基于HIF-1α相关信号通路探讨中医药治疗肝癌的研究进展

朱婷婷，彭晓林，程紫薇，邢东炜，张闽光

(上海中医药大学附属市中医医院，上海 200071)

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是由肝细胞衍生的原发性肝癌的主要形式，是全球第四大癌症相关死亡原因[1]，是我国第二大致命性恶性肿瘤[2]。早期肝癌可通过局部消融、手术切除或肝移植进行治疗，但只有40%的肝癌患者能早期诊断[3]。中晚期肝癌患者手术切除和肝移植仍是最有效的治疗方法，但由于大多数肝癌患者肝功能不佳或已有转移，仅适用于少数肝癌患者。更好地理解肝癌发生发展的分子机制及随后的代谢机制，将更有效地为肝癌治疗提供新的机会[4]。缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)作为缺氧诱导因子转录因子家族中的关键一员，参与血管生成、增殖、糖酵解肿瘤代谢和pH调节的基因转录，使肿瘤细胞适应因血管化不足而造成的缺氧微环境[5-6]。 HIF-1α高表达与肝癌临床分期较差、浸润、侵袭和转移等不良预后密切相关。近年来，诸多中医药研究以HIF-1α/VEGF信号通路为切入点，具有多靶点、多层次的特点，在改善肝癌患者的临床症状及远期预后上展现出广阔的开发前景。本文就HIF-1α与肝癌的相关研究及其在中医药治疗肝癌中的作用机制，进行梳理归纳与分析。

1 HIF-1α与肝癌

随着肿瘤细胞的异常增殖，血管化不足日益显著，血流缺乏进而导致微循环紊乱[7-9]。细胞异常缺氧后，DNA链断裂、氧化性DNA损伤和基因畸变等不良后果随之发生，从而阻碍正常细胞生长。在这一过程中，转录调节因子家族中的缺氧诱导因子(HIF)被激活，参与癌细胞的再适应和进展的过程。HIF的异二聚体结构是由缺氧条件下积累表达的HIF-α和组成型表达的HIF-β亚基组成的。HIF-α的调节是一个氧依赖性的多步骤过程，包括常氧条件下的降解、稳定、转运到细胞核和缺氧条件下的活化[10-12]。HIF-α亚单位由HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α 3种亚型组成。结构域高度保守的HIF-1α在所有细胞中表达，并作为转录激活剂被广泛研究[13]。肝细胞癌作为富血管的实体瘤，血管形成在其发生、发展以及复发转移中发挥着重要作用，以致早期肝癌即可发生肝内转移，预后较差。HIF-1相关信号传导通路是肝癌血管形成过程中的重要通路之一，也是诱导血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的主要信号通路[14]。在常氧环境中，HIF-1的核苷被羟化，并通过泛素蛋白酶体途径迅速降解。在缺氧条件下，HIF-1的转位不再被降解，而是进入细胞核并结合HIF-1的蛋白激酶，进而激活下游基因的转录[15]。其中HIF-1α介导的肝细胞癌血管形成可能受其上游AKT途径的调节[16]，AKT在磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)条件下磷酸化，活化后的AKT激酶，进一步激活雷帕霉素靶蛋白(mTOR)，进而刺激HIF-1α的表达，在调控VEGF表达、新生血管形成的过程中发挥着关键作用。除了血管新生之外，HIF-1α也参与肝癌的增殖与凋亡，侵袭与转移。研究发现HIF-1α能够通过影响细胞周期蛋白A和细胞周期蛋白D以促进细胞增殖[17]。缺氧微环境为肝癌转移提供“温床”，新生血管为肝癌转移提供“养料”，细胞基质降解与EMT转换导致肝癌患者不良预后。在肝癌转移过程中，HIF-1α可以通过调控锌指转录因子(Snail因子)来影响上皮间质转化(EMT)的标志物钙粘蛋白E(E-Cadherin)、钙黏蛋白N(N-Cadherin)和波形蛋白(Vimentin)的表达，促使肝癌发生侵袭和转移[18]。近年研究显示HIF-1α的过表达总是在肝癌中被检测到，并且与较差的临床结果相关[19]。 因此，抑制HIF-1α所诱导的相关信号通路可能成为治疗肝癌的新型靶向。

2 HIF-1α在中医药治疗肝癌中的研究

肝癌在中医学中属于“积聚”“癥瘕”“臌胀”“黄疸”“胁痛”等范畴。中医认为肝癌是一种本虚标实的全身性疾病，病因病机复杂，以脏腑气血亏虚为本，气、血、湿、热、瘀、毒互结为标，蕴结于肝，渐成癥积，肝失疏泄。近年来，中药单体或有效成分及中药复方的靶向研究不断深入，其中基于HIF-1α相关信号通路的中医药在抗肝癌方面的研究也取得了诸多进展。

2.1中药单体或有效组分 中药单体或有效组分是从中药饮片中提取出来的，目前研究证实不少中药单体或有效组分的抗癌作用，基于HIF-1α/VEGF信号通路的研究主要集中于其抗血管形成作用。Ren等[20]通过小鼠肝癌细胞系Hepa1-6和H22进行体内外实验，发现蒲公英多糖的抗癌作用是通过PI3K/AKT信号的调控，进而下调VEGF和HIF-1α的表达来抑制体内外血管新生的。姚志华[21]和吴成[22]分别以肝癌SMMC-7721细胞进行体外实验，通过体外建造缺氧模型，前者发现姜黄素可以通过IGF-1R/PI3K信号通路抑制VEGF和HIF-1α的表达，后者发现熊胆粉可以通过HIF-1α/IL-8/VEGF相关信号通路抑制原发性肝癌TACE术后缺氧诱导的血管形成。李晶埈[23]利用氯化钴(CoCl2) 模拟人体肝癌细胞 Hep-3B缺氧模式，在蛋白质表达和mRNA表达层面均验证了雷公藤红素呈剂量依赖性抑制了HIF-1α蛋白质的表达水平，降低了肝癌细胞中VEGF，以达到其抗癌作用。曾普华等[24]通过实时荧光定量PCR检测证实重楼能抑制人肝癌HepG2细胞HIF-1α的表达。王晓东[25]通过建立大鼠肝癌腹水瘤模型，研究皂荚提取物抑制大鼠肝癌的机制及其对PI3K/AKT/mTOR信号通路和VEGF、HIF-lα的表达，发现皂荚提取物可以下调PI3K、AKT、mTOR、VEGF和HIF-lα的表达，并呈剂量依赖性。Cheng等[26]通过SK-Hep1和Hep-3B细胞进行体外实验，发现天冬多糖通过PI3K和MAPK信号通路下调HIF-1α/VEGF的表达来抑制肝癌细胞的迁移、侵袭和血管生成。HIF-1α相关信号通路不仅参与抑制血管形成，也与肿瘤的增殖、凋亡、侵袭、转移和化疗耐药等密切相关。罗文军[27]研究发现壁虎醇提物可以通过降低HIF-1α的蛋白表达，有效抑制缺氧诱导下肝癌HepG2细胞增殖，促进肝癌细胞凋亡，并呈剂量时间依赖关系。Feng等[28]通过水提取和乙醇沉淀法得到罗勒多糖，并通过构建CoCl2诱导的体外缺氧模型，证明了罗勒多糖通过HIF-1α/EMT信号通路抑制缺氧介导的EMT，抑制间充质标志物：β-连环蛋白(catenin)、钙黏蛋白N(N-Cadherin)和波形蛋白(Vimentin)，增加上皮标志物：钙黏蛋白E(E-Cadherin)、泡膜蛋白-1(VMP1)和紧密连接蛋白(ZO-1)。此外，罗勒多糖通过引起细胞骨架重塑逆转了EMT过程，并抑制了恶性肿瘤的侵袭和进展。黄婷[29]通过体外建立缺氧HepG2细胞模型，发现白花蛇舌草能够通过HIF-lα、P-糖蛋白(P-gp)和多药耐药蛋白(MRP)逆转乏氧HepG2细胞对阿霉素的耐药性。

2.2中药复方 中药复方的多靶点性特点在恶性肿瘤这类复杂性、综合性、全身性疾病的治疗中发挥出强大潜力。曾普华等[30]在单味中药研究基础上，进一步发现益气化瘀解毒方(组方中药：黄芪、白参、莪术、重楼、壁虎)能明显抑制人肝癌裸鼠移植瘤HIF-1α、VEGF的表达而发挥抗血管生成作用。在其另一篇研究[31]中进一步发现，益气化瘀解毒方是通过促进E-Cadherin表达，从而抑制HIF-1α表达，并通过EMT而发挥抗肝癌转移侵袭作用，组方中药对其作用各有侧重，但作为整方的有机组成从不同环节发挥了协同作用。林举择[32]通过建立肝癌休眠动物模型，观察健脾化瘀方(组方中药：白术、莪术、茯苓、佛手、苦参、白花蛇舌草)干预裸鼠肝癌复发后肿瘤生长情况，发现健脾化瘀方具有抑制肝癌细胞增殖和肿瘤血管生成的双重作用，其机制可能是通过下调HIF-1α、VEGF、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)、基底金属蛋白酶组织抑制剂-1(TIMP-1)、细胞外基质金属蛋白酶诱导因子(EMMPRIN)的表达，从而抑制了肿瘤细胞中配体Jagged1的表达及其与Notch信号通路的结合。胡兵等[33]通过建立裸小鼠皮下移植瘤模型，发现养肝解毒散结方(组方中药：女贞子、炙鳖甲、龙葵、蛇毒、泽漆、猫爪草、郁金、虎杖)可以下调VEGF、HIF-1α的表达，其发挥抑制肝癌血管生成的作用可能依赖于M2型肿瘤相关巨噬细胞。在临床对照试验中，蔡林等[34]在对照组常规治疗基础上，予以自拟方白花蛇舌草解毒健脾方(组方中药：白花蛇舌草、白术、党参、淮山药、陈皮、茯苓、谷芽、甘草)以健脾益气、和胃解毒治疗肝癌患者。结果发现白花蛇舌草解毒健脾方不仅能显著缓解晚期肝癌患者的疼痛，还能通过下调血清结缔组织生长因子(CTGF)、VEGF及HIF-1α表达水平以抑制肿瘤细胞的增殖。

2.3联合用药 中医药在辅助现代医学治疗手段中也发挥着至关重要的作用，尤其是在放化疗阶段，中医药具有减轻患者毒副反应的作用。周林[35]以HepG2肝癌细胞系为研究对象，经体外实验发现西罗莫司联合槐尔清膏可以下调缺氧诱导的HIF-lα积累表达，减弱HIF-1α介导的糖代谢增强效应，并通过PI3K-Akt-mTOR-HIF-α及HIF-1α-PTEN-AKT/mTOR通路发挥抗肿瘤效应。冯雪等[36]发现对于肝癌患者，应用甲苯磺酸索拉非尼片结合西黄胶囊治疗，在改善患者肝功能的同时，患者VEGF和HIF-1α表达水平均下降，西黄胶囊是由清代医学家王洪旭创造的犀黄丸改进而成的，具有解毒散结、消肿止痛的作用。对于接受注射用洛铂 TACE 治疗的中晚期肝癌患者，沈建军等[37]加用华蟾素治疗后发现，联合华蟾素的治疗组 HIF-1α和 VEGF 较对照组显著下降，并发现华蟾素具有抑制注射用洛铂TACE治疗后局部缺氧和肿瘤血管生成的作用。Qin等[38]通过观察红景天苷联合铂类药物对人肝癌的体内外治疗作用，结果显示红景天苷通过促进HIF-1α的降解，抑制缺氧诱导的EMT，逆转了铂类药物的耐药性，抑制了低氧肿瘤微环境诱导的肿瘤细胞转移。

3 总结与展望

缺氧是包括肝细胞癌(HCC)在内的许多实体肿瘤最普遍的微环境特征[39]。缺氧微环境是肝癌的发生、预后和转移的关键因素[40]。HIF-1α是缺氧反应中最重要的转录调节因子，已经被充分证明广泛调节缺氧基因表达，并参与调控癌细胞更具攻击性的表型，如代谢改变、生存增加、侵袭、迁移、血管生成等相关的信号传导[41-42]。VEGF可能是HIF-1α发挥作用的重要靶基因之一，当细胞缺氧时，HIF-1α不仅可以直接对VEGF的转录起到促进作用，同时还可以通过增加VEGF mRNA的稳定性来发挥作用，从而促进VEGF的表达[43]。

虽然现代医学在抗血管生成和抗增殖作用方面在不断发展，但肿瘤的有效反应率通常相当低[44]。中药具有安全、毒副作用低、耐受性好等诸多优势，可以在不同层面通过不同机制不同靶点达到抗肝癌的目的。目前中医药治疗肝癌的研究在不断进展深入，聚焦于肿瘤未来治疗的基于HIF-1α/VEGF相关的信号通路的缺氧研究越来越受到重视。但实际在临床上，中医药多在肝癌术后或与化疗药联合使用，无法明确中药影响肝癌血管生成的机制及作用靶点，仍缺乏多中心、大样本、高质量的临床对照研究加以验证。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。