低氧诱导因子2α的研究进展*

韩永建 综述，常 荣审校

(1.青海大学研究生院，西宁 810016；2.青海省人民医院心内科，西宁 810007)

低氧诱导因子2α的研究进展*

韩永建1综述，常 荣2△审校

(1.青海大学研究生院，西宁 810016；2.青海省人民医院心内科，西宁 810007)

低氧诱导因子2α；生理；疾病

低氧诱导因子2α(hypoxia inducible factor 2α，HIF-2α)，又称为内皮PAS区域1(endothelial PAS domain protein 1，EPAS1)，由Tian等[1]于1997年发现，主要存在于内皮细胞中。近年国内外的研究表明，HIF-2α作为低氧调节通路中的重要调控因子，首先能够维持藏族人低的血红蛋白浓度，在高原居民对缺氧环境的适应方面起着重要作用；其次还发现其在铁代谢、红细胞生成等生理方面也起着重要作用，此外还与一些疾病的发生有关。然而近年来的大部分研究主要集中于HIF-2α在生理方面的所起作用，而对具体的信号通路与调控基因没有阐述清楚，因此进一步加强对HIF-2α在疾病发生过程中作用机制的研究，不仅有助于加深对于疾病的认识，而且有助于临床医师从基因蛋白水平辅助诊治疾病。本文主要叙述HIF-2α在生理及其相关疾病中的研究进展。

1 HIF-2α的结构

HIF-2作为低氧诱导因子家族成员，是由HIF-2α亚基与HIF-1β亚基共同组成的异源二聚体蛋白质复合物，其中β亚基能够持续表达，可能与保持HIF-2的结构稳定性有关；α亚基是由低氧诱导的，能够与芳香烃受体核转运蛋白相结合。常氧下α亚基与希佩尔-林道蛋白结合而降解，低氧能够使α亚基稳定并通过核转位与HIF-1β形成二聚体，然后与5′或3′端目的基因增强子低氧反应元件结合而起作用[2]。研究发现HIF-2α基因位于人类的2号染色体p16-21区。

2 HIF-2α的分布与靶基因

HIF-2α在不同的组织中表达水平不同，主要分布在血流丰富的细胞中，例如血管内皮细胞、胎肺成纤维细胞，而在白细胞中分布较少且含量低。HIF-2α的靶基因涉及胎肺成熟、肿瘤血管生长、铁代谢、肝脏生长等方面，主要是通过与靶基因启动子或增强子上的低氧反应元件结合而起作用。

3 HIF-2α在生理方面作用

HIF-2α可通过一系列靶基因如二价金属离子转运体1、促红细胞生成素、纤溶酶原激活物抑制剂1、肝富集基因1等在铁代谢、红细胞生成、血管生长、低氧适应、胎肺成熟、肝脏生长等生理方面起着重要作用。

3.1 HIF-2α与铁代谢 贫血疾病组织中铁的累积可能和下列3种机制有关：反复输血、铁吸收增加、慢性溶血[3]，铁负荷超载将会提高患者的发病率和病死率[4]。Anderson等[3]通过对老鼠模型的研究发现肠内低氧会导致HIF-2α激活，进而提升二价金属离子转运体1(divalent metal transporter 1，DMT1)的表达，造成组织中铁聚集，抑制HIF-2α或者DMT1能够减少β-地中海贫血和溶血性贫血组织中铁的聚集。Mastrogiannaki等[5]通过对铁调素基因敲除小鼠研究发现，十二指肠HIF-2α缺失的老鼠膜铁转运蛋白(ferroportin，FPN)的水平下降很明显，基因敲除的小鼠肝脏和胰腺内非血红素铁的聚集下降很明显， HIF-2α有助于遗传血色病老鼠肠内铁的吸收。这些研究表明HIF-2α可通过靶基因促进铁的吸收，能够为贫血类疾病的治疗提供一种新的方法。

研究发现，铁吸收与转运主要基因是DMT1、十二指肠细胞色素B(duodenal cytochrome b，DCYTB)和FPN。Mastrogiannaki等[6]通过肠道上皮细胞HIF-2α与HIF-1α基因敲除老鼠比较后发现，HIF-1α造成转运葡萄糖转运体1减少了55%，但是并没有影响铁相关基因的表达；然而HIF-2α基因缺失的老鼠减少了DMT1、IRE(80%)、DCYTB(85%)和FPN的表达，这些数据表明HIF-2α与肠内铁的吸收有关。Das等[7]的研究发现，肠内HIF-2α缺失的老鼠能够防止组织中铁的聚集。以上相关研究表明，HIF-2α可通过铁吸收与转运相关的基因在肠内铁的吸收方面起着重要作用。

3.2 HIF-2α与红细胞生成 人类3种低氧诱导因子通路蛋白的突变能够引起红细胞增多(HIF-2α、希佩尔林道肿瘤抑制蛋白、脯氨酰羟化酶域蛋白2)[8]。Kapitsinou等[9]通过HIF-2基因失活的基因敲除小鼠研究发现实验组(HIF-2失活组)老鼠平均红细胞数量为(5.27±0.12)×106/μL,平均红细胞压积24.0%±0.6%，促红细胞生成素(EPO)(116±12)pg/mL,对照组的分别为(9.89±0.19)×106/μL、46%±1%和(166±9)pg/mL，此项研究表明低氧诱导的肾脏EPO生成依赖HIF-2，在缺少肝脏HIF-2的情况下肾脏HIF-2将会作为血浆EPO生成的主要调节因子。

Perrotta等[10]发现了一种新的HIF-2α突变，这种突变可能与遗传性红细胞增多症有关，并且认为HIF-2α基因突变而引起的红细胞增多不仅仅是由于EPO的升高，还可能受不同的细胞表型的影响。Percy等[11]报道了两种HIF-2α基因的非同义突变(M535T、F540L)，这两种突变都与红细胞增多有关。Tan等[12]塑造出HIF-2α基因G356W位点错义突变的老鼠，发现这些老鼠展现出了高的红细胞增多与肺动脉高压，这些发现证明了HIF-2α错义突变是红细胞增多的一个原因。Van Wijk等[13]发现了HIF-2α基因Asp539Glu位点的突变可能与人类红细胞增多有关。以上研究表明HIF-2α通过肾脏EPO促进了红细胞的生成， HIF-2α基因的突变可能会引起红细胞增多，表明HIF-2α在红细胞生成中起重要作用。

3.3 HIF-2α与血管生长 HIF-2α能够促进血管生长，Favier等[14]运用免疫组化的方法分析并检测了PECAM/CD31内皮标记物后发现，HIF-2α(1-485)组的肿瘤血管形成明显减少，而HIF-2α组血管是增生的，肿瘤血管量化显示HIF-2α组血管密度明显比对照组多(19 d增多了96%，28 d增多了63%)。Geis等[15]的研究也证实了这一点，通过制作HIF-2α与HIF-1α基因敲除的HepG2细胞并且培养，结果发现共培养的HIF-2α敲除的细胞组血管是减少的；然而HIF-1α敲除的没有影响，微阵列分析纤溶酶原激活物抑制剂1(PAI-1)是HIF-2α的靶基因， PAI-1敲除的HepG2细胞血管生成亦是减少的。上述研究证实了HIF-2α可以通过靶基因PAI-1促进血管的形成，肿瘤生长过程中需要新生的血管提供营养，这可以为肿瘤的治疗提供新的策略。

3.4 HIF-2α与低氧适应 HIF-2α涉及到低氧反应，并且被认为在藏族低氧适应方面起重要作用，然而具体的适应分子机制还不清楚。Xu等[16]的研究发现藏族单核苷酸多态性位点rs56721780：G>C和启动子区域插入缺失与非藏族低海拔人相比有差异；rs56721780：G>C能够调节HIF-2α基因的转录，被认为是一种新的转录阻遏物；rs56721780：G>C的CC基因型与-742插入缺失基因型与HIF-2α和赖氨酸表达有关，同时与藏族婴儿高的出生体质量有关，表明HIF-2α基因在胎儿生长和藏族人高海拔低氧适应有关。

3.5 HIF-2α与胎肺成熟 HIF-2α可以促进胎肺的成熟，呼吸窘迫综合征是早产儿常见而且严重的并发症，主要是由于肺泡表面活性物质产生过少引起的。研究表明，HIF-2α缺失的新生鼠由于肺泡2型细胞没能产生足够的表面活性物质，而患上了严重的呼吸窘迫综合征，而且血管内皮生长因子的水平在HIF-2α缺陷的老鼠是减少的，产后通过滴注血管生长因子能够刺激糖原转化为表面活性物质能够防止呼吸窘迫综合征的发生[17]。由此可见，HIF-2α通过靶基因血管内皮生长因子调节了胎肺的成熟。Woik等[18]的研究发现，HIF-2α与HIF-1α在后期胚胎肺的发育方面起着重要作用，KLEIP能够调节HIF-2α基因的转录，KLEIP-/-的新出生鼠由于低通气、2型肺泡细胞不成熟与表面活性物质减少而死于呼吸衰竭。由此可见，HIF-2α通过血管内皮生长因子在血管胎肺成熟过程中起着重要作用，为早产儿呼吸窘迫综合征的治疗提供了新的方法。

3.6 HIF-2α与肝脏的生长 肝脏在代谢、解毒、消化与维持内环境稳定等方面起着重要作用。Lin等[19]通过斑马鱼的胚胎模型发现，缺少HIF-2α能够阻止肝脏的生长，HIF-2α在肝脏生长的过程中调节了肝细胞的增值，并且论证了缺少HIF-2α能够减少肝富集基因1(leg1)的表达，而leg1编码的分泌蛋白在肝脏生长过程中是必需的。另外还发现，HIF-2α直接结合到leg1的启动子区域控制leg1的表达[19]。由此可见，HIF-2α通过调节斑马鱼胚胎leg1基因的表达在肝脏生长中起着重要作用。

4 HIF-2α在疾病形成过程中作用

目前发现HIF-2α某些位点突变在低氧性肺动脉高压形成中起着重要作用，另外还发现其与类风湿性关节炎、肿瘤生长、慢性阻塞性肺疾病等疾病有关。

4.1 HIF-2α与低氧性肺动脉高压 低氧性肺动脉高压发病机制主要是由于低氧引起的肺血管收缩与重塑[20-21]。Van Patot等[22]认为低氧诱导因子的活化可以引起严重的肺动脉高压，而HIF-2α基因多态性位点造成了高原居民肺动脉的易感性。研究发现，汉族人的肺动脉高压比藏族人的高，低氧情况下藏族人肺血管收缩反应迟钝；同时发现藏族人的HIF-2α基因是突变的[22]。Brusselmans等[23]研究发现，杂合子的老鼠在严重低氧情况下能够存活更长时间，并且可以减少肺血管的重塑及右心室肥厚，能够预防肺动脉高压的形成。Hickey等[24]的实验也证明了这点。这些研究表明，HIF-2α某些位点的突变可能在低氧性肺动脉高压形成中起保护作用，这可能是藏族人能够更好地适应高原低氧环境的一个原因。

Formenti等[25]的研究发现HIF-2α获得性功能突变与肺动脉高压、心输出量、心率、肺通气等有关。Tan等[12]的研究也证实了这一点。Newman等[26]运用全外显子组测序的方法发现了编码HIF-2α的基因EPAS1的两种变异，这两种变异存在于20头牛(肺动脉压大于50 mm Hg)的75%个体中，21头牛(肺动脉压小于39 mm Hg)的19%个体中，在肺动脉压大于94 mm Hg的5头牛中全部存在，认为HIF-2α基因的两种变异与安格斯牛的肺动脉高压密切相关。以上研究表明HIF-2α基因的某些位点的突变在低氧性肺动脉高压形成中可能起着重要作用，然而其具体的机制还不清楚，需要进一步研究。

4.2 HIF-2α与肿瘤 HIF-2α与肿瘤增生有关，体外研究发现HIF-2α可以诱导神经母细胞瘤细胞肥大，并且能够减少其增值速率，然而HIF-2α(1-485)变异钝化型能够减少细胞体积并且加快细胞的增殖。体内实验发现HIF-2α过高表达的老鼠能够引起肿瘤结节的形成，结节生长的速度尽管比对照组要慢，但是高度血管化，表达HIF-2α(1-485)神经母细胞瘤生长快，但是血管化很差并且很快趋向于坏死[14]。神经母细胞瘤高表达的HIF-2与干细胞特性、转移性疾病和较差的预后有关，表明 HIF-2 在神经母细胞瘤生物学调控中起重要作用，减少PI3K的表达可以减少HIF-2αmRNA与蛋白的表达并且能使体外肿瘤血管化减少[27]。此外HIF-2α也在许多实体肿瘤中也被频繁检测出，比如肾癌、胶质癌、膀胱癌、乳腺癌、卵巢癌、头颈部肿瘤等。

4.3 HIF-2α与类风湿性关节炎 类风湿性关节炎是一种系统性自身免疫性疾病，表现为慢性炎症与关节组织的破坏，HIF-2α在类风湿性关节炎滑膜内膜表达明显上升，主要表达在成纤维滑膜细胞上并调节细胞的增殖。关节组织过高表达HIF-2α会导致类风湿性关节炎形成。HIF-2α依赖的白细胞介素6上调能够刺激TH17细胞的分化，这种细胞在类风湿性关节炎发病机制中起着重要作用[28]。Huh等[29]的研究发现HIF-2α与趋化生长因子在类风湿关节炎关节血管翳与退化的软骨中上升明显，在原代培养和软骨组织中HIF-2α诱导了软骨细胞趋化因子的表达，能够调节成纤维滑膜细胞的迁移和浸润；还发现关节组织中HIF-2α局部缺少情况下能够抑制血管翳的形成，HIF-2α基因剔除后能够阻止血管翳的形成。这些发现一方面加深了对类风湿性关节炎的认识，另一方面可能为类风湿性关节炎治疗提供了新的策略。

4.4 HIF-2α与慢性阻塞性肺病 慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种复杂的疾病，已知遗传、表观遗传与环境因素是COPD的危险因素并且与疾病的进展有关。Yoo等[30]通过综合分析确定了126个COPD的调节因子，在这些调节因子中，仅发现HIF-2α的下游基因与许多COPD严重性多基因位点是相重合的。就甲基化与下游基因而言，HIF-2α与其他因子相比是独特的。研究发现HIF-2α在COPD患者肺组织中的水平是降低的，同时在暴露于香烟环境中的老鼠发现HIF-2α基因的表达也降低的，HIF-2α基因甲基化后HIF-2α表达是降低的，甲基化的HIF-2α基因与COPD的严重程度有关，然而目前的生理机制还不清楚[30]。

5 展 望

综上所述，HIF-2α一方面在铁代谢、低氧适应、低氧性肺动脉高压形成、胎肺成熟、红细胞生成、肝脏生长等生理方面起着重要作用，另一方面还与某些疾病如COPD、肿瘤、类风湿性关节炎有关。然而目前国内外的研究对于HIF-2α在生理方面及疾病形成过程中的作用机制研究还不是很清楚，尤其是在具体的信号通路与基因调控等方面有待于进一步研究。深入研究HIF-2α在生理方面与疾病发病中的作用机制不仅能够加深对于疾病的认识，而且能够为疾病的诊断与治疗带来新的方法，同时可以为高原病的预防与治疗提供新的策略。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.34.033

国家自然科学基金资助项目(81360301)；青海省应用基础研究计划资助项目(2013-Z-743)。 作者简介：韩永健(1986-)，住院医师，在读硕士，主要从事心血管疾病临床与基础的研究。△

，E-mail：qhschangrong@126.com。

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1671-8348(2016)34-4855-04

2016-06-26

2016-08-14)