缺氧诱导因子-1在风湿性疾病发病过程中的作用

缺氧诱导因子-1在风湿性疾病发病过程中的作用 缺氧诱导因子-1在风湿性疾病发病过程中 的作用 实用医学杂志2010年第26卷第8期 缺氧诱导因子一1在风湿性疾病发病过程中的作用 缺氧诱导因子一1(hypoxia.inducible factor一1.HIF一1)是细胞缺氧条件下调 控基因表达的主要转录因子之一. Kuwai等…于1991年在研究红细胞生 成素(erythropoietin,EPO)基因3末端 含有缺氧诱导的增强子序列的过程中 发现.HIF.1作为细胞,组织在低氧环 境下产生的一系列适应性反应的核心 因子,在促进促EPO,葡萄糖载体,血管 源性因子生成及细胞增殖等方面发挥 着重要的作用. 1HIF.1的结构与功能 1.1HIF.1的结构HIF一1作为一种 异聚体蛋白由HIF—lot及HIF—ll3两个 亚基组成,在正常含氧环境时,HIF.1ot 在细胞浆内迅速降解,它的核定位被 竞争性抑制:而在缺氧条件下.该因子 能够自如地透过细胞核,与HIF一1B结 合形成活性二聚体.诱导相关基因的 表达_2_3]. 1.2HIF-1的功能 1.2.1促进血管新生血管生成主要 取决于周围微环境中促进因子和抑制 因子的相互调节作用.在大量的血管源 性因子中,血管内皮生长因子(VEGF) 能刺激内皮细胞分泌蛋白酶和纤溶酶 原催化剂,后者可降解脉管基底膜,细 胞外基质,诱导血管内皮细胞迁徙和聚 集,诱生血管.VEGF基因中存在与 HIF一1相互作用的结合位点HRE(5,_ TACGTG一3),位于VEGF的5端.活化 的HIF一1与HRE结合后,形成转录起 始复合物,启动相应基因的转录增强 VEGF基因的表达和VEGFmRNA的稳 定性,促进蛋白的表达].生成的VEGF 与血管内皮细胞表面的VEGFR结合, 促进血管新生.大量实验表明,在基因 敲除HIF.1的活体内,恶性胶质瘤和恶 性畸胎瘤瘤体的生长可得到显着的抑 doi:10.39696.issn.1006—5725.2010.08.082 作者单位:225001扬州大学第二临床 医学院(周玮),扬州大学医学院(张育) 通信作者:张育E-miM:yzzylO182001 @yahoo.com.cil 周玮综述张育审校 制.更为重要的是在抑制这些肿瘤血管 生成方面发挥重要的作用.由此可知 HIF一1抗肿瘤的作用主要是通过抑制 血管新生来发挥的[. 1.2.2调节细胞因子生成环氧化 酶一2(COX.2)是一种能在生长因子和 缺氧等刺激下诱导生成的基因ll】]. COX一2基因结构中含多个不同启动子/ 增强子反应元件,受到了各类的转录调 节因子调控.有研究发现:HIF.1ot被激活 后,结合类似EPO3一增强子序列可以诱 导反应基因如COX一2基因的表达r8_. HIF一1与基因特异结合位点结合是缺 氧诱导这些基因mRNA增加的共同信 息传递环节,COX.2的高表达与缺氧密 切相关,同样.HIF.1在COX.2产生过 程中发挥了关键作用. 诱导型一氧化氮合酶(iNOS)是一 种缺氧诱导的基因,它的调控元件之一 iNOS.HRE中含有HIF结合序列的反 应元件,iNOS.HRE需要iNOS启动子 通过干扰素一和吡啶甲酸等作用激 活.故HIF.1和IFN可促进iNOS的生 成及其产物合成的增加[10-]:同时, iNOS的产物NO是缺氧和再氧合情况 下HIF活化的关键因子.故彼此发挥着 相互促进的作用]. 此外,Jeong等研究表明.HIF可促 进缺氧的肥大细胞产生肿瘤坏死因子一 仅(tumornecrosisfactor—ot,TNF—ot),白细 胞介素一6,8(IL一6,8)等细胞因子,释放 的细胞因子可增强HIF的稳定性和活 性,双方起着正反馈调节作用. 1.2.3促进红细胞生成EPO由成人 肾脏间质及胎儿肝脏生成,主要刺激骨 髓红细胞系祖细胞增生和分化.编码调 控红细胞生成的蛋白质及影响红细胞 携氧能力.EPO基因的3端序列中具 有HIF一1特异结合位点的DNA片断, 缺氧诱导了HIF.1DNA的结合力,当 其与EPO3端相应位点结合时加强了 EPO转录,是缺氧诱导EPO转录的关 键环节. 1.2.4参与糖代谢在缺氧条件下,细 胞内的葡萄糖转运和糖酵解酶的活性 增加,缺氧正调节糖酵解途径中的两种 1451 主基因——HK1,PGK1和葡萄糖转换 基因GLUT1,并且,这些基因的表达与 HIF.1ot水平相关,HIF.1otsiRNA的下 调可降低其表达.与糖及能量代谢有 关的靶基因表达在HIF.1的诱导下均 升高.HIF.1ot的高表达可增强糖酵解 作用,为组织,细胞提供能量,使其适应 低氧环境[13-14]. 2强直性脊柱炎发病机制 强直性脊柱炎(ankylosingspondy— lifts,AS)是一种原因不明的慢性炎性 疾病,主要侵犯中轴骨关节和韧带附着 处.AS病理学特点包括滑膜增生,淋巴 样浸润以及血管翳形成[16].在AS发病 过程中.多种原因导致骨关节炎症反 应,大量炎细胞浸润,生长导致局部缺 氧,进而促进血管新生,新生的血管翳 填充关节腔,并形成了微型供血网络, 为炎症所致的缺氧环境和炎性细胞提 供了足够的氧分,改善了缺氧状况,促 进炎性细胞的生长,浸润,向周围组织 迁延和浸润,加剧炎症的进展:血管翳 的充填可继发产生肉芽组织.逐层破坏 软骨及骨组织,形成侵蚀性骨缺损.多 种细胞,炎症因子如TNF,IL等在风湿 性疾病病程中同样发挥着重要作用. 在免疫反应中具有介导炎 TNF— 症和免疫调节作用.其效应包括:激活 淋巴细胞,释放其他细胞因子,前列腺 素和金属蛋白酶等:也可以促进血管形 成和调节黏附分子作用[17].Braun等在 患者骶髂关节可检测到TNF.的 mRNA.认为TNF—在骶髂关节疾病的 发病中有重要作用.目前.单克隆嵌合 体TNF一抗体(英夫利昔单抗),重组 体人类TNF受体(依那西普)已作为疗 效显着的风湿性疾病治疗二线药应用 于临床[. COX一2mRNA及蛋白质由促炎症 反应细胞因子,生长因子和巴豆油酯诱 导产生.COX一2可通过增高的PGE1, PGE2等上调VEGF的表达.而后 VEGF又可通过旁分泌或自分泌的形 式作用于血管内皮细胞,刺激血管的生 成[19-2o3.所以,在AS病程中,COX一2可 能也发挥着重要作用. 1452 3HIF.1在AS病程中发挥的作用 3?促进病变关节滑膜血管新生 HIF是诱导VEGF表达的主要转录因 子.在风湿性疾病病变关节的缺氧环境 中,HIF一1被激活后上调VEGF的表达 并提高VEGFmRNA的稳定性,促进血 管新生.Pule等[21]研究表明牛软骨盘的 机械性超负荷可使HIF一1介导的 VEGF.A高表达,同样在低含氧量,炎 症反应和机械性损伤的软骨细胞内 HIF1oL可稳定表达,并且HIF一1活性 得到显着增加.此外,TNF—ot,COX一2可 间接促进血管生成的细胞因子在HIF一 1的调节下高表达,刺激了血管的生 成. 3.2调节炎症反应在炎症反应中, TNF.ot作为核心因子发挥着重要的作 用.HIF一1上调TNF一0【,IL基因的表达 促进了炎症反应.风湿性疾病病程中炎 症反应的发展及炎症细胞的迅速增长 导致低氧环境的产生,该环境有利于 HIF.1的表达和活性的增加.从而促进 血管新生.为需要有效的氧和作用来维 持生长的炎性细胞提供了养分.同时, 中性粒细胞,巨噬细胞等通过聚集,黏 附,游走,浸润和吞噬作用参与炎症反 应.HIF一1促进糖酵解可为中性粒细胞 和巨噬细胞提供能量.促进了炎症的进 展. 3.3参与病变局部的代谢据报道, 由T.细胞受体内6一磷酸葡萄糖异构酶 (G6PI)特异性抗体遗传转移的NOD小 鼠(又名K/BxN小鼠)可以诱导小鼠关 节炎症.体内含有G6PI的免疫接种 DBA/1在不产生关节畸形的前提下可 产生急性关节炎症;与此同时,导致关 节炎的软骨内特异性?型胶原抗原的 相关抗体与从关节炎K/BxN小鼠体内 提取的G6PI活性血清密切关联I22-z~]. 因此.与糖代谢相关的酶参与了关节炎 症反应.因此,HIF.1作为糖代谢过程 中重要的靶基因同样对炎症性疾病发 挥了重要的推动作用. 此外.由HIF一1促进生成的诸多因 子如:EPO,iNOS,NO等在AS病程中 起到了重要的作用.EPO表达的增加可 促进红细胞的生成,增加血液氧的运 输.减轻炎症组织的缺氧.增强炎症细 胞的适应性.糖酵解过程的增强使能量 生成增多,促进细胞合成代谢,刺激炎 症细胞生成:NO的生成使血管扩张.血 液循环加速,一方面为局部组织供氧: 另一方面,加速了炎症细胞的浸润,扩 散,加速了病程. 综上所述,通过对HIF一1调节多种 基因的深入研究.HIF一1在风湿性疾病 的诊断和治疗中的作用将会获得更广 泛的认识和深远的研究前景. 4参考文献 [1]KuwaiT,KitadaiY,TanakaS,eta1. Expressionofhypiainduc.hkfactor—la isassociatedwithtumorvascularization inhumancolorectalcarcinoma『J].IntJ Cancer,2003,105(2):176-181. [2]YamazakiY,HasebeY,EgawaK,et a1.Anthracyclines,small-moleculeinhi— bitorsofhypoxia—-induciblefactor—-1 alphaactivation[J].BiolPhannBull, 2006,29(10):1999—2003. 『3]TrentinD,HallH,WechslerS,eta1. Peptide??matrix-?mediatedgenetransferof anoxygen?-insensitivehypoxia--inducible factor.1avariantforlocalinductionof angiogenesis[J].ProcNatlAcadSci USA,2006,103(8):2506-251I. [4]NatarajanR,SalloumFN,FisherBJ, eta1.Hypoxiainduciblefactor一1 activationbyprolylhydroxylase一2gene silencingattenuatesmyocardialis chemiareperfusioninjury[J].CircRes, 2006,98(1):133—140. [5]KimuraS,KitadaiY,TanakaS,eta1. Expressionofhypoxia—induciblefactor (HIF)一ldisassociatedwithvascular endothelialgrowthfactorexpressionand tumourangiogenesisinhuman oesophagealsquamouscellcarcinoma [J].EurJCancer,2004,40(12): l904—1912. [6]YamazakiY,KunimotoS,IkedaD. RakicidinA:ahy-poxia—selective cytotoxin[J].BiolPharmBull,2007,30 (2):261—265. [7]SemenzaGL.HIF一1andtumor progression:pathophysiologyand therapeutics[J].TrendsMolMed, 2002.8(Suppl4):62—67. [8]JooYE,RewJS,SeoYH,eta1. Cyclooxygenase一2overexpression correlateswithvascularendothelial growthfactorexpressionandtumor angiogenesisingastriccancer[J].J ClinGastroenterol,2003,37(1):28— 33. [9]EdwardsJ,MukherieeR,MunroAF. HER2andCOX一2expressioninhuman prostatecancer[J].EurJCancer, 实用医学杂志2010年第26卷第8期 2004,40(1):50-55. [1O]KimYH,ParkEJ,ParkMH,eta1. CrinaminefromCrinumasiatictunvat. japonicuminhibitshypoxiainducible factor—lactivitybutnotactivityof hypoxiainduciblefactor-2[J].Biol PharmBull,2006,29(10):2140- 2142. [11]SemenzaGL.TvargetingHIF—lf0r cancertherapy[J].NatRevCancer, 2003,3(10):721-732. [12]LeeJW,BaeSH,JeongJW,eta1. Hypoxia—induciblefactor(HIF一1)alpha: itsproteinstabiLityandbiological functions[J].ExpMolMed,2004,36 (1):l—l2. [13]GaoL,MejiasR,EchevarriaM,eta1. Inductionoftheglucose??6?-phosphate dehydrogenasegeneexpressionby chronichypoxiainPC12cells[J]. FEBSLett,2004,569(1—3):256-260. [14]PatrickH,MaxweLL.,nleHIFpathway incancer.SeminarsinCell& DeveLopmental[J]BioLogy,2005,16 (5):523—530. [15]JoelD,Tanrog.Ankylosingspondy!itis: Newimprovedtreatment,newimproved models.Dugdiscoverytoday[J].Disease Models,2006,3(4):27—31. [16]ResarJR,RoguinA,VonerJ,eta1. Hypoxiainduciblefactor—lotpolymor— phismandcoronarycolLateralsin patientswithischemicheartdisease [J].Chest,2005,128(2):787—791. [17]TemelM,AtagunduzP,Direskendeli H.Amajorsubsetofpatientswith ankylosingspondylitisfllowedupin turnout tertiarycLinicalcarerequireanti— necrosisfactor仪biologicaltreatments accordingtothecurrentguideLines[J]. AnnRheumDis,2005,64(9):1383— 1384. [18]MestreJR,MackrellPJ,Rivadeneira DE,eta1.Redundancyinthesignaling pathwaysandpromoterelements regulatingcyelooxygenase-2gene expressioninendotoxin—treatedmacro— phage/monocyticcells[J].JBiol Chem,2001,276(6):3977-3982. [19]SongIH,KimDW,ShinKC,eta1. Down—reguLationofsurvivingingrowth inhibitionofhapatomacellsinducedby aselectivecyclooxygenase一2inhibitor [J].KoreanJHepatol,2008,14(3): 35l-359. [20]DistlerK.Hypoxiaandangiogenosisin 实用医学杂志2010年第26卷第8期 rheumaticdiseases[J].ZRheumatol, 2003,62(Suppl2):I43-45. [21]PuleT,LemkeA,KurzB,eta1. MeehanicaloverloadinducesVEGFin cartilagediscsviahypoxia—inducible factor[J].AmJPathol,2004,164(1): 185-l92. [22]HolmdahlR,RubinK,KlareskogL,et a1.Characterizationoftheantibody responseinmicewithtype1Icollagen— inducedarthritis,usingmonoclonalanti— typeIIcollagenantibodies[J]. ArthritisRheum,1986,29(3):400, 4l0. [23]KellyBD,HackettSF,HirotaK,et a1.CellTypespecificregulationof 1453 angiogenicgrowthfactorgeneexpression andinductionofangiogenesisin nonischemictissuebyaconstitutively activeformofhypoxiainduciblefactor1 [Jj.CircRes,2003,93(11):1074-1081. (收稿:2009—11-22编辑:陈兵) IL一17与系统性红斑狼疮的研究新进展 Thl7细胞是近十年发现的,群T 细胞亚群,主要分泌IL.17A,IL一17F,IL一 6和TNF等细胞因子.IL一17A,又名IL— l7,虽然它主要由记忆性T淋巴细胞分 泌,但却在天然免疫,宿主防御和自身 免疫中有特殊功能.越来越多的实验证 明,IL—l7在系统性红斑狼疮(systemic lupuserythematosus,SLE)的发生,发展 中具有一定的影响和作用.本文拟就近 几年对IL一17与SLE关系的研究进展 进行综述. 1IL.17的生物学特性 1.1IL一17的生物学作用目前研究 最多的是IL一17A.其生物学活性的特 征是具有强大的致炎性.是炎症反应的 微调因子.它能促进机体局部产生趋化 因子,如IL一8,单核细胞趋化蛋白,1,生 长调节因子一a.因此有助于单核细胞和 中性粒细胞的迅速增多:能刺激产生 IL一6和前列腺素一2.增强局部炎症此 外.还发现IL一17可以募集中性粒细 胞,促进细胞增殖分化. 1.2IL一17的细胞来源和调控IL.17 除了由激活的人CD4叩记忆细胞 (Thl7细胞)产生外,CD8q"细胞,NK 细胞,CD3CD4一CD8一细胞,中性粒细胞 等亦能表达.大量研究证明.IL.6和转 化生长因子一B是启动初始cD4叩细胞 分化成Tbl7的主要细胞因子,另外.其 他细胞因子如TNF.0【,IL一1B等也参与 了Thl7的分化起始阶段.近年发现 Thl7能自分泌产生IL21来促进自身 分化进程….多数研究者目前认为IL. 徐雪吕玲 23虽不是Thl7分化的必需因子.但却 是分化过程中的重要因子之一.IL一23 生理学功能主要通过激活转录因子 STAT3,在体内对维持Thl7细胞分化 发挥作用 2IL.17与狼疮鼠模型 现已明确Thl7细胞亚群在实验性 自身免疫性脑脊髓炎以及胶原诱导的 关节炎的发病机制中起主要作用.近来 的研究提示IL—l7在一些狼疮鼠模型 的致病过程中也发挥重要作用(表1). 例如,Hsu等_2_在BXD2狼疮鼠模型中 研究发现,血清IL一17水平和脾Thl7细 胞数目均异常升高,分离的初始CD4q" 细胞在体外培养中更易于分化为Thl7 细胞;这些狼疮小鼠的B细胞表面IL. 17RA的表达明显上调.在IL一17的刺激 下进一步扩增,分泌IgM和IgG型自身 抗体.而且.在IL一17细胞与IL.17R+B 细胞富集区.BXD2鼠的脾脏可自发形 成生发中心[. 狼疮样鼠模型(MRL/lpr)对缺血性 创伤特别易反应形成炎症.有研究_3_表 明,缺血再灌注引起的肠道损伤部分是 由产IL一17的CD4细胞介导.而这种现 象在MRL/lpr鼠身上更明显.相应地, 去除CD4*T细胞后可抑制缺血引起的 损伤,同时缺乏IL一17(IL一23p19一鼠)亦 显着减轻组织损伤.与非自身免疫性 B6鼠相比,缺乏IL—l7时组织受损程度 减轻在MRL/lpr鼠体内表现得更明 显.这个结果可能是由于MRL/lpr鼠 体内有一群表达IL一17较多的T细胞. 有报道表明,用核小体作为自身抗 原刺激该SNF1狼疮鼠脾细胞导致分 泌IL.17的T细胞活化.此外,有肾炎 表现的SNF1鼠的肾脏内可测得产IL一 17的T细胞.有学者发现,给予狼疮鼠 组蛋白肽耐受疗法或抗CD3鼻饲_5]均 可减少IL一17产生.下调分泌IL.17的 细胞百分数及消除IL—l7细胞浸润肾 脏,从而改善狼疮鼠临床症状.这些研 究证明SLE微环境特别适合于产IL.17 细胞的分化. 另一个狼疮鼠模型表明分泌IL-17 的T细胞在Ets.1基因敲除的小鼠的发 病过程中有潜在的作用.Ets一1鼠呈现 高滴度的IgM和IgG自身抗体,诱导免 疫复合物沉积在肾小球及补体的局部 激活[6].尽管在Ets一1一鼠血清中未测得 IL—l7.然而在肺组织中发现明显升高的 IL一17A,IL一17F和IL一22mRNA,并与组 织炎症过程相一致.Ets一1缺陷鼠的 CD4+T细胞向Thl7细胞分化增强.归 因于T细胞表达IL一2减少以及T细胞 对IL-2抑制Thl7形成的敏感性下降. 表1IL一17在相关狼疮鼠模型中作用 doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2010.08.083 作者单位:200040上海市华山医院风3IL.17与人类狼疮胞因子,已证实其参与多种 自身免疫 湿科IL.17作为近十年来新发现的细性疾病的发病.如系统性硬化,类风湿