HIF-脯胺酰羟化酶与心血管疾病 ※

白玉婷 ，王立生 ，格日力 (1.青海大学高原医学研究中心，青海省高原医学应用基础重点实验室； .军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京 100850；3.青海省人民医院心内科，西宁 810001)

关键词 HIF PHDs 心血管疾病

HIF-脯胺酰羟化酶与心血管疾病※

白玉婷1，2，3综述，王立生2审校，格日力1§审校(1.青海大学高原医学研究中心，青海省高原医学应用基础重点实验室； 2.军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京 100850；3.青海省人民医院心内科，西宁 810001)

关键词HIF PHDs 心血管疾病

低氧诱导因子(HIF)是细胞对低氧反应的重要介导因子，调控一系列基因的表达，参与众多生物学过程。常氧状态下，HIF-α由脯氨酰羟化酶(PHDs)和希佩尔-林道病肿瘤抑制蛋白相互作用而被羟化，随后被蛋白酶体降解。低氧下，PHDs失活，导致HIF-1α降解减少、转录活性升高，HIF-1α大量蓄积，诱导下游靶基因表达。近年来PHDs在动脉粥样硬化、高血压病、心肌梗死、心肌病等心血管疾病中的作用日益受到关注，虽然其在部分心血管疾病中的观点尚存在争议，但普遍研究认为PHDs可作为治疗心血管疾病的重要靶点，本文就PHDs与心血管疾病的可能关系及机制进行综述。

1 动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一个复杂的病理过程，在心血管疾病中扮演重要的角色，高胆固醇血症和血脂障碍是动脉粥样硬化的关键危险因素，因此降低胆固醇水平对治疗动脉粥样硬化至关重要。研究发现，PHD抑制剂能降低血清胆固醇，提高自身抗体水平，发挥心脏保护作用[1，2]。Rahtu-Korpela[3]等给予LDL受体缺陷小鼠灌注PHD2抑制剂FG-4497后，与对照组相比，其动脉粥样硬化斑块的面积减少约50%，而且还能减轻体重、改善胰岛素抵抗、减轻肝脏和白色脂肪组织的重量，还可以使脂肪细胞变小、减少炎症-相关白色脂肪组织巨噬细胞的聚集、降低高脂饮食诱导的血清胆固醇水平，这些数据表明抑制PHD2可通过稳定HIF-1α进而调节血脂和先天性免疫系统、减少炎症反应。Marsch[4]等的研究也发现，与对照组相比，PHD1-/-LDLR-/-小鼠动脉粥样硬化斑块变小、斑块坏死中心减少、动脉粥样硬化发展进程变慢。另一项研究表明，给予ApoE-/-小鼠PHD3干涉病毒后，动脉粥样硬化斑块的进展减慢，并降低了炎性因子，如MCP-1、IL-1b、ICAM-1等的表达，而过表达PHD3后通过激活MAPK信号通路加速了动脉粥样硬化进程[5]。抑制PHD发挥保护动脉粥样硬化作用的机制：可能是通过活化HIF信号通路，进而改变细胞代谢、降低促炎症基因转录、抑制内皮细胞增殖，最终发挥保护作用。其潜在的具体机制是复杂的，进一步阐明PHD在动脉粥样硬化中的作用有望对动脉粥样硬化的诊治提供新思路。

然而，PHD抑制剂在移植性动脉粥样硬化中的作用尚具有争议。一项小鼠主动脉移植模型的研究报道显示[6]，给予PHD抑制剂FG-2216可减少异体移植动脉硬化和移植肾损伤，并上调VEGF、TGF-β、ET-1、CoCL2的表达，减少T细胞、树突状细胞和巨噬细胞浸润的数量。另一项大鼠脑死亡心脏供体模型显示[7]，使用PHD抑制剂DMOG可以减少炎性细胞浸润、心肌细胞坏死和DNA链断裂，从而改善心脏移植后移植物功能。而Keränen[8]等的研究持相反的观点，这项研究显示，给予心脏移植供体PHD抑制剂FG-4497激活了缺氧反应，但在缺血再灌注后FG-4497并没有起保护作用。相反，当心脏移植受体使用FG-4497后降低了移植心脏的炎症反应，提高了移植物的存活期。上述研究出现不同的观点，可能与动物模型、抑制剂作用靶点、涉及的信号通路不同有关，为进一步明确PHD在移植性动脉粥样硬化中的作用及机制，需建立标准的动物模型和评价方法，还需综合考虑各种体内外影响因素。

2 高血压病

抑制PHD可以降低血压，改善高血压引起的肾损害。Jiro Ikeda[9]等的研究结果表明，粒细胞特异性PHD2基因敲除小鼠表现出较少的巨噬细胞浸润、主动脉中膜和外膜的增厚，其心肌间质纤维化和心肌细胞肥大明显改善，而且主动脉和心脏的TGF-β、胶原表达明显降低，提示敲除粒细胞PHD2可以减轻高血压导致的心血管肥厚和纤维化，其机制可能是通过减少巨噬细胞介导的炎症和纤维化相关基因的表达而发挥作用。PHD在高血压中的研究则更多的是在盐敏感性高血压中的研究。例如，Li[10]等的研究显示，高盐的摄入抑制肾髓质中PHD2的表达，增加肾髓质HIF-1α介导的基因表达，如NOS、HO-1、COX-2等基因，而这些基因能增加肾髓质不同降压因子的产生，调节肾对高盐摄入的适应性，调节动脉血压的盐敏感性。同样的另一项研究显示，干涉PHD2降低PHD2水平60%以上，明显地增加肾髓质HIF-1α、HIF-1α靶基因HO-1、COX-2的表达3倍以上，在功能上，急性静脉注射钠负荷后，压力排钠明显增强，尿钠排泄量增加了一倍，慢性高盐引起的钠潴留明显减少。因此，与对照组相比，抑制PHD2基因的大鼠盐敏感高血压明显减轻[11]。而过表达PHD2增加肾髓质PHD2的表达，降低HIF-1α的水平，从而导致压力性排钠减弱，水钠潴留，产生盐敏感性高血压[12]。在DOCA/盐处理的高血压大鼠模型中，PHD抑制剂DMOG不仅能减轻大鼠的高血压和蛋白尿，还能减轻肾间质改变、肾小球损害，降低I型胶原的沉积，增加血清亚硝酸盐。然而，HIF-1α表达的增加和PHD2表达的降低并非由DMOG引起，可能是由DOCA/盐导致的低氧引起，而且在后期，持续的低氧和PHD2表达的降低可引起高血压肾损害和胶原沉积，并证实PHD抑制剂在DOCA/盐高血压中的保护机制涉及NO的增加和/或活性氧的降低[13]。总之，PHD2调节HIF-1α介导肾髓质基因活化是高盐摄入的一个重要的分子适应机制，其作用机制仍需进一步深入研究。

3 心肌梗死

PHD作为低氧应激因子，在心肌梗死中的作用已被肯定，大量研究认为抑制PHD2可以减小心肌梗死面积、减少心肌细胞凋亡数量、改善心功能。研究发现，心肌梗死模型中，使用PHD抑制剂DMOG可减少细胞凋亡、增加新生血管、减小梗死面积、改善心功能、上调SDF-1和CXCR4的表达，进而增加CD45+/CXCR4-EGFP+/CD11b+细胞募集到梗死区以修复损伤心肌[14]。Wang[15]等的研究显示，与对照组相比，移植了沉默PHD2基因的脂肪来源干细胞的心肌梗塞范围明显缩小，治疗四周后左室缩短分数和射血分数明显大于对照组，进一步研究发现其治疗心肌梗死的作用与降低心肌细胞凋亡、纤维化有关，而与血管生成和炎症反应无关。并且经研究证实，沉默PHD2增加移植干细胞在缺血组织中的存活率依赖于HIF-1α通路，和NF-κB介导的IGF-1上调导致的旁分泌作用的增加[15，16]。Kerkelä[17]等的研究表明，与对照组相比，PHD2缺乏小鼠心肌梗死后存活率增加、左心室收缩功能改善、梗死面积变小、毛细血管面积增加，再灌注后心脏功能更容易恢复，内皮HIF靶基因Tie-2、apelin、APJ和NOS表达增加，血清NO浓度增加，从而发挥缺血心脏保护作用。另一项心肌梗死后的动物模型也显示，与对照组相比，PHD3-/-小鼠HIF-1α DNA结合活性增强、纤维化降低，心肌梗死7天后，毛细血管/小动脉密度增加、心脏功能改善(射血分数和缩短分数)、VEGF和Ang-1&Bcl-2的表达增加[18]，而特异性过表达PHD3则显著增加梗死面积，考虑与HIF-1α/2α积累的减少有关，提示心脏中PHD3高表达可能会限制HIF-1α/2α对缺血刺激后的反应[19]。另外，Ong[20]等的研究发现，GSK360A抑制心肌细胞PHD可稳定HIF-1，减小心肌梗塞面积，增加HIF-1靶基因PDK1和HKII的表达，增加重编程细胞的有氧糖酵解，从而减少缺血再灌注损伤时线粒体的氧化应激产物、MPTP的开放。Xie[21]等的研究认为，心肌缺血再灌注损伤时，PHD3的缺失可以诱导HIF-1α的表达增加，进而抑制心肌细胞凋亡，并证明PHD3在ATR/Chk1/p53信号通路中发挥重要作用。此外，AMPK作为缺血再灌注、缺氧等代谢的主要能量传感器和调节因子，心肌细胞中活化的PHD信号级联反应能通过Ca(2+)/CaMKK-依赖机制激活AMPK途径，在缺氧保护反应中发挥重要作用[22]。

抑制PHD发挥保护心脏的可能机制有代谢因素：抑制PHD增加糖酵解代谢、改善细胞能量状态[20、23]；血管因素：抑制PHD增加毛细血管面积，促进血管生成[17、18]；分泌因素：抑制PHD促进保护心脏的因子如IL-10、SDF-1、2-酮戊二酸等表达[23、24]；其他因素：除了这些公认的机制外，再灌注损伤信号激酶(RISK)通路或一氧化氮信号通路也被提出参与心肌保护作用[25]。总之，目前的研究普遍认为抑制PHD可以激活缺氧反应途径，使心肌能更好地应对急性缺血、缺氧造成的损伤，发挥保护作用。

4 心肌病和心功能不全

持续的高血压、肥胖、糖尿病也能引起心脏结构和功能的异常，包括左心室重塑和功能障碍。部分研究发现除了缺血性心肌病以外，上述心肌病中抑制PHD也能获得收益。Zeng[26]等在高脂饮食诱导的心肌病研究中发现，敲除高脂饮食小鼠PHD2基因可使心脏MYD88、NF-κB的表达显著降低，还可以抑制TNFα和ICAM-1的表达，减少细胞凋亡、巨噬细胞浸润，明显改善心脏功能，更重要的是在后期可显著改善高脂饮食小鼠的葡萄糖耐量并逆转其心功能不全。这项研究证实，PHD2活化是高脂饮食诱导心肌病小鼠心功能不全的一个重要因素，抑制PHD2可以减轻高脂饮食诱导的心肌病心功能不全，其机制可能是通过抑制MYD88/NF-κB-65信号通路、改善糖耐量和抑制炎症反应发挥作用。另一项研究也发现[27]，糖尿病心肌病大鼠有严重的左室功能不全和心肌细胞凋亡、纤维化，其心肌中PHD3表达增加，沉默PHD3能改善糖尿病心肌病心功能不全、减少高糖饮食诱导的细胞凋亡、降低H9C2心肌细胞MAPK信号通路的激活程度。其中MAPKs的激活有助于心肌细胞凋亡和纤维化。

然而也有研究得出与上述研究相反的结论，认为PHD2失活导致大量红细胞增多，进而导致压力负荷过重和高黏滞综合症，最终引起心功能不全。Liang[28]等的研究结果显示，敲除PHD2、PHD3可增强TR-α和NCOR2之间的相互作用，抑制PLN转录，心脏PLN的表达下降导致异常的CaMKII持续激活，并进一步激活β肾上腺素诱导心肌损伤，引起心功能不全。目前PHD在心肌病、心功能不全中的研究有限，详细作用机制尚不明确。短期抑制PHD发挥心脏保护作用，而长期抑制是否对组织完整性存在影响结论不一。

5 展望

综上所述，PHDs在心血管疾病的发生发展中起着重要的作用。因PHDs在不同类型的心血管疾病中表达不同，作用机制不同，学界对PHDs在心血管疾病中的作用尚持有争议，但普遍的研究认为，PHD/HIF调节心血管功能和心血管疾病与抑制PHD降低氧浓度状态密切相关，并以剂量依赖的方式感知氧敏感通路，对抑制PHD、稳定HIF的低水平发挥保护作用，可以治疗心脏、代谢性疾病，太强或延长则导致心功能障碍。利用现代分子生物学方法，在细胞、分子水平开展大量研究，有待发现新的作用靶点，阐明其详细作用机制为心血管疾病的诊断和治疗奠定基础。

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A

10.13452/j.cnki.jqmc.2017.03.013

2017-3-6

※：国家重点基础研究发展计划(973计划)(2012CB518200)；国家自然科学基金(31571231、81470320)；青海省高原医学应用重点实验室.§：通信作者，博导，教授，Email-geriligao@hotmail.com； 白玉婷(1987～)，女，汉族，青海籍，主治医师