胡佳麗，高　玉

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低氧誘導(dǎo)因子-1α在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展

胡佳麗，高玉

Department of Ophthalmology, No.411 Hospital of PLA, Shanghai 200081, China

Correspondence to:Yu Gao. Department of Ophthalmology, No.411 Hospital of PLA, Shanghai 200081, China. gyhqyygy@sina.com

Received：2016-02-27Accepted：2017-06-04

?Retinoblastoma is a common eye malignant tumor which has high degree of malignancy.The traditional treatment methods are destructive, and the prognosis is poor. Hypoxia-inducible factor-1α highly express in retinoblastoma and regulate the development and progression of retinoblastoma (by influencing the proliferation and differentiation of tumor cells and involving in the generation of vascular mimicry). This article reviewed the role of hypoxia inducible factor-1α in the development of retinoblastoma which will initiate a new avenue for the treatment of retinoblastoma.

Citation:Hu JL, Gao Y.Role of hypoxia-inducible factor-1 alpha in retinoblastoma development.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(8):1477-1479

摘要

關(guān)鍵詞：低氧誘導(dǎo)因子-1α；視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤；血管生成擬態(tài)

引用：胡佳麗，高玉.低氧誘導(dǎo)因子-1α在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤發(fā)生發(fā)展中作用的研究進(jìn)展.國際眼科雜志2016;16(8):1477-1479

0引言

低氧是實體腫瘤的常見特征，由于腫瘤細(xì)胞快速分裂和血管微環(huán)境異常造成血液供應(yīng)不足而導(dǎo)致缺氧[1-3]。因此腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移取決于腫瘤細(xì)胞新生血管的形成情況和對缺氧環(huán)境的適應(yīng)程度。低氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)是一種調(diào)節(jié)氧穩(wěn)態(tài)的核轉(zhuǎn)錄因子，最早由Semenza等[4]于1992年發(fā)現(xiàn)，是低氧誘導(dǎo)因子家族中最重要的成員之一。HIF-1由HIF-1α和HIF-1β兩個亞基組成，其中HIF-1α既是HIF-1的調(diào)節(jié)亞基又是其活性亞基，也是唯一的氧調(diào)節(jié)亞單位，決定著HIF-1的活性[5]。當(dāng)細(xì)胞處于低氧狀態(tài)時，HIF-1α轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核與HIF-1β二聚化后與相應(yīng)的下游靶基因結(jié)合，從而調(diào)控其轉(zhuǎn)錄。除此之外，有研究發(fā)現(xiàn)，低氧狀態(tài)下HIF-1α羥基化受阻，因而不能與腫瘤抑制蛋白Von Hippel-Lindau(VHL)結(jié)合發(fā)生降解，導(dǎo)致其表達(dá)量在細(xì)胞內(nèi)呈指數(shù)式增加[6]。目前發(fā)現(xiàn)HIF-1在腫瘤組織中起調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄作用，誘導(dǎo)下游100多種靶基因表達(dá)。HIF使腫瘤組織適應(yīng)低氧環(huán)境，獲得強(qiáng)增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移能力，導(dǎo)致腫瘤組織對放、化療不敏感，影響疾病預(yù)后。

視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma，Rb)是眼內(nèi)最常見的惡性腫瘤之一，好發(fā)于嬰幼兒，惡性程度高，嚴(yán)重危害患兒的視力甚至生命。Rb在全世界范圍新生兒的發(fā)病率為1/15000～1/20000，根據(jù)全球新生兒出生率計算，也就是全世界每年約有8000例新發(fā)Rb病例[7-8]。Rb傳統(tǒng)的治療方法包括眼球摘除、局部治療、外照射放射治療、化學(xué)減容法等；局部治療主要有激光光凝術(shù)、經(jīng)瞳孔溫?zé)岑煼ā⒗鋬鲋委?、表層鞏膜敷貼放射治療、光動力療法等[9]。但上述治療方式屬于破壞性損傷，隨著腫瘤分子生物學(xué)與基因工程技術(shù)的進(jìn)展，基因靶向治療成為一種新型的治療手段。近幾年來，HIF-1α在Rb發(fā)生發(fā)展中的作用引起了人們的廣泛關(guān)注。本文擬探討HIF-1α在Rb發(fā)生發(fā)展過程中的影響，以期為Rb的基因治療尋辟新的方向。

1 HIF-1α在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤中的表達(dá)

吳繼紅等[10]在Rb分離而成的HXO-Rb-GFP細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)，Rb腫瘤組織中散在單個或多個HIF-1染色陽性細(xì)胞，HIF-1主要分布在細(xì)胞核內(nèi)或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。陽性細(xì)胞數(shù)量和染色強(qiáng)度高于其他類型的眼部惡性腫瘤。游志鵬等[11]的研究同樣發(fā)現(xiàn)，HIF-1α主要表達(dá)于細(xì)胞核和部分細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，除此之外，他們還發(fā)現(xiàn)HIF-1α在不同分期的Rb中的表達(dá)差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，Rb級別與HIF-1α表達(dá)呈正相關(guān)。張麗娜等[12]將人Rb細(xì)胞株Y79進(jìn)行低氧處理，發(fā)現(xiàn)正常組和低氧組的HIF-1α蛋白表達(dá)量的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。與正常組比較，低氧組HIF-1α蛋白表達(dá)水平明顯增加，real-time PCR結(jié)果也顯示低氧組HIF-1α mRNA的表達(dá)明顯高于正常組。

2 HIF-1α對視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤分化增殖及轉(zhuǎn)移的影響

腫瘤細(xì)胞快速分裂和血管存在結(jié)構(gòu)和功能的異常，導(dǎo)致瘤體內(nèi)大部分區(qū)域處于低氧狀態(tài)。而HIF-1在腫瘤低氧狀態(tài)下發(fā)揮著重要的中樞紐帶作用。Fernandes等[13]研究發(fā)現(xiàn)，敲除HIF-1α siRNA后，導(dǎo)致Rb細(xì)胞增殖減緩，表明HIF-1α參與并促進(jìn)Rb的存活和增殖。Xia等[14]研究發(fā)現(xiàn)，缺氧顯著增加HIF-1α蛋白的表達(dá)，并且作用于HIF-1α靶基因VEGF、GLUT1和Survivin mRNA。在缺氧狀態(tài)下敲除HIF-1α能顯著降低VEGF、GLUT1和Survivin mRNA的表達(dá)。Sudhaker等研究也發(fā)現(xiàn)，在分化和未分化的Rb細(xì)胞中，都觀察到HIF-1α與Survivin基因之間存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)。眾所周知，Survivin是凋亡抑制蛋白家族一員，具有腫瘤特異性，常能在腫瘤和胚胎組織中檢測到，且與腫瘤細(xì)胞的分化增殖及浸潤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。

除此之外，Sudhaker等[15]在HIF-1α高免疫反應(yīng)性的腫瘤細(xì)胞中，同樣觀察到HIF-1α和碳酸酐酶Ⅸ(Carbonic anhydrase Ⅸ，CAⅨ)間具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)。而CAⅨ是碳酸酐酶家族(Carbonic anhydrases，CAs)的異構(gòu)體之一，是一種與腫瘤相關(guān)的跨膜糖蛋白，在許多腫瘤中過量表達(dá)，它催化CO2水解為碳酸氫根和氫離子，維持腫瘤細(xì)胞內(nèi)的pH值，酸化細(xì)胞外環(huán)境，有利于腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。

Gao等[16]研究發(fā)現(xiàn)，無論是在缺氧環(huán)境下或者正常環(huán)境下，敲除Y-79 Rb細(xì)胞株的HIF-1α基因，導(dǎo)致細(xì)胞增殖緩慢、細(xì)胞凋亡。除此之外，敲除HIF-1α輕度增加Bax/Bcl-2的比例，并激活caspase-9和caspase-3。

3 HIF-1對視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞周期的影響

Park等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在缺氧狀態(tài)下，HIF-1α表達(dá)增加，從而導(dǎo)致p27的持續(xù)表達(dá)，而p27抑制Rb磷酸化。缺氧通過依賴HIF-1α誘導(dǎo)p27表達(dá)，從而阻止GSK3beta的核轉(zhuǎn)錄以及降低C/EBPbeta的DNA結(jié)合能力。Goda等[18]研究發(fā)現(xiàn)缺氧導(dǎo)致HIF-1α表達(dá)增加，而HIF-1α表達(dá)的增加會促使細(xì)胞周期依賴性激酶抑制劑p21和p27的表達(dá)。除此之外，Rb蛋白的磷酸化是HIF-1α依賴的。這些都提示我們，HIF-1在細(xì)胞周期起到重要的調(diào)節(jié)作用。

4 HIF-1與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤血管生成的關(guān)系

4.1 HIF-1α對視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤血管生成的影響腫瘤干細(xì)胞是腫瘤組織中的一小部分具有干細(xì)胞性質(zhì)的細(xì)胞群體，具有自我更新及多向分化能力，決定著腫瘤發(fā)生發(fā)展和侵襲轉(zhuǎn)移的能力。目前已在Rb、腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤、前列腺癌等多種惡性腫瘤中得到證實，并被分離培養(yǎng)成功。蔡颯等[19]發(fā)現(xiàn)低氧可以通過對腫瘤細(xì)胞的基因型篩選，使細(xì)胞去分化、向腫瘤干細(xì)胞表型改變。隨著對血管生成擬態(tài)(vascular mimicry，VM)的深入研究，發(fā)現(xiàn)參與VM管壁形成的腫瘤細(xì)胞高表達(dá)腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物，有較強(qiáng)的可塑性，并呈現(xiàn)多潛能干細(xì)胞的表型。而低氧是促進(jìn)腫瘤細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞誘導(dǎo)分化的源泉，提示低氧條件下由腫瘤細(xì)胞去分化來源的腫瘤干細(xì)胞是構(gòu)成VM管壁的細(xì)胞來源。Zhao等[20]和Zhu等[21]發(fā)現(xiàn)微環(huán)境的改變例如低氧能夠誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，表達(dá)內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物CD31、CD34及vWF，并參與腫瘤血管生成。張麗娜等[12]研究證明，Rb中也有HIF-1α過表達(dá)現(xiàn)象，并且其表達(dá)與腫瘤的臨床病理類型無關(guān)，但與組織學(xué)分化程度呈負(fù)相關(guān)，VM的形成同樣與病理類型無關(guān)，與分化程度呈負(fù)相關(guān)，提示VM的形成可能與HIF-1α過表達(dá)現(xiàn)象有關(guān)。Niu等[22]研究證明Rb中存在VM，隨著R-E分級的增高，VM陽性表達(dá)率明顯增加；分化型Rb中VM陽性率明顯低于未分化型中VM陽性率；此外，Niu等研究也提示Rb中存在VM，且腫瘤惡性程度越高，形成VM能力越強(qiáng)；而存在VM的Rb組織HIF-1α、VEGF高表達(dá)，提示HIF-1α、VEGF在VM的形成中可能起相互促進(jìn)作用。Wang等[23]探討了Rb中乙酰肝素酶(HPSE)、低氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)的表達(dá)及其與VEGF的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在Rb石蠟標(biāo)本中，HIF-1α、VEGF陽性表達(dá)率明顯高于正常對照組。Rb中HPSE、HIF-1α、VEGF mRNA陽性率與正常組比較有統(tǒng)計學(xué)意義。Rb中HIF-1α mRNA、HPSE mRNA表達(dá)與VEGF mRNA表達(dá)呈相關(guān)性，提示HIF-1α、HPSE可共同作用于VEGF這種促血管生成重要因子，在腫瘤血管形成中起一定作用。

4.2 HIF-1α對視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤血管生成影響的可能機(jī)制有研究顯示，低氧狀態(tài)下Rb細(xì)胞中高表達(dá)HIF-1[24]，進(jìn)而導(dǎo)致miR-181b的表達(dá)增加，而miR-181b作用于靶基因程序性細(xì)胞死亡因子10(programmed cell death-10，PDCD10)和GATA結(jié)合蛋白6(GATA6)，促進(jìn)視網(wǎng)膜母細(xì)胞的血管生成。EphA2是一種受體蛋白酪氨酸激酶，在有VM的腫瘤組織中高表達(dá)。Chen等[25]發(fā)現(xiàn)EphA2可以通過激活PI3K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)的重構(gòu)，從而在VM的形成中發(fā)揮重要作用。敲除EphA2基因，可以導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞不能形成VM結(jié)構(gòu)，而低氧可導(dǎo)致EphA2的高表達(dá)。張麗娜等[12]研究發(fā)現(xiàn)，低氧條件下向內(nèi)皮細(xì)胞誘導(dǎo)分化后，EphA2及PI3K的總蛋白及磷酸化蛋白表達(dá)均明顯增加；雷帕霉素能夠通過減少HIF-1α蛋白表達(dá)，從而抑制低氧導(dǎo)致的EphA2及PI3K的蛋白表達(dá)及活化增加。提示HIF-1α可能通過調(diào)節(jié)EphA2/PI3K信號通路在Rb的VM形成中發(fā)揮作用。

綜上所述，HIF-1α與Rb的生物學(xué)行為密切相關(guān)。HIF-1α在Rb中高表達(dá)，影響腫瘤細(xì)胞的分化增殖及轉(zhuǎn)移，參與VM的生成，調(diào)控Rb的整個發(fā)生發(fā)展過程。因VM的形成有別于腫瘤新生血管，故傳統(tǒng)的抗腫瘤血管藥物治療欠佳。明確HIF-1α在Rb中的作用，可為我們深入認(rèn)識Rb的發(fā)病機(jī)制和判斷預(yù)后，為治療Rb開辟新的途徑。但值得注意的是，當(dāng)腫瘤直徑小于2mm時，腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)獲取及廢物排出依靠彌散實現(xiàn)，并不需要血管提供營養(yǎng)[26]，因此如何在腫瘤初期就能抑制腫瘤細(xì)胞的生長，是后續(xù)研究中需要重點關(guān)注的方向。

參考文獻(xiàn)

1 Sakamoto T, Weng JS, Hara T,etal. Hypoxia-inducible factor 1 regulation through cross talk between mTOR and MT1-MMP.MolCellBiol2014;34(1):30-42

2 Zhou Y, Liu XH, Qu SD,etal. Hyperbaric oxygen intervention on expression of hypoxia-inducible factor-1α and vascular endothelial growth factor in spinal cord injury models in rats.ChinMedJ(Engl) 2013;126(20):3897-3903

3 Iwase T, Fu J, Yoshida T,etal. Sustained delivery of a HIF-1 antagonist for ocular neovascularization.JControlRelease2013;172(3):625-633

4 Semenza GL, Wang GL. A nuclear factor induced by hypoxia via de novo protein synthesis binds to the human erythropoietin gene enhancer at a site required for transcriptional activation.MolCellBiol1992;12(12):5447-5454

5 Pugh CW, O’Rourke JF, Nagao M,etal. Activation of hypoxia-inducible factor-1 definition of regulatory domain within the alpha submit.JBiolChem1997;272(17):11205-11214

6 Fedele AO, Whitelaw ML, Peet DJ. Regulation of gene expression by the hypoxia-inducible factors.MolInterv2002;2(4):229-243

7 Shields CL, Shields JA. Diagnosis and management of retinoblastoma.CancerControl2004;11(5):317-327

8 Kivela T. The epidemiogical challenge of the most frequent eye cancer: retinoblastoma, an issue of birth and death.BrJOphthalmol2009;93(9):1129-1131

9李彬，任若瑾.視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的綜合治療策略.中華眼底病雜志 2009；25(2)：81-84

10吳繼紅，徐萍，易苗英，等.體外培養(yǎng)的人視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞株及其腫瘤血管生成相關(guān)因子表達(dá)的實驗研究.中華眼科雜志 2005;41(5)：419-422

11游志鵬，宋華，趙菊蓮.HIF-1α、VEGF在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤中的表達(dá)及意義.眼科研究 2009;27(11)：992-995

12張麗娜，趙桂秋，王謙，等.低氧條件下視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤表達(dá)腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物及向內(nèi)皮樣細(xì)胞誘導(dǎo)分化的體外研究.中華眼科雜志 2013；49(8)：736-743

13 Fernandes BF, Coates J, Odashiro AN,etal. Hypoxia-inducible factor-1α and its role in the proliferation of retinoblastoma cells.PatholOncolRes2014;20(3):557-563

14 Xia T, Cheng H, Zhu Y. Knockdown of hypoxia-inducible factor-1 alpha reduces proliferation, induces apoptosis and attenuates the aggressive phenotype of retinoblastoma WER1-Rb-1 cells under hypoxic conditions.AnnClinLabSci2014;44(2):134-144

15 Sudhakar J, Venkatesan N, Lakshmanan S,etal. Hypoxic tumor microenvironment in advanced retinoblastoma.PediatrBloodCancer2013;60(10):1598-1601

16 Gao Y, Jing M, Ge R,etal. Inhibition of hypoxia inducible factor 1α by siRNA-induced apoptosis in human retinoblastoma cells.JBiochemMolToxicol2014;28(9):394-399

17 Park YK, Park H. Prevention of CCAAT/enhancer-binding protein beta DNA binding by hypoxia during adipogenesis.JBiolChem2010;285(5):3289-3299

18 Goda N, Ryan HE, Khadivi B,etal. Hypoxia-inducible factor 1alpha is essential for cell cycle arrest during hypoxia.MolCellBiol2003;23(1):359-369

19蔡颯，付小兵，盛志勇.去分化：一種新的干細(xì)胞來源.中華醫(yī)學(xué)雜志 2007;87(8)：531-533

20 Zhao Y, Dong J, Huang Q,etal. Endothelial cell transdifferentiation of human glioma stem progenitor cellsinvitro.BrainResBull2010；82(5-6):308-312

21 Zhu P, Ning Y, Yao L,etal. The proliferation, apoptosis, invasion of endothelial-like epithelial ovarian cancer cells induced by hypoxia.JExpClinCancerRes2010；29(1):124

22 Niu YJ, Liu FL, Yang Y,etal. Relationship between vasculogenic mimicry and clinical pathological characters in retinoblastoma.ZhonghuaYanKeZaZhi2009；45(4):318-322

23 Wang XL, Niu YJ, Ma JM. HIF-1alpha, HPSE and VEGF promote malignant progression of retinoblastoma.ZhonghuaYanKeZaZhi2010；46(2):140-144

24 Xu X, Ge S, Jia R,etal. Hypoxia-induced miR-181b enhances angiogenesis of retinoblastoma cells by targeting PDCD10 and GATA6.OncolRep2015；33(6):2789-2796

25 Chen LX，He YJ，Zhao SZ，etal. Inhibition of tumor growth and vasculogenic mimicry by curcumin through down-regulation of the EphA2/PDK/MMP pathway in a murine choroidal melanoma model.CancerBiolTher2011；11(2):229-235

26 Folkman J. Fighting cancer by attacking its blood supply.SciAm1996；275(3):150-154

基金項目：上海市衛(wèi)生和計劃生育委員會科研資助課題(No.201540304)

作者單位：(200081)中國上海市，中國人民解放軍第四一一醫(yī)院眼科

作者簡介：胡佳麗，畢業(yè)于第二軍醫(yī)大學(xué)，博士，主治醫(yī)師，研究方向：白內(nèi)障、視網(wǎng)膜疾病。

通訊作者：高玉，博士，副主任醫(yī)師，副主任，研究方向：白內(nèi)障、玻璃體視網(wǎng)膜疾病的基礎(chǔ)與臨床.gyhqyygy@sina.com

收稿日期：2016-02-27 修回日期： 2016-07-04

Foundation item:The Research Foundation of Shanghai Municipal Commission of Health and Family Planning (No.201540304)

視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma，Rb)是眼內(nèi)常見惡性腫瘤之一，惡性程度高，危害大。傳統(tǒng)的治療方法破壞性強(qiáng)，預(yù)后不佳。低氧誘導(dǎo)因子-1α在Rb中高表達(dá)，影響腫瘤細(xì)胞的分化增殖及轉(zhuǎn)移，參與血管生成擬態(tài)的生成，進(jìn)而調(diào)控Rb的整個發(fā)生發(fā)展過程。本文將對低氧誘導(dǎo)因子-1α在Rb發(fā)生發(fā)展中的作用做一綜述，以期為Rb的治療開辟新的途徑。

DOI:10.3980/j.issn.1672-5123.2016.8.18

?KEYWORDS:hypoxia-inducible factor-1 alpha; retinoblastoma; vascular mimicry

Role of hypoxia-inducible factor-1 alpha in retinoblastoma development

Jia-Li Hu, Yu Gao

Abstract