李博科 綜述 王東文 審校

山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院（太原 030001）

·綜 述·

缺氧誘導(dǎo)因子-1α在前列腺增生研究中的進(jìn)展

李博科 綜述 王東文 審校

山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院（太原 030001）

隨著日益嚴(yán)峻的人口老齡化，中老年男性良性前列腺增生患者數(shù)量明顯增加。良性前列腺增生（Benign prostatic hyperplasia，BPH）簡(jiǎn)稱(chēng)前列腺增生，是引起中老年男性排尿障礙最常見(jiàn)的一種良性疾病［1］，影響中老年男性的健康和生活質(zhì)量。該病以前列腺間質(zhì)和腺體的增生為組織學(xué)改變，前列腺增大為解剖學(xué)變化，膀胱出口梗阻（Bladder outlet obstruction，BOO）和下尿路癥狀（Lower urinary tract symptoms，LUTS）為主要臨床表現(xiàn)。組織學(xué)上BPH 的發(fā)病率隨年齡的增長(zhǎng)而增加，目前全球51～60歲男性的BPH發(fā)病率為41%，61～70歲為70%，81～90歲為90%［2，3］。關(guān)于前列腺增生的發(fā)病機(jī)制尚不明確。目前一致公認(rèn)老齡和有功能的睪丸是前列腺增生發(fā)病的兩個(gè)重要因素，兩者缺一不可［4］。BPH是一種臨床進(jìn)展性疾病，部分患者最終需要手術(shù)或微創(chuàng)治療來(lái)解除下尿路癥狀及其對(duì)生活質(zhì)量所致的影響和并發(fā)癥［5］。目前經(jīng)尿道前列腺電切術(shù)（TURP）仍是治療BPH 的“金標(biāo)準(zhǔn)”［6］。術(shù)中出血是TURP的常見(jiàn)并發(fā)癥，出血會(huì)模糊手術(shù)視野，延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，加大手術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)，影響手術(shù)質(zhì)量。因此如何減少術(shù)中出血成為了TURP研究中的關(guān)注點(diǎn)。

一、缺氧誘導(dǎo)因子概述

缺氧誘導(dǎo)因子（Hypoxia inducible factors，HIFs）是一種在細(xì)胞環(huán)境中的轉(zhuǎn)錄因子，因氧含量不同而產(chǎn)生不同反應(yīng)，主要是在氧氣減少或缺氧［7］的情況下活化。人類(lèi)身體里所有的有核細(xì)胞都感受氧濃度和對(duì)急性、慢性的氧獲得的減少（缺氧）作出反應(yīng)。其中HIF-1作為缺氧誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)者，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。HIF-1于1992年［8］在缺氧誘導(dǎo)的Hep3B胞核提取物中發(fā)現(xiàn)，是一種DNA結(jié)合蛋白，進(jìn)一步研究認(rèn)識(shí)到HIF系統(tǒng)是大多數(shù)細(xì)胞、系統(tǒng)缺氧反應(yīng)過(guò)程中的血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。1995年Wang［9］和同事揭示了HIF-1的結(jié)構(gòu)和功能。HIF-1是一個(gè)由HIF-1α和HIF-1β亞單位組成的異二聚體［10，11］。β亞單位是構(gòu)成性的胞核蛋白，不受缺氧誘導(dǎo)，機(jī)體對(duì)HIF-1在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控主要作用于α亞單位，在常氧狀態(tài)，α亞單位位于胞漿，在缺氧條件下則進(jìn)入到胞核內(nèi)發(fā)揮作用。

在細(xì)胞中，HIF信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)會(huì)受到缺氧狀態(tài)的影響。在缺氧狀態(tài)下，通常會(huì)讓細(xì)胞持續(xù)的細(xì)胞分化。然而，缺氧狀態(tài)促進(jìn)了血管新生，對(duì)于胚胎中的血管系統(tǒng)與癌癥腫瘤來(lái)說(shuō)非常重要。傷口處的缺氧狀態(tài)也促進(jìn)了角質(zhì)細(xì)胞的移動(dòng)與上皮組織的修護(hù)［12］。

缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）是HIF-1的主要異二聚體亞單位，HIF-1α基因在缺氧狀態(tài)下被激活并過(guò)量表達(dá)，進(jìn)而識(shí)別相應(yīng)靶基因，參與包括血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）在內(nèi)的多種基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，上調(diào)VEGF等在內(nèi)的多種基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，上調(diào)VEGF的表達(dá)，誘導(dǎo)新生血管形成［13，14］。

隨著對(duì)血管形成因素的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)前列腺增生組織也和實(shí)體瘤一樣取決于新生血管及微環(huán)境的改變，尤其是去勢(shì)之后，前列腺組織內(nèi)血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致局部組織缺血，前列腺腺上皮細(xì)胞凋亡。HIF-1α對(duì)VEGF的調(diào)控主要是通過(guò)與一種特異的VEGF DNA低氧性應(yīng)答物質(zhì)連接，進(jìn)而促進(jìn) mRNA的轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng)mRNA穩(wěn)定性，從而增加VEGF的表達(dá)［15］。

二、HIF-1α分子結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)制

HIF-1α編碼基因定位于染色體14q21-24，編碼826個(gè)氨基酸，其氨基酸序列中含有堿性螺旋一環(huán)一螺旋（basle helix-loop-helix，bHLH）和PER-ARNTSIM（PAS）結(jié)構(gòu)域，兩者與DNA連接，為形成異源二聚體必需的結(jié)構(gòu)［4］。在HIF-1α肽鏈的N末端和C末端均含有感受低氧信號(hào)的活性調(diào)控區(qū)域，分別是氧依賴(lài)降解結(jié)構(gòu)域（oxygen-dependent degradation domain， ODD）和2個(gè)反式激活結(jié)構(gòu)域（transactivation domain，TAD），即N末端活化結(jié)構(gòu)域（N-terminal activation domain，NAD）和C末端活化結(jié)構(gòu)域（C-terminal activation domain，CAD）［16］。NAD影響著靶基因的特異性表達(dá)，而CAD則調(diào)節(jié)大部分靶基因的表達(dá)［17］。上述結(jié)構(gòu)域都是在低氧條件下誘導(dǎo)蛋白穩(wěn)定、核定位和轉(zhuǎn)錄激活的關(guān)鍵調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。此外，HIF-1α具有2個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄激活物——低氧反應(yīng)應(yīng)答元件連接蛋白（CRE binding protein， CBP）和p300［18］，它們與TAD相互作用，為HIF-1α轉(zhuǎn)錄所必需。通過(guò)對(duì)上述2種激活物進(jìn)行藥物干預(yù)可抑制HIF-1α基因的表達(dá)、轉(zhuǎn)錄和翻譯［19］。

HIF-1α的表達(dá)受多種機(jī)制的調(diào)節(jié)，包括正性調(diào)節(jié)和負(fù)性調(diào)節(jié)，其中最主要的是氧依賴(lài)性羥基化降解通路。在正常氧環(huán)境中，HIF-1αODD結(jié)構(gòu)域中的第402和第564位脯氨酸殘基通過(guò)脯氨酸羥化酶（prolyl hydroxylase，PHD）被羥基化，羥基化后的HIF-lα與von Hippel-Lindau蛋白（von Hippel-Lindau protein，pVHL）結(jié)合，然后募集延伸因子C、延伸因子B等泛素蛋白，共同組成泛素連接蛋白酶復(fù)合體，后者使HIF-1α泛素化，最終經(jīng)泛素連接蛋白酶復(fù)合體通路被降解。而低氧環(huán)境可抑制PHD的活性，阻止HIF-1α降解，HIF-1α的CAD與p300/CBP相互作用，激活靶基因的轉(zhuǎn)錄［4］。

HIF復(fù)合體通過(guò)下游靶基因發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，調(diào)節(jié)多種生物學(xué)功能，包括氧運(yùn)輸、血管生成、血管擴(kuò)張、能量代謝和細(xì)胞存亡等［20］。

三、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2003年Berger等［21］利用前列腺間質(zhì)細(xì)胞模型，研究了HIF-1α和生長(zhǎng)因子的關(guān)系，將初級(jí)前列腺間質(zhì)細(xì)胞放在正常氧環(huán)境和低氧環(huán)境（1%O2）中分別培養(yǎng)，利用蛋白質(zhì)印跡技術(shù)，評(píng)估不同時(shí)間間隔HIF-1α的表達(dá)水平，利用ELISA法測(cè)定兩組中VEGF、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-7（FGF-7）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGB-β）、白介素8（IL 8）和bFGF的表達(dá)。結(jié)果顯示：低氧環(huán)境組在1h后HIF-1α即開(kāi)始持續(xù)表達(dá)；VEGF、FGF-7、TGB-β、IL 8和bFGF在低氧環(huán)境組的表達(dá)水平要高于正常氧環(huán)境組，TGF-β、VEGF、IL 8的表達(dá)在低氧細(xì)胞的上清液中迅速顯著的上升。并且利用免疫組化法發(fā)現(xiàn)前列腺組織中有明顯的HIF-1α核染色區(qū)域。作者認(rèn)為前列腺間質(zhì)細(xì)胞通過(guò)上調(diào)多種生長(zhǎng)因子來(lái)應(yīng)對(duì)組織缺氧，表明缺氧可能觸發(fā)前列腺生長(zhǎng)，可能是前列腺增生的發(fā)病機(jī)制。

同年都鎮(zhèn)先等［22］使用免疫組化法研究了HIF-1α在正常前列腺組織、前列腺增生前列腺組織以及前列腺癌前列腺組織中的表達(dá)水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)正常前列腺組織中沒(méi)有表達(dá)，BPH和前列腺癌（PCa）前列腺組織中均有顯著表達(dá)，且PCa組水平高于BPH組，并且HIF-1α的表達(dá)水平與PCa病理分期、Gleason評(píng)分均無(wú)相關(guān)性。該研究提出一項(xiàng)假設(shè)，HIF-1α可能參與了前列腺增生和PCa的發(fā)生。

2006年Lekas等［23］進(jìn)行了一項(xiàng)前瞻性實(shí)驗(yàn)，將178位前列腺增生患者隨機(jī)對(duì)照分組，實(shí)驗(yàn)組每日口服5mg非那雄胺，兩組病人均行TURP，切除組織借助抗CD34的單克隆抗體進(jìn)行免疫組化染色，染色后觀察各標(biāo)本中微血管密度（MVD）、VEGF和HIF-1α的表達(dá)水平。結(jié)果顯示非那雄胺組的術(shù)中出血量顯著低于空白對(duì)照組，非那雄胺組的MVD、VEGF、HIF-1α的表達(dá)水平也遠(yuǎn)低于空白對(duì)照組，證明了非那雄胺可能顯著抑制了參與前列腺增生的MVD、VEGF和HIF-1α的水平，進(jìn)而減少了術(shù)中出血。

2007年丁森泰［24］分析了95例BPH患者急性尿潴留（acute urine retention，AUR）發(fā)生情況，42例BPH患者曾發(fā)生尿潴留，BPH內(nèi)腺HIF-1α中度陽(yáng)性組AUR發(fā)生率84.4%，弱陽(yáng)性組32.4%，陰性組13.8%，結(jié)果表明HIF-1α陽(yáng)性組患者比HIF-1α陰性組患者具有更高的AUR發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，且AUR發(fā)生率隨著HIF-1α陽(yáng)性表達(dá)程度的升高而顯著增加，HIF-1α在BPH發(fā)病以及進(jìn)展密切相關(guān)，可作為判斷BPH臨床進(jìn)展性的指標(biāo)之一。

2013年Kim等［25］為了探討前列腺炎癥和前列腺增生的關(guān)系，使用脂多糖（LPS）注射到大鼠前列腺模擬前列腺炎，14d后評(píng)估大鼠前列腺增生情況，結(jié)果顯示LPS干預(yù)的大鼠前列腺上皮細(xì)胞呈現(xiàn)高度增殖，HIF-1α水平在前列腺組織中也相應(yīng)升高，LPS處理過(guò)的大鼠前列腺中觀察到了大量上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HIF-1α可以增強(qiáng)了上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化這一過(guò)程，而天然的HIF-1α抑制劑抗壞血酸和姜黃素會(huì)削弱這一轉(zhuǎn)化，同時(shí)也會(huì)削弱前列腺增生的發(fā)展，作者認(rèn)為HIF-1α可能在炎癥的條件上誘導(dǎo)了前列腺增生，并將HIF-1α看做是前列腺炎向前列腺增生轉(zhuǎn)化過(guò)程中的治療靶點(diǎn)。

2014年Saito等［26］使用尼可地爾（抗心絞痛藥）對(duì)伴發(fā)BPH自發(fā)性高血壓大鼠的干預(yù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，前列腺組織血流減慢的同時(shí)，組織中的HIF-1α、TGF-β1、bFGF水平明顯上升，作者認(rèn)為前列腺組織缺氧誘導(dǎo)了前列腺增生的發(fā)展。

2014年周鵬等［27］利用免疫組化法探討了A型肉毒毒素（BTX-A）對(duì)大鼠前列腺增生組織中HIF-1α和VEGF表達(dá)的影響，結(jié)果表明前列腺內(nèi)注射BTX-A可以通過(guò)抑制 HIF-1α和VEGF的表達(dá)，從而抑制前列腺組織的血管形成，促使前列腺縮小。其機(jī)制可能為：隨著前列腺的不斷生長(zhǎng)、體積增大，血供不足發(fā)生缺氧壞死，誘導(dǎo)HIF-1α過(guò)度表達(dá)，而 HIF-1α能增強(qiáng)其下游靶基因VEGF的表達(dá)，活化的HIF-1α與靶基因上的HIF-1α結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，從而啟動(dòng)靶基因轉(zhuǎn)錄和相應(yīng)的蛋白產(chǎn)物增加，VEGF表達(dá)增加，VEGF進(jìn)而作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的VEGFR1和VEGFR2，從而激活了一系列的缺氧轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，誘導(dǎo)新生血管的形成，而 BTX 則是通過(guò)作用于HIF-1α之前來(lái)調(diào)控血管形成。

四、結(jié)論和展望

血管形成在前列腺增生進(jìn)程和發(fā)展中起著重要作用，并且已經(jīng)成為BPH研究中很有前景的研究方向。血供異常導(dǎo)致的缺氧可能在BPH發(fā)病機(jī)制中起到了重要作用。HIF-1α通過(guò)誘導(dǎo)VEGF的升高，進(jìn)而促使血管形成，促進(jìn)了包括BPH在內(nèi)的增生性疾病的發(fā)展。

經(jīng)過(guò)總結(jié)后發(fā)現(xiàn)HIF-1α在前列腺增生的研究有以下幾個(gè)方面值得關(guān)注：（1）HIF-1α可能和前列腺增生患者增生腺體內(nèi)血流量、腺體密度有一定聯(lián)系；（2）雄激素水平與HIF-1α表達(dá)在前列腺增生的發(fā)生和發(fā)展中是否具有關(guān)聯(lián)性；（3）HIF-1α在前列腺疾病病理發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中的變化情況；（4）外力（久坐、長(zhǎng)期騎自行車(chē)）導(dǎo)致的前列腺組織物理擠壓是否會(huì)引發(fā)HIF-1α表達(dá)水平的改變；（5）基于抑制HIF-1α的高選擇靶向藥物對(duì)BPH治療的效果探討。

缺氧誘導(dǎo)因子1， α亞基； 前列腺増生； 新生血管化， 病理性

1 Roehrborn CG. In： Campbell's Urology， 8th ed. Philadelphia，WB Saunders. 2002； pp.1297-1330

2 Kramer G， Marberger M. Curr Opin Urol 2006； 16（1）： 25-29

3 Nickel JC. Urol Clin North Am 2008； 35（1）： 109-115

4 Loboda A， Jozkowicz A， Dulak J. Mol Cells 2010； 29（5）：435-442

5 孫穎浩. 中國(guó)泌尿外科疾病診斷治療指南. 北京： 人民衛(wèi)生出版社， 2006： 259

6 Oelke M， Bachmann A， Descazeaud A， et al. Guidelines on the Treatment of Non-neurogenic Male LUTS. Eur Assoc Urol 2011：37

7 Smith TG， Robbins PA， Ratcliffe PJ. Br J Haematol 2008；141（3）： 325-334

8 Semenza GL， Wang GL. Mol Cell Biol 1992； 12（12）：5447-5454

9 Wang GL， Jiang BH， Rue EA， et al. Proc Natl Acad Sci U S A 1995； 92（12）： 5510-5514

10 Thigpen AE， Silver RI， Guileyardo JM， et al. J Clin Invest 1993； 92（2）： 903-910

11 Godoy A， Kawinski E， Li Y， et al. Prostate 2011； 71（10）：1033-1046

12 Benizri E， Ginouvès A， Berra E. Cell Mol Life Sci 2008；65（7-8）： 1133-1149

13 Yu Y， Varughese J， Brown LF， et al. Am J Pathol 2001；159（6）： 2271-2280

14 Gu J， Yamamoto H， Ogawa M， et al. Oncol Rep 2006；15（4）： 779-783

15 Liu L， Ai J， Xiao W， et al. Prostate 2010； 70（7）： 797-805

16 Dayan F， Roux D， Brahimi-Horn MC， et al. Cancer Res 2006； 66（7）： 3688-3698

17 Hu CJ， Sataur A， Wang L， et al. Mol Biol Cell 2007；18（11）： 4528-4542

18 Arany Z， Huang LE， Eckner R， et al. Proc Natl Acad Sci U S A 1996； 93（23）： 12969-12973

19 Lando D， Peet DJ， Whelan DA， et al. Science 2002；295（5556）： 858-861

20 朱婷娜， 徐恩. 國(guó)際腦血管病雜志 2012； 20（04）： 310-314

21 Berger AP， Ko er K， Bektic J， et al. Prostate 2003； 57（1）：57-65

22 都鎮(zhèn)先， 藤山千里， 陳永昕， 等. 中華醫(yī)學(xué)雜志·英文版2003； 116（12）： 1936-1939

23 Lekas AG， Lazaris AC， Chrisofos M， et al. Urology 2006；68（2）： 436-441

24 丁森泰. 濟(jì)南： 山東大學(xué)， 2007

25 Kim HJ， Park JW， Cho YS， et al. Biochim Biophys Acta 2013； 1832（1）： 183-194

26 Saito M， Tsounapi P， Oikawa R， et al. Sci Rep 2014； 4：3822

27 周鵬， 張心男， 徐智慧. 浙江醫(yī)學(xué) 2014： 36（5）：401-404

（2015-05-18收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2015.07.018

R 697.32