高小春，譚美云，郭杏

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

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·綜述·

缺氧誘導(dǎo)因子1α在燒傷修復(fù)中作用的研究進(jìn)展

高小春，譚美云，郭杏

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)作為機(jī)體適應(yīng)氧環(huán)境變化的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，參與了燒傷后血管通透性改變、腸黏膜屏障破壞、細(xì)胞凋亡、血管再生、細(xì)胞遷移等病理生理過(guò)程。HIF-1α能介導(dǎo)堿燒傷后角膜新生血管的形成,也能促進(jìn)燒傷創(chuàng)面的修復(fù)。HIF-1α還可通過(guò)基因治療，改善老年燒傷創(chuàng)面愈合延遲的缺陷。HIF-1α的這些作用很可能成為燒傷治療的新靶點(diǎn)，但燒傷創(chuàng)面的惡劣微環(huán)境也為其干預(yù)治療提出了挑戰(zhàn)。

燒傷；缺氧誘導(dǎo)因子-1α；缺血缺氧；修復(fù)

燒傷，特別是嚴(yán)重?zé)齻梢鹁植縿?chuàng)面及遠(yuǎn)隔組織微循環(huán)障礙，導(dǎo)致機(jī)體組織及器官缺血缺氧。這也是導(dǎo)致燒傷創(chuàng)面惡化及誘發(fā)各種并發(fā)癥發(fā)生的重要病理生理機(jī)制。改善組織細(xì)胞缺血缺氧狀態(tài)，恢復(fù)器官血供是防治燒傷后并發(fā)癥、改善預(yù)后的關(guān)鍵。缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)是在低氧環(huán)境中維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)因子，存在于大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)。在不同缺血缺氧環(huán)境刺激下，HIF-1α可調(diào)控大量基因表達(dá)，參與許多生理病理過(guò)程，如血管生成、紅細(xì)胞生成、細(xì)胞能量代謝、細(xì)胞遷移、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡等，在缺血缺氧性疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。本文就HIF-1α在燒傷后血管通透性改變、腸黏膜屏障破壞、細(xì)胞凋亡、血管再生、細(xì)胞遷移的病理生理過(guò)程中，以及其在特殊的老年燒傷中發(fā)揮的相關(guān)作用作一綜述。

1　 HIF-1α的結(jié)構(gòu)及功能

HIF-1是一種分布和作用均十分廣泛的具有轉(zhuǎn)錄活性的核蛋白，是低氧條件下維持穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵性物質(zhì)。HIF-1由α亞基和β亞基組成的異源二聚體，其中β亞基為DNA結(jié)合元件，組成性表達(dá)于細(xì)胞核內(nèi)；而HIF-1α為調(diào)節(jié)元件，其表達(dá)主要受氧分壓調(diào)控，并作為HIF-1在低氧環(huán)境中發(fā)揮生理活性的主要決定因子。HIF-1α是對(duì)氧濃度變化敏感的調(diào)節(jié)亞基，它的C端含有比較保守的功能結(jié)構(gòu)區(qū)：氧依賴性降解結(jié)構(gòu)區(qū)(ODD)和兩個(gè)轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(N-TAD和C-TAD)。在常氧狀態(tài)下，HIF-1α伴隨著轉(zhuǎn)錄翻譯迅速降解，半衰期非常短。HIF-1α的降解是通過(guò)泛素-蛋白酶途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常氧時(shí)HIF-1α中的ODD上特殊的脯氨酸殘基(P402 和P564)被特異的氧依賴性脯氨酰羥化酶羥基化，羥基化的HIF-1α與希佩爾·林道蛋白結(jié)合，其復(fù)合物被E3泛素-蛋白酶體途徑迅速降解。在低氧條件下，脯氨酸殘基的羥化被抑制，HIF-1α不被降解反而在細(xì)胞內(nèi)蓄積并進(jìn)入細(xì)胞核，在缺氧反應(yīng)元件處與HIF-1β亞基結(jié)合形成二聚體復(fù)合物HIF-1，從而激活100種以上的基因轉(zhuǎn)錄，涉及細(xì)胞能量代謝、細(xì)胞凋亡和增殖、紅細(xì)胞生成、血管形成、細(xì)胞黏附及炎癥反應(yīng)等多種生物學(xué)行為，最終促進(jìn)機(jī)體的代謝適應(yīng)缺氧環(huán)境。

2　HIF-1α在燒傷后的病理生理作用

2.1 HIF-1α在血管通透性改變中的作用 血管通透性增加是嚴(yán)重?zé)齻缙谘軆?nèi)皮損害的主要表現(xiàn)，也是燒傷組織水腫體液外滲的重要病理生理基礎(chǔ)。微血管通透性的維持主要是通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞間的緊密連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中ZO-1是一個(gè)常見(jiàn)的連接蛋白，主要負(fù)責(zé)連接膜整合蛋白與細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架、不同類型的信號(hào)蛋白[1]。HIF-1α的目的基因與細(xì)胞滲透性的增加和ZO-1的含量降低存在著明顯的相關(guān)性[2]。缺氧誘導(dǎo)因子抑制因子1(FIH-1)能負(fù)性調(diào)節(jié)HIF-1α表達(dá)。miR-98作為一種由HIF-1誘導(dǎo)的miRNA，明顯表達(dá)于缺氧區(qū)，在燒傷后血管通透性改變中也發(fā)揮著重要作用。Hu等[3]在研究中發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重?zé)齻蠓?、肝臟、腎臟、回腸組織血管通透性明顯增加，血清中miR-98呈時(shí)間相關(guān)性增高，在燒傷后12 h達(dá)到高峰；取燒傷后12 h大鼠的血清，作用于事先準(zhǔn)備好的單層血管內(nèi)皮細(xì)胞，細(xì)胞的通透性和miR-98、HIF-1α的表達(dá)也明顯升高，而ZO-1、FIH-1的表達(dá)卻明顯下降；抑制miR-98的表達(dá)，細(xì)胞通透性、HIF-1α的表達(dá)降低，F(xiàn)IH-1、ZO-1的表達(dá)升高，促進(jìn)miR-98的表達(dá)結(jié)果則相反；實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)敲除FIH-1，可廢除因沉默miR-98所導(dǎo)致的滲透性減低等作用。提示HIF-1α在嚴(yán)重?zé)齻笱芡ㄍ感栽黾拥倪^(guò)程中可能發(fā)揮著促進(jìn)作用。

2.2HIF-1α在腸屏障破壞中的作用 嚴(yán)重?zé)齻笫軕?yīng)激、缺血缺氧、炎癥等諸多因素的影響，腸上皮屏障功能受損。其中炎癥因子在腸道屏障破壞中扮演著重要角色，在炎癥因子干擾素-γ、腫瘤壞死因子α誘發(fā)的腸單細(xì)胞層屏障紊亂模型中發(fā)現(xiàn)，YC、黃連素等藥物可能是通過(guò)抑制HIF-1α的表達(dá)來(lái)改善腸屏障紊亂[4,5]。肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)作為調(diào)節(jié)腸道屏障功能的緊密連接蛋白之一，激活時(shí)可增加腸道上皮的通透性。在燒傷后小腸中可檢測(cè)到HIF-1α、VEGF、MLCK升高[6]，而VEGF、MLCK是HIF-1α下游的兩個(gè)重要靶蛋白。越來(lái)越多的證據(jù)表明，HIF-1α作為細(xì)胞屏障功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子是通過(guò)調(diào)控VEGF、MLCK的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 Luo等[6]在研究中同時(shí)應(yīng)用丙戊酸皮下治療燒傷后大鼠，發(fā)現(xiàn)其可以降低HIF-1α、VEGF、MLCK的表達(dá)，減少ZO-1的丟失，改善腸屏障的紊亂；通過(guò)轉(zhuǎn)染siRNA來(lái)抑制HIF-1α的表達(dá)，則導(dǎo)致VEGF、MLCK降低并伴隨ZO-1上升。提示HIF-1α可能是燒傷后腸屏障功能損害的介質(zhì)。然而，Hu等[7]在研究丙酮酸鹽改善燒傷后腸道功能紊亂的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，丙酮酸鹽可能是通過(guò)激活HIF-1α-紅細(xì)胞生成素(EPO)信號(hào)通路，促進(jìn)HIF-1α、EPO、ZO-1的表達(dá)來(lái)改善腸道功能紊亂的。由此看出，HIF-1α可能對(duì)燒傷后腸道屏障功能具有保護(hù)作用。目前關(guān)于HIF-1α在嚴(yán)重?zé)齻竽c屏障功能破壞中所發(fā)揮的作用尚存在爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步探討。

2.3 HIF-1α在細(xì)胞凋亡中的作用 近年研究顯示，嚴(yán)重?zé)齻纱龠M(jìn)創(chuàng)面及遠(yuǎn)隔器官功能紊亂、組織細(xì)胞凋亡[8]。一些研究認(rèn)為，缺血缺氧性燒傷中凋亡的激活可能與HIF-1α的上調(diào)有關(guān)。在高海拔地區(qū)燙傷大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，HIF-1α陽(yáng)性表達(dá)于肺泡上皮細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、回腸Peyer結(jié)中淋巴細(xì)胞內(nèi)，而這些細(xì)胞的凋亡則與HIF-1α的表達(dá)強(qiáng)度呈正相關(guān)，HIF-1α可能參與了這些組織細(xì)胞的凋亡[9～12]。目前HIF-1α在其他缺血缺氧性疾病，如腫瘤、缺血缺氧性心腦損傷后凋亡中的作用研究較多，而在燒傷后細(xì)胞凋亡中的作用機(jī)制尚不明確，需進(jìn)一步研究。

2.4HIF-1α在血管再生和細(xì)胞遷移中的作用

2.4.1HIF-1α在角膜堿燒傷后角膜新生血管形成(CorNV)中的作用CorNV通常是由外界致病因素，如角膜炎、急性角膜移植排斥、化學(xué)燒傷等引起的一種嚴(yán)重并發(fā)癥，也是較常見(jiàn)的致盲病因。堿燒傷后HIF-1α、VEGF、EPO等血管生成因子在角膜中呈高表達(dá)，其量的變化與CorNV的形成呈正相關(guān)[13]。而在一些治療角膜堿燒傷的研究中我們也發(fā)現(xiàn)，這些藥物是通過(guò)抑制VEGF、HIF-1α的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制CorNV，從而改善預(yù)后的[14,15]。近年也有研究證明，在長(zhǎng)期配戴隱形眼鏡導(dǎo)致的角膜損傷中，HIF-1α是通過(guò)上調(diào)VEGF促進(jìn)CorNV的，且能夠通過(guò)直接抑制HIF-1α表達(dá)，來(lái)抑制VEGF的生成及CorNV[16]。同樣在堿燒傷中，HIF-1α很可能也是通過(guò)HIF-1α/VEGF通路來(lái)促進(jìn)CorNV。

2.4.2HIF-1α在燒傷創(chuàng)面修復(fù)中的血管再生和細(xì)胞遷移中的作用VEGF是最強(qiáng)有力的血管生成因子，參與促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞分裂、增殖、遷移?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子1(SDF-1)可促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮祖細(xì)胞、心肌干細(xì)胞等從循環(huán)、骨髓、組織中向損傷區(qū)遷移，從而促進(jìn)損傷愈合。Xing等[17]首次在小鼠皮膚燙傷模型中應(yīng)用哌莫硝唑作為標(biāo)記，記錄了燙傷皮膚缺氧情況在時(shí)間及空間上的變化，同時(shí)還檢測(cè)到HIF-1α、VEGF、SDF-1表達(dá)部位及趨勢(shì)與缺氧標(biāo)記相似。Zhang等[18]應(yīng)用等位基因雜合(HIF+/HIF-)技術(shù)制成單倍劑量HIF-1α不足的小鼠(HET組)模型，觀察比較其與正常小鼠(WT組)在燒傷后的應(yīng)答反應(yīng)有何不同，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在WT組于燒傷后第2天檢測(cè)到HIF-1α升高，與此同時(shí)還檢測(cè)到SDF-1、循環(huán)血管成細(xì)胞增加；HET組則未檢測(cè)到上述因子及細(xì)胞上升，且血管重建、傷口愈合也相對(duì)較差。在Sarkar等[19]的研究中也發(fā)現(xiàn)敲除HIF-1α可導(dǎo)致內(nèi)源性骨髓源性血管生成細(xì)胞(BMDACs)動(dòng)員減少、BMDACs向燒傷部位的遷移被破壞、血管形成受損、傷口血供恢復(fù)及閉合延遲，而這些作用的發(fā)揮依賴Tie2的表達(dá)。Tie2是血管生成素的酪氨酸激酶受體，表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞、骨髓細(xì)胞。由此可以看出HIF-1α是通過(guò)上調(diào)VEGF、SDF-1的表達(dá)，促進(jìn)成血管細(xì)胞向燒傷部位動(dòng)員遷移，從而促進(jìn)血管再生，最終促進(jìn)燒傷皮膚血供恢復(fù)及創(chuàng)面愈合。

3　HIF-1α在老年患者燒傷創(chuàng)面愈合中的作用

大量研究顯示，老年患者相關(guān)性創(chuàng)面愈合受損是通過(guò)降低血管生成因子的生成、延遲成血管細(xì)胞的動(dòng)員遷移、破壞損傷部位血供恢復(fù)的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，且這種破壞作用與老年患者體內(nèi)HIF-1α的降低相關(guān)[20,21]。前面提到燒傷后損傷部位HIF-1α?xí)?yīng)激性增高，但在老年小鼠中卻出現(xiàn)了例外。Zhang等[21,22]在試驗(yàn)中報(bào)道老年小鼠燒傷后損傷創(chuàng)面并未檢測(cè)到HIF-1α的表達(dá)，相反在青年小鼠中HIF-1α的含量則明顯升高，并發(fā)現(xiàn)相較青年小鼠，老年小鼠在燒傷后，BMDACS向損傷部位動(dòng)員和血管再生作用破壞也是受HIF-1α的表達(dá)調(diào)控的。HIF-1α的缺陷可能是老年燒傷創(chuàng)面血管再生和愈合受損的重要原因。Du等[22]在實(shí)驗(yàn)中分別嘗試應(yīng)用質(zhì)粒和腺病毒為載體將HIF-1α基因直接導(dǎo)入燒傷皮膚，發(fā)現(xiàn)外源性HIF-1α能夠穩(wěn)定表達(dá)，但卻不能夠改善創(chuàng)面的愈合；當(dāng)聯(lián)合HIF-1α構(gòu)建質(zhì)粒(CA5-HIF-1α)和BMDACS，在二甲基草酰甘氨酸(可降低HIF-1α的氧化降解)的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)，高表達(dá)的HIF-1α可以動(dòng)員更多的BMDACS向燒傷部位遷移，促進(jìn)燒傷創(chuàng)面血管重建及愈合。提示，皮膚燒傷缺血缺氧性環(huán)境可能與普通的皮膚損傷有所不同。有研究發(fā)現(xiàn)，燒傷后皮膚HIF-1α較切割傷中的含量有所下降，而其創(chuàng)面愈合也相對(duì)延遲。相較普通疾病及創(chuàng)傷，燒傷微環(huán)境更復(fù)雜，可能還存在著間接影響HIF-1α發(fā)揮作用的因素。

[1] Turner JR. Molecular basis of epithelial barrier regulation: From basic mechanisms to clinical application [J]. Am J Pathol, 2006,169(6):1901-1909.

[2] Yu D, Marchiando AM, Weber CR, et al. Mlck-dependent exchange and actin binding region-dependent anchoring of zo-1 regulate tight junction barrier function[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2010,107(18):8237-8241.

[3] Hu D, Yu Y, Wang C, et al. Microrna-98 mediated microvascular hyperpermeability during burn shock phase via inhibiting fih-1 [J]. Eur J Med Res, 2015,20(51)：1-10.

[4] Liu H, Li M, Wang P, et al. Blockade of hypoxia-inducible factor-1alpha by yc-1 attenuates interferon-gamma and tumor necrosis factor-alpha-induced intestinal epithelial barrier dysfunction[J]. Cytokine, 2011,56(3):581-588.

[5] Cao M, Wang P, Sun C, et al. Amelioration of ifn-gamma and tnf-alpha-induced intestinal epithelial barrier dysfunction by berberine via suppression of mlck-mlc phosphorylation signaling pathway [J]. PLoS One, 2013,8(5):e61944.

[6] Luo HM, Du MH, Lin ZL, et al. Valproic acid treatment inhibits hypoxia-inducible factor 1alpha accumulation and protects against burn-induced gut barrier dysfunction in a rodent model [J]. PLoS One, 2013,8(10):e77523.

[7] Hu S, Lin ZL, Zhao ZK, et al. Pyruvate is superior to citrate in oral rehydration solution in the protection of intestine via hypoxia-inducible factor-1 activation in rats with burn injury[J]. J Parenter Enteral Nutr, 2015,73(8):33-68.

[8] Liu L, Li X, Yang J, et al. Comparison of systemic inflammation response and vital organ damage induced by severe burns in different area[J]. Int J Clin Exp Pathol， 2015，8(6):6367-6376.

[9] 劉毅,張誠(chéng),劉長(zhǎng)海.高海拔地區(qū)大鼠嚴(yán)重燙傷延遲復(fù)蘇后肝臟低氧誘導(dǎo)因子-1α和p53的表達(dá)與肝臟損傷的關(guān)系[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào),2011,37(1):15-20.

[10] 樊軍,劉毅.不同海拔高原地區(qū)嚴(yán)重燙傷延遲復(fù)蘇大鼠肺組織細(xì)胞凋亡及基因調(diào)控機(jī)制[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,29(3):223-226.

[11] 姜疆,劉毅,張世范,等.高原不同海拔地區(qū)大鼠嚴(yán)重燙傷延遲復(fù)蘇后腎組織細(xì)胞凋亡及低氧誘導(dǎo)因子-1α的表達(dá)[J].中國(guó)危重病急救醫(yī)學(xué),2008,20(7):397-400.

[12] 馬明,張誠(chéng),劉毅,等.高原地區(qū)大鼠燙傷延遲復(fù)蘇后Peyer結(jié)中低氧誘導(dǎo)因子-1α表達(dá)對(duì)T淋巴細(xì)胞凋亡與增殖的影響[J].中國(guó)危重病急救醫(yī)學(xué),2009,21(5):296-299.

[13] 王濟(jì)民,石蕊,魏會(huì)玲,等.缺氧誘導(dǎo)因子-1α及促紅細(xì)胞生成素在大鼠角膜新生血管中的表達(dá)[J].國(guó)際眼科雜志,2014,14(12):2139-2142.

[14] Wang Y, Yin H, Chen P, et al. Inhibitory effect of canstatin in alkali burn-induced corneal neovascularization[J]. Ophthalmic Res, 2011,46(2):66-72.

[15] Kwon YS, Hong HS, Kim JC, et al. Inhibitory effect of rapamycin on corneal neovascularization in vitro and in vivo [J]. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2005,46(2):454-460.

[16] Chen P, Yin H, Wang Y, et al. Inhibition of vegf expression and corneal neovascularization by shrna targeting hif-1alpha in a mouse model of closed eye contact lens wear [J]. Mol Vis, 2012,18(90-91):864-873.

[17] Xing D, Liu L, Marti GP, et al. Hypoxia and hypoxia-inducible factor in the burn wound [J]. Wound Repair Regen, 2011,19(2):205-213.

[18] Zhang X, Liu L, Wei X, et al. Impaired angiogenesis and mobilization of circulating angiogenic cells in hif-1alpha heterozygous-null mice after burn wounding [J]. Wound Repair Regen, 2010,18(2):193-201.

[19] Sarkar K, Rey S, Zhang X, et al. Tie2-dependent knockout of hif-1 impairs burn wound vascularization and homing of bone marrow-derived angiogenic cells [J]. Cardiovasc Res, 2012,93(1):162-169.

[20] Chang EI, Loh SA, Ceradini DJ, et al. Age decreases endothelial progenitor cell recruitment through decreases in hypoxia-inducible factor 1alpha stabilization during ischemia[J]. Circulation, 2007,116(24):2818-2829.

[21] Zhang X, Sarkar K, Rey S, et al. Aging impairs the mobilization and homing of bone marrow-derived angiogenic cells to burn wounds [J]. J Mol Med (Berl), 2011,89(10):985-995.

[22] Du J, Liu L, Lay F, et al. Combination of hif-1alpha gene transfection and hif-1-activated bone marrow-derived angiogenic cell infusion improves burn wound healing in aged mice[J]. Gene Ther, 2013,20(11):1070-1076.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31271049)。

郭杏(E-mail：gx412@126.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.29.035

R826.5

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2016-04-10)