張子良，黃 櫻

（1. 贛南醫(yī)學(xué)院2018級(jí)碩士研究生；2. 贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江西 贛州 341000）

血管性癡呆（Vascular dementia，VD）主要是由慢性腦區(qū)低灌注損傷引起的一種獲得性大腦智能及其他認(rèn)知系統(tǒng)功能障礙的神經(jīng)退行性疾?。?］，主要引起學(xué)習(xí)、記憶、執(zhí)行力及視覺(jué)和空間等多方面的認(rèn)知功能損害，甚至可能出現(xiàn)精神情感、人格障礙［2］。VD 發(fā)病率約占所有癡呆癥患者的17%～20%，是第二大癡呆癥［3］。近年來(lái)，隨著科學(xué)的發(fā)展，VD 的病因、病理機(jī)制的研究也更加的深入，并且在指導(dǎo)臨床實(shí)踐中取得了一定的成效［4］。在VD的眾多臨床病理發(fā)病機(jī)制中，慢性腦區(qū)低灌注性損傷一直占據(jù)極其重要的地位［5］。在慢性腦區(qū)低灌注損傷導(dǎo)致VD 的分子生物學(xué)機(jī)制中都強(qiáng)調(diào)了腦細(xì)胞氧化應(yīng)激和興奮毒性反應(yīng)與神經(jīng)血管損傷的重要作用［6］。將這些機(jī)制作為減輕或預(yù)防VD 的策略及干預(yù)靶點(diǎn)，具有潛在的可行性和重要價(jià)值。

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導(dǎo)因子-1α（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）具有保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞的作用。當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞受到損傷時(shí)，其可以通過(guò)誘導(dǎo)驅(qū)動(dòng)多種關(guān)鍵靶基因如：血管神經(jīng)內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）和紅細(xì)胞刺激因子（Erythropoietin，EPO）等的表達(dá)從而減少神經(jīng)元死亡。HIF-1α 還可以促進(jìn)糖酵解和葡萄糖代謝，增加NADH/NADPH 的還原反應(yīng)，減輕氧化應(yīng)激引起的損傷［7］。有研究表明，HIF-1α 及其靶基因參與糖酵解或血管生成的原因可能是一種機(jī)體對(duì)氧化應(yīng)激的適應(yīng)性反饋［8］。此種反饋對(duì)神經(jīng)元具有一定的保護(hù)作用，能緩解認(rèn)知功能下降，阻止VD 的發(fā)病進(jìn)程。因此，本文主要從HIF-1α 的結(jié)構(gòu)特征、氧代謝的調(diào)節(jié)及其在血管性癡呆病理機(jī)制中的作用予以綜述。

1 HIF-1α的結(jié)構(gòu)特征

HIF-1 屬于PAS（PER-ARNT-SIM）蛋白轉(zhuǎn)錄家族，是一種異源二聚體核蛋白。主要由α亞基和β亞基兩個(gè)亞單位組成，每種亞基各自具有3種亞型，即HIF-1α、HIF-2α、HIF-3α、HIF-1β、HIF-2β、HIF-3β［9］。其中，α亞基分子量為120 KD，β亞基分子量為95 KD［10］。α 亞基主要在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)表達(dá)，為HIF-1 所特有，不僅是HIF-1 的調(diào)節(jié)亞基，也是活性亞基，其轉(zhuǎn)錄活性及蛋白穩(wěn)定性均受細(xì)胞內(nèi)氧濃度的調(diào)節(jié)。β 亞基結(jié)構(gòu)與芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白（Aryl hydrocarbon recep-tor nuclear translocator，ARNT）相同，主要在細(xì)胞核內(nèi)表達(dá)。HIF-1α的氨基端包含有堿性的螺旋-環(huán)-螺旋構(gòu)型（Basic helix-loop-helix，bHLH）和PAS 結(jié)構(gòu)域，是形成異源二聚體并與DNA 序列低氧反應(yīng)元件（Hypoxia-responseelement，HRE）結(jié)合所必須的結(jié)構(gòu)；羧基端為一個(gè)富含脯氨酸-絲氨酸-蘇氨酸的氧依賴降解結(jié)構(gòu)域（Oxygen-dependent degradationdo-main，ODDD）和反式激活結(jié)構(gòu)域（Transactivationdo-main，TAD）即TAD-C，N 末端含有TAD-N。其中，TAD-C 和TAD-N 與HIF-1α 的氧調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性有關(guān)，ODDD 則與泛素酶連接系統(tǒng)有關(guān)［11］。有研究認(rèn)為，這些結(jié)構(gòu)域?qū)τ贖IF-1 的穩(wěn)定、核轉(zhuǎn)位和轉(zhuǎn)錄激活有著重要的作用［12］。HIF-1α 是研究較多的蛋白分子，其基因定位于人的第14 號(hào)染色體q21-24 區(qū)，由826 個(gè)氨基酸組成，是缺氧時(shí)表達(dá)相對(duì)較多的蛋白。HIF-2α 被稱為細(xì)胞內(nèi)皮PAS 結(jié)構(gòu)域蛋白-1（Endothelial PAS domain protein 1，EPAS-1），與HIF-1α有48%的氨基酸分子序列同源性，在分子結(jié)構(gòu)及細(xì)胞生物化學(xué)特性上有許多相似之處，其主要作用已被廣泛用于研究，在缺氧細(xì)胞中的主要作用幾乎不可替代［13］。然而，與缺氧時(shí)普遍表達(dá)的HIF-1α 蛋白不同，HIF-2α 在肺、血管內(nèi)皮和頸部主動(dòng)脈小體中高度表達(dá)。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，HIF-3α 主要是與HIF-1β結(jié)合形成穩(wěn)定的二聚體，并與缺氧反應(yīng)元件結(jié)合。HIF-3α 在細(xì)胞中的作用機(jī)制及生物學(xué)功能方面的研究較少，有待于進(jìn)一步發(fā)掘。

2 HIF-1α的生物學(xué)特性及調(diào)節(jié)機(jī)制

在常氧條件下，脯氨酸羥化酶（Prolyl hydroxy-lase domain enzyme，PHD）極易對(duì)HIF-1α 進(jìn)行羥化修飾［14］。首先，HIF-1α 的ODDD 與VHL 蛋白（Von-hippel-lindau，VHL）相互作用并發(fā)生結(jié)合，從而直接激活泛素蛋白連接酶系統(tǒng)，導(dǎo)致HIF-1α蛋白的降解［15］。缺氧時(shí)，PHD 活性被抑制，VHL 蛋白不能識(shí)別并結(jié)合HIF-1α 的ODDD 結(jié)構(gòu)域，HIF-1α 表達(dá)增加。HIF-1α 移位到細(xì)胞核與HIF-1β 結(jié)合而形成不易被化學(xué)降解的二聚體，同時(shí)與HRE 的序列相互結(jié)合，反式激活缺氧反應(yīng)基因，以達(dá)到使細(xì)胞存活的目的［16］。另一方面，抑制細(xì)胞缺氧的誘導(dǎo)因子-1（Factor inhibiting HIF-1，F(xiàn)IH）通過(guò)直接調(diào)節(jié)HIF-1，使HIF-1 的C-末端結(jié)構(gòu)域羥化而受到抑制，并且與p300/CREB 結(jié)合蛋白復(fù)合物結(jié)合，從而允許HIF-1在缺氧時(shí)反式激活［17］。

氧是有氧細(xì)胞能量代謝的重要物質(zhì)，而大多數(shù)合成代謝過(guò)程、信號(hào)傳導(dǎo)通路和酶促反應(yīng)都需要三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate，ATP）的參與［18］。缺氧時(shí)，可以通過(guò)激活A(yù)MP 的蛋白激酶途徑，從而增強(qiáng)三羧酸循環(huán)［19］。然而，此種應(yīng)激性反應(yīng)是暫時(shí)的。研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1 是缺氧的主要調(diào)節(jié)因子，特別是在慢性缺氧時(shí)的動(dòng)態(tài)平衡反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用［20］。HIF-1 通過(guò)調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)來(lái)適應(yīng)缺氧引起的氧化應(yīng)激損傷，其主要機(jī)制可能是允許細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)糖酵解而不是氧化代謝來(lái)降低耗氧量，并通過(guò)減少細(xì)胞分裂等細(xì)胞發(fā)育過(guò)程的能量需求來(lái)適應(yīng)生存［21-22］。與此同時(shí)，HIF-1α還可增加乳酸脫氫酶A 和單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4（Monocarboxylate transporters 4，MCT4）的表達(dá)，加快乳酸運(yùn)輸改善缺氧引起的代謝障礙，從而達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的作用［23］。近來(lái)研究已證實(shí)Krebs 循環(huán)和氧化磷酸化可以被HIF-1α 抑制，因?yàn)樵撘蜃涌缮险{(diào)丙酮酸脫氫酶激酶-1，催化丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A［24］。研究還發(fā)現(xiàn)，在低氧條件下，HIF-1可通過(guò)上調(diào)細(xì)胞色素C氧化酶和線粒體蛋白酶LONP1的過(guò)表達(dá)，減少缺氧條件下線粒體ROS的產(chǎn)生［25］。有的研究也認(rèn)為，通過(guò)增加HIF-1 及其靶基因VEGF 的表達(dá)，可以抑制核周線粒體的聚集從而減少ROS的產(chǎn)生，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的目的［26］。

3 HIF-1α 及其在血管性癡呆病理機(jī)制中的調(diào)控

3.1 HIF-1α與血管性癡呆在VD早期，細(xì)胞為了應(yīng)對(duì)缺氧，HIF-1α 高度表達(dá)，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)紅細(xì)胞生成和血管生成等過(guò)程，改善缺血缺氧狀態(tài)［27］。HIF-1α 不僅在調(diào)節(jié)氧穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用，而且在神經(jīng)元保護(hù)中的作用同樣重要。LOPEZ-HERNANDEZ 等［28］的體外研究表明，在長(zhǎng)達(dá)24 h 的3% O2缺氧條件下，抑制HIF-1α 的siRNA 表達(dá)加重了大鼠皮層神經(jīng)元的死亡。BARANOVA等［29］研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元特異性地敲除HIF-1α導(dǎo)致短暫局灶性腦缺血后腦組織損傷的增加，間接證實(shí)了VD 早期病理中HIF-1α 的重要作用。YANG 等［30］的研究也發(fā)現(xiàn)，在慢性腦灌注不足期間，HIF-1α 表達(dá)持續(xù)增加，這在癡呆癥的發(fā)生中有著重要意義。由此可見(jiàn)，HIF-1α 在VD 早期的病理機(jī)制中有著重要作用，需要進(jìn)一步挖掘。

3.2 氧化應(yīng)激促進(jìn)HIF-1α 的表達(dá)，參與血管性癡呆氧化應(yīng)激普遍存在于VD 的早期發(fā)病機(jī)制中，是導(dǎo)致神經(jīng)元死亡及認(rèn)知功能障礙的重要原因［31-32］。研究發(fā)現(xiàn)，大腦對(duì)缺氧和氧化應(yīng)激特別敏感，主要是由正常功能神經(jīng)元的高代謝需求所致。在大腦重要的神經(jīng)元活動(dòng)中，如神經(jīng)元信息的傳遞和細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的平衡都取決于持續(xù)的氧和葡萄糖供應(yīng)［33］。缺氧引起的氧化應(yīng)激干擾了正常的能量代謝，由于葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活性增加，相應(yīng)的上調(diào)了HIF-1α的表達(dá)，以達(dá)到保護(hù)神經(jīng)元的目的。值得注意的是，氧化應(yīng)激引發(fā)的這種氧化導(dǎo)致神經(jīng)元死亡和認(rèn)知能力下降的同時(shí)，介導(dǎo)的活性氧也可能穩(wěn)定HIF-1α 活性［34］。CHANDEL 等［35］的研究證實(shí)，HIF-1 可由自由基誘導(dǎo)，尤其是活性氧。通過(guò)對(duì)HIF-1α 上游調(diào)節(jié)通路的分析表明，線粒體作為一種氧水平的傳感機(jī)制，在缺氧時(shí)產(chǎn)生的活性氧，可以穩(wěn)定HIF-1α 的活性。OLSON 等［36］的研究進(jìn)一步說(shuō)明，活性氧通過(guò)穩(wěn)定HIF-1α的活性來(lái)達(dá)到對(duì)抗氧化應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)元細(xì)胞死亡。另外，HIF-1α 在慢性腦低灌注損傷過(guò)程中，保護(hù)大腦免受氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)損害。在慢性腦低灌注期間積累的HIF-1α介導(dǎo)內(nèi)源性適應(yīng)過(guò)程，以抵御更嚴(yán)重的腦低灌注損傷［37］。WANG 等［38］在大鼠建立大腦中動(dòng)脈梗死模型中發(fā)現(xiàn)，抑制miR-155-5p 表達(dá)的神經(jīng)干細(xì)胞移植將直接靶向調(diào)控HIF-1α 的表達(dá)，抑制炎癥和氧化應(yīng)激作用。氧化應(yīng)激損傷使大腦保護(hù)機(jī)制激活，HIF-1α的表達(dá)增加可能激活了Nrf2/ARE信號(hào)通路，增加了Nrf2（通過(guò)降低Keap1 水平）、血紅素加氧酶1（HO-1）和一氧化氮合酶1（NOS1）的表達(dá)，這對(duì)氧化應(yīng)激的損傷提供了進(jìn)一步的保護(hù)［39］。YADAV等［40］在白藜蘆醇固體脂質(zhì)納米粒激活Nrf2/HO-1 途徑減輕血管性癡呆線粒體氧化應(yīng)激的研究中發(fā)現(xiàn)，Nrf2 和HO-1 的水平顯著升高，負(fù)反饋的使HIF-1 表達(dá)減少，間接說(shuō)明了氧化應(yīng)激促進(jìn)HIF-1α 的表達(dá)，激活Nrf2 信號(hào)通路保護(hù)神經(jīng)元。然而，HIF-1α 通過(guò)何種信號(hào)通路保護(hù)神經(jīng)元，參與VD 的具體發(fā)病機(jī)制仍有待于進(jìn)一步的研究。

3.3 HIF-1α 通過(guò)調(diào)節(jié)血管新生，參與血管性癡呆HIF-1α可能通過(guò)調(diào)節(jié)靶基因VEGF的表達(dá)促進(jìn)血管新生，參與血管性癡呆的早期病理過(guò)程。研究表明，抑制HIF-1α 活性使靶基因VEGF 表達(dá)下調(diào)，小鼠的記憶和神經(jīng)元活性顯著降低［41］。ADAMCIO等［42］在服用促紅細(xì)胞生成素后或在用PHD 抑制劑治療后，可以增加HIF-1的活性并導(dǎo)致VEGF的表達(dá)增加，小鼠的海馬記憶也得到增強(qiáng)。這些研究強(qiáng)調(diào)了HIF-1在認(rèn)知功能和記憶中的作用，提示HIF-1是VD治療可能的潛在靶點(diǎn)［43］。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，HIF-1α和VEGF增加局灶性腦缺血后激活的內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞的可塑性［44］。HAN W、PAN ZG 等［45-46］研究也發(fā)現(xiàn)，HIF-1α 可通過(guò)干預(yù)其靶基因VEGF 的表達(dá)調(diào)節(jié)腦損傷后的神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)血管單位的恢復(fù)。在一項(xiàng)針對(duì)鼠中腦源性神經(jīng)前體細(xì)胞（Murine midbrain-derived neural precursor cells，mNPCs）的研究中發(fā)現(xiàn)，敲除HIF-1α基因的mNPCs 在3% O2處理2 周后顯示，中腦中神經(jīng)元的存活和增殖出現(xiàn)特定的損傷［47］。同時(shí)，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子mRNA 在HIF-1α 敲除的mNPCs中的表達(dá)降低，VEGF 治療HIF-1α 敲除的mNPCs 可部分恢復(fù)中腦神經(jīng)元的增殖，HIF-1α 的增殖效應(yīng)可能與VEGF的上調(diào)有關(guān)。由此可見(jiàn)，HIF-1通過(guò)調(diào)控靶基因VEGF 的表達(dá)，促進(jìn)大腦血管的生成和神經(jīng)發(fā)生，在VD早期發(fā)病機(jī)制中具有重要意義。

4 展 望

綜上所述，VD 的早期發(fā)病機(jī)制中，HIF-1α 通過(guò)調(diào)節(jié)靶基因VEGF 的表達(dá)促進(jìn)血管新生，以保護(hù)神經(jīng)元，參與血管性癡呆。此外，氧化應(yīng)激損傷使HIF-1α 表達(dá)上調(diào)，可能激活Nrf2/ARE 信號(hào)通路，使Nrf2、HO-1 和NOS1 表達(dá)增加，這為氧化應(yīng)激導(dǎo)致的神經(jīng)元損傷提供了進(jìn)一步的保護(hù)。然而，HIF-1α 在VD 早期的病理機(jī)制中的作用是復(fù)雜的，特別是在涉及到的氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)的信號(hào)通路中的作用，以及在腦細(xì)胞能量代謝中的具體機(jī)制尚未研究透徹。靶向調(diào)節(jié)HIF-1α可能是延緩VD早期認(rèn)知功能減退的治療策略。相信在不久的將來(lái)VD 的防治不再是問(wèn)題，減少VD發(fā)病將成為現(xiàn)實(shí)。