HIF—1在鼻息肉和鼻咽癌发生机制中的研究进展

崔粲+任金龙

【摘要】 鼻息肉是鼻腔炎性黏膜上带蒂或广基的高度水肿的炎性组织，成人鼻息肉发生率为1%～4%，术后易复发。鼻咽癌是鼻咽部恶性肿瘤，病变部位隐匿、早期症状不典型、预后差，5年生存率大约50%。相关研究揭示了局部缺氧环境在鼻息肉和鼻咽癌发病、进展中有重要意义，其中HIF-1作为独特低氧环境细胞因子可参与调控细胞代谢、促进细胞增殖、加重炎症反应在鼻息肉和鼻咽癌的发生过程中可能扮有重要角色。

【关键词】 鼻息肉； 鼻咽癌； HIF-1

【Abstract】 Nasal polyps are highly inflammatory tissues with pedicle or wide base in the nasal mucosa，the incidence of adult nasal polyps was 1%-4%，which was easy to recur.Nasopharyngeal carcinoma is a malignant tumor of the nasopharynx，the location of the lesion and early symptoms are not typical，the prognosis is poor，5 years survival rate was about 50%.Related studies have shown that the local hypoxic environment is of great significance in the development of nasal polyps and nasopharyngeal carcinoma，HIF-1 as the unique hypoxia cytokine involved in the regulation of cell metabolism，promote cell proliferation and increase the inflammatory response may play an important role in the process of nasal polyps and nasopharyngeal carcinoma.

【Key words】 Nasal polyp； Nasopharyngeal carcinoma； HIF-1

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.20.037

缺氧诱导因子-1（HIF-1）由Semenza等[1]于1992年在缺氧的细胞核内容物中发现，由HIF-1α和HIF-1β两个亚单位构成，能在低氧状态下调节靶基因的表达，可以控制细胞代谢及增殖具有生物活性。随后HIF-2、HIF-3陆续被发现，现有的研究显示HIF-2表达范围较窄，考虑与HIF-1有功能补充的作用[2]；HIF-3被认为可以拮抗HIF-1、HIF-2对靶基因表达的调控作用[3]。近年研究表明HIF-1在鼻息肉及鼻咽癌的发生、进展中有一定作用，本文将对该研究结果进行综述。

1 HIF-1的蛋白结构及表达调节

1.1 HIF-1的蛋白结构 HIF-1广泛表达于生物细胞中，是具有转录活性的核蛋白，由分子量为120 kD α亚单位和91、93、94 kD三类β亚单位组成的异源二聚体。α、β亚单位为真核细胞螺旋-环-螺旋转录因子家族成员。α亚单位主要构型是多肽链的N端存在一碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）结构，其后跟随Per/ARNT/Sim（PAS）结构，两者合称bHLH-PAS结构域，均有结合DNA和促使亚单位二聚化的功能[4]；多肽链的C端末端有氧依赖降解结构域（ODDD）和反式转录激活结构域（TAD），是保持缺氧诱导蛋白稳定，调控、激活转录所必需。β亚单位又称芳香烃受体核转运子（ARNT）起结构性作用，与α亚单位结构类似也具有bHLH、Per/ARNT/Sim（PAS）结构[5]。

1.2 HIF-1的表达调节 在常氧环境下，HIF-1α与VHL蛋白结合而被修饰，然后通过蛋白酶体依赖的泛素化途径降解，所以普通氧环境下HIF-1α很难被检测到[6]。而泛肽蛋白酶在低氧浓度下活性受抑制可导致HIF-1α聚集，逐渐增多的HIF-1α与其配体结合后进入细胞核内，再与HIF-1β构成异二聚体形成有活性的HIF-1，然后HIF-1与靶基因的缺氧反应元件（HRE）结合，增强其转录[7]。处于激活状态时，作为转录因子HIF-1调节超过一百个基因，如血管内皮生长因子（VEGF）、胰岛素样生长因子Ⅱ、促红细胞生成素（EPO）、血红素氧合酶-1（HO-1）和诱导型NO合酶（iNOS）、碳酸酐酶Ⅸ等编码基因。通过调控低氧靶基因的表达，控制毛细血管、红细胞生成，能量代谢、细胞增殖及细胞周期，介导炎性反应等[8]。HIF-1β也被称为芳基烃受体核转位蛋白（ARNT），在常氧和缺氧的细胞中均可表达，并且β亚单位表达含量几乎不受氧浓度的影响。因此HIF-1的表达水平及生物活性主要取决于对细胞HIF-1α含量的调节。

现有研究发现组织细胞处于正常氧浓度时，当有一些刺激因素存在亦可使HIF-1及其靶基因表达水平增高。比如胰岛素样生长因子、表皮生长因子等可诱导HIF-1α在常氧环境下的表达含量增高，进而引起HIF-1过表达[9]；经典信号通路PI3K-AKT-mTOR可调节HIF-1αmRNA翻译过程，增加其蛋白合成[10]；细菌细胞壁的脂多糖、炎性介质、感染因素等均可上调HIF-1α及其mRNA水平[11]。这些常氧环境下的调节机制也往往被认为参与机体炎症的发生和肿瘤的发展及转移过程。

2 HIF-1在鼻息肉及鼻咽癌中的研究进展

2.1 HIF-1在鼻息肉中的研究进展 慢性鼻-鼻窦炎是指鼻道黏膜和鼻窦腔出现持续时间超过12周的慢性炎症，根据目前最新慢性鼻-鼻窦炎诊断和治疗指南，慢性鼻-鼻窦炎分为伴有鼻息肉型和不伴有鼻息肉型。伴有息肉型镜下可见息肉组织血管内皮间隙增宽，血浆蛋白大量漏出，组织间隙水肿、疏松、扩大，腺体细胞增生及大量炎性细胞浸润，上皮基底部增厚扩展成不规则透明膜状[12]。大样本调查发现鼻息肉多发于中鼻道，可能与中鼻道间隙狭窄吸入氣流在此易形成紊流，而且中鼻道结构复杂黏膜血流较少，黏膜稍有肿胀即可相互接触削弱黏膜的血液供应诱发缺氧有关[13-14]。有研究证实患有鼻息肉患者的鼻腔、鼻窦组织中缺氧标记物水平增高，HIF-1不可或缺[15]。Chien等[16]通过实时荧光定量逆转录多聚酶链反应和免疫组织化学染色来检测鼻息肉组织和正常下鼻甲黏膜中的HIF-1α表达情况，实验结果表明HIF-1α在息肉组织中表达水平明显高于正常下鼻甲黏膜并且差异有统计学意义，而HIF-1αmRNA在息肉组织与下鼻甲黏膜中表达情况无明显差异，反向推测出HIF-1高水平表达可导致鼻息肉形成[17]。杨琳红[18]无血清原代培养人鼻息肉及下鼻甲黏膜上皮细胞研究炎症及缺氧在鼻息肉发生中的作用实验中得出炎症及缺氧的刺激可使鼻黏膜产生大量HIF-1，是导致鼻息肉发病的主要原因的结论。Hyun-Woo Shin等[19]从分子实验进一步得出HIF-1可通过调控鼻黏膜上皮细胞向间充质细胞转化来促使鼻息肉的发生。碳酸酐酶Ⅸ（CAⅨ）基因受HIF-1调控激活，属于HIF-1的靶基因之一，在维持缺氧状态下细胞的存活和增殖中有重要作用。林海[20]用免疫组织化学染色法检测鼻息肉组织和正常鼻黏膜中HIF-1α与CAⅨ的表达情况，实验结果显示息肉组织中HIF-1α、CAⅨ染色阳性细胞数量及组织着色强度均明显高于正常鼻黏膜组织，差异有统计学意义（P<0.05）。表明高表达水平的HIF-1可通过激活CAⅨ基因序列的表达，从而维持缺氧状况下细胞微环境的pH值稳定，为息肉组织细胞在缺氧状态下得以存活创造条件。综合目前研究成果当鼻黏膜细胞受到炎症及缺氧刺激时，细胞内HIF-1的表达水平上调，促进血管内皮生长因子等细胞因子表达增多，大量新生毛细血管产生，而新生毛细血管通透性强，会进一步加剧组织水肿和缺氧。并且由缺氧造成的黏膜细胞、间质细胞损伤还刺激局部发生炎症反应，诱发炎症介质释放，炎症又可进一步削弱组织血流及供氧，最终缺氧与炎症形成恶性循环，促使局部水肿组织、鼻息肉的形成，HIF-1在鼻息肉的发病机制中起到不可或缺的作用。Seong Kook Park等[21]体外培养鼻息肉组织模型研究地塞米松治疗鼻息肉机制，认为地塞米松可在转录水平抑制鼻息肉细胞HIF-1表达。李臻[22]在探究局部应用皮质醇类药物治疗鼻息肉效果时发现局部使用皮质醇类药物可降低HIF-1α及其靶基因的翻译产物的表达，有效治疗鼻息肉，提示激素类或以HIF-1为靶点的药物治疗或许能够开辟鼻息肉保守疗法或术后有效预防复发的新治疗途径。endprint

2.2 HIF-1在鼻咽癌中的研究进展 鼻咽癌（NPC）是耳鼻咽喉-头颈外科常见的恶性肿瘤，在中国的南方和亚洲的东南部有很高的发病率。由于鼻咽癌早期无明显症状、且病变部位隐蔽，因此患者常常在疾病早期不能得到及时的诊治，确诊鼻咽癌时已发生远处转移，故死亡率较高。鼻咽癌发病原因目前研究认为与感染因素（EB病毒感染）、家族遗传倾向、居住环境，射线辐照等有关，具体发病原因尚不明。

有研究结果表明，当肿瘤体积扩增到1 mm3以上时，瘤体会出现血供不足的困境，瘤体内部含氧量会降低[23]。当瘤体内氧供不足时肿瘤细胞为了生存，通过调控自身多种基因表达以管控代谢并得以在低氧环境下存活，同时该改变还可增强肿瘤细胞侵袭及免疫逃逸能力，HIF-1在其中起着桥梁作用[24]。Qian等[25]研究发现有肿瘤细胞远处转移倾向或已经有远处转移的鼻咽癌患者血液中，HIF-1及靶向调控因子血管内皮生长因子（VEGF）表达量高于无转移的患者并经统计学分析组间差异有统计学意义，证实了鼻咽癌肿瘤细胞通过大量表达HIF-1及其重要的靶基因产物血管内皮生长因子（VEGF），产生新生毛细血管、小动脉，新生血管由于内皮细胞功能不完全有较强的通透性可使血管内与组织间液相联系，利于鼻咽癌肿瘤细胞增殖及转移。景绍武[26]使用不表达HIF-1的鼻咽癌细胞转染实验组裸鼠，发现实验组长出移植瘤的时间较久，瘤体体积较小、淋巴结转移率及阳性率较低与对照组比较差异均有统计学意义（P<0.05），体外实验证实HIF-1与鼻咽癌细胞的侵袭及黏附能力有关。司瑞丽[27]发现HIF-1靶向调控血管内皮生长因子（VEGF）也可使肿瘤内局部毛细淋巴管密度增高，使肿瘤细胞发生淋巴系统转移可能性增加，为鼻咽癌手术治疗、放射治疗等多种治疗措施效果差，复发率高提供了理论基础。曾伟[28]用siRNA沉默鼻咽癌肿瘤细胞HIF-1α基因后，观察到在低氧环境下肿瘤细胞表达低氧适应性因子能力受限、增殖周期长，及肿瘤内部血管形成受到限制，认为对HIF-1表达靶向干扰有可能成为延长鼻咽癌患者生存周期及改善围手术期治疗效果，减少术后复发率的新治疗方案。目前各項研究的结果均提示，HIF-1及其靶向调控基因表达产物在鼻咽癌肿瘤细胞中过表达促进了癌肿的进展。鼻咽癌由于恶性程度高、生存率低，监测可反映鼻咽癌细胞侵袭、转移和预测临床治疗效果的细胞分子标记物可以指导临床及临床后治疗，常见的监测指标包括Ezrin、乳铁蛋白、骨桥蛋白、Survivin等。HIF-1活化后可靶向激活CAⅨ基因，当细胞内外环境发生变化时该基因调控细胞内PH值的稳定并维持代谢速率，使肿瘤适应缺氧微环境，从而保证缺氧区域肿瘤细胞的持续增殖[29]。杨东[30]用免疫组织化学染色方法对鼻咽癌组织CAⅨ进行定性、定量分析，结果经统计学分析后得出鼻咽癌组织CAⅨ的阳性表达率明显高于对照组，并且CAⅨ的阳性表达率随肿瘤TNM及临床分期级别的升高而上升，提示HIF-1调控产物CAⅨ可作为评估鼻咽癌侵袭、转移预测及预后指标之一。

3 展望

综上所述，鼻息肉及鼻咽癌发生过程中由于局部缺氧环境的存在，可诱导HIF-1表达水平增高，HIF-1通过激活靶基因加重了炎症反应及促进肿瘤的发展。局部缺氧环境的重要意义也逐渐被人们认识，使得以HIF-1为靶点的治疗方案成为可能。但是HIF-1与炎症反应、细胞增殖和凋亡仍有有很多关系机制目不是很清楚，并且HIF-1为靶点的治疗很多仅处于实验阶段。因此探索HIF-1与临床疾病及临床治疗的道路仍有很长的时间要走。

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