HIF1α在脑损伤中的作用及其机制的研究进展(2)

　　3 脑损伤中HIF?1α的作用机制
　　3.1 促进脑缺血后血流动力学恢复 脑缺血后，HIF?1α可以通过靶基因促进VEGF表达，进而促使新生血管生成，改善脑血流动力学，使脑缺血得以迅速恢复。HIF?1α是缺氧状态下血管生成的核心调控因子，通过影响其他生长因子的表达，而直接参与血管生成的全过程[13，14]。①在血管生成启动阶段，可以通过合成NO使血管舒张、上调VEGF及配体的表达而使血管通透性增加;②在进展阶段，通过上调金属蛋白水解酶而降解细胞外基质，上调VEGF诱导血管内皮细胞迁移和增生，同时在血管生成素2的参与下，形成结节状或锥体状血管芽;③形成阶段，在VEGF、血管生成素1及整合素的作用下，单个血管芽生长变形形成血管腔，并与邻近血管芽相互吻合成血管网;④塑形和改建阶段，通过血小板衍生生长因子、血管生成素1等，使血管平滑肌或其他细胞迁移包绕新生血管，产生细胞外基质，进而形成完整的血管壁结构。VECF是血管生成初期关键性的生长因子，缺氧状态可以诱导VEGF大量表达。目前大量研究表明，HIF?1α对VEGF的调控表现在多个层面上[13，15]。首先是HIF?1α能够启动VEGF的转录：在VEGF的5’侧翼序列中含有缺氧反应元件(HBE)，可以与HIF?1α结合，在其他辅激活因子的共同作用下，启动VEGF的转录，通过转基因强制表达HIF?1α可促使VEGF在体积分数为1%或20%O2的环境中均高表达。其次是缺氧时VEGF mRNA的稳定性增加：常氧状态下，VEGF mRNA被迅速降解，而在缺氧时，其半衰期延长约3～8倍，这是因为缺氧时高表达的一种RNA结合蛋白HuR结合在VEGF mRNA的3’ 非转录区，从而避免被酶解;Liu等[16]还发现HIF?1α也有助于VEGF mRNA的稳定，细胞转染HIF?1α基因后，VEGF mRNA 的半衰期将由42 min延长到2～7 h。另外，HIF?1α还可以上调VEGF受体Flt?1的转录，Flt?1的大量表达，加强了VEGF的生物学效应[17]。
　　3.2 改善脑缺血后能量代谢障碍 Jones等[18]对新生大鼠进行低氧预处理后，诱导了HIF?1α的表达，使葡萄糖运输酶?l、醛缩酶、磷酸果糖激酶1、乳酸脱氢酶的水平均增加，从而促进葡萄糖的转移、利用及酵解，为脑组织提供能量以减轻脑损伤。Papandreou等[19]通过研究发现，低氧时HIF?1α可通过诱导丙酮酸脱氢酶激酶?1(PDK?1)的表达，使丙酮酸脱氢酶活性抑制，进而阻断了线粒体三羧酸循环，导致线粒体氧耗量下降，并使得细胞内氧张力增高，从而改善了脑缺血后的能量供应，细胞死亡下降，脑损伤得以减轻。
　　3.3 促进EPO的蛋白表达发挥作用 EPO是HIF?1α的靶基因之一，HIF?1α可以通过促进EPO表达发挥脑保护作用。EPO发挥脑保护的作用机制比较复杂，可能通过多个不同的途径实现。已经有研究表明EPO可以抑制脑缺血时兴奋性氨基酸的释放，如Kawakami等[20]发现，在缺氧情况下，大量谷氨酸从体外培养的小脑神经元颗粒中释放出来，加入rEPO后，谷氨酸产生减少且神经元数目明显增加。Keller等[21]对新生大鼠缺氧缺血模型研究表明，EPO可通过抑制NMDA受体介导的神经毒性而发挥神经保护作用。另外，EPO还可作用于EPO受体，使Jak2活化，导致IKB发生磷酸化，最后进一步活化NF?κB诱导其神经保护基因的表达而发挥脑保护作用[22]。
　　3.4 HIF?1α与细胞凋亡 Baek等[23]发现缺氧能够阻断细胞凋亡，VEGF是缺氧时HIF?1α的最重要的靶基因之一，因此推测这与缺氧时VEGF的增多有关，进一步研究发现人重组VEGF加入到细胞能抑制细胞凋亡，加入抗体中和VEGF，则能阻断缺氧时的抗凋亡作用，从而提示VEGF可能通过促新生血管形成发挥抗细胞凋亡的作用。Zaman等[24]实验证明铁离子螯合剂能阻止氧化应激诱导的凋亡，这一保护作用与其增强HIF?1α的DNA结合能力，从而使HIF?1α的靶基因糖代谢酶、P21(waf1/cip1)、EPO的表达增加有关，这一实验结果为HIF?1α抗细胞凋亡作用提供了直接证据。HIF?1α能够下调促凋亡分子的表达是其抗细胞凋亡的机制之一，于如同等[25]在大鼠脑创伤后局部注射腺病毒介导的HIF?1α能促进bcl?2的表达而抑制bax的表达，从而减少了神经元的凋亡。研究还发现，HIF?1α除了可发挥抗凋亡作用，还介导缺氧诱导的细胞凋亡。在缺氧状态，多种促凋亡因子都受到HIF?1α的调控表达[26，27]。p53同样作为介导HIF?1α发挥促凋亡作用的重要分子，实验表明轻度缺氧不能使p53积聚，而严重长时间缺氧能使HIF?1α去磷酸化，去磷酸化的HIF?1α导致p53稳定性增加[28]。综上可见，HIF?1α可能具有双重调节作用，在不同的缺氧状态、不同的条件(生理或病理条件)、不同的细胞类型中通过不同的机制对细胞发挥着或促凋亡或抗凋亡的作用。