缺氧诱导因子-1α 在瘢痕疙瘩中的最新研究进展

霍平平，罗银利，金哲虎，皮龙泉，金美彤，孔艳丽

（延边大学附属医院 皮肤科，吉林 延吉，133000）

KD是由伤口愈合异常所引起的纤维组织异常增生而形成的良性皮肤肿瘤，其具有生长迅速，向正常组织浸润和切除后容易复发等临床特点。KD发病机制复杂，病因尚不完全清楚，治疗方式的局限性大。HIF-1α在KD中的作用是研究KD发病机制中不可回避的重要环节。HIF-1α是介导KD缺氧应激反应的核心因子，其显著促进结缔组织生长因子(CTGF)的表达和细胞外基质(extracellular matrixc,ECM)的合成[1]。近年来HIF-1α在KD中的作用已经受到了学者们的广泛重视。本文主要从KD中HIF-1α的作用进行阐述，旨在为KD的预防和治疗奠定新的基础。

1 HIF-1α 概述

早在1991年，学者在对促红细胞生成素（EPO）基因的研究中首次发现了HIF蛋白。研究发现，该蛋白能激活几个与缺氧相关基因的转录[2]。缺氧诱导因子-1(HIF-1)是一种具有转录活性的异源蛋白二聚体,主要由120kD的HIF-1α和91-94kD的HIF-1β两个亚单位组成。HIF-1α主要存在于细胞质中，是介导细胞缺氧应激反应和细胞适应低氧条件的核心因子，是转录功能的主要调节亚基。HIF-1β主要存在于细胞核中，在细胞内稳定表达,起到结构性组成作用。HIF-1β还与HIF-1在核内的稳定性及二聚化后的构象转变有关[3]。

HIF-1的降解或合成严格的受到氧含量的不同进行调节[4]。在正常氧含量条件下，脯氨酰羟化酶结构域蛋白(PHDs)和其他脯氨酰羟化酶作用于HIF-1α的脯氨酸残基上。这种羟基化反应是参与肿瘤抑制蛋白（von hippel-lindau protein，pVHL）结合过程必不可少的一步，pVHL是泛素蛋白连接酶的识别亚单位，以HIF-1α为靶标进行泛素化和蛋白酶体降解[5]。此外，缺氧诱导因子抑制因子(factor-inhibiting HIF,FIH)将天冬酰胺残基在其反式激活区域内羟基化，阻断HIF与转录辅助激活因子（CREB-binding protein，CBP）/p300和其他辅助因子的结合，阻止活性转录复合物的形成，合成的HIF-1蛋白很快即被细胞内氧依赖性泛素-蛋白酶体途径所降解[6]。在低氧条件下，缺氧可阻止HIF-1α羟基化，HIF-1α不能通过pVHL介导的泛素-蛋白酶体途径立即降解，PHDs和FIH-1等氧依赖型酶的活性被抑制，pVHL蛋白与羟基化的HIF-1α相结合，招募E3泛素连接酶复合体[7]，使 HIF-1α更加稳定，导致HIF-1α在细胞内积累，并促使HIF-1α移位到细胞核内与HIF-1β结合组成HIF-1。然后，HIF-1与下游靶基因的缺氧反应原件（hypoxia response elements，HREs）结合，调控相关基因的转录与表达，从而维持氧稳态，使细胞适应低氧环境[8]。此外，HIF-1α在低氧条件下调控细胞色素C氧化酶亚基Ⅳ(COX4)的表达，从而在不同的氧气浓度下影响整条呼吸链的功能状态以及细胞的能量生成[9]。

研究表明HIF-1上调CTGF，CTGF促进成纤维细胞增殖和细胞外基质合成，在KD形成中起关键作用[10]。HIF-1α是HIF-1的活性亚基，具有适应性反应因子的功能，在缺氧条件下可以使细胞免受凋亡[11]。缺氧信号通路在KD形成中起重要作用，缺氧通过HIF-1α诱导炎症的发生[12]。早期和及时的高压氧治疗能够抑制HIF-1α积累，可以极大程度地改善组织的缺氧状况，对KD的早期治疗有潜在效果[13]。研究发现，2-甲氧甘氨酸和去铁胺抑制HIF-1α表达，地高辛抑制HIF-1α蛋白积聚[14]，吖啶黄素抑制HIF-1α和HIF-1β聚合[15]，阿霉素通过阻止HIF-1与DNA的结合抑制HIF-1的转录活性[16]。

2 与HIF-1α 密切相关的细胞因子及其信号通路

2.1 TGF-β1 及TGF-β/Smad 通路

转化生长因子β（transforming growth factor beta,TGF-β）是一种多功能细胞因子，由损伤组织分泌和释放，在哺乳动物中有三种不同的亚型(TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3)，TGF-β1是TGF-β家族中与KD形成关系最密切的一个成员，在KD组织中表达上调，据报道其可以刺激胶原形成，促进ECM的合成及减少ECM的降解[17]。TGF-β1主要通过调节性T细胞(Regulatory cells,Tregs)和激活Smads磷酸化及核转位来调节多种基因的表达，特别是调控成纤维细胞的增殖和蛋白质的合成，从而促进KD的生长[18]。

Smad家族蛋白在TGF-β信号传导通路中的作用非常重要。Smad蛋白根据结构分为R-Smad（Smad l、smad 2、Smad 3、Smad 5、Smad 8和Smad），Co－Smad（Smad4）和I-Smad（Smad 6和Smad 7）3个亚家族[19]。缺氧促进TGF-β／Smad信号转导，进而上调TGF-β和磷酸化Smad2／3（p-Smad2／3）促进胶原沉积，上调Smad4进一步促进HIF-1α的表达[20]。在KD组织中，HIF-1α可以激活TGF-β/Smad信号转导通路，增加真皮成纤维细胞胶原沉积[21]。阻断TGF-β/Smad信号通路是治疗KD的潜在方法[22]。TGF-β／Smad信号通路在瘢痕疙瘩成纤维细胞(Keloid Fibroblasts，KFs)中被HIF-1α激活，增加了细胞生长因子和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）的分泌，从而促进了KD的发展[21]。同时，在胎盘成纤维细胞、原代人肺成纤维细胞和平滑肌细胞中检测到TGF-β1蛋白水平升高[23]。黄芩素通过剂量依赖性下调Smad2和Smad3的磷酸化水平，抑制体内和体外成纤维细胞的生长和TGF-β/Smad2/3信号通路的传导，对KD的治疗有潜在效果[24]。

2.2 Toll 样受体及TLR/MyD88/NF-κB 通路

Toll样受体(Toll-like receptor，TLRs)是I型自身免疫系统中的跨膜糖蛋白受体家族，其与介导多种生物学效应的配体相互作用后，通过接头蛋白髓样分化因子88 (Myeloid differentiation factor 88，MyD88)和包含TIR结构域(Toll/Interleukin-1 receptor domain)的衔接子诱导干扰素-β（TRIF）启动细胞内的信号转导。Toll样受体4（TLR4）最初被确定为脂多糖(LPS)受体[25]。Campbell MT等[26]首先发现TLR4参与了肝脏和肾脏的纤维化。随后的研究证实TLR4在KD中也高度表达[27]。成纤维细胞中TLR4信号的激活增强了典型的Smad信号的强度，导致TGF-β1敏感性增强，促使基质产生增加和结缔组织重塑[28]。有研究表明TLR4在KD中高度表达受到HIF-1α的调控，在创面愈合过程中促进成纤维细胞的增殖和胶原的合成，导致创面过度愈合和KD形成[29]。缺氧诱导的TGF-β1通路和TLR4通路的激活参与KD的形成和发展[21]。在缺氧诱导的KD成纤维细胞中HIF-1α的表达明显抑制细胞凋亡，促进细胞增殖，但对正常成纤维细胞无明显影响。特别是HIF-1α激活了TGF-β1/Smad和TLR4/MyD88/NF-κB通路，这两条通路的相互作用可能促进KD的形成。有研究表明，抑制HIF-1α可显著抑制KD的生成[30]。缺氧诱导成纤维细胞表达HIF-1α，刺激了TLR/MyD88/NF-κB信号通路，促进了IL-6等炎症因子的表达[31]。核转录因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）可以诱导miR-148A在癌细胞中维持TGF-β/Smad信号的激活[32]。人参皂苷Rg3(ginsenoside Rg3，Rg3)通过上调抗纤维化基因(包括干扰素-γ和TGF-β3)和下调促纤维化基因(包括肌成纤维细胞和CTGF)的表达来抑制KD成纤维细胞的迁移[33]。

2.3 miR155 及HIF1α/PI3K/AKT 通路

Zonari E等[34]报道microRNAs(MiRNAs)是抗肿瘤治疗的热门研究靶点。Li Y等[35]的实验研究发现miRNAs与成纤维细胞异常增生有密切的关系，可能是纤维化发病机制中的关键分子。Christmann RB等[36]报道microRNA-155(miR-155)属于一种致癌miRNA，与肺纤维化和肝纤维化的病理程度相关。MiRNAs是一类高度保守的小RNA，通常与靶mRNAs的3’-非翻译区结合，能够通过阻断靶mRNAs的翻译或降解来调节转录后基因表达[37]。Xie S 等[38]的实验研究表明在长时间缺氧的微环境中，miR155对HIF-1α起着重要的负性调节作用，HIF-1α是KD患者miR-155的直接靶点。Joshi S等[39]的研究表明，肿瘤细胞中的磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶（AKT）通路与HIF-1α有关，抑制PI3K/AKT通路可以阻断HIF-1α蛋白的积累，促进HIF-1α的降解，抑制成纤维细胞的增殖。

PI3K/AKT通路在细胞存活、能量代谢和蛋白质合成等过程中有着重要的作用[40]。AKT信号调节通路通过HIF-1α参与miR155的调控过程，miR155通过靶向HIF-1α介导成纤维细胞的增殖和胶原蛋白的过度产生，miR-155在成纤维细胞的形成和发展过程中起着重要的调节作用。miR155可能成为成纤维细胞过度增殖的一个潜在治疗方法[41]。

2.4 Parkin 及HIF-1α/TGF-β1/Smad 通路

Parkin属于肿瘤抑制因子的一种，在多种肿瘤中表达下调。Parkin的基因敲除可促进癌细胞的增殖，而Parkin的过度表达则抑制癌细胞的生长[42]。研究表明，HIF-1α是泛素化连接酶Parkin的底物，可以靶向HIF-1α在肿瘤细胞中降解,进而使肿瘤细胞中TGF-β1／Smad信号通路失活，抑制了肿瘤细胞的增殖和侵袭[43]。Parkin是一种E3泛素连接酶，在KFs中参与了HIF-1α的降解[44]。此外，Parkin通过靶向HIF-1α影响TGF-β1／Smad信号转导。在缺氧条件下，沉默Parkin通过TGF-β1／Smad信号通路促进KFs的增殖，抑制细胞凋亡。而异位Parkin表达则相反地抑制了KFs在缺氧条件下的细胞增殖并诱导了细胞凋亡[45]。有研究表明Parkin最近被认为参与了NF-κB和N-活化蛋白激酶信号通路的激活[46]。KD中Parkin功能的丧失，导致M2型丙酮酸激酶(PKM2)的酶活性增强，从而促进糖酵解。因此，Parkin可以通过抑制糖酵解途径，产生抑制KD发展的作用[47]。

研究发现，降糖药物二甲双胍可以显著诱导Parkin的表达，促进了Parkin的上调，增强了Parkin与HIF-1α之间的相互作用，进而通过转录降低HIF-1α的水平，揭示了Parkin在KD发生发展中的一个重要机制，提示靶向Parkin可能是治疗KD的一种潜在方法[48]。

3 总结与展望

KD是临床上治疗极其困难和难以治愈的一种常见且多发的肿瘤性疾病，治疗抵抗性和治疗后高复发性是其主要的临床特征。目前KD的发病机制仍不明确，国内外仍缺乏针对KD的临床治疗共识，治疗KD的方法存在较多局限。研究通过多种方式抑制HIF-1α的活性用于KD的治疗已经成为国际研究热点，并有望为KD的治疗提供新的思路。HIF-1α是介导细胞缺氧应激反应的核心因子，通过对KD的研究探索，也有利于为其他同类型疾病的诊断和治疗提供新的方向。相信在国内外学者的共同努力下，随着对该疾病认识的进展和现代医学技术的进步将为解决这一临床难题提供可行的解决方案。