缺氧诱导因子与急性淋巴细胞白血病的关系基础及临床研究

缺氧诱导因子（hypoxia-induciblefactor;HIF），定义为在缺氧诱导的哺乳动物细胞中广泛表达，为缺氧应答的全局性调控因子，由HIF-1α和HIF-2β两种亚基组成，为异源二聚体转录因子。

缺氧诱导因子-1(hypoxiainduciblefactor-1,HIF-1)是1992年Semenza和Wang首先发现的,随后确立了HIF-1的结构,并证明了其cDNA的编码顺序。HIF-1普遍存在于人和哺乳动物细胞内,常氧下(21%O2)也有表达,但合成的HIF-1蛋白很快即被细胞内氧依赖性泛素蛋白酶降解途径所降解,只有在缺氧条件下HIF-1才可稳定表达[。HIF-1是具有转录活性的核蛋白,具有相当广泛的靶基因谱,其中包括与缺氧适应、炎症发展及肿瘤生长等相关的近100种靶基因[3,4]。当其与靶基因结合后,通过转录和转录后调控使机体产生一系列反应,有些反应尽管带有适应代偿性质,但也常给机体带来病理性损害,如低氧性肺动脉高压(hypoxicpulmonaryhypertension,HPH)、肿瘤加速生长等。

HIF-1生物学活性的分子基础

HIF-1是一种异源二聚体,主要由120kD的HIF-1α和91~94kD的HIF-1β两个亚单位组成。HIF-1β亚基又称芳香烃受体核转运子(arylhydrocarbonre-eptornucleartranslocator,ARNT),基因定位于人的1号染色体q21区,在细胞内稳定表达,起结构性作用;HIF-1α基因定位于人的14号染色体q21~24区,受缺氧信号的调控,是HIF-1的活性亚基。每个亚单位的氨基端均含有碱性的螺旋-环-螺旋(basic-he-lix-loop-helix,bHLH)构型和Per/Amt/Sim(PAS)结构,是其形成异源二聚体并与DNA结合所必需的结构。作为活性亚基的HIF-1α,由826个氨基酸构成,其两个末端是感受缺氧信号的活性调控区域,C末端有一个富含脯氨酸-丝氨酸-苏氨酸(Pro/Ser/Thr)的氧依赖降解结构域(oxygen-dependentdegradationdomain,ODDD)和反式激活结构域(transactivationdomain,TAD),即TAD-C;N末端含有TAD-N;这些结构域都是缺氧诱导蛋白稳定、核定位和转录激活的调节域,其中TAD-C发挥精细调整作用,TAD-N为激活转录所必需,可见HIF-1α亚基受缺氧调控并调节HIF-1的活性。关于HIF-1β,除了结构性组成作用外,其还可能与HIF-1在核内的稳定性及二聚化后的构象转变有关。有研究证明在ARNT缺陷的细胞不能诱导HIF-1的活性,HIF-1α亚基必须与HIF-1β亚基聚合形成异二聚体,才能发挥转录因子的作用。

缺氧诱导因子的代谢调节

HIF一1β亚基在细胞浆中稳定表达，而HIF一1α亚基在翻译后即被泛素一蛋白酶水解复合体降解。因此，在正常氧饱和度下的细胞中基本检测不到亚基的表达，而在缺氧状态下，仅亚基的降解被抑制，1α和B亚基形成有活性的HIF一1，转移到细胞核内调节多种基因的转录。

HIF一1调节的靶基因

促红细胞生成素(EPO)编码基因：血管内皮生长因子(VEGF)编码基因、胰岛素样生长因子Ⅱ编码基因、内皮素一1(ET一1)“、血小板源性生长因子(PDGF）葡萄糖载体蛋白1、3(glucosetransporter一1、3，GLUT一1、3)和糖酵解酶，包括醛缩酶A(aldolaseA，ALDA)、烯醇化酶1(enolase1，ENO1)、乳酸脱氢酶A(1actatedehedrogenaseA，LDHA)、磷酸果糖激酶L(phosphofructokinaseL，PFKL)、磷酸甘油酸激酶1(phosphoglyceratekinase1，PGK1)、己糖基酶，2、3一磷酸甘油醛脱氢(glyceraldehydes一3一ph0sphatedehydrogenase，GAPDH)编码基因。

HIF的生物学效应

这些基因表达后参与，如红细胞生成，血管形成，核苷、氨基酸、糖的能量代谢，细胞存活、凋亡和活动以及药物抵抗等生物学效应，以维持组织、细胞在缺氧条件下内环境稳定，以适应缺氧。同时HIF一1及其诱导表达的基因还在生理性缺氧如干细胞微环境、胎盘发育、胚胎发育过程中组织细胞分化，以及多种病理情况如肿瘤的发展、转移中发挥着重要作用。

缺氧诱导因子与恶性肿瘤的关系缺氧诱导因子-1(hypoxiainduciblefactor-1,HIF-1)是1992年Semenza和Wang首先发现的,随后确立了HIF-1的结构,并证明了其cDNA的编码顺序。HIF-1普遍存在于人和哺乳动物细胞内,常氧下(21%O2)也有表达,但合成的HIF-1蛋白很快即被细胞内氧依赖性泛素蛋白酶降解途径所降解,只有在缺氧条件下HIF-1才可稳定表达[。HIF-1是具有转录活性的核蛋白,具有相当广泛的靶基因谱,其中包括与缺氧适应、炎症发展及肿瘤生长等相关的近100种靶基因[3,4]。当其与靶基因结合后,通过转录和转录后调控使机体产生一系列反应,有些反应尽管带有适应代偿性质,但也常给机体带来病理性损害,如低氧性肺动脉高压(hypoxicpulmonaryhypertension,

HPH)、肿瘤加速生长等。

HIF-1生物学活性的分子基础

HIF-1是一种异源二聚体,主要由120kD的HIF-1α和91~94kD的HIF-1β两个亚单位组成。HIF-1β亚基又称芳香烃受体核转运子(arylhydrocarbonre-eptornucleartranslocator,ARNT),基因定位于人的1号染色体q21区,在细胞内稳定表达,起结构性作用;HIF-1α基因定位于人的14号染色体q21~24区,受缺氧信号的调控,是HIF-1的活性亚基。每个亚单位的氨基端均含有碱性的螺旋-环-螺旋(basic-he-lix-loop-helix,bHLH)构型和Per/Amt/Sim(PAS)结构,是其形成异源二聚体并与DNA结合所必需的结构。作为活性亚基的HIF-1α,由826个氨基酸构成,其两个末端是感受缺氧信号的活性调控区域,C末端有一个富含脯氨酸-丝氨酸-苏氨酸(Pro/Ser/Thr)的氧依赖降解结构域(oxygen-dependentdegradationdomain,ODDD)和反式激活结构域(transactivationdomain,TAD),即TAD-C;N末端含有TAD-N;这些结构域都是缺氧诱导蛋白稳定、核定位和转录激活的调节域,其中TAD-C发挥精细调整作用,TAD-N为激活转录所必需,可见HIF-1α亚基受缺氧调控并调节HIF-1的活性。关于HIF-1β,除了结构性组成作用外,其还可能与HIF-1在核内的稳定性及二聚化后的构象转变有关。有研究证明在ARNT缺陷的细胞不能诱导HIF-1的活性,HIF-1α亚基必须与HIF-1β亚基聚合形成异二聚体,才能发挥转录因子的作用。

缺氧诱导因子的代谢调节

HIF一1β亚基在细胞浆中稳定表达，而HIF一1α亚基在翻译后即被泛素一蛋白酶水解复合体降解。因此，在正常氧饱和度下的细胞中基本检测不到亚基的表达，而在缺氧状态下，仅亚基的降解被抑制，1α和B亚基形成有活性的HIF一1，转移到细胞核内调节多种基因的转录。

HIF一1调节的靶基因

促红细胞生成素(EPO)编码基因：血管内皮生长因子(VEGF)编码基因、胰岛素样生长因子Ⅱ编码基因、内皮素一1(ET一1)“、血小板源性生长因子(PDGF）葡萄糖载体蛋白1、3(glucosetransporter一1、3，GLUT一1、3)和糖酵解酶，包括醛缩酶A(aldolaseA，ALDA)、烯醇化酶1(enolase1，ENO1)、乳酸脱氢酶A(1actatedehedrogenaseA，LDHA)、磷酸果糖激酶L(phosphofructokinaseL，PFKL)、磷酸甘油酸激酶1(phosphoglyceratekinase1，PGK1)、己糖基酶，2、3一磷酸甘油醛脱氢(glyceraldehydes一3一ph0sphatedehydrogenase，GAPDH)编码基因。

HIF的生物学效应

这些基因表达后参与，如红细胞生成，血管形成，核苷、氨基酸、糖的能量代谢，细胞存活、凋亡和活动以及药物抵抗等生物学效应，以维持组织、细胞在缺氧条件下内环境稳定，以适应缺氧。同时HIF一1及其诱导表达的基因还在生理性缺氧如干细胞微环境、胎盘发育、胚胎发育过程中组织细胞分化，以及多种病理情况如肿瘤的发展、转移中发挥着重要作用。

缺氧诱导因子与恶性肿瘤的关系

已经发现大多数实体肿瘤组织内存在低氧甚至无氧区，实验和临床证据表明，低氧在实体肿瘤的发生发展中扮演这关键角色。在缺氧诱导基因表达的信息通路商HIF-1A起了极为重要的作用。

缺氧诱导因子-1α、血管内皮生长因子在肢体动脉粥样硬化疾病的表达研究

缺氧诱导因子与糖尿病并发症的关系

血管瘤中缺氧诱导因子－1α的表达和血管形成的研究

缺氧诱导因子1相关肽的活性及机制研究

本实验室曾应用噬菌体展示肽库技术和计算机模拟方法筛选出多条HIF-1相关肽，发现其中一条多肽BW8具有明显的细胞保护作用，BW8序列为GLAP*YIGPHH，P*为羟脯氨酸。为研究HIF-1相关肽BW8的活性及其机制，研究结果表明，BW8对于缺氧条件下的细胞损伤具有明显的保护作用，有可能成为心脑血管疾病的有效治疗药物，这对于我们研究开发蛋白质和肽类药物，筛选新药治疗缺血缺氧疾病提供了新的途径和思路。

最近有研究表明，HIF-1在低氧微环境状态下，其在多发性骨髓瘤细胞中呈过度表达状态。