項(xiàng)銘華，詹媛媛，吳 剛，徐鎮(zhèn)東，王建枝，2，劉 蓉，柯 丹△，王小川，2△

1華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)系，武漢 430030 2南通大學(xué)神經(jīng)再生協(xié)同創(chuàng)新中心，南通 226001

細(xì)胞低氧是生命體生長發(fā)育中常常發(fā)生的病理生理狀態(tài)。細(xì)胞適應(yīng)低氧環(huán)境主要是由基因的轉(zhuǎn)錄所介導(dǎo)的，并在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控多種生理與病理過程，如糖酵解、造血、血管生成、細(xì)胞凋亡等。低氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)是一種轉(zhuǎn)錄激活因子，可調(diào)控氧氣濃度變化介導(dǎo)的基因表達(dá)水平，由HIF-1α和HIF-1β亞單位組成，是細(xì)胞低氧條件下的關(guān)鍵存活蛋白[1]，在缺氧的生理反應(yīng)以及常見人類疾病進(jìn)程中起到重要作用。HIF-1的活性主要由HIF-1α的翻譯后水平調(diào)節(jié)。在正常的氧氣張力下，HIF-1α可被脯氨酸羥化酶(PHDs)羥基化，進(jìn)而被泛素-蛋白酶體系降解。缺氧期間該過程受到抑制[1]。

對HIF-1α基因敲除小鼠的分析表明，HIF-1α是胚胎發(fā)育和存活所必需的。在缺乏HIF-1α表達(dá)的小鼠中，編碼葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的mRNA水平降低，血管內(nèi)皮生長因子mRNA水平也下降，表現(xiàn)為神經(jīng)管缺陷、心血管畸形和頭靜脈間充質(zhì)內(nèi)顯著的細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致胚胎的死亡[2]。HIF-1α參與腫瘤的發(fā)生，研究表明HIF-1α在結(jié)腸癌、乳腺癌、胃癌、肺癌、皮膚癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌和腎癌中過表達(dá)。推測這可能是HIF-1α通過血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)腫瘤形成以及使腫瘤適應(yīng)低氧環(huán)境從而增加了葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和糖酵解相關(guān)酶的活性所致。此外，腫瘤細(xì)胞也可以通過多種途徑逃避缺氧條件下細(xì)胞的死亡，例如表達(dá)抗凋亡基因IAP2，產(chǎn)生突變型p53細(xì)胞[3]。HIF-1α參與線粒體損傷和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而脯氨酸羥化酶抑制劑可以阻止該過程。這尤其體現(xiàn)在阿爾茲海默癥(Alzheimer’s disease，AD)的發(fā)病過程中。PHDs羥化HIF-1α使其被降解失去活性，降低細(xì)胞對于低氧的適應(yīng)，從而產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用。研究表明氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體損傷是神經(jīng)退行性疾病中神經(jīng)元死亡途徑的主要特征[4]，而脯氨酸羥化酶抑制劑可以抑制脂質(zhì)過氧化并維持線粒體功能，如恢復(fù)線粒體膜電位和ATP產(chǎn)生，減少線粒體活性氧的形成并保留線粒體呼吸功能，從而在谷氨酸誘導(dǎo)的氧化作用模型中保護(hù)神經(jīng)元HT-22細(xì)胞[5]。目前，亦有許多證據(jù)提示HIF-1α與AD相關(guān)，本文將綜述缺氧對HIF-1α的調(diào)控及HIF-1α與AD認(rèn)知功能缺陷的關(guān)系。

1 缺氧調(diào)控HIF-1α分子機(jī)制

組織病理學(xué)研究的數(shù)據(jù)顯示，AD患者腦血管病變的概率較高。例如β-淀粉樣蛋白(Aβ)在毛細(xì)血管內(nèi)的沉積會引起腦血管系統(tǒng)的病理變化，導(dǎo)致微出血以及血管阻塞，這些變化會破壞腦血管系統(tǒng)的局部血流，使受影響的腦區(qū)灌注不足。而低氧與低灌注可能造成大腦脆弱區(qū)域的缺血性神經(jīng)元病變從而導(dǎo)致AD患者的認(rèn)知缺陷[6]。HIF-1α作為細(xì)胞適應(yīng)低氧環(huán)境的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，與誘導(dǎo)個體認(rèn)知障礙過程有著密切關(guān)聯(lián)。

HIF-1α不只調(diào)控機(jī)體在缺氧情況下的病理生理過程，其作為一個廣譜的轉(zhuǎn)錄因子，它下游靶基因也廣泛地調(diào)控糖酵解過程、細(xì)胞增殖和凋亡、血管生成、炎癥反應(yīng)等。以下對不同類型缺氧調(diào)控HIF-1α表達(dá)及對認(rèn)知功能的影響進(jìn)行綜述。

1.1 急性缺氧

急性且嚴(yán)重的缺氧可以顯著抑制認(rèn)知水平，但有研究表明，常壓低氧以及低壓低氧對于認(rèn)知水平并不起到顯著的決定性因素，而與較低的PaO2有關(guān)，與HIF-1α的氧依賴性降解相符合。同時(shí)，在低氧條件下，線粒體活性氧(ROS)可以激活HIF-1α上游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，例如細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶ERK、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)、PI3K/Akt途徑從而增加HIF-1α的轉(zhuǎn)錄活性[7]，這提示在急性缺氧條件下可能通過激活HIF-1α的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平，增強(qiáng)HIF-1α靶基因的表達(dá)，從而介導(dǎo)腦損傷以及認(rèn)知障礙。

1.2 反復(fù)輕度缺氧

研究表明，反復(fù)輕度缺氧對缺血缺氧的大腦起到保護(hù)以及恢復(fù)腦功能的作用，該研究還表明對于小鼠缺氧缺血性腦損傷(HIBD)模型，反復(fù)輕度缺氧處理可提高腦組織HIF-1α的表達(dá)。另一項(xiàng)研究表明反復(fù)輕度缺氧對成年小鼠非空間認(rèn)知記憶能力有促進(jìn)作用[4]，增強(qiáng)識別與記憶能力，更重要的是，腦腎上腺髓質(zhì)素(AM)與血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)在輕度缺氧后mRNA表達(dá)水平明顯提高。這說明在該低氧模式下，HIF-1α的靶基因表達(dá)增高。AM是一種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，具有血管活性、血管生成和抗凋亡的作用[8]，它可以拮抗腦缺血缺氧低灌注帶來的神經(jīng)元的營養(yǎng)不足以及低能量供應(yīng)作用，提高神經(jīng)元活性，從而在個體水平上使小鼠具有更好的認(rèn)知能力。而根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)告，VEGF的過度表達(dá)也增強(qiáng)了小鼠的記憶能力，起到逆轉(zhuǎn)缺氧帶來的腦損傷作用[9]。

也有研究表明HIF-1α的神經(jīng)保護(hù)作用是通過非轉(zhuǎn)錄途徑實(shí)現(xiàn)的，例如抑制p53，調(diào)節(jié)某些銜接蛋白，抑制氧化還原態(tài)。然而，無論通過哪種途徑，HIF-1α的神經(jīng)元保護(hù)作用并不是持續(xù)一貫的，HIF-1α在輕度缺氧后的最初24 h內(nèi)保護(hù)神經(jīng)元免受死亡，但在長時(shí)間缺氧的情況下，這種神經(jīng)保護(hù)作用逐漸減弱，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[10]。這可能是由于在缺氧時(shí)線粒體功能受損，而此時(shí)HIF-1α尚能介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)作用，而HIF-1α降解后其神經(jīng)元保護(hù)作用消失從而導(dǎo)致神經(jīng)元毒性。這些表明，在反復(fù)輕度缺氧模型中，HIF-1α是調(diào)節(jié)腦缺氧、神經(jīng)功能恢復(fù)、學(xué)習(xí)與記憶的關(guān)鍵中介之一，但過表達(dá)HIF-1α并不增加缺氧時(shí)的神經(jīng)保護(hù)作用[10]。

1.3 急性間歇性缺氧(AIH)

急性間歇性缺氧是指反復(fù)缺氧并伴有常氧的過程，會引起各種生理反應(yīng)的持續(xù)性變化，并可對某些疾病提供保護(hù)作用，例如對抗心律失常的發(fā)生，這可能是通過增加肌紅蛋白表達(dá)，增加促紅細(xì)胞生成素(EPO)表達(dá)，以及增加抗氧化酶的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的。也有研究表明反復(fù)輕度間歇性低氧可能促進(jìn)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達(dá)，從而有助于增強(qiáng)多種形式的突觸可塑性及神經(jīng)發(fā)生，促進(jìn)個體的認(rèn)知水平。同時(shí)，在非依賴HIF-1α轉(zhuǎn)錄途徑中，適應(yīng)間歇性低氧可以防止Aβ形成所致的大鼠腦內(nèi)NO過度生成和神經(jīng)退行性損傷[11]。

然而也有研究表明AIH對于機(jī)體不一定都是有益的，例如其可導(dǎo)致肺血管重塑，肺動脈高壓狀態(tài)，導(dǎo)致右心室肥厚。這與阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(OSAHS)的誘發(fā)因素高血壓、發(fā)育缺陷、神經(jīng)病理和神經(jīng)認(rèn)知障礙相契合。此外，慢性缺氧能誘發(fā)血管的增生，但也能引起腦血管完整性、通透性的改變，這主要是通過HIF-1α下游VEGF在內(nèi)的多種生長因子與整合素的作用產(chǎn)生的，從而部分解釋OSAHS促進(jìn)腦梗死的潛在機(jī)制。

AIH促進(jìn)細(xì)胞的適應(yīng)能力部分歸因于其誘導(dǎo)HIF-1α基因轉(zhuǎn)錄變化的能力，從而促進(jìn)血管生成，促紅細(xì)胞生成和糖酵解。而其負(fù)面影響仍有待進(jìn)一步闡明，例如激活谷氨酸能受體，使一氧化氮與自由基結(jié)合，產(chǎn)生各種損傷性神經(jīng)因子[11]。

1.4 高原缺氧(低壓缺氧)

低壓缺氧又稱高空缺氧(HH)，常見于高海拔居民、登山者、滑雪者、軍事人員等。對于長期定居于高海拔地區(qū)的人群，如藏族人而言，他們對缺氧的適應(yīng)普遍較好，表現(xiàn)正常的有氧代謝，以及偏低的血紅蛋白濃度。研究表明，世代久居高海拔地區(qū)的人群其HIF-1α以及其靶基因表達(dá)缺乏，提示HIF-1α在高原適應(yīng)中不起關(guān)鍵作用，而可能是在基因?qū)用孢m應(yīng)了高原環(huán)境。而對于需要適應(yīng)高原環(huán)境的人群，例如高空作業(yè)者以及高原駐守軍人等，他們則通常因?yàn)榈脱醣┞抖a(chǎn)生包括認(rèn)知能力在內(nèi)的多方面的不利影響。而缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)的存在則激活了許多細(xì)胞保護(hù)作用，增加組織氧供應(yīng)與改善氧的使用。神經(jīng)炎癥機(jī)制在這其中發(fā)揮重要作用，研究表明，環(huán)氧酶(COX)在高原缺氧(HH)中表達(dá)增加，與此同時(shí)，在HH 7 d后，空間記憶障礙與神經(jīng)炎癥明顯[12]。這表明神經(jīng)炎癥可能是高原缺氧條件下認(rèn)知缺陷的重要原因之一，這一過程可能是通過小膠質(zhì)細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子，從而激活星形膠質(zhì)細(xì)胞實(shí)現(xiàn)的。NO是一種ROS，ROS通常介導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡和繼發(fā)性神經(jīng)退行性疾病，它與氧氣結(jié)合產(chǎn)生細(xì)胞毒性，產(chǎn)生自由基，同時(shí)擴(kuò)張血管，對認(rèn)知水平有著負(fù)面的影響。居住于低海拔區(qū)域的人群適應(yīng)高海拔的時(shí)候NO顯著增高[13]，同時(shí)一氧化氮合酶是HIF-1α的靶基因，因此推測HIF-1α參與了高海拔的適應(yīng)。腺苷作為另一個HIF-1α的重要靶基因，在HH適應(yīng)中的作用可能也同樣發(fā)揮重要作用。CD73是在無脊椎和脊椎動物體內(nèi)廣泛分布的磷酸腺苷(AMP)水解酶，是胞外腺苷的主要來源。小鼠遺傳學(xué)研究表明，HH條件下，CD73的升高促進(jìn)了缺氧誘導(dǎo)的腺苷的積累，而腺苷介導(dǎo)的紅細(xì)胞腺苷受體的激活則通過誘導(dǎo)2，3-二磷酸甘油酸(2，3-BPG)的產(chǎn)生并觸發(fā)氧的釋放以防止多組織缺氧、炎癥和肺血管滲漏[14]。研究表明這些因素誘導(dǎo)產(chǎn)生“低氧記憶”，即在氧濃度下降到較低水平后，人類保持對高海拔的適應(yīng)能力，并在重新上升一段時(shí)間后表現(xiàn)出更快的適應(yīng)能力，從而加快對低氧的適應(yīng)，恢復(fù)認(rèn)知功能。并且這種“低氧記憶”定位于紅細(xì)胞中，在此期間，紅細(xì)胞也會增加，從而增加神經(jīng)元的營養(yǎng)供應(yīng)，改善神經(jīng)元的連接功能，對抗組織損傷。

1.5 產(chǎn)前缺氧

對于AD的發(fā)病，腦缺血和相關(guān)的缺氧是重要的環(huán)境因素，并且可以在個體一生的不同階段產(chǎn)生程度不等的影響，不同于常規(guī)所認(rèn)識的AD相關(guān)病理生理學(xué)變化僅在生命的末期出現(xiàn)。產(chǎn)前缺氧是指在妊娠期間暴露于低氧狀態(tài)。有研究顯示：野生型與APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠于孕7～20 d天進(jìn)入低壓倉，模擬高海拔缺氧狀態(tài)，結(jié)果顯示在實(shí)驗(yàn)條件下，野生型孕小鼠與轉(zhuǎn)基因成年小鼠(孕期)的老年斑、Aβ肽以及磷酸化Tau水平均明顯增加，Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)，隱藏平臺實(shí)驗(yàn)也證明產(chǎn)前缺氧可以誘導(dǎo)成年孕小鼠，尤其是具有APP/PS1突變的孕小鼠表現(xiàn)出持續(xù)且明顯的學(xué)習(xí)記憶與認(rèn)知障礙[15]。在該實(shí)驗(yàn)中p-GSK3β在成年APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因孕小鼠中明顯下調(diào)，同時(shí)伴隨HIF-1α的降低，而在野生型孕小鼠中未見明顯變化。故推測產(chǎn)前缺氧通過Aβ/GSK-3β下調(diào)HIF-1α，從而介導(dǎo)產(chǎn)前缺氧的一系列適應(yīng)過程。孕鼠的產(chǎn)前缺氧對于其產(chǎn)下的幼鼠也產(chǎn)生顯著的影響，表現(xiàn)在HIF-1α明顯地聚集在皮質(zhì)神經(jīng)元中，而在海馬和腦室周圍區(qū)域的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞中的聚集程度較低。而HIF-1α靶基因VEGF作為主要基因在這一過程中被激活，這有助于星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元誘導(dǎo)缺氧耐受。同時(shí)其他HIF-1α靶基因，如胰島素信號通路和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)劑Myc、Jun和p53、EPO、腎上腺髓質(zhì)素也涉及腦氧穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)[16]。這揭示HIF-1α作為早期腦發(fā)育中的重要轉(zhuǎn)錄因子，參與了低氧的應(yīng)激反應(yīng)，在低氧的適應(yīng)中發(fā)揮重要作用，因此可以作為新生兒神經(jīng)保護(hù)研究的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

2 HIF-1α與AD

β淀粉樣蛋白聚集成老年斑與異常過度磷酸化Tau形成神經(jīng)元纖維纏結(jié)是AD典型病理特征，在臨床上主要表現(xiàn)為進(jìn)行性的認(rèn)知功能減退。最近，神經(jīng)炎癥被認(rèn)為在AD過程中發(fā)揮顯著作用，這主要是Aβ介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞等的激活導(dǎo)致神經(jīng)變性，研究表明Aβ可能是通過激活細(xì)胞因子[白介素(IL)-1α，IL-1β，IL-6，IL-8，IL-12，IL-18和IL-23，干擾素(IFN)-γ，TNF-α和粒細(xì)胞巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GMCSF)]的產(chǎn)生，從而活化小膠質(zhì)細(xì)胞；Aβ沉積物也可以激活星形膠質(zhì)細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞因子(例如IL-1β或IL-6)的過表達(dá)，并通過ROS生成與iNOS的激活導(dǎo)致氧化應(yīng)激，這表明HIF-1α靶基因iNOS的激活可能與Aβ的炎癥激活途徑有關(guān)[17]。小膠質(zhì)細(xì)胞也可能通過糖酵解與mTOR-HIF-1α途徑激活，這主要體現(xiàn)在經(jīng)過Aβ處理的小膠質(zhì)細(xì)胞糖代謝水平明顯增強(qiáng)以及mTOR途徑誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。MAPK途徑也參與了HIF-1α蛋白在翻譯水平的調(diào)控，與AD發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，例如MAPK抑制劑PD98059可通過減輕Aβ生成，阻止神經(jīng)元炎癥反應(yīng)[18]。事實(shí)上，多種信號途徑均可通過AD發(fā)生的HIF-1α途徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如血管生成途徑、與癌癥有關(guān)的代謝途徑等。

此外，在缺氧條件下Aβ的增加也受到HIF-1α的調(diào)控。BACE-1是一種天冬酰胺蛋白酶，是催化Aβ形成的關(guān)鍵酶。BACE-1 mRNA在低氧條件下表達(dá)增加，而在BACE-1啟動子區(qū)域的開始ATG(定義為+1)上游-835至-821(ACGCGTGCCC-CCACA)處是HIF-1α響應(yīng)缺氧應(yīng)激而激活的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄序列[19]。這表明HIF-1α可以通過調(diào)控AD發(fā)生的特征性Aβ的形成影響AD的發(fā)病。

2.1 HIF-1α與Tau病變

Tau是一種微管相關(guān)蛋白，是神經(jīng)細(xì)胞骨架的重要組成成分。事實(shí)上，在成熟大腦神經(jīng)元中，Tau維持微管網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，參與軸突運(yùn)輸，從而維持神經(jīng)元的功能。Tau功能受到磷酸化過程的影響，Tau的異常過度磷酸化會阻止微管的結(jié)合從而導(dǎo)致微管網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，參與AD的發(fā)病過程[20]。研究表明，Tau的磷酸化受到Tau蛋白激酶和磷酸酶活性之間平衡的調(diào)節(jié)，而Tau的聚集和磷酸化可能與該平衡的失調(diào)有關(guān)。HIF-1α是機(jī)體內(nèi)缺氧相關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，其下游靶基因的表達(dá)與AD發(fā)病同樣有著緊密聯(lián)系，以下綜述HIF-1α與Tau激酶和磷酸酶在AD發(fā)生中的聯(lián)系。

2.1.1 HIF-1α與GSK-3β糖原合成 激酶-3(GSK-3β)是一種在進(jìn)化上非常保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶，在體內(nèi)廣泛表達(dá)。因?yàn)镚SK-3β是調(diào)控糖代謝的重要激酶之一，已有研究認(rèn)為其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用，如在肝癌中GSK-3β可以解除細(xì)胞的能量限制從而能夠癌性增殖。也有研究表明在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，GSK-3β表達(dá)豐富，且在AD的發(fā)病中起到重要作用[21]。GSK-3β在轉(zhuǎn)基因小鼠中過表達(dá)誘導(dǎo)Tau的磷酸化，促進(jìn)神經(jīng)退行性變，從而導(dǎo)致AD的發(fā)生。進(jìn)一步研究表明，在AD的發(fā)生中GSK-3β被認(rèn)為是Aβ毒性和Tau病變生物學(xué)聯(lián)系的關(guān)鍵分子，這表現(xiàn)在β淀粉樣蛋白肽激活GSK-3β，導(dǎo)致Tau蛋白磷酸化。而HIF-1α作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)控低氧反應(yīng)的因子，其靶基因的病理生理學(xué)效應(yīng)與GSK-3β密切相關(guān)。首先，能量代謝方面，GSK-3β顯著提高葡萄糖消耗，乳酸生成與ATP的水平，增加糖酵解途徑關(guān)鍵酶活性，這有利于腦血管以及神經(jīng)元在以缺氧為誘發(fā)條件的AD過程中的適應(yīng)。與此相匹配的是，GSK-3β參與Aβ的前體物質(zhì)(β淀粉樣前體蛋白，APP)的裂解，促進(jìn)AD腦中Aβ的形成和積累；同時(shí)GSK-3β的激活還可以通過破壞胰島素信號傳導(dǎo)途徑來誘導(dǎo)Aβ生成，在使用胰島素缺陷型小鼠模型進(jìn)行的體內(nèi)研究表明，Aβ和GSK-3β水平呈正相關(guān)[22]。HIF-1α在低氧適應(yīng)中，AKT/mTOR/P70S6K/RPS6途徑激活其轉(zhuǎn)錄，而這與在肝癌的發(fā)生中GSK-3β被抑制，從而激活A(yù)MPK/mTOR信號通路，導(dǎo)致許多糖酵解相關(guān)關(guān)鍵酶的下調(diào)和細(xì)胞增殖相符合，盡管兩者在不同的組織中，但其共同點(diǎn)在于HIF-1α的低氧調(diào)控與GSK-3β的磷酸化以及非磷酸化調(diào)節(jié)途徑均導(dǎo)致細(xì)胞在能量供應(yīng)水平上的積極適應(yīng)作用[23]。Bcl-2是HIF-1α的靶基因，通過調(diào)控線粒體外膜通透性，從而激活內(nèi)在的凋亡途徑，這表明HIF-1α與GSK-3β在AD發(fā)病中的作用有待進(jìn)一步研究，即兩者對AD發(fā)生的調(diào)控可能是綜合作用的結(jié)果。

2.1.2 HIF-1α與CDK-5細(xì)胞 周期蛋白依賴性激酶5(CDK5)是一種可以磷酸化賴氨酸-絲氨酸-脯氨酸序列的神經(jīng)微絲，其不受細(xì)胞周期蛋白的調(diào)節(jié)，主要在神經(jīng)元中活躍。CDK5的最活躍形式CDK5/p25復(fù)合物能夠誘導(dǎo)Tau磷酸化和神經(jīng)變性的積累[24]。CDK-5參與神經(jīng)退行性疾病的證據(jù)在于在AD患者死后大腦中檢測到與對照組相比高濃度的磷酸化Tau，與CDK-5和p25的積累呈正相關(guān)?？梢悦鞔_的是，CDK-5的失調(diào)會誘發(fā)神經(jīng)退行性病變。在受到凋亡刺激時(shí)，CDK-5通過抑制JNK3促進(jìn)神經(jīng)元存活[25]，而在轉(zhuǎn)基因小鼠中沉默CDK5可以減少神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFT)的形成，抑制CDK5可以降低Aβ肽誘導(dǎo)的毒性。然而，CDK-5同時(shí)作為潛在的神經(jīng)元缺氧反應(yīng)調(diào)節(jié)劑的功能也被揭示，首先，在AD大腦Tau過度磷酸化中，CDK-5催化的磷酸化作用可能會上調(diào)GSK-3的活性，這表明CDK-5可能通過GSK-3β的調(diào)節(jié)能量代謝的方式從而適應(yīng)低氧反應(yīng)。然而在轉(zhuǎn)錄水平上，CDK-5也促進(jìn)神經(jīng)元的存活，研究表明CDK-5對于HIF-1α穩(wěn)定必不可少[26]，即CDK-5/p35復(fù)合物可能在缺氧期間顯著促進(jìn)HIF-1α的表達(dá)并影響神經(jīng)元的存活。這體現(xiàn)在HIF-1α可能是CDK-5的底物，CDK-5通過HIF-1α的低氧誘導(dǎo)相關(guān)靶基因而保護(hù)神經(jīng)元不發(fā)生低氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。另外，CDK-5也可能通過PI3K信號通路調(diào)節(jié)Akt活性，從而調(diào)節(jié)HIF-1α的轉(zhuǎn)錄，在促進(jìn)神經(jīng)元存活中發(fā)揮關(guān)鍵作用[27]。

2.1.3 HIF-1α與PP2A 參與Tau磷酸化調(diào)節(jié)的一個關(guān)鍵蛋白磷酸酯酶是PP2A。PP2A是一種異源三聚磷酸酶，由結(jié)構(gòu)A亞基(α和β亞型)、高度可變的調(diào)節(jié)亞基B和催化C亞基(α和β亞型)組成。AD大腦中的PP2A特異性抑制劑I1PP2A和I2PP2A活性增加20%，這表明PP2A活性缺失可能是AD發(fā)生的上游關(guān)鍵事件。有報(bào)道表明，PP2A和GSK-3β之間關(guān)系密切，AD中PP2A的磷酸化和失活可能是由于GSK-3β引起的[28]。與HIF-1α相關(guān)的是，脯氨酸羥化酶PHD2能特異性羥化HIF-1α氧依賴降解結(jié)構(gòu)Pro-564，B55α是PP2A的調(diào)節(jié)亞基，而PHD2沉默可抑制B55α的降解，從而阻止細(xì)胞凋亡。REDD-1是應(yīng)激相關(guān)蛋白，在缺氧、應(yīng)激和多種DNA損害刺激下誘導(dǎo)表達(dá)，有研究提出，REDD-1能在低氧環(huán)境下抑制mTOR通路，下調(diào)磷酸酶p70 s6k而激活PP2A/B55α，去磷酸化PHD2，從而促進(jìn)HIF-1α的積累[29]。這表明在缺氧過程中，機(jī)體會通過mTOR途徑上調(diào)PP2A活性，從而影響PHD2的活性，最終穩(wěn)定HIF-1α的表達(dá)。

2.2 HIF-1α與Aβ毒性

老年斑形成是AD的特征性病變之一，其主要成分為Aβ，由APP水解得到，在細(xì)胞基質(zhì)沉淀聚集后具有很強(qiáng)的神經(jīng)毒性。APP可以被多種酶切割，包括α分泌酶、β分泌酶(也稱為β-位點(diǎn)APP裂解酶，BACE-1)和γ分泌酶。其中Aβ42毒性最強(qiáng)，更易聚集產(chǎn)生毒性作用，而長度較短的Aβ反而對神經(jīng)元具有保護(hù)作用。其中，β-分泌酶和γ-分泌酶復(fù)合物水平的增加可促進(jìn)AD發(fā)病，它們的裂解作用被稱為促淀粉樣途徑，是AD發(fā)病的關(guān)鍵因素；而在生理?xiàng)l件下，APP主要在Aβ區(qū)域由α分泌酶剪切，這一途徑被稱為非淀粉樣生成途徑，該途徑被認(rèn)為可以減少毒性Aβ的產(chǎn)生從而減輕AD的發(fā)病[30]。另有研究發(fā)現(xiàn)，Notch-1信號通路在缺血性腦損傷作用中發(fā)揮重要作用[31]。首先該研究表明HIF-1α可以增強(qiáng)Notch信號傳導(dǎo)，這主要是通過HIF-1α的下游靶基因信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑實(shí)現(xiàn)的。Notch信號在CNS的炎癥疾病、腦脊髓損傷以及缺血性中風(fēng)等疾病中起到重要作用[31]。這表現(xiàn)在Notch信號途徑促進(jìn)了缺血性神經(jīng)元的死亡，可以預(yù)測的是，這與認(rèn)知學(xué)習(xí)障礙有緊密關(guān)聯(lián)。與APP上游分泌酶相關(guān)的是，在缺氧缺血腦組織中γ-分泌酶活性增高，從而促進(jìn)神經(jīng)元損傷的發(fā)生。而在小鼠中風(fēng)模型中如果使用γ-分泌酶抑制劑可以減少炎性浸潤、小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、NF-κB的活化。這表明γ-分泌酶介導(dǎo)的Notch信號是維持NF-κB活性、小膠質(zhì)細(xì)胞活化所必需的。有趣的是，有研究表明HIF-1α也可能通過非信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)控Notch通路，即通過與Notch膜蛋白胞內(nèi)段NICD結(jié)合從而增強(qiáng)其穩(wěn)定性從而增強(qiáng)Notch途徑下游基因的表達(dá)[32]。因此可以推測，HIF-1α與γ分泌酶可能在此過程中起到協(xié)同作用，而他們的共同途徑是Notch通路的激活。

β-分泌酶(BACE-1)是一種天冬氨酰蛋白酶，它是催化Aβ肽形成中的限速酶。它將APP切割成可溶性N端片段(SAPPβ)和膜結(jié)合片段(C99)，隨后膜結(jié)合片段被γ-分泌酶再次裂解，產(chǎn)生具有神經(jīng)毒害作用的Aβ肽。研究表明在某些AD散發(fā)病例中存在過度調(diào)控的BACE-1，推測BACE-1在轉(zhuǎn)錄或翻譯水平上的表達(dá)增加可能與AD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。研究表明HIF-1α的過表達(dá)增加了BACE-1的mRNA和蛋白質(zhì)水平，而HIF-1α的下調(diào)則降低了BACE1的水平。進(jìn)一步研究表明，BACE-1在慢性缺氧(CIH)中可能通過Aβ的沉積參與神經(jīng)元性腦損傷[33]。

對于α-分泌酶，普遍認(rèn)為其對AD的病理過程有抑制作用，研究表明，APP在Aβ域內(nèi)發(fā)生α分泌酶裂解，與BACE1裂解相比，該途徑產(chǎn)生了延長的分泌型APP胞外域(sAPPα)和截短的Aβ肽片段，推測α-分泌酶的切割可能會阻止Aβ的產(chǎn)生。在α-分泌酶介導(dǎo)的非淀粉樣蛋白裂解途徑中，AβPP主要被ADAM10切割。ADAM10屬于ADAMs蛋白質(zhì)家族，由胞外域、跨膜域和細(xì)胞內(nèi)域組成，它包含跨膜部分以及分泌性質(zhì)的金屬蛋白酶，在多種細(xì)胞表面受體胞外域和信號分子的細(xì)胞粘附和蛋白水解過程中發(fā)揮作用。如前所述，AβPP裂解有2種途徑，稱為淀粉樣生成途徑和非淀粉樣生成途徑?？紤]到ADAM10在減少Aβ產(chǎn)生中的關(guān)鍵作用，推測ADAM10可能通過加工AβPP形成Aβ抑制產(chǎn)物sAβPP間接影響Tau的病理過程。研究表明，這可能是ADAM10加工AβPP，引起線粒體ROS的生成增加，從而通過激活鈣調(diào)磷酸酶1(RCAN1)和p38的調(diào)節(jié)劑導(dǎo)致Tau磷酸化[34]。如前所述，Aβ還可以通過細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶5(CDK5)，糖原合酶激酶3β(GSK-3β)和Pin1途徑激活Tau的磷酸化。因此推測ADAM10在AD發(fā)病的過程中可能與HIF-1α有著較為緊密的關(guān)系，并有待進(jìn)一步研究?？傊?，增強(qiáng)APP的α-分泌酶的切割被認(rèn)為是減緩甚至預(yù)防AD發(fā)病機(jī)制的一種方法。也有研究表明，作為組成型α分泌酶，ADAM10在初始AβPP切割過程中可能與BACE1競爭，這是ADAM10起到神經(jīng)保護(hù)作用的潛在途徑。

本文綜述了不同類型缺氧通過調(diào)節(jié)HIF-1α從而影響AD的病理變化以及認(rèn)知障礙，特別是AD發(fā)病的典型病理過程，包括Tau異常過度磷酸化、Aβ的聚集與HIF-1α的聯(lián)系。這些已有的研究成果為AD治療方案選擇提供了潛在的靶標(biāo)，例如進(jìn)行預(yù)適應(yīng)缺氧，從而幫助機(jī)體減輕抵御低氧可能帶來的損傷；以及通過在不同病理階段HIF-1α表達(dá)調(diào)控相關(guān)激酶或酯酶，抑制Tau的磷酸化和APP的裂解。深入了解這些過程并尋找更合適的抑制劑或激動劑，可以阻止Tau病變和減低Aβ毒性，減輕或逆轉(zhuǎn)病理狀態(tài)，從而治療AD。