黃朝任 鄒光美

1.廣西壯族自治區(qū)玉林市中醫(yī)醫(yī)院檢驗(yàn)科，廣西玉林 537000；2.廣西壯族自治區(qū)玉林市第一人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，廣西玉林537000

缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）屬于在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中存在的轉(zhuǎn)錄因子，是在缺氧/低氧條件下通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)氧濃度對(duì)氧穩(wěn)態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因子[1]。在有氧條件下，26S 蛋白酶體可降解HIF-1α；而在缺氧條件下HIF-1α 穩(wěn)定，可與HIF-1β 結(jié)合、對(duì)多種靶基因的轉(zhuǎn)錄予以激活。這些基因在血管生成、細(xì)胞存活、腫瘤增殖及物質(zhì)代謝等過(guò)程中有著重要作用[2]。

1 HIF-1α結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)功能

HIF-1α 基因在人類染色體14q21-q24 上定位。HIF-1 是氧依賴亞單位（HIF-1α）與組成性表達(dá)的核亞單位（HIF-1β）組成的異二聚體復(fù)合物。就結(jié)構(gòu)而言，HIF-1α 在N 端含有堿性多肽-螺 旋-襻-螺 旋（bHLH）和PAS（Per，ARNT，Sim）結(jié)構(gòu)域[3]。HIF-1α 還表現(xiàn)出一個(gè)氧依賴性降解（ODD）結(jié)構(gòu)域、兩個(gè)反式激活域（TADs）以及兩個(gè)核定位信號(hào)（NLS）。中心區(qū)的特殊結(jié)構(gòu)域（aa401-575）在調(diào)節(jié)HIF-1α 氧濃度的穩(wěn)定性方面起著主導(dǎo)作用[4]。兩個(gè)TAD（N-TAD：aa531-575 和C-TAD：786-826）有助于招募靶基因轉(zhuǎn)錄所需的各種輔激活子。抑制結(jié)構(gòu)域（ID：aa576-785）將其連接，可在正常有氧條件下（20% O2）對(duì)其轉(zhuǎn)錄活性進(jìn)行抑制。HIF-1 的功能活性受氧依賴性HIF-1α亞單位水平調(diào)控。雖然HIF-1αmRNA 的轉(zhuǎn)錄發(fā)生在正常有氧條件下，但蛋白質(zhì)主要通過(guò)泛素蛋白酶體途徑迅速降解[5]。在有氧條件下，HIF-1α 迅速羥基化（P402 和P564）和乙酰化（L532）。后來(lái)HIF-1α 可被pVHL 捕獲并被26S 蛋白酶體降解。但在缺氧條件下，抑制羥基化使其變得穩(wěn)定，由NLS 轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中。該蛋白與組成性表達(dá)的HIF-1β發(fā)生異源二聚體，與DNA 結(jié)合序列結(jié)合，招募共激活子，激活各種靶基因的轉(zhuǎn)錄[6]。

2 HIF-1α基因多態(tài)性

單核甘酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）是最常見的一種人類基因多態(tài)性，占所有已知多態(tài)性的90%以上。SNP 多態(tài)性只涉及單個(gè)堿基的變異，而這種變異可能是由單個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換和顛換引起的，也可能是由堿基的插入或缺失引起的。因此，SNP 可能在基因序列中，也可能在基因外的非編碼序列中。HIF-1α 基因中約有185 個(gè)單核苷酸多態(tài)性，第12 號(hào)外顯子C1772T 和G1790A的單核苷酸被替換，因此C1772T 和G1790A 是HIF-lα 基因的常見單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)，可導(dǎo)致該基因的582 位點(diǎn)的脯氨酸被絲氨酸取代，588 位點(diǎn)的丙氨酸被羥基丁酸取代。C1772T 所導(dǎo)致的氨基酸替換（P582S）既緊鄰 Por564，又位于 HIF-lα的 ODD 和氨基末端激活基序（N-TAD）中，A588T則與ODD 和N-TAD 僅相隔三個(gè)密碼子，這些氨基酸替代可能會(huì)對(duì)HIF-lα 的改變其轉(zhuǎn)錄活性或氧依賴性降解產(chǎn)生干擾，最終影響HIF-1 基因?qū)ο掠位虻恼{(diào)節(jié)[2，6]。

3 HIF-1α基因多態(tài)性與疾病相關(guān)性研究

HIF-1α 基因多態(tài)性被認(rèn)為與人群對(duì)疾病的易感性、疾病的嚴(yán)重程度、預(yù)后以及人體對(duì)藥物的反應(yīng)性等有關(guān)。SNP 會(huì)導(dǎo)致編碼蛋白的氨基酸被取代，對(duì)編碼蛋白的活性和生物學(xué)效應(yīng)有重要影響。研究表明，HIF-1α 基因多態(tài)性與糖尿病、心腦血管疾病、腫瘤等多種疾病的發(fā)生發(fā)展有一定的關(guān)聯(lián)[7]。

3.1 HIF-1α基因多態(tài)性與非腫瘤性疾病的相關(guān)性研究

HIF-1α 既是HIF-1 唯一的氧調(diào)節(jié)亞基，又是HIF-1 的活性亞基，低氧時(shí)HIF-1 可在如肝、肺、腎、腦、心等組織細(xì)胞中廣泛表達(dá)，促進(jìn)低氧適應(yīng)相關(guān)基因，如促紅細(xì)胞生成素（EPO）、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體等的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，使機(jī)體產(chǎn)生紅細(xì)胞生成增加、增強(qiáng)糖酵解酶活性、組織生成的毛細(xì)血管增多、血管擴(kuò)張以適應(yīng)低氧環(huán)境的生理變化，故其對(duì)炎癥因子的形成、維持細(xì)胞的能量代謝以及新血管生成等方面起重要作用[8-9]。HIF-1α 能夠調(diào)節(jié)100 多種靶基因的表達(dá)，而與缺氧適應(yīng)、炎癥因子的表達(dá)、免疫反應(yīng)等的相關(guān)性提示其在多種非腫瘤性疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要位置[10]。

3.1.1 HIF-1α 基因多態(tài)性與2 型糖尿病的研究糖尿病屬于常見病、多發(fā)病，其并發(fā)癥與后遺癥會(huì)導(dǎo)致患者殘疾，對(duì)患者生活質(zhì)量造成影響。視網(wǎng)膜病變（DR）是一種嚴(yán)重糖尿病性眼病，是致盲的主要原因之一。缺氧是DR 發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，HIF-1 被高血糖抑制，進(jìn)而導(dǎo)致糖尿病并發(fā)癥出現(xiàn)。國(guó)外研究表明，HIF-1α Pro582Ser 多態(tài)性可抵抗高血糖介導(dǎo)的抑制，有效防止糖尿病腎病的發(fā)展。該研究發(fā)現(xiàn)HIF-1α Pro582Ser 多態(tài)性對(duì)DR 發(fā)生的影響，并剖析了其多態(tài)性對(duì)DR 抑制作用的相對(duì)抵抗機(jī)制，高血糖與糖尿病和糖尿病視網(wǎng)膜病變有關(guān)[11]。

3.1.2 HIF-1α 基因多態(tài)性與呼吸系統(tǒng)疾病的研究 慢性阻塞性肺疾病（COPD）屬于進(jìn)行性的以氣流受限為特征的疾病，與慢性支氣管炎和肺氣腫發(fā)生有密切關(guān)系。HIF-1 是缺氧條件下維持體內(nèi)氧穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵物質(zhì)。HIF-1α 基因多態(tài)性在不同疾病的發(fā)生和發(fā)展中有較大差異。據(jù)推測(cè)，HIF-1α與不同疾病組織（如COPD 肺組織和頭頸癌組織）中的不同蛋白質(zhì)相互作用，導(dǎo)致其多態(tài)性差異較大。有研究表明，病例組G/A 基因型頻率和突變雜合子A 等位基因頻率均低于健康對(duì)照組[12]。此外，有研究結(jié)果顯示，重度COPD/肺氣腫患者肺組織HIF-1αmRNA 和HIF-1α 蛋白的表達(dá)顯著降低。HIF-1α 基 因SNP/G1790A 突變與COPD 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)降低及發(fā)病機(jī)制有關(guān)，該基因G1790A 可能是導(dǎo)致COPD 發(fā)生發(fā)展的危險(xiǎn)因素，但HIF-1α 基因突變對(duì)HIF-1α 表達(dá)和活性影響的具體機(jī)制及其在COPD 中的作用尚需進(jìn)一步研究[13]。

3.1.3 HIF-1α 基因多態(tài)性與心腦血管疾病的研究 HIF-1α 的遺傳變異性也與心血管系統(tǒng)疾病有關(guān)，如缺血性心臟病、冠心病伴穩(wěn)定勞力性心絞痛、早發(fā)冠心病、子癇前期、急性心肌梗死和透析內(nèi)低血壓[14]。在接受冠狀動(dòng)脈造影的患者中，SNP 改變HIF-1α 在582 密碼子（P582S）處由脯氨酸轉(zhuǎn)為絲氨酸的氨基酸序列，結(jié)果顯示有側(cè)支的患者HIF-1α變異等位基因頻率比無(wú)側(cè)支的患者高5 倍。與心肌梗死患者相比，穩(wěn)定型心絞痛患者HIF-1α 位點(diǎn)P582S 與其他兩個(gè)單核苷酸多態(tài)性頻率有所增加。這些結(jié)果的解釋尚不清楚，因?yàn)楹笠豁?xiàng)研究沒有包括有關(guān)患者冠狀動(dòng)脈狹窄嚴(yán)重程度的血管造影數(shù)據(jù)[15]。然而，人體和小鼠研究結(jié)果共同支持了編碼HIF-1α 基因位點(diǎn)的遺傳變異影響缺血性心血管疾病反應(yīng)的結(jié)論[16]。

3.1.4 HIF-1α 基因多態(tài)性與骨關(guān)節(jié)方面疾病的研究 骨性關(guān)節(jié)炎（OA）屬于復(fù)雜的多因素性關(guān)節(jié)退行性疾病，關(guān)節(jié)間相互作用顯著影響其發(fā)育和進(jìn)展的發(fā)病機(jī)制，尤其是促炎介質(zhì)與氧化應(yīng)激，導(dǎo)致軟骨退化和軟骨下骨遭受破壞。HIF-1α 調(diào)節(jié)氧穩(wěn)態(tài)如關(guān)節(jié)軟骨的缺氧組織，HIF-1α 基因轉(zhuǎn)錄活性的效率受多態(tài)性變體的影響[17]。Fernández-Torres等[18]學(xué)者研究70例墨西哥膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者rs2929970（A2364G）基因多態(tài)性分析，結(jié)果OA 患者rs11549465 多態(tài)性的CC 基因型頻率顯著升高。CT 膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎組基因型和T 等位基因頻率較對(duì)照組降低，其他多態(tài)性的等位基因頻率患者與對(duì)照組的變異相似。結(jié)果提示rs11549465 SNP（HIF-1α）對(duì)軟骨和軟骨下骨內(nèi)的進(jìn)一步研究提供參考依據(jù)。

3.2 HIF-1α基因多態(tài)性與腫瘤的研究

HIF-1α 具有重新編程細(xì)胞代謝狀態(tài)的能力，缺氧細(xì)胞中的HIF-1α 調(diào)節(jié)許多涉及癌癥生物學(xué)關(guān)鍵方面的基因的轉(zhuǎn)錄，包括遺傳不穩(wěn)定、代謝重編程、自分泌生長(zhǎng)因子信號(hào)、侵襲/轉(zhuǎn)移和治療效果等具有一定相關(guān)性[19]。HIF-1α 的SNP 與乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌、前列腺癌、口腔癌和腎細(xì)胞癌等的發(fā)病有最大關(guān)聯(lián)[20]。

3.2.1 HIF-1α 基因多態(tài)性與消化道腫瘤的研究國(guó)內(nèi)有研究收集448例中晚期原發(fā)性肝癌行動(dòng)脈化療栓塞治療患者，探討HIF-1α 基因多態(tài)性對(duì)不同特性肝癌患者預(yù)后的影響，分別用AFP 水平、腫瘤大小、腫瘤數(shù)目及門靜脈癌栓情況對(duì)患者進(jìn)行分層，在腫瘤＜5 cm 的人群中，攜帶rs2301113 位點(diǎn)突變基因型（WV+VV）患者預(yù)后明顯優(yōu)于野生型（WW）患者。在單發(fā)腫瘤患者中，攜帶rs2301113位點(diǎn)突變基因型（WV+VV）同樣具有保護(hù)作用。HIF-1α 基因rs2301113 位點(diǎn)多態(tài)性與患者預(yù)后顯著相關(guān)，可作為獨(dú)立的生存預(yù)測(cè)指標(biāo)[21]。Guo[22]等對(duì)492例手術(shù)性肝癌患者的HIF-1α 的3 個(gè)功能性SNPs（rs2057482、rs1957757 和rs2301113）進(jìn)行了基因分型，研究結(jié)果表明與CC 基因型患者相比，SNP rs2057482 變異等位基因（CT+TT）患者的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)低。在分層分析中，rs2057482-CT+TT 基因型對(duì)不良階層患者的保護(hù)作用明顯有利于階層患者，HIF-1α 基因中的SNP-rs2057482與中國(guó)肝癌患者術(shù)后的臨床結(jié)局有顯著相關(guān)性，尤其是與侵襲狀態(tài)相關(guān)的患者，這值得在其他患者群體中進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2.2 HIF-1α 基因多態(tài)性與婦科腫瘤的研究 近年來(lái)，許多學(xué)者研究了HIF-1α 在不同腫瘤組織中的表達(dá)作用，發(fā)現(xiàn)HIF-1α 在乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、宮頸癌、卵巢癌等婦科腫瘤中高表達(dá)。Shan 等[23]研究西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院腫瘤科收治乳腺癌560例，結(jié)果表明HIF-1α 的rs11549467 與BC 風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，而HIF-2α 的rs17039192 對(duì)乳腺癌無(wú)影響。HIF-1α 的rs11549467 是一個(gè)錯(cuò)義突變多態(tài)性，致使蘇氨酸取代丙氨酸的氨基酸。這些氨基酸的變化可能顯著增強(qiáng)HIF-1α 的轉(zhuǎn)錄活性，對(duì)下游靶基因的表達(dá)產(chǎn)生影響。HIF-1α 的過(guò)度表達(dá)可能導(dǎo)致腫瘤的易感性和轉(zhuǎn)移。Chen[24]研究HIF-1α基因C1772T 和G1790A 的單核苷酸多態(tài)性分別出現(xiàn)在23.6%和3.3%；在單變量分析中，總生存率與宮頸癌分期和手術(shù)殘余腫瘤有關(guān)，而與SNPs 的C1772T、G1790A、C1772T 和（或）G1790A 無(wú)關(guān)。

3.2.3 HIF-1α 基因多態(tài)性與泌尿腫瘤的研究 Li[25]在薈萃分析中，發(fā)現(xiàn)HIF-1α1790G/A 的AA 基因型在整個(gè)人群中，白種人有發(fā)生腎癌的風(fēng)險(xiǎn)。G 等位基因與GG 基因型無(wú)關(guān)，在所有人群中，白種人和亞洲人都有腎細(xì)胞癌的易感性。在整個(gè)人群中G等位基因呈負(fù)相關(guān)，亞洲人易患前列腺癌，但白種人不易患前列腺癌。HIF-1α1790G/A 的AA 基因型與白種人的腎細(xì)胞癌發(fā)病率呈正相關(guān)。此外，G等位基因與前列腺癌易感性總體呈負(fù)相關(guān)。人群、亞洲人和GG 基因型與亞洲人前列腺癌易感性呈負(fù)相關(guān)。對(duì)28 個(gè)病例對(duì)照組進(jìn)行薈萃分析HIF-1α之間的關(guān)系與研究G1790A 基因多態(tài)性與癌癥的危險(xiǎn)性，并報(bào)道了G 等位基因與HIF-1α 的G1790A基因的相關(guān)性多態(tài)性是癌癥的顯著危險(xiǎn)因素之一。HIF-1α 基因中的幾個(gè)SNP 已經(jīng)鑒定，相比野生等位基因rs11549465 的變異等位基因多態(tài)性（C-T 替換位點(diǎn)+1772）均有較高的轉(zhuǎn)錄活性表現(xiàn)。因此，許多學(xué)者研究SNP 與前列腺發(fā)生癌癥風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，然而不同研究的結(jié)果保持不一致甚至矛盾[26]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，HIF-1α 基因多態(tài)性可能與多種臨床疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，由于疾病遺傳易感性機(jī)制的復(fù)雜性，同時(shí)受地域、人種和研究設(shè)計(jì)方案等的差異影響，部分相關(guān)研究的結(jié)論尚不一致，甚至相反。今后仍需更深入、更廣泛的研究，全面了解HIF-1α 基因多態(tài)性與疾病易感性之間的相關(guān)性及遺傳規(guī)律，為臨床疾病的診療提供新的思路及科學(xué)依據(jù)。