HIF-1α在子宫内膜异位症发病中的作用及中医药研究进展※

曹 颖 杜晨光 白素芬 刘慧娟 谢 伟

（华北理工大学中医学院，河北 唐山 063210）

子宫内膜异位症（endometriosis，EMs），简称内异症，是一种子宫内膜腺体和间质种植于子宫腔以外的雌激素依赖性疾病。在育龄期女性中的发病率为10%，在不孕女性中的发病率高达30%~45%[1]。主要表现为痛经、盆腔痛及不孕，严重困扰着处于黄金时期的部分女性。虽然EMs的病因学说众多，但均无法完美解释疾病的发生发展过程。病因不清已成为困扰EMs治疗研究的重要瓶颈。EMs被认为是一种慢性感染性疾病[2]，同时病灶局部存在雌激素增多，性激素信号通路异常[3-4]，异位内膜组织表现为异常的细胞增殖、凋亡和血管生成特性，这些生物学特征的改变与缺氧密切相关[5-6]。缺氧和缺氧诱导因子-1α（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α） 已成为EMs的研究热点。

根据被大多数学者所接受的异位种植学说，EMs源于脱落的内膜随经血逆流进入腹腔，经“黏附-侵袭-血管形成”三部曲，种植于腹腔或其他脏器表面[7]。经期子宫内膜的螺旋小动脉收缩，使内膜处于缺氧状态[8]，内膜碎片进入腹腔后，缺氧将持续存在。而适度的缺氧恰恰能够减少内膜细胞凋亡，有利于细胞的异位种植[9]。细胞内HIF-1α的稳定表达，提高了异位内膜间质细胞的侵袭能力[10]，促进了血管生成相关基因的转录[11]，说明HIF-1α在EMs的发生发展中起着重要作用。中医学认为，内异症属血瘀证范畴，活血化瘀是治疗内异症的基本大法。活血化瘀药物对于子宫内膜异位病灶缺氧环境有着怎样的影响，中医药研究者做了多方面探索，本文将就HIF-1α在内异症发生发展中的作用及中医药在该领域研究进展作一综述。

1 HIF-1α概述

子宫内膜碎片随经血进入腹腔时，必然要经历缺血、缺氧的改变。为了适应低氧环境，细胞通过调剂上百种蛋白编码基因表达，创造出了精妙而复杂的适应机制，如改变糖代谢，细胞凋亡、增殖、侵袭，血管生成等[12]。缺氧诱导因子是细胞应对缺氧环境最关键的调节因子，其中HIF-1最具代表性，几乎表达于各种细胞。HIF-1是由α、β两个亚基形成异二聚体结构，可以激活近百种靶基因转录，调控细胞在缺氧应激下的生物学行为。其中β亚基不受氧环境影响而稳定表达；α亚基在常氧环境中被泛素蛋白酶体迅速降解，在低氧环境中才能稳定表达。因此HIF-1的活性主要依赖于α亚基。低氧条件下，稳定表达的HIF-1α核转位进入细胞核内，与HIF-1β形成二聚体，结合于靶基因启动子区的缺氧反应元件（Hypoxia response element，HRE），形成转录起始复合物，启动靶基因转录[13-14]。

2 异位病灶中的HIF-1α表达

在子宫内膜的周期性变化中，子宫内膜功能层中HIF-1α的表达于分泌期逐渐增加，并在月经期达到高峰[8]。一项基于卵巢型及腹膜型内异症的研究表明，异位内膜组织中HIF-1α的蛋白表达明显高于正常人的子宫内膜组织，异位内膜间质细胞中HIF-1α的基因表达是正常子宫内膜间质细胞的2～3倍[15]。另有多项研究得到了与上述研究一致的结论[16-18]。值得注意的是，其中一项研究比较了深部浸润型内异症组织与正常子宫内膜组织中HIF-1α基因表达情况，发现前者HIF-1α的基因表达并未上调[17]。另有学者研究发现，III/IV期EMs患者血浆中HIF-1α水平显著高于I/II期EMs患者，认为HIF-1α可能可以作为预测EMs严重程度的标志物之一[19]。虽然存在个别研究结果不一致的问题，但大多数研究认为HIF-1α在EMs组织标本或异位内膜间质细胞标本中呈现高表达。因此，HIF-1α在EMs发生发展中的作用也被越来越多的学者所重视。

3 HIF-1α对EMs发生发展的影响

3.1 HIF-1α影响细胞增殖、凋亡 HIF-1α能够通过激活或抑制多种基因的转录活性，促进细胞增殖，抑制细胞凋亡。缺氧条件下，内异症患者在位内膜细胞增殖相关蛋白Ki67的表达较常氧对照组明显上调[20]。HIF-1α抑制剂棘霉素（echinomycin）能够有效抑制异位内膜间质细胞增殖[21]，可能与HIF-1α激活瘦素转录有关。缺氧预处理的在位内膜间质细胞及异位内膜间质细胞中，HIF-1α结合于瘦素启动子区，参与启动瘦素转录，使瘦素表达上调，瘦素高表达能够明显促进细胞增殖[15]。此外，在异位内膜间质细胞中，HIF-1α能够结合于miR20a的启动子区，激活miR20a转录。HIF-1α和miR20a均能够抑制双特异性磷酸酶2（dual-specificityphosphatase-2，DUSP2，）的基因和蛋白表达，后者特异性抑制ERK磷酸酶活性，也就是说HIF-1α和miR20a的高表达可以通过下调DUSP2表达，间接延长ERK的活性[11]。在此基础上，前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）通过ERK通路上调成纤维细胞生长因子9（fibroblast growth factor 9，FGF9） 表达，从而促进异位内膜间质细胞增殖[22]。

相较于正常人的子宫内膜细胞，EMS患者的在位内膜在缺氧环境中的凋亡率明显降低[20]。一项基于卵巢子宫内膜异位囊肿细胞系CRL-7566的研究发现，缺氧处理后，miR-210表达上调，miR-210的过表达抑制了caspase-3活化，进而抑制了缺氧所诱导的细胞凋亡[23]。在异位内膜间质细胞中，DUSP2表达下调，导致IL-6产生增加，IL-6进一步诱导信号转录及激活因子3（signal transducers and activators of transcription 3，STAT3） 磷酸化，能够减少caspase-3的切割活化，从而抑制细胞凋亡[24]。HIF-1α抑制剂棘霉素能够通过减少抗凋亡蛋白BCL-2和BCL-xL的表达，促进细胞凋亡[21]，也间接说明HIF-1α高表达能够发挥抑制凋亡的作用。此外，缺氧环境依靠HIF-1α的稳定表达诱导子宫内膜间质细胞和异位内膜细胞发生自噬，以维持内膜组织的相对稳定[18，23]。3.2 HIF-1α促进细胞迁移侵袭 根据异位内膜组织细胞来源于在位内膜的种植学说，子宫内膜细胞的迁移、侵袭是其发生异位种植的前提。研究证实，在缺氧条件下，内异症患者在位内膜间质细胞的迁移、侵袭能力明显增强，利用SiRNA转染沉默HIF-1α表达可明显减弱细胞的迁移、侵袭能力；此外，该研究应用自噬抑制剂也能够逆转由缺氧诱导的细胞迁移及侵袭，说明这一过程与自噬密切相关，但缺氧、自噬、迁移侵袭三者间的具体作用机制尚未明确[18]。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs） 是一种能够降解细胞外基质的酶，有利于异位子宫内膜细胞突破腹膜保护开始异位生长[25]。在缺氧条件下，β-链蛋白 （β-catenin）表达上调，β-catenin/T-细胞因子 （T cell factor，TCF）通路被激活，从而促进下游基因MMP-9的表达，敲除HIF-1α或β-catenin能够抑制缺氧诱导的细胞侵袭[10]。此外，上皮细胞间质转化（epithelial to mesenchymal transition，EMT）是上皮细胞获得迁移侵袭能力的重要原因。EMT是上皮细胞失去极性和细胞连接，转化为间质表型细胞的过程，是肿瘤侵袭生长和转移中的研究热点问题，同时被认为与子宫内膜异位种植密切相关[26-27]。人类子宫内膜腺上皮细胞在缺氧诱导下，上皮细胞钙粘蛋白（E-cadherin）表达下降，Snail家族锌指蛋白1、β-catenin及多种间质细胞标志蛋白表达上调，说明细胞发生了EMT改变；敲除HIF-1α后，明显减弱了由缺氧诱导的上皮细胞的侵袭能力[28]。以上研究说明，缺氧条件下，HIF-1α的稳定表达能够提高异位子宫内膜细胞的迁移、侵袭能力。

3.3 HIF-1α促进血管生成 尽管内异症的病因机制不清，但负责氧及营养供应的新血管形成是其中必不可少的环节，因此血管生成是内异症重要的研究领域，同时也是内异症治疗药物研发的重要靶点[29]。血管生成由多种基因调控，其中血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是最重要也是研究最多的一种基因。HIF-1可结合于VEGF基因启动子区的HRE，直接激活VEGF转录[30]。此外，在缺氧的子宫内膜间质细胞中，IL-8基因表达上调，IL-8受体抑制剂reparixin能够抑制由缺氧引起的血管生成，说明IL-8也是缺氧诱导血管生成中的关键环节之一[31]。HIF-1α活化β-catenin/TCF通路可以增强VEGF基因表达[10]。HIF-1α间接延长ERK的活性，ERK的持续活化能够促进一系列血管生成因子表达[11]。说明HIF-1α具有影响其他信号转导途径间接促进血管生成相关基因表达的作用。

3.4 HIF-1α促进炎症发生 内异症因其表现为腹膜免疫细胞活化及促炎介质增多，被认为是一种慢性盆腔炎症疾病。前列腺素作为主要的促炎介质，也参与了内异症病变的发展过程[32]。环氧合酶（cyclooxygenase，COX）是前列腺素的重要催化酶，COX-2在异位内膜中的表达远高于在位内膜及正常子宫内膜。缺氧条件下，子宫内膜细胞中COX-2基因表达上调，主要的机制可能是HIF-1激活了孤儿核受体小异二聚体伴侣（small heterodimer partner，SHP） 转录，SHP转活化了尾侧相关转 录 因 子 1（Caudal-related transcription factor 1，CDX1），CDX1表达抑制将直接影响COX-2的转录活性，即HIF-1α通过SHP、CDX1的转录级联反应间接促进了COX-2表达[33]。此外，HIF-1α抑制DUSP2表达，延长了ERK活化时间，也能间接促进COX-2的表达[34]。通过以上机制，HIF-1α能够间接促进前列腺素合适，诱导并维持异位病灶炎症状态。

3.5 HIF-1α影响雌激素受体表达 异位病灶局部呈现与月经周期无关的高雌状态，与异位病灶的生长密切相关。雌激素与雌激素受体结合后，通过激活靶基因转录或其他非转录效应，发挥生物学作用[35]。主要的雌激素受体有两种，雌激素受体α（estrogen receptor-alpha，ERα） 和雌激素受体β （estrogen receptor-beta，ERβ），由独立的基因编码。两种受体在时间、空间分布及生理表达上截然不同。在异位内膜组织及异位子宫内膜间质细胞中，ERβ的表达远高于ERα，且超过在位内膜ERβ表达量的100倍以上[36]。过高的ERβ表达在内异症进展中发挥着重要作用。研究证实，在缺氧条件中，子宫内膜间质细胞中ERβ表达上调，当HIF-1α基因被抑制时，ERβ表达下调[37]，说明HIF-1α起着调控ERβ表达的重要作用。

4 中医药研究进展

桂枝茯苓丸是中医妇科治疗癥瘕的基本方。万贵平[38]和崔明华[39]均采用大鼠自体移植子宫内膜异位症模型研究证实，经桂枝茯苓丸治疗后，异位病灶中HIF-α基因及蛋白表达下调。补肾温阳化瘀方由制附片、肉桂、延胡索、小茴香、川芎、桑寄生、制没药、党参、炒白术、川楝子及川牛膝组成。贾云波[40]和袁小琴[41]通过自体移植构建大鼠子宫内膜异位症模型，经补肾温阳化瘀方治疗后异位病灶体积明显缩小，且HIF-1α的基因、蛋白表达下降。此外贾云波等的研究还证实补肾温阳化瘀方还能够上调脯氨酸羟化酶2（proline hydroxylase 2， PHD2） 及希佩尔-林道抑癌基因 （von Hipel lindau disease，VHL）。在常氧条件下，PHD2促进HIF-1α羟基化，羟基化的HIF-1α与磷酸化的VHL相结合，更容易被蛋白酶降解。因此，PHD2、VHL的表达与HIF-1α呈负相关。研究认为补肾温阳化瘀方可能通过上调PHD2及VHL表达促进了HIF-1α的降解。

5 小结

缺氧及HIF-1α通过抑制细胞凋亡，促进细胞增殖、迁移、侵袭，诱导血管生成，维持炎症环境，改变雌激素生物效应等多方面，促进了异位病灶的形成及进展。以HIF-1α为靶标的治疗药物如罗米地辛（romidepsin）[42]、棘霉素 （echinomycin）[21]、2-甲氧雌二醇[43]已开展了一系列的体内体外研究。随着对HIF-1α研究的逐渐完善，HIF-1α在内异症发生发展中的复杂作用必将被揭示，HIF-1α将成为治疗内异症的有力靶点。相对于西药研究的逐渐深入，中药作用的物质基础和机制研究仍多停留在“证明性发现”层面，缺乏关联性深层次研究，未能充分体现出中药“多组分靶点”的治疗优势。中药复方研究证实，中药治疗后，异位病灶中HIF-1α基因、蛋白表达减少，是否与活血化瘀药物改善了病灶局部的微循环有关呢？哈佛大学Jain教授在肿瘤的治疗中提出了血管正常化（vascular normalization）假说，即合理地运用抗血管生成药物，并非意在摧毁肿瘤血管，而是修复异常的血管系统，使其趋于正常，进而使肿瘤组织微环境趋于正常，提高其对治疗的敏感性[44]。那么，在EMs的治疗中，我们是否也可以应用这样的假说思考治疗策略呢？活血化瘀药物对于HIF-1α的调控是不是药物对于病灶缺氧环境改善的反应呢？对这一问题的思考也许能够成为今后研究中药复方治疗内异症的有力切入点。

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