HI F-1α与恶性肿瘤放疗敏感性关系的研究进展

王寒松

昆山市中医医院急诊科，江苏昆山215300

实体肿瘤组织内存在乏氧区甚至无氧区；缺氧诱导因子（hypoxia inducible factors，HIF）介导的转录活动可刺激细胞的基因表达，以便使这些乏氧区肿瘤细胞适应乏氧环境[1]。一些HIF靶基因的调节过程与肿瘤形成有关，如肿瘤细胞的糖代谢、血管形成、侵袭、转移、凋亡和细胞基质重构[1-2]。

HIF-1α是缺氧诱导因子1的主要活性亚基，通过调控多种乏氧基因的表达，广泛参与哺乳动物细胞中存在的乏氧诱导特异性应答，介导机体的整体和局部缺氧反应[3]。HIF-1α转录因子控制细胞增殖、能量代谢、血管生成等相关基因的表达，为放疗下存在的乏氧肿瘤细胞提供能量，从而增强肿瘤细胞的生存能力[2]。因此，有必要进一步研究HIF-1α与恶性肿瘤放疗敏感性的关系。

1 放疗条件下HIF-1α对细胞增殖的影响

HIF-1α是使细胞适应乏氧环境的重要转录激活因子，迄今为止，已确定的HIF-1α靶基因至少有60种。HIF-1α能通过不同途径，促进低氧/乏氧状态肿瘤细胞的增殖及为其提供能量，从而增强肿瘤细胞的生存能力。

Moeller等[4]的研究表明，放疗可引起HIF-1α表达水平的升高，进而诱导血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）表达的升高，从而降低内皮细胞的放疗敏感性，使放疗对肿瘤的治疗作用降低。有文献[5-7]报道，在胰腺癌、结肠癌和乳腺癌中，HIF-1α与增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）或Ki-67的表达呈正相关。Helbig等[8]发现，BAY-84-7296可通过下调HIF-1α的表达提高单剂量照射后肿瘤的局部控制率。另有研究[9]发现，小檗碱通过抑制HIF-1α和VEGF的表达进而提高食管鳞癌的放疗敏感性。因此，HIF-1α的高表达降低了肿瘤细胞的放疗敏感性，反之则可提高放疗敏感性。

2 放疗条件下HIF-1α对细胞凋亡的影响

肿瘤的发生与凋亡诱导基因的失活/突变或凋亡抑制基因的过度表达有很大关系。P53蛋白是一种与凋亡有关的蛋白，在细胞DNA受损时，被激活的P53蛋白使细胞生长停滞在G1期，并使Bad合成增加，促进受损细胞的凋亡[10]。而有促凋亡作用的蛋白Bax、Bad及凋亡抑制蛋白Bcl-2、Bcl-Ⅺ等则可通过改变线粒体膜的通透性来进一步调节细胞的凋亡。HIF-1α可下调HIPK2的表达，进而对抗P53介导的细胞凋亡[11]；同时，HIF-1α亦是凋亡抑制因子，可通过上调Bcl-2从而抑制肿瘤细胞的凋亡[12]。因此，放疗条件下HIF-1α的高表达能抑制肿瘤细胞凋亡，降低肿瘤细胞的放疗敏感性。

有研究发现，CoCl2化学模拟的乏氧环境可以有效促进胰腺癌PC-2细胞株的凋亡和增殖，其机制可能与HIF-1α表达的上调有关[13]。在转录水平中，活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）可维持HIF-1α的稳定性，使HIF-1α与FOXM1启动子相结合，促进FOXM1蛋白的高表达；同时，FOXM1蛋白的表达受肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor alpha，TNF-α）/ROS/HIF-1通路的调节，这种机制导致肝癌细胞的增殖和抗凋亡特性[14]。另外，β-榄香烯能通过ROS和PI3K/Akt/mTOR信号通路增加HIF-1α的表达，并能部分阻止骨肉瘤细胞的凋亡[15]。

3 放疗条件下HIF-1α与细胞周期的关系

肿瘤细胞的放疗敏感性随着细胞周期时相的变化而变化，按M期、G2期、G1期、早S期、晚S期和G0期依次降低。Goda等[16]的研究发现，缺少HIF-1α能加速肿瘤细胞进入S期，促进细胞增殖。有文献[16-17]报道，HIF-1α能够延缓细胞进入S期，将细胞阻滞在G1期，并阻止细胞周期的G1/S期转换；这主要是通过诱导P21和P27的高表达来实现的，因为P21和P27是细胞周期素依赖激酶抑制因子，能够抑制细胞周期素-细胞周期素依赖性激酶复合物的活性，使一些细胞增殖所需蛋白的磷酸化过程受阻，从而抑制细胞从G1期向S期的转换，使细胞停滞在G1期。体外实验[18]表明，即便在乏氧状态时，葡萄糖浓度的降低仍可下调HIF-1的转录活性及细胞周期调控子P27Kip1下游基因的表达，增加放疗抵抗S期细胞的比例；因此，调节胰高血糖素水平可持续增加血液中的葡萄糖浓度和肿瘤坏死乏氧区的葡萄糖水平，进而诱导HIF-1α的表达和增加放疗引起的DNA损伤，达到调节细胞周期处于对放疗敏感的G1期的目的。另有研究表明，在乏氧条件下，人肝癌SMMC-7721、HepG2、HuH7细胞系的HIF-1α和miR-210表达增加，细胞被阻滞在G0/G1相；miR-210表达下调为细胞活力所抑制，可诱导细胞阻滞于G0期，特异性抑制miR-210的表达可增加细胞凋亡率及乏氧诱导下人肝癌细胞的放疗敏感性[19]。

由上可知，HIF-1α高表达可以促进肿瘤细胞阻滞在放疗敏感的时相。然而，这似乎与乏氧条件下HIF-1α高表达增加放疗抵抗的概念不一致，这或为HIF-1α的过表达效应取决于肿瘤类型及凋亡因子的影响所致，以及放疗综合效应与肿瘤侵袭、转移、增殖、凋亡、周期等因素的综合作用有关；此外，实体肿瘤不但包括肿瘤细胞，还包括许多间质细胞，它们对放疗疗效的影响各具特点。因此，实体肿瘤中HIF-1α与放疗的关系有待更深入的研究。

4 放疗条件下HIF-1α对能量代谢的影响

HIF-1α最重要的功能是对能量代谢的调节，主要通过以下四个方面促进肿瘤细胞的能量代谢：①调控其下游基因葡萄糖转运蛋白GLUT1、GLUT3及糖酵解中己糖激酶1（hexokinase 1，HK1）、己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）、磷酸甘油酸酯激酶 1（phosphoglycerate kinase 1，PGK1）、M2型丙酮酸激酶（pyruvate kinase type M2，PKM2）和乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）等的活性[20]，将葡萄糖转化成乳酸；②增加丙酮酸脱氢酶激酶（pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDK1）磷酸化的表达，灭活丙酮酸脱氢酶，进而抑制线粒体氧化代谢[21]；③激活Bcl-2/腺病毒E1B 19 kD相互作用蛋白（Bcl-2 and adenovirus E1B 19 kD interacting protein，BNIP3）及其配体BNIP3L，进而抑制氧化代谢过程，同时通过BNIP3和BNIP3L来调节线粒体的自我吞噬[22]；④通过调节转酮醇酶（transketolase，TKT）、转酮酶样蛋白 2（transketolase-like 2，TKTL2）等来干扰磷酸戊糖途径，进而促进核糖核酸的合成[23-24]。

肿瘤细胞在代谢过程中与O2结合可生成大量ROS。放疗效应的发挥同样是通过与细胞中的水相互作用，产生大量ROS，并与相应的靶分子结合形成不可逆的ROOH，进而启动一系列效应，最终导致肿瘤细胞的损伤或死亡。放疗条件下，细胞内外的ROS水平明显上升，HIF-1α的表达水平上调，可促使肿瘤细胞的代谢进入糖酵解途径，降低有氧氧化途径的细胞代谢；因此，应用ROS清除剂清除细胞内外的ROS产物，降低细胞内外的ROS水平，有利于降低细胞质内的HIF-1α水平，减弱肿瘤细胞对放疗的抵抗作用，提高其放疗敏感性。

5 放疗条件下HIF-1α的mRNAmRNA干扰与肿瘤治疗

目前，放疗是恶性肿瘤最重要的治疗手段之一。但是Moeller等[25]证实放射线可以诱导肿瘤细胞HIF-1α活性的增加，进而诱导VEGF和bFGF高表达。这些细胞因子均可以降低内皮细胞对放射线的敏感性，降低放疗对肿瘤的治疗作用。因此，去除HIF-1α可以抑制其对肿瘤的放射保护作用。

干扰HIF-1αmRNA的表达水平，能抑制HIF-1α的表达活性，从而提高细胞的放疗敏感性。Kessler等[26]利用siRNA或chetomin干扰乏氧条件下人脑胶质瘤U251细胞及U343细胞中HIF-1α的表达，以CA9基因表达情况为参照，发现乏氧条件下脑胶质瘤细胞的辐射抗性降低。另外，在难治性卵巢癌中，siRNA可下调HIF-1α及其下游基因VEGF的表达水平，使肿瘤细胞的增殖水平降低[27]。景绍武等[28]发现，低氧状态可上调食管鳞癌Eca109细胞HIF-1α的表达水平；HIF-1α增加Eca109细胞在低氧状态下的放射抗性，可能与HIF-1α上调EGFR mRNA及其蛋白的表达有关，有效抑制HIF-1α可增加Eca109细胞的放疗敏感性。放疗条件下，HIF-1α反义寡核苷酸提高了乏氧状态下鼻咽癌CNE-1细胞的放疗敏感性[29]。同时，HIF-1α可在转录后对microRNA进行调控；例如，在乏氧条件下，HIF-1α上调miR-210、miR-155、miR-372/373和miR-10b的表达水平，同时下调miR-20b和miR-200b的表达水平[30]。在乏氧的SMMC-7721、HepG2、HuH7人肝癌细胞株中，下调miR-210的表达水平可抑制肝癌细胞的增殖，诱导细胞的凋亡，并提高其放疗敏感性[19]。此外，抑制HIF-1α表达的机制还涉及抑制HIF-1α的翻译水平、诱导蛋白的降解、抑制HIF-1αDNA结合活性或者抑制HIF-1α介导转录的靶基因[31]。

6 小结

HIF-1α可调控多种乏氧基因的表达，使肿瘤细胞适应乏氧的微环境，从而降低其放疗敏感性。为了提高放疗的疗效，我们可在分子水平上降低HIF-1α的表达情况，改善肿瘤的乏氧微环境，以提高细胞的放疗敏感性。鉴于HIF-1α表达与肿瘤放疗敏感性之间关系的复杂性，深入研究这种关系尤为重要，以期为临床放射治疗决策提供理论依据。

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