通过抑制HIF-1α途径减轻急性肺损伤的研究进展

马禕文 综 述 徐 辉 审 校

通过抑制HIF-1α途径减轻急性肺损伤的研究进展

马禕文 综 述 徐 辉 审 校

急性肺损伤在临床上相当常见，可以由各种因素造成，死亡率高。实验研究发现，在不同类型的急性肺损伤模型中，急性肺损伤与HIF-1α途径都有关联，并且许多药物对肺损伤的减轻作用也是通过抑制HIF-1α途径来实现的。本文就通过抑制HIF-1α途径减轻急性肺损伤的研究进展进行综述。

急性肺损伤低氧诱导因子-1α抑制

肺损伤是由物理、化学，或生物因素特征性地引起炎症反应，从而导致对肺组织的损伤。这些炎症反应可以是由中性粒细胞引起的急性炎症反应，也可以是由淋巴细胞和巨噬细胞引起的慢性炎症反应。尽管临床上对于肺损伤的治疗有了很大的进展，但其死亡率依然居高不下。急性肺损伤（A-cute lung injury，ALI）的医院内死亡率为38.5%，一旦发展为急性呼吸窘迫综合征（Acute respiratory distress syndrome，ARDS）时，死亡率更高，达41.1%[1]。肺损伤的常见原因有：胃内容物误吸，肺部感染，创伤（包括直接的肺挫伤和肺以外的多发性创伤），毒性气体吸入，淹溺，脂肪栓塞，脓毒血症，休克，输血，体外循环，呼吸机长时间使用，放射线照射肺部，肺慢性疾病（包括慢性阻塞性肺疾病、哮喘和肺动脉高压等）。实验研究发现，急性肺损伤与HIF-1α途径关系密切，无论是通过直接途径还是间接途径，无论是肺损伤的急性期还是慢性期，HIF-1α在肺损伤中都起了非常重要的作用。因此，很多研究聚焦于抑制HIF-1α途径从而减轻肺损伤。现就通过抑制HIF-1α途径减轻急性肺损伤的研究进展进行综述。

1 HIF-1α

低氧诱导因子（HIF），就是在低氧情况下诱导出的一种转录因子。HIF-1是一种高度保守的转录因子，存在于几乎所有类型的细胞中。它是以异二聚体形式存在的，有两个亚基构成，一个是对氧敏感的α亚基，另一个是稳定持续表达的β亚基。最初HIF被发现时是和促红细胞生成素（EPO）基因绑在一起的，用来编码EPO，从而促进红细胞生成[2]。常氧状态下，人HIF-1α经脯氨酸羟化酶（PHD）作用，以氧分子（O2）作底物，HIF-1α的Pro-402和Pro-564两个脯氨酸残基被羟化，然后通过Von Hipple-Lindau（VHL）和泛素（Ubiquitin，Ub）结合，即泛素化后迅速被蛋白酶体系降解。因此，在常氧状态下，胞浆中几乎检测不到HIF-1α。而在低氧或缺氧状态下，PHD活性被抑制，HIF-1α降解减少而稳定表达，从胞浆进入细胞核内，在核内聚积并和与HIF-1β亚基结合，并通过与转录共同活化因子CBP和p300的结合[3]，识别低氧反应目标基因启动子内的HIF反应应答元件（HRE），促进HIF-1的各种靶基因，包括血管内皮生长因子（VEGF）、血红素加氧酶-1（HO-1）等的转录及表达，经翻译后途径实现HIF-1α介导的低氧反应的激活。研究证实，在炎症环境下的炎症相关因子，例如TNFα/IL-4[4]及其它细胞因子、转化生长因子β1、血管紧张素II，也可诱导HIF-1α的活化[5-6]。HIF-2α[7-8]是在发现HIF-1α后被确定的一种和HIF-1α有类似序列的转录因子，存在于所有的有核细胞中，也是通过PHD依赖的途径降解，但它的表达模式受到更多限制。

2 HIF-1α和急性肺损伤

急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征，是常见的一种由心源性因素以外的各种肺内外致病因素引起的急性、进行性、缺氧性呼吸衰竭，临床表现为进行性呼吸困难和难以纠正的低氧血症，ARDS是ALI的严重阶段。急性肺损伤的早期损伤，包括肺泡衬里层的损伤，肺泡上皮细胞的凋亡，血管通透性增加导致的肺水肿，而后阶段主要是肺泡Ⅱ型的反应性增生[9]。研究表明，许多类型的急性肺损伤都与HIF-1α有关，包括低氧致急性肺损伤[10-11]，内毒素败血症致急性肺损伤[12]，创伤/失血性休克致急性肺损伤[13-14]，肺移植急性肺损伤[15]，淹溺致急性肺损伤[16]，高氧浓度致急性肺损伤[17]，放射致急性肺损伤[18]等。此外，急性肺损伤后期的肺纤维化也与HIF-1α有关[19]。

3 3,5,4’-3-O-乙酰白藜芦醇减轻海水淹溺所致急性肺损伤

白藜芦醇（Resveratrol）是一种植物提取物，主要存在于中药虎杖、葡萄及坚果等植物中，有顺式和反式两种异构体。植物中白藜芦醇主要以反式形式存在，而反式异构体的生理活性要强于顺式异构体。研究表明，白藜芦醇具有抗肿瘤、抗心血管疾病、抗炎、抗氧化[20-21]、神经系统保护等多种药理学作用，具有很大的药用价值和市场前景。3,5,4’-3-O-乙酰白藜芦醇是白藜芦醇的前体，它克服了白藜芦醇的缺点，包括较弱的药代动力学和较低的生物利用度及短暂的生物半衰期[22]。在一项海水淹溺导致的大鼠急性肺损伤模型的研究中，通过组织学检测，肺湿/干比重检测，MDA、T-SOD、TNF-α、IL-1β、组织和细胞的HIF-1α的Western blot检测证实，利用3,5,4’-3-O-乙酰白藜芦醇预处理，可抑制HIF-1α途径，从而减轻肺损伤，并且效应呈明显的剂量依赖性[16]。

4 COMP-Ang1减轻ROS所致急性肺损伤

血管紧张素-1（Ang-1）是一种Tie2的分泌蛋白受体[23]，在很多些方面有潜在的治疗价值，包括减少血管生成、提高内皮细胞的生存、防止血管渗漏、对多种炎症疾病有效等；并且，Ang-1还可减少细胞因子所致的ICAM-1、E-selectin和组织因子的表达。COMP-Ang1是Ang-1的变异体，比天然的Ang-1在磷酸化Tie2受体和Akt方面的作用更强，是天然Ang-1的更有效替代品。活性氧（Reactive oxygen species，ROS）在各种肺疾病中具有关键作用，这些疾病包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病、特发性肺纤维化、急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征。当肺组织暴露于氧化应激时，ROS的高水平可以导致很多有害效应及其病理生理的改变。ROS可使内皮屏障功能紊乱，随后对液体、大分子和炎症细胞的渗透性增加[24]。过氧化氢（H2O2）所致小鼠急性肺损伤模型的研究证实，可通过COMP-Ang1抑制HIF-1α途径，从而显著减轻肺损伤[25]。

5 异丙酚减轻脂多糖所致急性肺损伤

异丙酚是一种全麻药，在全身麻醉和重症监护室的镇静中广泛使用。研究证实，异丙酚可通过抑制巨噬细胞的迁移、吞噬和抗氧化作用，产生抗炎和抗氧化效应[26]，同时抑制巨噬细胞内脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）诱导的NO及炎性细胞因子（IL-1β、TNF-α、IL-6）[27]。异丙酚也可以减少H2O2刺激的人内皮细胞的凋亡和内皮型eNOS的表达[28-29]。许多研究表明，异丙酚可以减轻内毒素导致的小鼠急性肺损伤[30-32]。另有研究证实，在内毒素休克的小鼠模型中，异丙酚可下调肺上皮细胞中的HIF-1α、IL-6、IL-8及TNF-α的表达；体外实验显示，异丙酚减少了内毒素处理的肺上皮细胞的凋亡及HIF-1α和其下游的促凋亡基因BNIP3的表达[33]。说明异丙酚可通过抑制HIF-1α途径，减轻脂多糖所致急性肺损伤，至少部分是通过此途径。此外，也有研究认为，过异丙酚可抑制低氧诱导A549细胞的HIF-1α的表达[34]。

6 丹参酮ⅡA减轻脂多糖所致急性肺损伤

丹参是一种中草药，来源于唇形科鼠尾草属植物的根茎，广泛用于预防和治疗冠心病。丹参酮ⅡA是从丹参中提取的具有抑菌作用的脂溶性菲醌化合物，具有抗炎和抗氧化作用。研究显示，丹参酮ⅡA预处理可以改善脂多糖导致的生化和细胞的改变，能减少炎症因子的产生。在体内和体外实验中，经丹参酮ⅡA预处理可以减少脂多糖诱导的HIF-1α的表达，虽然丹参酮ⅡA没有影响脂多糖诱导的HIF-1α的mRNA水平，但抑制了PI3K/AKT和MAPK途径以及相关的蛋白翻译调节者，比如p70S6K1、S6核糖体蛋白、4E-BP1和eIF4E等。该研究显示，脂多糖诱导的巨噬细胞经过蛋白酶体途径促进了HIF-1α蛋白的降解[35]。

7 大花红景天萃取物减轻低氧性急性肺损伤

红景天（Roseroot）是生长在海拔800~2 500米高寒地带的野生植物，具有很强的生命力和特殊的适应性，被用于治疗高山症，以及抗抑郁、抗疲劳和增加工作效率。在小鼠低氧模型中，红景天被证实可显著延长小鼠生存时间[36]。还有研究表明，红景天表现出抗炎[37]、抗氧化和清除ROS的特性[38]。暴露于低压低氧的大鼠肺水肿病理指标增长明显，包括肺水含量、肺泡毛细血管屏障的破坏及肺内富含蛋白的液体。另外，低压低氧也增加了氧化应激指标，包括ROS产物、MDA水平、MPO活性，此外还发现血浆内皮素-1（ET-1）、支气管肺泡灌洗液中血管内皮生长因子（VEGF）和肺组织HIF-1α的过度表达。经过大花红景天萃取物预处理后，可减轻低氧诱导的肺损伤参数来减轻HAPE。大花红景天萃取物通过减轻ET-1和VEGF水平，保持了肺泡-毛细血管屏障的完整性，而ET-1和VEGF都是HIF-1α的靶基因。由此可见，大花红景天萃取物可通过抑制HIF-1α途径减轻HAPE[39]。

目前对各类肺损伤的研究认为，HIF-1α在其中起了重要的作用。减轻肺损伤的关键就是要抑制HIF-1α途径。越来越多的研究已着眼于通过抑制HIF-1α途径来减轻肺损伤。传统中草药丹参、红景天、白藜芦醇，以及麻醉药异丙酚等，都通过此途径减轻肺损伤，为肺损伤治疗提供了新思路。

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Research Progress on Attenuating ALI by the Inhibition of HIF-1αPathway

MA Yiwen,XU Hui.
Department of Anesthesiology,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011, China.Corresponding author:XU Hui(E-mail:1268dh@163.com).

Acute lung injury;Hypoxia inducible factor-1α;Inhibition

R563.9

B

1673－0364（2013）05－0241－03

2013年6月19日；

2013年7月30日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2013.05.017

200011上海市上海交通大学医学院附属第九人民医院麻醉科。

徐辉（E-mail：1268dh@163.com）。

【Summary】Acute lung injury(ALI)results from various causes is common in clinic with a high mortality.The recent experimental researches show that ALI is associated with HIF-1αpathway in different ALImodels.Furthermore,many drugs have been reported to attenuate ALIby the inhibition of hypoxia inducible factor-1α(HIF-1α)pathway.In this paper,the research progress on attenuating ALI by the inhibition of HIF-1αpathway was reviewed.