缺氧诱导因子- 1α与胰腺癌关系的研究进展

刘义，徐克群，朱颖蔚

(南京医科大学附属常州市第二人民医院 肿瘤科，江苏 常州 213003)

胰腺癌是目前已知恶性程度最高的消化系统肿瘤之一。流行病学研究发现全球范围内每年约有超过45万胰腺癌新发病例，死亡病例超过43万[1]。胰腺癌早期症状不明显，诊断困难，且疾病发展迅速，40%的患者确诊时已无法手术，目前已知的抗肿瘤治疗在胰腺癌治疗中效果有限，因此，迫切需要深入研究胰腺癌发病的分子机制，为治疗提供理论基础。

众所周知，胰腺癌是乏氧性肿瘤，缺氧诱导因子(hypoxia inducible factors，HIFs)1α作为乏氧激活的重要转录调节因子，在胰腺癌发生发展中发挥重要作用。胰腺癌组织中过表达的HIF- 1α可以促进肿瘤的进展、侵袭和转移，并且与胰腺癌化疗敏感性密切相关。针对其作用途径寻找有效抑制物可能为胰腺癌治疗提供新思路[2]。

1 HIF- 1α概述

Wang等[3]于1991年在低氧诱导的肝癌细胞核提取物中首次发现HIF。HIF是由两种亚基(α亚基和β亚基)构成的异源二聚体转录因子，HIF的功能活性主要受氧敏感性α亚基转录后修饰及稳定性调控。常氧条件下，脯氨酸羟化酶(protyl hydroxy- lases，PHD)负责羟化HIF- α上高度保守的两个脯氨酸残基，为希佩尔- 林道(Von Hippel- Lindau，VHL)蛋白创造有效结合位点，当HIF与VHL结合后会被降解；而乏氧条件下，氧气含量不足以驱动HIF- α羟化，导致HIF- α不能被VHL降解，此时HIF- α迅速稳定下来，并与HIF- β结合后形成异源二聚体，稳定表达的HIF与增强子元件中的同源缺氧反应元件(hypoxia response elements，HREs)结合，从而增加其靶基因的转录。HIF- α主要包括HIF- 1α、HIF- 2α两种亚型，其中HIF- 1α在哺乳动物体内广泛表达，而HIF- 2α只在特定的细胞(如血管内皮细胞、肺泡肝实质细胞、肾间质细胞、干细胞等)中表达[4]。

目前许多学者就HIF- 1α与肿瘤的关系展开研究，发现当HIF- 1α在肿瘤组织中过表达时，许多肿瘤(如乳腺癌、脑癌、宫颈癌、结直肠癌、急性淋巴细胞性白血病、髓系白血病、黑色素瘤、胃癌以及肝癌、肺癌、卵巢癌和胰腺癌)细胞表现出更强的增殖和迁移性，并且对放化疗的敏感性降低[5]。

2 HIF- 1α与胰腺癌的关系

氧是维持机体新陈代谢和生存的必要条件，在某些生理或病理条件下，机体或细胞为了适应整体或局部低氧环境，产生一系列适应性反应，而HIF- 1α在细胞氧代谢过程中发挥着主导作用。肿瘤内氧分压的直接测量显示胰腺癌是已知肿瘤中乏氧程度最高的肿瘤之一。研究表明，HIF- 1α是胰腺癌缺氧调控的一个重要环节[6]。

胰腺癌细胞通过HIF- 1α介导的对乏氧的生理反应，促进其自身表观遗传学改变，以适应肿瘤微环境(tumor microenvironment，TME)乏氧条件[7- 8]。作者就HIF- 1α在胰腺癌发生机制中的研究进展作一综述。

2.1 HIF- 1α下游靶因子

2.1.1 血管内皮生长因子(vascular endothelial growthfactor，VEGF) VEGF是目前已知唯一作用于血管内皮细胞的特异性生长因子，VEGF与内皮细胞表面的血管内皮生长因子受体(VEGFR)特异性结合后，通过促进内皮细胞和平滑肌细胞增殖，刺激内皮细胞表达胶原酶作为渗透因子从而增加细胞迁移的方式来刺激血管生成[9- 10]。研究发现VEGF的表达与肿瘤组织中微血管密度具有明显相关性。有研究通过检测胰腺癌组织及癌旁正常胰腺组织中VEGF的表达发现，VEGF及其受体在胰腺癌组织中表达明显高于癌旁正常胰腺组织，并且高表达的VEGF通过丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径促进胰腺癌增殖[11]。随着对VEGF研究的不断深入，许多学者认为胰腺癌肿瘤组织中高表达的VEGF还与胰腺癌的分期、肿瘤大小、淋巴结转移及患者不良预后密切相关[12- 13]。

VEGF是HIF- 1α的靶因子之一，在胰腺癌TME乏氧条件刺激下，聚集在细胞核中的HIF- 1α可以上调胰腺癌组织VEGF的表达，当敲减肿瘤组织中HIF- 1α基因或阻断其表达时，VEGF的分泌会被抑制甚至完全不分泌[14]。包括胰腺癌在内的许多实体肿瘤中，HIF- 1α与VEGF的表达具有明显相关性，两者在胰腺癌发生发展中发挥重要作用[15]。

2.1.2 内质网滞留蛋白1(endoplasmic reticulum 1，RER1) RER1是一种含多种蛋白(包括Sec12p、Sed4p、Mns1p、Sec71p及Sec63p等)的重要内质网滞留因子[16]。1993年研究人员首次在酵母菌中发现RER1，酵母菌RER1定位于顺式高尔基体，招募多种蛋白并覆盖在Ⅰ型蛋白囊泡表面，RER1最终将这些蛋白转移到内质网上[17]，人RER1的功能与酵母菌RER1功能类似。Chiba等[15]发现，HIF- 1α可以与RER1起始密码子的上游调控区结合来调控其表达，HIF- 1α在肿瘤间质中聚集，导致RER1表达上调。被HIF- 1α激活的RER1可以促进上皮间质转化(epithelial- mesenchymal transition，EMT)相关基因表达，并发挥对EMT的允许作用[18]。RER1还可以增强胰腺癌细胞的干性，使肿瘤细胞表现出更强的迁移和侵袭特性[19]。此外，过表达的RER1诱导成纤维细胞转化为胰腺癌星状细胞，该细胞在肿瘤克隆维持、耐药、复发和肿瘤转移中发挥重要作用[20]。因此，缺氧诱导的胰腺癌进展可能与TME中HIF- 1α激活的RER1相关。

2.1.3 赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1(lysine specific demethylase 1，LSD1) LSD1是一种黄素腺嘌呤二核苷酸依赖性单胺氧化酶，在组蛋白赖氨酸甲基化过程中发挥重要作用[21]，在发现LSD1前，组蛋白赖氨酸甲基化过程一直被认为是一种不可逆的组蛋白修饰过程[22]。研究发现，LSD1在神经母细胞瘤、皮肤癌、前列腺癌、肺癌、结直肠癌、膀胱癌和乳腺癌中过表达，并影响肿瘤特性相关的各种生理过程[23]。Qin等[24- 25]报道LSD1与胰腺癌TME中HIF- 1α的表达以及糖酵解过程呈正相关，LSD1和组蛋白去乙酰化酶2(histone deacetylase 2，HDAC2)之间的相互作用，以乙酰化依赖的方式提高了HIF- 1α在缺氧条件下的稳定性。因此LSD1可能成为新的胰腺癌治疗靶点，但具体机制还有待进一步研究。

2.1.4 B淋巴细胞诱导成熟蛋白- 1(B lymphocyte- induced maturation protein- 1，BLIMP1) BLIMP1是一类转录抑制因子，其功能涉及内质网应激、抗原提呈、T淋巴细胞共刺激、浆细胞分化、抗体类别转换重组。BLIMP1高表达于除滤泡辅助性T细胞(follicular helper T cell，Tfh)外几乎所有CD4+T细胞亚群(Th1、Th2、Th17以及调节性T淋巴细胞)，以促进这些细胞分泌免疫球蛋白[26]。在早期胚胎中，主要血管形成之前组织内含氧量较低，BLIMP1在原始生殖细胞中高表达以抑制体细胞程序性凋亡并帮助维持细胞多能性[27]。乏氧是胰腺癌的重要特征，可诱导肿瘤细胞转移前转录因子BLIMP1的表达。研究发现HIF- 1α、BLIMP1与TME诱导的胰腺癌转移前的基因表达密切相关。BLIMP1作为分子开关发挥功能，提高肿瘤细胞生存和转移能力[28]。

2.2 HIF- 1α上游因子

微小RNA(microRNA，miRs)是一类不具有编码蛋白功能的单链RNA，在基因表达中发挥重要调节作用，miR- 138- 5p通过直接靶向结合HIF- 1α基因3′UTR区域，下调HIF- 1α表达。在细胞转染模型中，过表达HIF- 1α可促进胰腺癌细胞系PANC- 1的增殖和转移，而共同转染miR- 138- 5p类似物则可以逆转HIF- 1α诱导的肿瘤细胞增殖和转移[29]。

泛素样含PHD和环指结构域1(ubiquitin- like with PHD and RING finger domains’s 1，UHRF1)是泛素样含PHD和环指域蛋白家族的主要成员之一，UHRF1是参与抑癌基因启动子甲基化的重要表观遗传调节因子。UHRF1是肿瘤启动的关键因子，通过使抑癌基因启动子高甲基化，维持肿瘤抑制基因转录沉默，从而抑制胰腺癌细胞凋亡，参与肿瘤的生长、侵袭及转移。最新的研究发现，UHRF1位于HIF- 1α上游，通过抑制沉默调节蛋白4(sirtuin 4，SIRT4)正向调节糖酵解以及促进细胞增殖[30]。

白细胞共同抗原相关相互作用蛋白α4(leukocyte common antigen- related- interacting protein α4，liprin- α4)在胰腺癌TME中过表达，liprin- α4是小细胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)和胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)的治疗靶点。研究发现，liprin- α4是SCLC中HIF- 1α的上游因子，但并不影响胰腺癌中HIF- 1α的表达，尽管目前机制尚不明确，但分析胰腺癌中liprin- α4与HIF- 1的关系应该是一个有趣的方向[31]。

2.3 与HIF- 1α可能相关的因子

乏氧可以通过下调miR- 150的表达促进胰腺癌细胞迁移。速效全身性麻醉剂异丙酚可以抑制乏氧条件下诱导去整合素和金属蛋白酶8(a disintegrin and metalloproteinase 8，ADAM8)的表达，从而抑制胰腺癌迁移和血管生成[32]。

乏氧诱导的内质网氧化还原酶1α(endoplasmic reticu- lum oxidoreductin 1α，ERO1α)可以促进肿瘤进展，其过度表达往往提示胰腺癌患者预后不良。低氧诱导的转化生长因子(transforming growth factor- β1，TGF- β1)与CA19- 9联合检测可作为诊断胰腺癌的生物标志物，TGF- β1还可作为评估胰腺癌预后的生物标志物[33]。

2.4 能量代谢转化

由于胰腺癌间质缺乏血供，乏氧成为胰腺癌TME的重要特征[34]，当TME中氧气水平不能满足线粒体氧化磷酸化需求时，HIF- 1α亚基的降解会被显著被抑制，导致肿瘤组织中的HIF- 1α大量积累并与HIF- 1β亚基结合成HIF- 1[35]。过表达的HIF- 1可以上调糖酵解相关限速酶的表达，并通过丙酮酸脱氢酶激酶(pyruvate dehydrogenase kinase，PDK)抑制线粒体氧化磷酸化功能，使肿瘤的产能途径由氧化磷酸化转变为不依赖氧气参与且产能效率较低的葡萄糖无氧酵解，为胰腺癌细胞在乏氧状态下提供足够的能量供应[36]。

同时，糖酵解还可以降低氧化磷酸化产物活性氧对肿瘤细胞DNA的破坏，这也间接保护了肿瘤细胞[37]。

3 结 语

综上所述，胰腺癌为典型的乏氧性肿瘤，HIF- 1α是乏氧激活的重要调节因子，通过对HIF- 1α的研究，可能会为胰腺癌的治疗提供有效的治疗靶点，优化有效的癌症治疗方案。但是，TME包括缺氧、免疫细胞浸润、纤维化、细胞因子、氧化应激和酸中毒等多种因素，针对单一因素的治疗策略可能不足以治疗胰腺癌，因此靶向HIF- 1α治疗仍需要在分子、细胞和系统水平上进行深入研究。