HIF-1和VEGF在腫瘤血管形成中的研究進(jìn)展

【關(guān)鍵詞】  HIF-1　VEGF　腫瘤血管　形成

　　腫瘤是一種細(xì)胞異常分化、增殖的疾病，其侵襲性的生長方式及轉(zhuǎn)移要依賴于新生血管網(wǎng)的產(chǎn)生。事實上，早在1971年，F(xiàn)olkman就已經(jīng)提出了腫瘤的生長依賴于新生血管的概念。后經(jīng)試驗證實，當(dāng)腫瘤的體積小于2～3mm3時，腫瘤生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)均來源于其鄰近的血供系統(tǒng)。而當(dāng)瘤體大于2～3 mm3時，其鄰近的血供系統(tǒng)就無法滿足腫瘤生長所需的營養(yǎng)，此時，腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)其特異性血管網(wǎng)的形成機(jī)制便開始發(fā)揮作用。VEGF是目前發(fā)現(xiàn)腫瘤誘導(dǎo)產(chǎn)生血管網(wǎng)的重要的細(xì)胞因子。近發(fā)現(xiàn)，HIF-1在基因水平上直接調(diào)控VEGF的表達(dá)，是惡性腫瘤誘導(dǎo)血管形成的重要調(diào)控因子[1-2]。所以，研究HIF-1、VEGF與腫瘤的關(guān)系，對于進(jìn)一步闡明腫瘤的生物學(xué)行為以及治療將會有積極意義。

　　1  HIF-1概述

　　1.1  HIF-1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
 
　　HIF-1是早被發(fā)現(xiàn)能與EPO基因增強(qiáng)子DNA特異結(jié)合的蛋白質(zhì)。生化研究表明，它是由α、β兩個亞基構(gòu)成的異二聚體，兩個亞基均有螺旋-環(huán)-螺旋的區(qū)域和PAS的區(qū)域。其中，HIF-1α是的氧調(diào)節(jié)亞單位，它決定HIF-1的活性，氧對HIF-1活性調(diào)節(jié)主要通過HIF-1α亞基。但只有α亞基和β亞基聚合，HIF-1才有DNA結(jié)合活性[3]。

　　1.2  HIF-1的靶基因

　　HIF-1是機(jī)體細(xì)胞在缺氧環(huán)境下能夠產(chǎn)生特異性應(yīng)答的一個中介物質(zhì)。在缺氧情況下，HIF-1可使其靶基因表達(dá)增強(qiáng)，從而發(fā)揮代償作用。而這些能被HIF-1作用的靶基因上的特異區(qū)域被稱為HRE（缺氧反應(yīng)元件）。HRE有共同的特點(diǎn)，即啟動子和增強(qiáng)子只含有HIF-1的結(jié)合位點(diǎn)。常含有HRE的因子有：（1）促紅細(xì)胞生成素編碼基因EPO，當(dāng)機(jī)體缺氧時，會通過HIF-1的作用產(chǎn)生大量EPO，從而發(fā)揮一定的生物學(xué)效應(yīng)；（2）血管內(nèi)皮生成因子編碼基因VEGF，是血管生成的主要調(diào)節(jié)者，能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生長，并具有血管通透性作用[4]。另外，根據(jù)有關(guān)資料記載含有HRE的靶基因還有：ET-Ⅰ（內(nèi)皮素-1），IGF-Ⅱ（胰島素樣生長因子）等等[5]。

　　1.3  HIF-1與缺氧

　　有氧代謝是機(jī)體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞的重要代謝途徑，充足的氧供量是機(jī)體各細(xì)胞器官組織發(fā)揮其正常功能的必要條件。但當(dāng)機(jī)體缺氧時，對于機(jī)體整體而言，循環(huán)血液中紅細(xì)胞數(shù)量增加是代償缺氧的明顯變化；而對于某一局部而言，缺氧會導(dǎo)致其周圍的大量血管形成，從而能夠運(yùn)輸更多的血液。這兩種情況下，EPO與VEGF的表達(dá)量增加發(fā)揮了重要的作用。但是，EPO與VEGF的大量表達(dá)要依賴于HIF-1的直接調(diào)控。

    HIF-1主要來源于能分泌EPO的肝細(xì)胞和腎臟細(xì)胞，但許多其他細(xì)胞也可以表達(dá)HIF-1。HIF-1在正常氧供時分泌極微，但當(dāng)機(jī)體或局部出現(xiàn)缺氧時，HIF-1則會大量分泌。據(jù)有關(guān)資料報道：HIF-1的表達(dá)有賴于氧分壓的變化。在氧分壓為0.5%～2%時，HIF-1蛋白質(zhì)水平明顯升高，并且在0.5%時，HIF-1表達(dá)量達(dá)到了頂峰[6]。近在對動物（小鼠）的低氧實驗亦表明：動物體內(nèi)HIF-1的表達(dá)量在一定程度上與氧濃度降低量以及降低的時間均呈現(xiàn)正相關(guān)系[7]。

    關(guān)于缺氧時HIF-1大量生成的機(jī)制，目前認(rèn)為：缺氧時HIF-1主要在蛋白質(zhì)的水平上升高而在轉(zhuǎn)錄水平上無明顯的變化[8]。HIF-1的mRNA生成速度和蛋白質(zhì)的合成速度在正常氧分壓和缺氧條件下是保持不變的。而HIF-1表達(dá)量增加的主要的原因是：在正常的氧分壓下，HIF-1的蛋白質(zhì)可以很快被蛋白酶降解破壞進(jìn)而不起作用；而在缺氧條件下，HIF-1蛋白質(zhì)不易被破壞，從而導(dǎo)致其濃度相對增高。

　　2  VEGF概述

　　2.1  VEGF的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　1983年，Senfer等在腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)上清液中發(fā)現(xiàn)了一種可使血管通透性增加的因子，取名為血管通透因子VPF。1989年，Go Spodarwia等在垂體濾泡細(xì)胞培養(yǎng)上清液中分離出一種與VPF同樣的因子，并且能促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂，故取名為VEGF。在人類，VEGF基因由8個外顯子和7個內(nèi)含子組成，全長14kb，定位于染色體6q12上。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)五種VEGF氨基酸殘基，即VEGF121、VEGF145、VEGF165、VEGF189、VEGF206，均由mRNA的不同剪接方式形成。

    VEGF促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，促進(jìn)血管通透性增加，維持血管完整性等生物學(xué)效應(yīng)均是通過與其受體結(jié)合來完成。VEGFR有VEGFR-1（FLT）、VEGFR-2（KDR），其中FLT廣泛存在于血管內(nèi)皮細(xì)胞。VEGF與VEGFR結(jié)合后可通過激活酪氨酸蛋白激酶的活性來完成其生物學(xué)效應(yīng)。

　　2.2  VEGF的調(diào)控及其意義

　　在生理情況下，健康人的組織細(xì)胞中均可監(jiān)測出VEGF以及VEGF mRNA的表達(dá)。但除胚胎發(fā)育、外傷愈合、月經(jīng)期間之外，其表達(dá)甚微，并且僅能維持正常血管密度和整體滲透功能[9]。現(xiàn)有大量實驗研究證明：在許多腫瘤組織中VEGF呈高表達(dá)，并且其水平的高低與腫瘤的某些生物學(xué)行為有密切關(guān)系[10]。

    在腫瘤中的VEGF高表達(dá)受到了多方面因素的調(diào)控：（1）缺氧是其表達(dá)量增加的重要機(jī)制[11]，在缺氧時，HIF-1能夠啟動VEGF的轉(zhuǎn)錄，并且缺氧時VEGF的穩(wěn)定性可以增加。（2）一些原癌基因RAS、SRC、HER2等的激活或一些抑癌基因如P53、P16、VHL等的失控，均可上調(diào)VEGF的表達(dá)水平[12]。

　　3  HIF-1、VEGF與腫瘤血管形成

    VEGF廣泛的表達(dá)于成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞等多種細(xì)胞。但VEGF的受體則僅存在于血管內(nèi)皮細(xì)胞上，因此可以說VEGF是一種特異性作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的因子。已有大量研究證實了VEGF是刺激惡性腫瘤血管形成的重要生長因子[13]。也有資料報道VEGF與一些惡性腫瘤的血行轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系[14]。臨床病理分析，淋巴管轉(zhuǎn)移是大多數(shù)實體性腫瘤播散的早期事件。淋巴轉(zhuǎn)移與淋巴管網(wǎng)的形成也有關(guān)系，有研究表明，VEGF可誘導(dǎo)腫瘤淋巴管形成，是淋巴道轉(zhuǎn)移的一重要原因[15-16]。甚至已有諸多研究報道：VEGF可作為一些惡性腫瘤如胃癌、卵巢癌、結(jié)腸癌、前列腺癌等的淋巴轉(zhuǎn)移標(biāo)志物，可用于輔助診斷[17-18]?？偠灾?，VEGF可謂是惡性腫瘤血管形成的重要因子，甚至也是腫瘤發(fā)生血管轉(zhuǎn)移、淋巴道轉(zhuǎn)移的重要轉(zhuǎn)移因子。

    現(xiàn)已清楚，腫瘤組織缺氧狀態(tài)是VEGF增多以致血管形成的初啟動因素。然而，從缺氧到VEGF表達(dá)量增多的過程中HIF-1起到了橋梁作用。隨著腫瘤不斷增生、體積增大，僅靠周圍的血供已不能滿足其所需，此時，腫瘤便進(jìn)入了缺氧狀態(tài)，從而使HIF-1在缺氧狀態(tài)保持不被蛋白酶所降解，以致大量HIF-1積聚。增多的HIF-1就會與其下游攜帶有HRE特異區(qū)域的靶基因結(jié)合使其表達(dá)增強(qiáng)，其中VEGF就是其靶基因中重要的一種因子。另一方面，有資料報道，HIF-1還可增加缺氧情況下的VEGF的穩(wěn)定性[19]。Zhong等[20]的進(jìn)一步實驗顯示，采用HIF-α高表達(dá)的載體轉(zhuǎn)染結(jié)腸癌細(xì)胞后，細(xì)胞中的VEGF mRNA表達(dá)增加。

　　4  以HIF-1、 VEGF為靶向的腫瘤治療現(xiàn)狀以及存在的問題和展望

    惡性腫瘤的生長轉(zhuǎn)移均依賴于腫瘤血管的形成。以腫瘤血管為靶點(diǎn)，抑制其生成或破壞其存在，從而阻斷了腫瘤的生長或轉(zhuǎn)移的營養(yǎng)通道已成為了探索腫瘤治療的又一亮點(diǎn)?，F(xiàn)針對VEGF、HIF-1兩種因子的治療手段成為了抗腫瘤的一大熱點(diǎn)。（1）針對VEGF治療的報道有：Hotz等[21]通過合成VEGF的反義核酸，注入了患有胰腺癌的裸鼠體內(nèi)后腫瘤明顯縮小。Yoshimura等[22]構(gòu)建并表達(dá)了可溶性的血管生長因子受體（VEGFR）的腺病毒載體，將其注入了患腎癌的荷瘤小鼠肌肉里可顯著抑制腎癌的肺轉(zhuǎn)移。另外，近大量應(yīng)用VEGF的抑制劑以及相關(guān)抗體的治療方案亦有很大突破[23]。（2）針對HIF-1治療：鑒于HIF-1在腫瘤發(fā)生、發(fā)展以及轉(zhuǎn)移中的重要作用，以HIF-1為靶點(diǎn)治療腫瘤的方法具有十分誘人的前景。盡管目前關(guān)于HIF-1與腫瘤關(guān)系的研究還處于基礎(chǔ)實驗階段，但也有不少資料報道了針對HIF-1為靶向的各種抗腫瘤的方法，并且結(jié)果令人滿意。國內(nèi)董典寧等[24]采用反義HIF-1基因?qū)嶒炐灾委熑烁伟┞闶笠浦擦?，可明顯抑制腫瘤擴(kuò)大；Takahashi等[25]對已轉(zhuǎn)染黑色素瘤的小鼠體內(nèi)注入pshHIF-1(short hairpin RNA-expressing plasmid DNA),可有效地控制腫瘤的發(fā)生；Chen等[26]建立了人肺癌細(xì)胞A549裸鼠的模型,發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙酰抑制劑曲古霉素A(TSA)可明顯下調(diào)HIF-1和VEGF的表達(dá),達(dá)到抑制腫瘤血管生成的目的；之后,Yang等[27]同樣報道了TSA可對人類的骨肉瘤的治療起到很大作用。

    隨著對腫瘤血管形成機(jī)制的不斷研究，抑制腫瘤血管形成將成為腫瘤治療的又一大新的亮點(diǎn)，也給腫瘤治療的突破帶來了新的希望。但是目前抗腫瘤血管治療也存在有很大的缺陷：（1）腫瘤在小于2～3mm3時，其對血管的新生依賴不強(qiáng)，因此，用抗血管方法來治療腫瘤的效果就會受限。（2）腫瘤血管的新生可能受到多方面的調(diào)控，而我們現(xiàn)在針對單一的因子來治療可能不會特別理想。（3）盡管各種蛋白質(zhì)分子的免疫治療在動物實驗已有明顯效果，但在人體中是否會出現(xiàn)變態(tài)反應(yīng)是一個不可忽視的問題。（4）抗血管治療藥物僅能抑制血管的新成，而對癌細(xì)胞無直接殺傷作用，這與傳統(tǒng)的化療手段不同，故在臨床上的廣泛應(yīng)用可能會受限。但我們相信隨著抑制腫瘤血管的基礎(chǔ)研究、臨床實驗技術(shù)和其他相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，抑制腫瘤血管藥物的開發(fā)和臨床應(yīng)用會達(dá)到更成熟的階段。

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作者：王殿棟 何濤

作者單位：包頭醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院普外科，內(nèi)蒙古包頭 014010