李榮森，韋建瑞，張少衡

(1.暨南大學(xué)附屬廣州紅十字會醫(yī)院心血管內(nèi)科，廣州 510220； 2.廣州市婦女兒童醫(yī)療中心，廣州 510630)

缺血性心力衰竭(ischemic heart failure，IHF)指由于冠狀動脈嚴(yán)重病變引起長期心肌缺血和心肌冬眠，導(dǎo)致心肌局限性或彌漫性纖維化，產(chǎn)生心臟收縮和(或)舒張功能受損，引起左心室擴大或僵硬，并出現(xiàn)心力衰竭等表現(xiàn)，伴或不伴有心絞痛的臨床綜合征,是冠心病的嚴(yán)重并發(fā)癥。IHF的發(fā)病機制包括冠狀動脈狹窄、炎癥機制、血管痙攣、凝血功能異常、微血管和內(nèi)皮功能損傷等因素[1]，是西方發(fā)達國家的主要死因之一[2]，同時，大部分發(fā)展中國家的IHF死亡率亦呈不斷上升趨勢，據(jù)估計，中國每年有上百萬人死于IHF[3]，給社會帶來沉重的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。作為一種進展性的臨床綜合征，IHF常因心排血量的降低導(dǎo)致機體循環(huán)血流量不足，繼而出現(xiàn)各種嚴(yán)重并發(fā)癥，是缺血性心臟病的終末期表現(xiàn)和主要致死原因。目前研究發(fā)現(xiàn)，缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)是具有高度特異性核轉(zhuǎn)錄因子，主要調(diào)節(jié)機體缺氧狀態(tài)下的氧穩(wěn)態(tài)。在IHF患者中，機體長期處于低氧狀態(tài)，可通過上調(diào)HIF-1α的表達來維持內(nèi)環(huán)境的氧供需平衡狀態(tài)[4]。相關(guān)臨床前研究表明，HIF-1α的激活在心肌梗死、心臟重構(gòu)、動脈粥樣硬化和周圍動脈疾病中具有潛在益處，并通過改善葡萄糖和脂質(zhì)代謝、降低血壓等作用保護心血管[5-9]。因此，明確HIF-1α在IHF中的保護途徑，分析其表達水平與冠狀動脈狹窄程度的關(guān)系，將對IHF的病情評估、治療及預(yù)后等有一定的臨床參考價值。現(xiàn)就HIF-1α在IHF的作用機制、預(yù)后判斷和相關(guān)治療應(yīng)用上的研究進展予以綜述。

1 HIF-1 概述

1.1HIF-1 的結(jié)構(gòu)與特性 HIF-1為異源二聚體，主要由相對不穩(wěn)定的HIF-1α亞基和相對穩(wěn)定的HIF-1β亞基組成[10]。其中α-亞基的編碼基因位于第14號染色體(14q21～24)，由N端的轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域、C端兩個相對獨立的反式激活結(jié)構(gòu)域以及一個特殊的氧依賴降解區(qū)組成，主要在細(xì)胞質(zhì)表達，其穩(wěn)定性和活性受氧濃度的調(diào)節(jié)；而 β-亞基又稱為芳香烴受體核轉(zhuǎn)運子，編碼基因位于第1號染色體(1q21～24)，不受氧濃度的影響，主要在細(xì)胞核內(nèi)穩(wěn)定表達[11]。

1.2HIF-1α的簡要調(diào)控路徑 在機體常氧的狀態(tài)下，HIF-1α的半衰期只有5～10 min，其脯氨酸殘基被脯氨酸羥化酶羥基化后，由VHL(von hippel-lindau)因子識別，最終通過E3泛素-蛋白酶體途徑降解，在細(xì)胞內(nèi)維持較低水平[12]。在機體缺氧狀態(tài)下，可通過降低脯氨酸羥化酶和HIF抑制因子活性，抑制脯氨酸殘基降解，保持HIF-1α蛋白質(zhì)水平相對穩(wěn)定。HIF-1α與其受體結(jié)合形成二聚體后向細(xì)胞核轉(zhuǎn)移，與靶基因的特定缺氧反應(yīng)元件啟動子區(qū)域結(jié)合后，激活蛋白p300/cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄[13]。除與氧相關(guān)的調(diào)控路徑外，HIF-1α還可通過非氧依賴途徑調(diào)節(jié)相關(guān)信號分子、生長因子以及環(huán)境刺激因子等的活性[14]。

1.3HIF-1α的主要調(diào)節(jié)功能 HIF-1α幾乎在所有細(xì)胞中表達，在多種基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用[15]。相關(guān)研究證明，HIF-1α可調(diào)控人類上百種基因的表達，并產(chǎn)生相應(yīng)的蛋白產(chǎn)物，介導(dǎo)機體發(fā)生相應(yīng)反應(yīng)[16]。HIF-1α可通過參與下調(diào)氧氣消耗、上調(diào)厭氧過程、恢復(fù)正常氧氣輸送等細(xì)胞功能事件，調(diào)控血管生成與重構(gòu)、血管舒縮、能量代謝、細(xì)胞因子釋放、促紅細(xì)胞生成、鐵穩(wěn)態(tài)、pH調(diào)節(jié)、細(xì)胞增殖和活力、血氧容量增加以及側(cè)支循環(huán)形成等，使細(xì)胞重新適應(yīng)機體缺氧環(huán)境，因此，HIF-1α在心臟疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用[13,17]。

2 HIF-1α與IHF的相關(guān)研究進展

2.1HIF-1α對IHF中心肌細(xì)胞的三大保護途徑 缺血性心臟病以冠狀動脈血流供應(yīng)與心肌需求不平衡為主要特征，脂類物質(zhì)沉積后形成斑塊，使冠狀動脈血管腔狹窄甚至阻塞，或因血管功能性改變致使心肌缺血缺氧甚至壞死，進而引起的心臟病[18]。持續(xù)缺血缺氧導(dǎo)致心肌細(xì)胞發(fā)生不可逆的損傷與死亡，最終導(dǎo)致病情進展為IHF。目前，對于冠狀動脈血管病變致心肌缺血患者的治療主要通過血運重建術(shù)改善心肌供血，促使尚未完全死亡的心肌細(xì)胞復(fù)活，恢復(fù)其正常功能，可有效防止IHF的進一步發(fā)展，改善患者預(yù)后、減少不良反應(yīng)發(fā)生。然而，上述治療措施雖然能在一定程度上改善早期生存率，但仍無法避免因長期缺血缺氧造成心室的病理性重構(gòu)而導(dǎo)致的IHF等不良心血管事件發(fā)生。在IHF的發(fā)生發(fā)展過程中，缺血缺氧環(huán)境對HIF-1α激活的保護作用可以概括為血管調(diào)控、能量代謝、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)三大途徑，從而應(yīng)對IHF患者機體缺血以及再灌注對心肌細(xì)胞的損害，減輕心室病理性重構(gòu)，延緩IHF的惡化進展。

在血管調(diào)控方面，HIF-1α可參與血管新生改善IHF心肌細(xì)胞的缺血狀態(tài)，從而在一定上緩解病情。HIF-1α通過對一些編碼分泌細(xì)胞因子和細(xì)胞表面受體靶基因的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，促進血管相關(guān)生長因子(血管內(nèi)皮生長因子、胎盤生長因子、肥大細(xì)胞生長因子)等的表達，參與血管的發(fā)育和重構(gòu)，促進新生血管的形成，增加缺氧部位的血流，以恢復(fù)氧氣的供應(yīng)[19-20]。HIF-1α還可介導(dǎo)一氧化氮合酶、腎上腺素受體等參與血管張力的調(diào)節(jié)，具有促進血管再生與擴張的作用[21]。

在能量代謝方面，正常情況下成人心臟糖酵解僅占能量產(chǎn)生的一小部分，心肌大部分ATP由脂肪酸的氧化磷酸化產(chǎn)生[22]。在缺氧條件下，IHF患者因營養(yǎng)不良造成供能原料的匱乏，線粒體功能受到嚴(yán)重影響，由于末端電子受體氧有限，抑制了電子傳輸和氧化磷酸化，從而降低了ATP的產(chǎn)生，為了產(chǎn)生維持正常心臟功能的足夠能量，缺血的心肌細(xì)胞通過激活HIF-1α介導(dǎo)糖酵解相關(guān)酶的表達，限制丙酮酸向乙酰輔酶A轉(zhuǎn)變，同時促進丙酮酸向乳酸轉(zhuǎn)變[23]，最終表現(xiàn)為由脂肪酸代謝轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒馔緩剑源藴p少組織對氧氣的需求[24]。HIF-1α調(diào)控糖酵解還可以通過增加乳酸產(chǎn)生、增加H+和Na+交換，減少機體對氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的需求，改善心肌細(xì)胞的能量代謝[25]。此外，在低氧條件下，HIF-1α水平的升高可以促進葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白1的表達，增強細(xì)胞對葡萄糖的攝取，以提高ATP的供應(yīng)；HIF-1α還可激活[B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2/腺病毒E1B 19000相互作用蛋白3、B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2/腺病毒E1B 19000相互作用蛋白3配體、乳酸脫氫酶A、丙酮酸脫氫酶激酶同工酶3、丙酮酸脫氫酶激酶同工酶1、環(huán)加氧酶2、蛋白酶、微RNA(microRNA，miRNA/miR)-210等]基因[26]，通過抑制線粒體的氧化代謝，減少缺氧環(huán)境下有毒活性氧類的過度生成，對減輕細(xì)胞損傷有一定的保護作用。

在內(nèi)分泌調(diào)節(jié)方面，在缺血缺氧環(huán)境下，IHF患者HIF-1α表達水平增加，可刺激促紅細(xì)胞生成素基因的轉(zhuǎn)錄，促進促紅細(xì)胞生成素生成[27]，同時HIF-1α還可調(diào)節(jié)與鐵代謝有關(guān)的蛋白質(zhì)(如運鐵蛋白)的轉(zhuǎn)錄，改善鐵調(diào)素導(dǎo)致的功能性鐵缺乏，提高循環(huán)中鐵的利用率，從而升高血紅蛋白水平[28]。其中促紅細(xì)胞生成素可通過促進紅細(xì)胞生成提高血液攜氧能力，緩解機體缺氧狀況，在氧穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用。HIF-1α還可通過誘導(dǎo)血紅素加氧酶1表達參與細(xì)胞凋亡和增殖的調(diào)控，產(chǎn)生抗炎、抗氧化和擴血管等細(xì)胞保護作用[29]。

2.2HIF-1α對IHF預(yù)后判斷的價值 IHF與冠狀動脈疾病緊密相關(guān)，冠狀動脈病變狹窄的嚴(yán)重程度可作為IHF病情進展以及預(yù)后評價的重要判斷指標(biāo)。目前，冠狀動脈造影仍是評價冠狀動脈狹窄程度的金標(biāo)準(zhǔn)，但存在造影劑誘發(fā)腎衰竭及手術(shù)的潛在風(fēng)險，且價格昂貴，限制了其臨床應(yīng)用。HIF-1α參與調(diào)節(jié)冠狀動脈疾病的發(fā)展，可作為一種新的生物學(xué)指標(biāo)用于預(yù)測冠狀動脈缺血的嚴(yán)重程度。通過HIF-1α與IHF之間的關(guān)系，早期判斷患者病情的嚴(yán)重程度，及時進行針對性的臨床干預(yù)，將有助于改善IHF患者的預(yù)后。

Guo等[30]發(fā)現(xiàn)，HIF-1α信號通路內(nèi)基因多態(tài)性與圍絕經(jīng)期冠心病的發(fā)病或預(yù)后相關(guān)。同時，HIF-1α多態(tài)性與冠狀動脈側(cè)支發(fā)育和冠狀動脈疾病的臨床表現(xiàn)亦有一定關(guān)系[31]。雖然目前大部分研究認(rèn)為，HIF-1α對缺血心臟具有保護作用，但也存在相悖的觀點。有研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α雖然可通過血管內(nèi)皮生長因子等促進新生血管形成，對缺血心肌產(chǎn)生代償反應(yīng)[32]，但可能引起冠狀動脈粥樣斑塊內(nèi)膜微血管增生，不利于斑塊的穩(wěn)定，甚至可促進動脈粥樣硬化發(fā)展，最終導(dǎo)致心肌梗死等冠狀動脈疾病的發(fā)生[33]。鞏曉東和王珍娥[34]研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α高表達患者冠狀動脈軟斑塊的發(fā)病率高于低表達患者，認(rèn)為高水平HIF-1α可能會加重血管內(nèi)皮損傷，且更易導(dǎo)致軟斑塊形成，進一步分析發(fā)現(xiàn)，HIF-1α表達水平與冠狀動脈病變支數(shù)以及狹窄程度間存在相關(guān)性，提示HIF-1α在預(yù)測冠狀動脈病變中具有臨床價值。閆振嫻等[35]的分析研究顯示，老年冠心病患者HIF-1α的表達與血紅素加氧酶1水平呈正相關(guān)，說明HIF-1α通過調(diào)控其下游靶基因血紅素加氧酶1的表達，縮小缺血再灌注后心肌梗死面積和再灌注心律失常的發(fā)生，提高心肌細(xì)胞對缺血缺氧的耐受性，改善冠心病的進程及患者的長期預(yù)后。以上研究均表明，HIF-1α的表達水平與冠狀動脈狹窄程度有一定關(guān)系，HIF-1α水平越高，提示冠狀動脈狹窄程度越嚴(yán)重，可成為IHF早期病情評估和預(yù)后判斷的重要參考指標(biāo)。

冠狀動脈側(cè)支循環(huán)一般在冠狀動脈發(fā)生狹窄之后形成，有助于改善心肌供血不足[36]，可在一定程度上緩解心絞痛和改善心功能，從而提高IHF患者的生存率。Hinkel等[37]對注射腺病毒介導(dǎo)的HIF-1α/VP16基因組豬模型的研究發(fā)現(xiàn)，其缺血心肌形成的側(cè)支循環(huán)較0.9%氯化鈉溶液注射組和空白對照組更豐富。Jiang等[38]對豬模型的研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α預(yù)處理可增強缺血心臟的抗氧化活性；Liu等[39]研究發(fā)現(xiàn)，側(cè)支循環(huán)形成IHF患者的血清HIF-1α水平明顯高于側(cè)支循環(huán)未形成IHF患者，說明血清高HIF-1α水平可能促進冠狀動脈側(cè)支循環(huán)的形成。上述研究均提示，HIF-1α與冠狀動脈側(cè)支循環(huán)的形成有一定聯(lián)系，故可通過HIF-1α水平預(yù)測側(cè)支循環(huán)形成，篩選心血管事件發(fā)生風(fēng)險較高的缺血性心臟病患者，且有助于制訂個性化的治療方案。

有研究發(fā)現(xiàn)，非心臟手術(shù)前檢測HIF-1α水平可能有助于預(yù)測圍手術(shù)期IHF等心臟風(fēng)險事件[40]。Li等[41]研究顯示，與射血分?jǐn)?shù)保留的IHF患者相比，射血分?jǐn)?shù)降低的IHF患者的HIF-1α水平顯著升高，其血清水平與N端腦鈉肽前體、心肌肌鈣蛋白T水平呈正相關(guān)，而與左心室射血分?jǐn)?shù)和收縮壓呈負(fù)相關(guān)，還與IHF患者住院死亡率呈正相關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，血清HIF-1α水平可作為慢性IHF急性代償失調(diào)患者急性腎損傷的生物標(biāo)志物[42]。由此可見，HIF-1α可能是評估IHF心功能及預(yù)后的新的標(biāo)志物，也可能是治療和預(yù)防IHF進一步加重的潛在靶點。

2.3以HIF-1α為靶點對IHF的治療

2.3.1促進HIF-1α表達治療IHF的方式 在缺血預(yù)適應(yīng)、缺血后適應(yīng)以及缺血再灌注等急性心肌缺血或因高負(fù)荷引起的IHF患者中，HIF-1α早期表達的適度增加主要起保護作用[43]。Sarkar等[44]研究表明，缺血預(yù)處理誘導(dǎo)的心臟保護作用需要內(nèi)皮細(xì)胞中HIF-1α具有一定的活性，而缺血預(yù)處理的心臟保護作用在敲除HIF-1α基因小鼠中減弱，表明通過不同途徑上調(diào)HIF-1α的表達可作為IHF的一種潛在治療選擇。

目前，多種藥物和新型分子等調(diào)節(jié)HIF-1表達或活性的干預(yù)措施已進入臨床試驗階段，主要集中在癌癥研究領(lǐng)域，這些分子和藥物通過干擾HIF-1α信使RNA的表達、翻譯以及HIF-1β的二聚化和DNA結(jié)合等途徑影響HIF-1α的活性。在心血管藥物研究上，芪藶強心膠囊作為一種中藥復(fù)方制劑，具有降低血清N端腦鈉肽前體水平，減輕心肌纖維化，從而改善IHF患者心臟功能的作用，其作用機制主要通過HIF-1α途徑上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子和CD31的蛋白表達，增加心肌毛細(xì)血管的密度[45]；此外，芪藶強心膠囊還可以HIF-1α依賴性方式上調(diào)HIF-1α和一系列與糖酵解相關(guān)的酶，以促進葡萄糖的攝取和糖酵解。在分子層面，miR-221-3p為miRNA的一種亞型，在心臟肥大發(fā)展為IHF的過程中，可通過靶向信使RNA進行切割或翻譯抑制，進而發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)控作用。miR-221-3p通過靶向抑制HIF-1α表達，減少內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成，從而加重IHF的進程。Li等[46]研究發(fā)現(xiàn)，抑制miR-221-3p可恢復(fù)HIF-1α的正常表達，對改善IHF小鼠的心臟功能有一定作用，因此，miR-221-3p可能是治療IHF新的有效分子靶標(biāo)。

2.3.2抑制HIF-1α表達治療IHF的方式 在持續(xù)缺血缺氧的IHF患者中，HIF-1α的過量表達，也可產(chǎn)生一定程度的損傷反應(yīng)。有研究顯示，脂肪組織中HIF-1α的過表達并不增加局部血管生成，而缺氧脂肪組織中的HIF-1α可通過介導(dǎo)Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原和賴氨酰氧化酶等的表達加速組織纖維化，促進脂肪細(xì)胞凋亡和巨噬細(xì)胞浸潤，死亡的脂肪細(xì)胞引起白細(xì)胞介素-6、單核細(xì)胞趨化蛋白1、腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-1β的釋放，進一步加重炎癥反應(yīng)、纖維化和血管舒張功能損害，從而導(dǎo)致射血分?jǐn)?shù)保留的IHF[47]。在心肌處于持續(xù)缺血狀態(tài)時，HIF-1α的過表達可上調(diào)過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α水平，促進線粒體產(chǎn)生大量的活性氧類，在氧化應(yīng)激作用下，通過激活p21/Bcl-2相關(guān)X蛋白/胱天蛋白酶3凋亡通路加速心肌細(xì)胞凋亡[48]?？梢?，過量HIF-1α在IHF進展過程中起損傷作用。

影響HIF-1α上游傳導(dǎo)通路的口服降糖藥被認(rèn)為是減緩IHF的一種潛在療法，其中二甲雙胍可通過以下作用機制調(diào)控HIF-1α活性[49-51]：①抑制熱激蛋白90對HIF-1α的穩(wěn)定作用，促使HIF-1α蛋白降解。②激活A(yù)MP活化蛋白激酶并上調(diào)Dicer(一種核糖核酸內(nèi)切酶)的活性，在能量代謝途徑增加ATP生成，抑制HIF-1α的表達。③增加蛋白酶體對HIF-1α的降解來抑制HIF-1α的聚集。④通過損傷呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ、減少線粒體耗氧量刺激HIF-1α的降解。Li等[52]對高脂飲食喂養(yǎng)誘導(dǎo)的缺氧脂肪組織和纖維化小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可通過限制耗氧量、維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)防止組織缺氧所致的HIF-1α活化，減少HIF-1α合成，從而減輕肥胖相關(guān)的纖維化和脂肪組織炎癥。聶俊剛等[48]分析顯示，二甲雙胍可通過調(diào)節(jié)HIF-1α減少過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α的表達和活性氧類的釋放，通過抗活性氧類引起心肌凋亡，可用于治療缺血再灌注損傷，縮小心肌梗死面積。

此外，孫黎黎和吳崢[53]研究發(fā)現(xiàn)，左西孟旦作為非洋地黃類正性肌力藥物，除具有提高肌鈣蛋白C對鈣離子的穩(wěn)定性外，還可通過降低HIF-1α表達，抑制相關(guān)炎癥分子的合成和釋放，從而減輕IHF的炎癥反應(yīng)程度，改善心肌和血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能，為IHF患者臨床治療提供了新的選擇。

3 小 結(jié)

缺氧是缺血性心臟病發(fā)生代償變化的主要驅(qū)動因素之一，HIF-1α作為缺氧應(yīng)激的主要轉(zhuǎn)錄因子，在調(diào)控細(xì)胞保護、血管生成以及能量代謝等途徑中起關(guān)鍵作用。在IHF的不同階段中，HIF-1α的影響作用不同，在IHF早期和缺血缺氧急性期，HIF-1α短時間內(nèi)表達的適度增加對心臟主要起保護作用；而在IHF晚期或終末階段，HIF-1α的過量表達可產(chǎn)生一系列不良反應(yīng)，導(dǎo)致病程惡化。因此，通過了解HIF-1α在IHF發(fā)生發(fā)展中的作用機制，探討HIF-1α對判斷該類患者病情嚴(yán)重程度的臨床價值，并以HIF-1α為潛在的治療靶點進行針對性治療，能改善IHF患者疾病的進程和預(yù)后。