺氧环境。

2　HIF-1α在烧伤后的病理生理作用

2.1 HIF-1α在血管通透性改变中的作用 血管通透性增加是严重烧伤早期血管内皮损害的主要表现，也是烧伤组织水肿体液外渗的重要病理生理基础。微血管通透性的维持主要是通过内皮细胞间的紧密连接来实现，其中ZO-1是一个常见的连接蛋白，主要负责连接膜整合蛋白与细胞肌动蛋白骨架、不同类型的信号蛋白[1]。HIF-1α的目的基因与细胞渗透性的增加和ZO-1的含量降低存在着明显的相关性[2]。缺氧诱导因子抑制因子1(FIH-1)能负性调节HIF-1α表达。miR-98作为一种由HIF-1诱导的miRNA，明显表达于缺氧区，在烧伤后血管通透性改变中也发挥着重要作用。Hu等[3]在研究中发现，严重烧伤后肺、肝脏、肾脏、回肠组织血管通透性明显增加，血清中miR-98呈时间相关性增高，在烧伤后12 h达到高峰；取烧伤后12 h大鼠的血清，作用于事先准备好的单层血管内皮细胞，细胞的通透性和miR-98、HIF-1α的表达也明显升高，而ZO-1、FIH-1的表达却明显下降；抑制miR-98的表达，细胞通透性、HIF-1α的表达降低，FIH-1、ZO-1的表达升高，促进miR-98的表达结果则相反；实验还发现敲除FIH-1，可废除因沉默miR-98所导致的渗透性减低等作用。提示HIF-1α在严重烧伤后血管通透性增加的过程中可能发挥着促进作用。

2.2HIF-1α在肠屏障破坏中的作用 严重烧伤后受应激、缺血缺氧、炎症等诸多因素的影响，肠上皮屏障功能受损。其中炎症因子在肠道屏障破坏中扮演着重要角色，在炎症因子干扰素-γ、肿瘤坏死因子α诱发的肠单细胞层屏障紊乱模型中发现，YC、黄连素等药物可能是通过抑制HIF-1α的表达来改善肠屏障紊乱[4,5]。肌球蛋白轻链激酶(MLCK)作为调节肠道屏障功能的紧密连接蛋白之一，激活时可增加肠道上皮的通透性。在烧伤后小肠中可检测到HIF-1α、VEGF、MLCK升高[6]，而VEGF、MLCK是HIF-1α下游的两个重要靶蛋白。越来越多的证据表明，HIF-1α作为细胞屏障功能的关键调节因子是通过调控VEGF、MLCK的表达来实现的。 Luo等[6]在研究中同时应用丙戊酸皮下治疗烧伤后大鼠，发现其可以降低HIF-1α、VEGF、MLCK的表达，减少ZO-1的丢失，改善肠屏障的紊乱；通过转染siRNA来抑制HIF-1α的表达，则导致VEGF、MLCK降低并伴随ZO-1上升。提示HIF-1α可能是烧伤后肠屏障功能损害的介质。然而，Hu等[7]在研究丙酮酸盐改善烧伤后肠道功能紊乱的实验过程中发现，丙酮酸盐可能是通过激活HIF-1α-红细胞生成素(EPO)信号通路，促进HIF-1α、EPO、ZO-1的表达来改善肠道功能紊乱的。由此看出，HIF-1α可能对烧伤后肠道屏障功能具有保护作用。目前关于HIF-1α在严重烧伤后肠屏障功能破坏中所发挥的作用尚存在争议，有待进一步探讨。

2.3 HIF-1α在细胞凋亡中的作用 近年研究显示，严重烧伤可促进创面及远隔器官功能紊乱、组织细胞凋亡[8]。一些研究认为，缺血缺氧性烧伤中凋亡的激活可能与HIF-1α的上调有关。在高海拔地区烫伤大鼠模型中发现，HIF-1α阳性表达于肺泡上皮细胞、肾小管上皮细胞、肝细胞、回肠Peyer结中淋巴细胞内，而这些细胞的凋亡则与HIF-1α的表达强度呈正相关，HIF-1α可能参与了这些组织细胞的凋亡[9～12]。目前HIF-1α在其他缺血缺氧性疾病，如肿瘤、缺血缺氧性心脑损伤后凋亡中的作用研究较多，而在烧伤后细胞凋亡中的作用机制尚不明确，需进一步研究。

2.4HIF-1α在血管再生和细胞迁移中的作用

2.4.1HIF-1α在角膜碱烧伤后角膜新生血管形成(CorNV)中的作用CorNV通常是由外界致病因素，如角膜炎、急性角膜移植排斥、化学烧伤等引起的一种严重并发症，也是较常见的致盲病因。碱烧伤后HIF-1α、VEGF、EPO等血管生成因子在角膜中呈高表达，其量的变化与CorNV的形成呈正相关[13]。而在一些治疗角膜碱烧伤的研究中我们也发现，这些药物是通过抑制VEGF、HIF-1α的表达来实现抑制CorNV，从而改善预后的[14,15]。近年也有研究证明，在长期配戴隐形眼镜导致的角膜损伤中，HIF-1α是通过上调VEGF促进CorNV的，且能够通过直接抑制HIF-1α表达，来抑制VEGF的生成及CorNV[16]。同样在碱烧伤中，HIF-1α很可能也是通过HIF-1α/VEGF通路来促进CorNV。

2.4.2HIF-1α在烧伤创面修复中的血管再生和细胞迁移中的作用VEGF是最强有力的血管生成因子，参与促进血管内皮细胞分裂、增殖、迁移。基质细胞衍生因子1(SDF-1)可促进间充质干细胞、内皮祖细胞、心肌干细胞等从循环、骨髓、组织中向损伤区迁移，从而促进损伤愈合。Xing等[17]首次在小鼠皮肤烫伤模型中应用哌莫硝唑作为标记，记录了烫伤皮肤缺氧情况在时间及空间上的变化，同时还检测到HIF-1α、VEGF、SDF-1表达部位及趋势与缺氧标记相似。Zhang等[18]应用等位基因杂合(HIF+/HIF-)技术制成单倍剂量HIF-1α不足的小鼠(HET组)模型，观察比较其与正常小鼠(WT组)在烧伤后的应答反应有何不同，结果发现在WT组于烧伤后第2天检测到HIF-1α升高，与此同时还检测到SDF-1、循环血管成细胞增加；HET组则未检测到上述因子及细胞上升，且血管重建、伤口愈合也相对较差。在Sarkar等[19]的研究中也发现敲除HIF-1α可导致内源性骨髓源性血管生成细胞(BMDACs)动员减少、BMDACs向烧伤部位的迁移被破坏、血管形成受损、伤口血供恢复及闭合延迟，而这些作用的发挥依赖Tie2的表达。Tie2是血管生成素的酪氨酸激酶受体，表达于内皮细胞、骨髓细胞。由此可以看出HIF-1α是通过上调VEGF、SDF-1的表达，促进成血管细胞向烧伤部位动员迁移，从而促进血管再生，最终促进烧伤皮肤血供恢复及创面愈合。

3　HIF-1α在老年患者烧伤创面愈合中的作用

大量研究显示，老年患者相关性创面愈合受损是通过降低血管生成因子的生成、延迟成血管细胞的动员迁移、破坏损伤部位血供恢复的机制来实现的，且这种破坏作用与老年患者体内HIF-1α的降低相关[20,21]。前面提到烧伤后损伤部位HIF-1α会应激性增高，但在老年小鼠中却出现了例外。Zhang等[21,22]在试验中报道老年小鼠烧伤后损伤创面并未检测到HIF-1α的表达，相反在青年小鼠中HIF-1α的含量则明显升高，并发现相较青年小鼠，老年小鼠在烧伤后，BMDACS向损伤部位动员和血管再生作用破坏也是受HIF-1α的表达调控的。HIF-1α的缺陷可能是老年烧伤创面血管再生和愈合受损的重要原因。Du等[22]在实验中分别尝试应用质粒和腺病毒为载体将HIF-1α基因直接导入烧伤皮肤，发现外源性HIF-1α能够稳定表达，但却不能够改善创面的愈合；当联合HIF-1α构建质粒(CA5-HIF-1α)和BMDACS，在二甲基草酰甘氨酸(可降低HIF-1α的氧化降解)的环境下应用时，高表达的HIF-1α可以动员更多的BMDACS向烧伤部位迁移，促进烧伤创面血管重建及愈合。提示，皮肤烧伤缺血缺氧性环境可能与普通的皮肤损伤有所不同。有研究发现，烧伤后皮肤HIF-1α较切割伤中的含量有所下降，而其创面愈合也相对延迟。相较普通疾病及创伤，烧伤微环境更复杂，可能还存在着间接影响HIF-1α发挥作用的因素。

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国家自然科学基金资助项目(31271049)。

郭杏(E-mail：gx412@126.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.29.035

R826.5

A

1002-266X(2016)29-0096-03

2016-04-10)