章盈婧， 黃 琴， 黃 可， 校振萌， 洪 飛， 萬 璐， 劉 潔， 石春薇△

1華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系，武漢 4300302華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院康復(fù)科，武漢 430022

綜 述

缺氧誘導(dǎo)因子Hif-1在慢性感染中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

章盈婧1， 黃 琴2， 黃 可1， 校振萌1， 洪 飛1， 萬 璐1， 劉 潔1， 石春薇1△

1華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系，武漢 4300302華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院康復(fù)科，武漢 430022

Hif-1； 慢性感染； 細(xì)菌； 病毒； 寄生蟲

缺氧誘導(dǎo)因子1(hypoxia induced factor 1，Hif-1)是介導(dǎo)細(xì)胞對(duì)缺氧微環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，在血管新生、能量代謝、細(xì)胞增殖、免疫應(yīng)答、組織纖維化和修復(fù)等方面起重要作用。Hif-1是1992年Semenza等[1]在低氧處理肝癌細(xì)胞株Hep3B時(shí)發(fā)現(xiàn)的，第一個(gè)被證實(shí)的靶基因是人促紅細(xì)胞生成素(human erythropoietin，EPO)，在細(xì)胞適應(yīng)低氧環(huán)境和腫瘤發(fā)展的過程中，Hif-1扮演著重要的角色。作為低氧環(huán)境下發(fā)揮作用的代表分子，Hif-1在癌細(xì)胞中的表達(dá)顯著增強(qiáng)，如人膀胱癌、乳腺癌、肝癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌和腎癌[2]，在癌癥細(xì)胞中參與多條信號(hào)通路，調(diào)控癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)化、生存、衰老、遷移、入侵等，對(duì)于低氧含量和血供不足的微環(huán)境中癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。

近來的多項(xiàng)研究表明，Hif-1在感染和炎癥性疾病中也起著重要的作用[3]。Hif-1的活化在細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲感染的病理過程中較為普遍。關(guān)于Hif-1在各種生理和病理機(jī)制中作用的研究取得了較大進(jìn)展，但Hif-1在慢性感染中的具體作用仍不清楚。我們將就Hif-1在細(xì)菌、病毒和寄生蟲等慢性感染中的作用及其機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Hif-1的分子結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能

1.1 Hif-1的分子結(jié)構(gòu)

Hif-1是一種在哺乳動(dòng)物體內(nèi)分布和作用十分廣泛的核轉(zhuǎn)錄因子，能介導(dǎo)細(xì)胞適應(yīng)缺氧微環(huán)境。Hif-1是由氧調(diào)節(jié)的α亞基和組成性表達(dá)的β亞基構(gòu)成的異二聚體轉(zhuǎn)錄因子。其中，Hif-1β在生物體內(nèi)持續(xù)表達(dá)，Hif-1的轉(zhuǎn)錄活性主要由細(xì)胞內(nèi)Hif-1α的水平?jīng)Q定[4]。Hif-1α亞基是感受氧和介導(dǎo)生理性/病理性缺氧反應(yīng)的關(guān)鍵因子，在常氧時(shí)，氧依賴的Hif-1脯氨酸羥化酶(PHD)可以羥化Hif-1α亞基中的特異性脯氨酰殘基，羥化后的Hif-1α亞基被腫瘤抑制蛋白VHL(von Hippel-Lindau tumor suppressor protein，pVHL)識(shí)別和泛素化，并被蛋白酶迅速降解。在缺氧時(shí)，Hif-1α的羥化被抑制而保持穩(wěn)定，并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，與Hif-1β和轉(zhuǎn)錄共刺激因子P300-CBP形成活化的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物Hif-1，作用于相關(guān)靶基因，與靶基因啟動(dòng)子的缺氧反應(yīng)元件(hypoxia response elements，HREs)結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，引起細(xì)胞的缺氧適應(yīng)性反應(yīng)[5-6]。

1.2 Hif-1的生物學(xué)功能

Hif-1作為低氧條件下最重要的調(diào)控因子，參與細(xì)胞多種缺氧反應(yīng)，包括誘導(dǎo)血管新生和紅細(xì)胞生成而促進(jìn)攝氧、宿主細(xì)胞代謝方式由氧化磷酸化轉(zhuǎn)為糖酵解從而減少氧耗等[7]。Hif-1調(diào)節(jié)血管新生(angiogenesis)和紅細(xì)胞生成的作用主要由血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和人促紅細(xì)胞生成素(human erythropoietin,EPO)的合成起主導(dǎo)作用，它們的編碼基因vegf和epo啟動(dòng)子區(qū)域已被證實(shí)均含有HRE，是受Hif-1調(diào)控的靶基因[8-9]。此外，Hif-1在炎癥相關(guān)的固有免疫應(yīng)答中起重要作用。正常情況下，免疫細(xì)胞內(nèi)Hif-1表達(dá)維持在較低水平。但是，在應(yīng)對(duì)低氧或感染和炎癥反應(yīng)時(shí)，在病原微生物表面分子或宿主細(xì)胞因子作用下，Hif-1水平迅速升高，固有免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞對(duì)微生物的抵抗作用增強(qiáng)[10]。在組織纖維化進(jìn)程中，慢性低氧環(huán)境越來越多地被認(rèn)為是重要的決定性因素，Hif-1已被證實(shí)在一定程度上推動(dòng)組織纖維化的發(fā)生和發(fā)展[11]。Hif-1在細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)、組織修復(fù)和炎癥反應(yīng)等方面也起到重要作用。

值得注意的是，在某些病原體感染以及某些生理或病理?xiàng)l件下，宿主細(xì)胞內(nèi)Hif-1α的羥化和降解受到抑制、分子保持穩(wěn)定繼而引起細(xì)胞代謝方式的改變，這一系列事件通常都發(fā)生于常氧微環(huán)境，這類宿主細(xì)胞多為增殖能力較為旺盛的細(xì)胞[12-14]。此外，Hif-1在不同病原體引起的感染性疾病的發(fā)病機(jī)制中，發(fā)揮的作用不盡相同，反映了病原體與宿主相互關(guān)系的復(fù)雜性和多樣性。

2 Hif-1與細(xì)菌感染性疾病

Hif-1在固有免疫系統(tǒng)中對(duì)細(xì)菌感染的應(yīng)答扮演著重要角色，其作用效果與病原體類型、免疫細(xì)胞靶點(diǎn)、微環(huán)境等因素有關(guān)。最早由Cramer等科學(xué)家在B型鏈球菌(group BStreptococcus，GBS)感染中發(fā)現(xiàn)，Hif-1α在生物體中的穩(wěn)定表達(dá)對(duì)髓樣細(xì)胞的浸潤(rùn)和激活必不可少，在巨噬細(xì)胞糖酵解和葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)中也是必需的。Hif-1通路的活化加強(qiáng)了細(xì)胞殺滅微生物的能力[3，15]。在此之后的多項(xiàng)研究也表明Hif-1在髓樣細(xì)胞應(yīng)對(duì)細(xì)菌感染、清除病原體的過程中具有重要作用。

2.1 Hif-1在分枝桿菌感染中的作用

由結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，M.tb)感染引發(fā)的肺結(jié)核(pulmonary tuberculosis，TB)是重要的世界性衛(wèi)生問題，是傳染病研究的前沿?zé)狳c(diǎn)。多重耐藥結(jié)核病流行率的上升急切需要新型的宿主靶向治療來補(bǔ)充現(xiàn)有的抗生素療法。結(jié)核病的發(fā)病機(jī)制與組織缺氧密切相關(guān)。在人體肺臟，結(jié)核肉芽腫形成于低氧環(huán)境中，研究顯示，肉芽腫病灶局部的相對(duì)缺氧可導(dǎo)致結(jié)核分枝桿菌潛伏感染表型形成，并與結(jié)核菌對(duì)宿主免疫殺傷和藥物殺菌的耐受有關(guān)[16-17]。低氧環(huán)境中免疫細(xì)胞的殺菌作用主要通過Hif-1α的穩(wěn)定表達(dá)及Hif-1信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制發(fā)揮作用，選擇性敲除巨噬細(xì)胞Hif-1α的小鼠不能限制和清除分枝桿菌感染，肉芽腫在感染早期即出現(xiàn)壞死[18]。

Elks等[19]以海魚分枝桿菌(Mycobacteriummarinum，Mm)感染斑馬魚胚胎建立了成熟的Mm分枝桿菌斑馬魚感染模型，通過控制Hif-1α信號(hào)通路研究宿主對(duì)分枝桿菌感染的抵抗能力。研究發(fā)現(xiàn)，Hif-1α信號(hào)機(jī)制的活化能提高感染早期中性粒細(xì)胞中活性氮(RNS)的水平，并能夠減少幼魚體內(nèi)分枝桿菌感染負(fù)荷。在感染早期，中性粒細(xì)胞在Hif-1α活化后能吞噬Mm并提高iNOS水平，增強(qiáng)殺菌活性并顯著降低荷菌量，有助于宿主抵抗早期的Mm感染。

另一項(xiàng)研究表明，結(jié)核分枝桿菌感染巨噬細(xì)胞引起IFN-γ表達(dá)增多時(shí)，Hif-1α蛋白水平同步提高，且Hif-1α表達(dá)增加對(duì)巨噬細(xì)胞抗感染功能至關(guān)重要。當(dāng)巨噬細(xì)胞缺乏Hif-1α?xí)r，依賴IFN-γ的抗感染作用會(huì)出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致NO、PGE2、炎癥反應(yīng)因子和細(xì)胞因子等抗感染因子產(chǎn)生不足。RNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)，在M.tb感染過程中，近一半與IFN-γ有關(guān)的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)需要Hif-1參與調(diào)節(jié)。IFN-γ活化的巨噬細(xì)胞在Hif-1調(diào)控下代謝方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒跆墙徒?aerobic glycolysis)，Hif-1和糖酵解之間的正反饋回路能增強(qiáng)IFN-γ介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞活化并控制結(jié)核分枝桿菌感染[20]。

近年來，在探究生物能量學(xué)通路和免疫細(xì)胞特定功能之間的聯(lián)系方面，研究取得了較大進(jìn)展。在抗感染免疫應(yīng)答中，宿主細(xì)胞固有免疫和適應(yīng)性免疫細(xì)胞活化中伴隨著氧化磷酸化到糖酵解的代謝方式的轉(zhuǎn)變，這種代謝重構(gòu)被稱為Warburg效應(yīng)。Warburg效應(yīng)最早是德國(guó)生理學(xué)家Warburg在腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，指腫瘤細(xì)胞在有氧狀況下仍然以糖酵解為主要的能量獲取模式。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)核分枝桿菌感染形成的低氧微環(huán)境也可誘導(dǎo)宿主細(xì)胞發(fā)生Warburg效應(yīng)以轉(zhuǎn)變能量代謝模式，這種代謝重構(gòu)可增強(qiáng)宿主細(xì)胞免疫殺傷作用，以此來抵抗M.tb的感染。大量研究表明，在Warburg效應(yīng)中，Hif-1α表達(dá)增加，PHDs表達(dá)減少，Hif-1α蛋白能獲得穩(wěn)定而免受蛋白酶體降解，細(xì)胞內(nèi)Hif-1α蛋白含量升高，進(jìn)一步介導(dǎo)Warburg效應(yīng)[21]。免疫細(xì)胞通過整合引起Hif-1α誘導(dǎo)和相關(guān)的Warburg效應(yīng)級(jí)聯(lián)的多種機(jī)制，成立協(xié)同分子信號(hào)通路，以放大對(duì)M.tb的免疫應(yīng)答。在M.tb感染中，因炎癥反應(yīng)引起肉芽腫微環(huán)境中氧分壓降低和三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物，如琥珀酸鹽等的堆積，能使PHDs失去活性，從而穩(wěn)定Hif-1α水平[22]。此外，NF-κB家族成員在巨噬細(xì)胞以及M.tb感染肺部肉芽腫組織中表達(dá)增加[22-23]，而NF-κB家族成員是調(diào)控Hif-1α基因表達(dá)的主要因子[24]。在活化的巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞中，Hif-1誘導(dǎo)糖酵解酶以及葡萄糖攝取和乳酸輸出的轉(zhuǎn)運(yùn)體產(chǎn)生[25-26]，這一機(jī)制在結(jié)核肉芽腫組織中也獲得證實(shí)，即伴隨著Hif-1α的mRNA和蛋白水平的增高，巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞糖酵解關(guān)鍵酶的表達(dá)增加[22]。此外，研究表明Hif-1調(diào)控的宿主細(xì)胞Warburg效應(yīng)和抗結(jié)核感染能力與丙酮酸激酶M2(PKM2)有關(guān)，PKM2協(xié)同增強(qiáng)Hif-1介導(dǎo)的Warburg效應(yīng)和抗結(jié)核感染，提示Hif-1通過調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞代謝而使宿主細(xì)胞進(jìn)入抗結(jié)核感染狀態(tài)。

2.2 Hif-1在肺炎克雷伯菌感染中的作用

肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumoniae)是引起如肺炎、尿路感染、菌血癥、敗血癥等多種感染的革蘭陰性桿菌。肺炎克雷伯菌耐藥性正在日趨嚴(yán)重，已成為臨床難以治療的感染性病原體。Holden等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，肺炎克雷伯菌在感染時(shí)通過分泌鐵載體(Siderophores)，破壞宿主細(xì)胞的鐵平衡，導(dǎo)致宿主對(duì)肺炎克雷伯菌的免疫應(yīng)答發(fā)生改變，造成侵入組織損傷、系統(tǒng)播散，并威脅到宿主生存。鐵載體直接影響宿主細(xì)胞誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)因子的產(chǎn)生并幫助細(xì)菌播散，而Hif-1α信號(hào)機(jī)制在肺炎克雷伯菌感染中與鐵載體的作用互相協(xié)同。研究發(fā)現(xiàn)，肺炎克雷伯菌分泌的鐵載體能穩(wěn)定生物體內(nèi)Hif-1α水平，且細(xì)菌向脾臟播散的過程需要肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)Hif-1α的參與。肺炎克雷伯菌通過激活Hif-1α以促進(jìn)鐵載體依賴的細(xì)菌播散過程。雖然在大量研究中表明Hif-1調(diào)控宿主免疫殺菌能力的增強(qiáng)，發(fā)揮抗感染作用，但在肺炎克雷伯菌感染中Hif-1卻表現(xiàn)出利于細(xì)菌感染擴(kuò)散的相反作用，機(jī)制可能與細(xì)菌產(chǎn)生的鐵載體對(duì)Hif-1α的影響有關(guān)。

3 Hif-1與寄生蟲性感染性疾病

3.1 Hif-1在利什曼原蟲感染中的作用

利什曼病是由感染利什曼原蟲(Leishmania)的白蛉叮咬人類而引發(fā)的一種慢性感染性疾病，臨床上分為皮膚型、內(nèi)臟型和黏膜型。皮膚損害和內(nèi)臟感染都伴有強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)、微循環(huán)的破壞和組織裂解，其中，細(xì)胞代謝需求的增加和組織血管化的提高都標(biāo)志著低氧微環(huán)境的產(chǎn)生[28-29]。體外實(shí)驗(yàn)表明，人和大鼠的單核巨噬細(xì)胞與樹突狀細(xì)胞在感染亞馬遜利什曼原蟲(Leishmaniaamazonensis)和杜氏利什曼原蟲(Leishmaniadonovani，L.donovani)前鞭毛體之后，細(xì)胞內(nèi)Hif-1α降解都受到阻遏，Hif-1α合成和表達(dá)獲得穩(wěn)定[30-31]。

研究發(fā)現(xiàn)，杜氏利什曼原蟲感染引起的炎癥應(yīng)答主要由轉(zhuǎn)錄因子IRF-5介導(dǎo)[32]，IRF-5與多種關(guān)鍵促炎因子，如IL-6和TNF的編碼基因的激活有關(guān)。Hammami等[33]在研究中指出，在L.donovani的感染中，IRF-5介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)能限制CD8+T細(xì)胞的增殖，這種效應(yīng)由樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)中上調(diào)的Hif-1α介導(dǎo)。DCs中Hif-1α表達(dá)減少時(shí)，大鼠體內(nèi)CD8+T細(xì)胞的增殖會(huì)顯著提高；此外，大鼠脾臟中的寄生蟲數(shù)量會(huì)顯著降低。這一研究提示，L.donovani感染能誘導(dǎo)脾臟中CD11c+DCs內(nèi)IRF-5依賴的Hif-1α表達(dá)，Hif-1α表達(dá)將削弱DCs的抗原提呈等功能、限制CD8+T細(xì)胞增殖，CD8+T細(xì)胞向抗原特異性效應(yīng)T細(xì)胞分化受阻，而更多被誘導(dǎo)為記憶前體效應(yīng)細(xì)胞，不能有效發(fā)揮抗感染作用[33]。因此，在杜氏利什曼原蟲感染中，宿主細(xì)胞Hif-1的活化有利于L.donovani在宿主體內(nèi)生存和繁殖。

3.2 Hif-1在弓形蟲感染中的作用

剛地弓形蟲(Toxoplasmagondii，T.gondii)在宿主細(xì)胞中的存活也需要Hif-1α，當(dāng)缺乏Hif-1α?xí)r，T.gondii的繁殖和細(xì)胞器的維護(hù)都受到損害[34]。T.gondii感染時(shí)可通過抑制Ⅰ型激活素樣受體激酶受體輔氨酰羥化通路(type Ⅰ activin-like receptor kinase receptor signaling)，以增加Hif-1α的穩(wěn)定性[35]。Menendez等[36]在研究中發(fā)現(xiàn)，T.gondii依賴Hif-1促進(jìn)宿主細(xì)胞己糖激酶2(Hexokinase 2，HK2)的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，增加宿主細(xì)胞中的糖酵解通量，表明寄生蟲感染可通過Hif-1/HK2重新編碼宿主細(xì)胞的代謝而產(chǎn)生有利于寄生蟲在生理氧水平繁殖的環(huán)境，Hif-1/HK2可作為抗胞內(nèi)病原體感染治療的新靶點(diǎn)。

3.3 Hif-1在血吸蟲感染中的作用

血吸蟲病(Schistosomiasis)是一種慢性寄生蟲病，同時(shí)也是很多熱帶和亞熱帶地區(qū)的一項(xiàng)世界性重大公共衛(wèi)生問題。雌雄成蟲在腸系膜靜脈內(nèi)定居并產(chǎn)生蟲卵，蟲卵陷入肝臟的微血管系統(tǒng)中會(huì)引起強(qiáng)烈的肉芽腫反應(yīng)，進(jìn)而可能導(dǎo)致宿主的組織纖維化[37]。在肝臟、脾、肺等被感染組織中，炎癥細(xì)胞滲透在蟲卵周圍，細(xì)胞包繞著肉芽腫，形成低氧微環(huán)境，在蟲卵周圍的炎癥細(xì)胞和肉芽腫周圍的肝細(xì)胞中可以檢測(cè)到Hif-1α表達(dá)水平增高，以及Hif-1靶向調(diào)控的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表達(dá)增多[38]。在日本血吸蟲感染小鼠肝纖維化組織中也檢測(cè)到Hif-1α和VEGF表達(dá)增多[39-40]，提示Hif-1和血管新生可能是血吸蟲感染肉芽腫發(fā)展的參與或影響因素[41-42]。

4 Hif-1與病毒性感染性疾病

4.1 Hif-1在KSHV感染中的作用

卡波西肉瘤(Kaposi’s sarcoma，KS)是內(nèi)皮細(xì)胞或內(nèi)皮前體細(xì)胞感染卡波西肉瘤相關(guān)性人皰疹病毒或人皰疹病毒8型(KS-associated human herpesvirus/human herpesvirus-8,KSHV/HHV-8)引起的腫瘤，分為經(jīng)典型、HIV相關(guān)型、地方病型和醫(yī)源型[43]。經(jīng)典型KS病灶組織學(xué)上表現(xiàn)為裂縫樣血管和不成熟血管的增生，伴隨紅細(xì)胞外滲和組織液滲漏導(dǎo)致的水腫，是KSHV感染后梭形腫瘤細(xì)胞血管新生和炎性細(xì)胞因子形成的結(jié)果[44]。這些分泌的因子通過旁分泌瘤形成的機(jī)制對(duì)KS病灶的發(fā)展和維持是必需的[44-45]。

有研究表明，缺氧誘導(dǎo)因子參與調(diào)控KS的異常新生血管形成和旁分泌機(jī)制，內(nèi)皮細(xì)胞感染KSHV上調(diào)Hif-1和Hif-2的α亞基的表達(dá)，導(dǎo)致常氧條件下Hif-1和Hif-2轉(zhuǎn)錄活性增加[46-48]。LANA1、vIRF3和vGPCR等KSHV蛋白，能上調(diào)細(xì)胞中Hif-1的表達(dá)，導(dǎo)致Hif-1靶向調(diào)控的血管生成因子和細(xì)胞因子如VEGF、PDGF、TGF-α、TGF-β、ANGPT2和ANGPTL4水平升高[46，49]。這些因子在內(nèi)皮細(xì)胞中結(jié)合各自受體，通過激活mTOR(mammalian target of rapamycin，mTOR)通路上調(diào)Hif-1表達(dá)來放大Hif-1信號(hào)[46]。通過這些自分泌和旁分泌機(jī)制，Hif-1介導(dǎo)的血管生成效應(yīng)有助于KS腫瘤生長(zhǎng)。

Hif-1還可以通過上調(diào)促進(jìn)乳酸產(chǎn)生增加和線粒體氧化磷酸化減少的代謝效應(yīng)器的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)有氧糖酵解，這是腫瘤細(xì)胞獲得ATP和生物合成中間產(chǎn)物以維持生長(zhǎng)的代謝途徑(Warburg效應(yīng))[50-51]。丙酮酸激酶2(pyruvate kinase 2，PKM2)是Hif-1代謝的效應(yīng)器，在Ma等[52]的研究中發(fā)現(xiàn)，PKM2在內(nèi)皮細(xì)胞感染KSHV后上調(diào)，以維持有氧糖酵解。PKM2作為Hif-1的共激活劑，能提高Hif-1下游信號(hào)分子如血管生成因子VEGF的水平，從而調(diào)控KS血管生成表型。抑制PKM2表達(dá)能阻止內(nèi)皮細(xì)胞的遷移與分化及KSHV感染細(xì)胞血管再生的潛能。PKM2與Hif-1存在相互作用，PKM2受到Hif-1的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，繼而以反饋機(jī)制結(jié)合和增加Hif-1活性，反式激活Hif-1調(diào)控的靶基因[53]。KSHV感染導(dǎo)致Hif-1和PKM2表達(dá)增加，促進(jìn)Warburg效應(yīng)，引發(fā)KS的血管生成異常[52]。

4.2 Hif-1在HBV感染中的作用

乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus，HBV)能誘導(dǎo)急性和慢性肝炎，與肝細(xì)胞癌的發(fā)生密切相關(guān)。在HBV基因編碼的4種蛋白中，HBx(Hepatitis B viral X protein)與肝癌發(fā)生關(guān)系最密切。HBx誘導(dǎo)的惡性轉(zhuǎn)化與細(xì)胞的異常增殖有關(guān)，需要大量的額外氧耗量產(chǎn)生的ATP和近端細(xì)胞產(chǎn)生的能量，需Hif-1等低氧應(yīng)答分子在此環(huán)境下介導(dǎo)。HBx可通過不同機(jī)制特異性誘導(dǎo)Hif-1α基因的表達(dá)。HBx可直接與Hif-1α的nHLH/PAS結(jié)構(gòu)域結(jié)合，阻止pVHL與Hif-1α結(jié)合以及Hif-1α蛋白的降解，進(jìn)一步表達(dá)與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的增殖、分化、細(xì)胞粘附和血管再生的分子[54]。HBx在肝癌組織中會(huì)發(fā)生變異，其C末端區(qū)變異與Hif-1α表達(dá)相關(guān)，且HBx C末端區(qū)不同區(qū)域的變異對(duì)Hif-1α的作用也不同[55]。HBx C 末端區(qū)第119-140位氨基酸區(qū)域的變異對(duì)Hif-1α的穩(wěn)定和反式激活非常重要，K130M/V131I點(diǎn)突變能增強(qiáng)Hif-1α功能，而該區(qū)域如發(fā)生截?cái)鄬p弱Hif-1α的功能[56]。

4.3 Hif-1在牛痘病毒感染中的作用

牛痘病毒(Vaccinia virus，VACV)是痘病毒科(Poxviridae)正痘病毒屬(Orthopoxvirus)的原型成員，也是用于根治天花的活病毒疫苗。VACV是編碼近200個(gè)基因的大型雙鏈DNA病毒[57]，在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行復(fù)制，并且能重新編碼細(xì)胞的生化過程以有助于復(fù)制。VACV編碼的蛋白能抑制細(xì)胞內(nèi)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，抑制固有免疫應(yīng)答，并利用宿主細(xì)胞微管和肌動(dòng)蛋白運(yùn)輸體系輔助病毒入侵和播散，破壞細(xì)胞原有的代謝過程使之更利于病毒的生存。牛痘病毒蛋白C16(VACV protein C16)是一個(gè)細(xì)胞毒性因子，它可以在常氧條件下結(jié)合細(xì)胞氧傳感器PHD2(prolylhydroxylase domain-containing protein 2)，從而阻止Hif-1α的羥基化和降解[58]，有助于Hif-1α蛋白的穩(wěn)定。Mazzon等[59]應(yīng)用核磁共振和液相色譜法，通過比較感染W(wǎng)T VACV(WT株)和缺乏C16L基因(vΔC16)的衍生病毒的細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)VACV感染引起核苷酸、葡萄糖中間產(chǎn)物和谷氨酰胺代謝的增加，感染W(wǎng)T VACV的細(xì)胞與vΔC16相比谷氨酰胺代謝增強(qiáng)，表明C16蛋白有利于谷氨酰胺代謝的增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C16在VACV感染中能重新轉(zhuǎn)換宿主細(xì)胞能量代謝方式，增加谷氨酰胺的利用，從而增加病毒復(fù)制時(shí)所需的代謝前體物質(zhì)的合成。雖然在VACA感染中Hif-1α穩(wěn)定與谷氨酰胺利用增加有關(guān)，但這種現(xiàn)象不同于Warburg效應(yīng)中糖酵解的利用，正如最近一些研究指出，除調(diào)節(jié)氧化磷酸化到糖酵解代謝模式的轉(zhuǎn)換外，Hif-1α可能參與更多更復(fù)雜的代謝機(jī)制，如促進(jìn)谷氨酰胺代謝模式[60-61]。

4.4 Hif-1在其他病毒感染中的作用

Wakisaka等[62]報(bào)道稱，Hif-1的表達(dá)在感染EB病毒(Epstein-Barrvirus，EBV)的KH-1、KH-2等Ⅱ型和KR-4等Ⅲ型EBV潛伏感染細(xì)胞系中增高，這些細(xì)胞系中均表達(dá)EBV關(guān)鍵致癌因子LMP1(EBV latent membraneprotein 1，LMP1)。LMP1能誘導(dǎo)Hif-1與HRE結(jié)合以上調(diào)Hif-1調(diào)控基因如vegf啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性，并與其他侵襲性因子和血管生成因子共同介導(dǎo)EBV的致癌作用。

在其他病毒如皰疹性口炎病毒(Vesicularstomatitisvirus，VSV)、呼吸道合胞病毒(respiratorysyncytialvirus，RSV)的研究中也發(fā)現(xiàn)有Hif-1的參與。Hwang等[63]報(bào)道，Hif-1活性的提高能增強(qiáng)IFN-β和其他抗病毒作用的元件，顯著增強(qiáng)VSV感染的胞內(nèi)應(yīng)答，提高細(xì)胞對(duì)VSV的抵抗力。Haeberle等[64]運(yùn)用免疫組化的方法觀察感染了RSV的肺泡上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)RSV感染陽性的細(xì)胞內(nèi)Hif-1α表達(dá)增加，表明RSV感染伴隨著Hif-1α的活化，Hif-1調(diào)控的基因如vegf、cd73、fn-1、cox-2也相應(yīng)被誘導(dǎo)，與RSV感染的臨床表現(xiàn)如VEGF增多和氣道水腫相關(guān)。

5 結(jié)語

綜上所述，在細(xì)菌、病毒還有寄生蟲等病原體的感染過程中，多伴隨著Hif-1的活化，且Hif-1扮演著重要的角色，是研究宿主與病原體相互關(guān)系的重要切入點(diǎn)。Hif-1誘導(dǎo)免疫細(xì)胞的增殖、分化、遷移與轉(zhuǎn)化，促進(jìn)血管新生，產(chǎn)生各種炎癥反應(yīng)因子，將宿主細(xì)胞代謝方式由氧化磷酸化向糖酵解轉(zhuǎn)變。Hif-1調(diào)控的結(jié)果可表現(xiàn)為宿主細(xì)胞對(duì)病原體的抵抗能力增強(qiáng)，但在某些病原體如肺炎克雷伯菌感染時(shí)，Hif-1的調(diào)控有利于細(xì)菌在宿主體內(nèi)的生存和擴(kuò)散。在寄生蟲感染以及病原體感染相關(guān)的腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中，Hif-1信號(hào)機(jī)制的作用則更復(fù)雜。此外，相關(guān)研究表明Hif-1在自身免疫病如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)、炎癥性腸病(IBD)、銀屑病、系統(tǒng)性硬化病(SSc)和多發(fā)性硬化癥(MS)的發(fā)病機(jī)制中也有相關(guān)作用。我們對(duì)Hif-1在感染時(shí)發(fā)生作用的分子機(jī)制探究得依舊不夠充分，隨著研究的不斷進(jìn)展，新的靶點(diǎn)和方法將會(huì)不斷提出，并用于某些慢性感染的治療。

[1] Semenza G L,Wang G L.A nuclear factor induced by hypoxia via de novoprotein synthesis binds to the human erythropoietin gene enhancer at a siterequired for transcriptional activation[J].Mol Cell Biol,1992,12(12):5447-5454.

[2] Semenza G L.Targeting HIF-1 for cancer therapy[J].Nat Rev Cancer,2003,3(10):721-32.

[3] Cramer T,Yamanishi Y,Clausen B E,et al.HIF-1alpha is essential for myeloid cell-mediated inflammation[J].Cell,2003,112(5):645-657.

[4] Semenza G L,Jiang B H,Leung S W,et al.Hypoxia response elements in the aldolaseA,enolase 1,and lactate dehydrogenase A gene promoters contain essential binding sites for hypoxia inducible factor 1[J].J Biol Chem,1996,271(51):32529-32537.

[5] Rankin E B,Giaccia A J.The role of hypoxia-inducible factors in tumorigenesis[J].Cell Death Differ,2008,15(4):678-685.

[6] Greijer A E,van der Wall E.The role of hypoxia inducible factor 1 (HIF-1) in hypoxia induced apoptosis[J].J Clin Pathol,2004,57(10):1009-1014.

[7] Semenza G L.Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine[J].Cell,2012,148(3):399-408.

[8] Zimna A,Kurpisz M.Hypoxia-inducible factor-1 in physiological and pathophysiological angiogenesis:applications and therapies[J].Biomed Res Int,2015,2015:549412.

[9] Yuen T J,Silbereis J C,Griveau A,et al.Oligodendrocyte-encoded HIF function couples postnatal myelination and white matter angiogenesis[J].Cell,2014,158(2):383-396.

[10] Bhandari T,Olson J,Johnson R S,et al.HIF-1alpha influences myeloid cell antigen presentation and response to subcutaneous OVA vaccination[J].J Mol Med (Berl),2013,91(10):1199-1205.

[11] Cannito S,Paternostro C,Busletta C,et al.Hypoxia,hypoxia-inducible factors and fibrogenesis in chronic liver diseases[J].Histol Histopathol,2014,29(1):33-44.

[12] Carroll P A,Kenerson H L,et al.Latent Kaposi’s sarcoma-associated herpes virus infection of endothelial cells activates hypoxia-induced factors[J].J Virol,2006,80(21):10802-10812.

[13] Tang X,Zhang Q,Nishitani J,et al.Overexpression of human papillomavirus type 16 oncoproteins enhances hypoxia-inducible factor 1 alpha protein accumulation and vascular endothelial growth factor expression in human cervical carcinoma cells[J].Clin Cancer Res,2007,13(9):2568-2576.

[14] Werth N,Beerlage C,Rosenberger C,et al.Activation of hypoxia inducible factor 1 is a general phenomenon in infections with human pathogens[J].PLoS One,2010,5(7):e11576.

[15] Peyssonnaux C,Datta V,Cramer T,et al.HIF-1alpha expression regulates the bactericidal capacity of phagocytes[J].J Clin Invest,2005,115(7):1806-1815.

[16] Boshoff H I,Barry C E.Tuberculosis-metabolism and respiration in the absence of growth[J].Nat Rev Microbiol,2005,3(1):70-80.

[17] Via L E,Lin P L,Ray S M,et al.Tuberculous granulomas are hypoxic in guinea pigs,rabbits,and nonhuman primates[J].Infect Immun,2008,76(6):2333-2340.

[18] Cardoso M S,Silva T M,Resende M,et al.Lack of the transcription factor hypoxia-inducible factor 1alpha (HIF-1alpha) in macrophages accelerates the necrosis of mycobacterium avium-induced granulomas [J].Infect Immun,2015,83(9):3534-3544.

[19] Elks P M,Brizee S,van der Vaart M,et al.Hypoxia inducible factor signaling modulates susceptibility to mycobacterial infection via a nitric oxide dependent mechanism[J].PLoS Pathog,2013,9(12):e1003789.

[20] Braverman J,Kimberly M,Benjamin D,et al.HIF-1a is an essential mediator of IFN-g-dependent immunity toMycobacteriumtuberculosis[J].J Immunol,2016,197(4):1287-1297.

[21] Semenza G L.HIF-1:upstream and downstream of cancer metabolism[J].Curr Opin Genet Dev,2010,20(1):51-56 .

[22] Shi L,Salamon H,Eugenin E A,et al.Infection withMycobacteriumtuberculosisinduces the Warburg effect in mouse lungs[J].Sci Rep，2015,5:18176.

[23] Subbian S,Tsenova L,Kim M J,et al.Lesion-specific immune response in granulomas of patients with pulmonary tuberculosis:a pilot study[J].PLoS One,2015,10(7):e0132249.

[24] Nizet V,Johnson R S.Interdependence of hypoxic and innate immune responses[J].Nat Rev Immunol,2009,9(9):609-617.

[25] O’Neill L A,Hardie D G.Metabolism of inflammation limited by AMPK and pseudo-starvation[J].Nature,2013,493(7432):346-355.

[26] Palsson-McDermott E M,O’Neill L A.The Warburg effect then and now:From cancer to inflammatory diseases[J].Bioessays,2013,35(11),965-973.

[27] Holden V I,Breen P,Houle S,et al.Klebsiellapneumoniasiderophores induce inflammation,bacterial dissemination,and HIF-1 stabilization during pneumonia[J].MBio,2016,7(5):e01397-16.

[28] El-On J,Sneier R,Elias E.Leishmania major:bacterial contamination of cutaneous lesions in experimental animals[J].Isr J Med Sci,1992,28(12):847-851.

[29] Grimaldi G Jr,Tesh R B.Leishmaniases of the New World:current concepts and implications for future research[J].ClinMicrobiol Rev,1993,6(3):230-250.

[30] Degrossoli A,Bosetto M C,Lima C B,et al.Expression of hypoxia inducible factor 1alpha in mononuclear phagocytes infected withLeishmaniaamazonensis[J].Immunol Lett,2007,114(2):119-125.

[31] Singh A K,Mukhopadhyay C,Biswas S,et al.Intracellular pathogenLeishmaniadonovaniactivates hypoxia induciblefactor-1 by dual mechanism for survival advantage within macrophage[J].PLoS One,2012,7(6):e38489.

[32] Paun A,Bankoti R,Joshi T,et al.Critical role of IRF-5 in the development of T helper 1 responses toLeishmaniadonovaniinfection[J].PLoS Pathog,2011,7(1):e1001246.

[33] Hammami A,Charpentier T,Smans M,et al.IRF-5-mediated inflammation limits CD8+T cell expansion by inducing HIF-1α and impairing dendritic cell functions duringLeishmaniainfection[J].PLoS Pathog,2015,11(6):e1004938.

[34] Spear W,Chan D,Coppens I,et al.The host cell transcription factor hypoxia-inducible factor 1 is required forToxoplasmagondiigrowth and survival at physiological oxygen levels[J].Cell Microbiol,2006,8(2):339-352.

[35] Wiley M,Sweeney K R,Chan D A,et al.Toxoplasmagondiiactivates hypoxia-inducible factor (HIF) by stabilizing the HIF-1alpha subunit via type I activin-like receptor kinase receptor signaling[J].J Biol Chem,2010,285(35):26852-26860.

[36] Menendez M T,Teygong C,Wade K,et al.siRNA screening identifies the host hexokinase 2 (HK2) gene as an important hypoxia-inducible transcription factor 1 (HIF-1) target gene inToxoplasmagondii-infected cells[J].MBio,2015,6(3):e00462.

[37] Stavitsky A B.Regulation of granulomatous inflammation in experimental models of schistosomiasis[J].Infect Immun,2004,72(1):1-12.

[38] Araujo A P,Frezza T F,Allegretti S M,et al.Hypoxia,hypoxia-inducible factor-1 alpha and vascular endothelial growth factor in a murine model ofSchistosomamansoniinfection[J].Exp Mol Pathol,2010,89(3):327-333.

[39] Wang Y,Huang Y,Guan F,et al.Hypoxia-inducible factor-1 alpha and MAPK co-regulate activation of hepatic stellate cells upon hypoxia stimulation[J].PLoS One,2013,8(9):e74051.

[40] Deng J,Huang Q,Wang Y,et al.Hypoxia-inducible factor-1 alpha regulates autophagy to activate hepatic stellate cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2014,454(2):328-334.

[41] Baptista A P,Andrade A A.Angiogenesis and schistosomal granuloma formation[J].Mem Inst Oswaldo Cruz,2005,100(2):183-185.

[42] Loeffler D A,Lundy S K,Singh K P,et al.Soluble egg antigens fromSchistosomamansoniinduce angiogenesis-related processes by up-regulating vascular endothelial growth factor in human endothelial cells[J].J Infect Dis,2002,185(11):1650-1656.

[43] Moore P S,Chang Y.Molecular virology of Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus[J].Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci,2001,356(1408):499-516.

[44] Mesri E A,Cesarman E,Boshoff C.Kaposi’s sarcoma and its associated herpesvirus[J].Nat Rev Cancer,2010,10(10):707-719.

[45] Jham B C,Montaner S.The Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus G protein-coupled receptor:lessons on dysregulated angiogenesis from a viral oncogene[J].J Cell Biochem,2010,110(1):1-9.

[46] Jham B C,Ma T,Hu J,et al.Amplification of the angiogenic signal through the activation of the TSC/mTOR/HIF axis by the KSHV vGPCR in Kaposi’s sarcoma[J].PLoS One,2011,6(4):e19103.

[47] Carroll P A,Kenerson H L,Yeung R S,et al.Latent Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus infection of endothelial cells activates hypoxia-induced factors[J].J Virol,2006,80(21):10802-10812.

[48] Catrina S B,Botusan I R,Rantanen A,et al.Hypoxia-inducible factor-1alpha and hypoxia-inducible factor-2 alpha are expressed in kaposi sarcoma and modulated by insulin-like growth factor-I[J].Clin Cancer Res,2006,12(15):4506-4514.

[49] Ma T,Jham B C,Hu J,et al.Viral G protein-coupled receptor upregulates Angiopoietin-like 4 promoting angiogenesis and vascular permeability in Kaposi’s sarcoma[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(32):14363-14368.

[50] DeBerardinis R J,Lum J J,Hatzivassiliou G,et al.The biology of cancer:metabolic reprogramming fuels cell growth and proliferation[J].Cell Metab,2008,7(1):11-20.

[51] Vander Heiden M G,Cantley L C,Thompson C B.Understanding the Warburg effect:the metabolic requirements of cell proliferation[J].Science,2009,324(5930):1029-1033.

[52] Ma T,Patel H,Babapoor-Farrokhran S,et al.KSHV induces aerobic glycolysis and angiogenesis through HIF-1-dependent upregulation of pyruvate kinase 2 in Kaposi’s sarcoma[J].Angiogenesis,2015,18(4):477-488.

[53] Luo W,Hu H,Chang R,et al.Pyruvate kinase M2 is a PHD3-stimulated coactivator for hypoxia-inducible factor 1[J].Cell,2011,145(5):732-744.

[54] Yoo Y G,Lee M O.Hepatitis B virus X protein induces expression of Fas ligand gene through enhancing transcriptional activity of early growth response factor[J].J Biol Chem,2004,279(35):36242-36249.

[55] Liu L P,Hu B G,Ye C,et al.HBx mutants differentially affect the activation of hypoxia-inducible factor-1α in hepatocellular carcinoma[J].Br J Cancer,2014,110(4):1066-1073.

[56] Kim C H.Hidden secret in hepatitis B viral X protein mutation and hypoxia inducible factor-1α in hepatocarcinoma cancer[J].Hepatobiliary Surg Nutr,2014,3(3):115-117.

[57] Goebel S J,Johnson G P,Perkus M E,et al.The complete DNA sequence of vaccinia virus[J].Virology,1990,179(1):247-266,517-563.

[58] Mazzon M,Peters N E,Loenarz C,et al.A mechanism for induction of a hypoxic response by vacciniavirus[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2013,110(30):12444-12449.

[59] Mazzon M,Castro C,Roberts L D,et al.A role for vaccinia virus protein C16 in reprogramming cellular energy metabolism[J].J Gen Virol,2015,96(Pt2):395-407.

[60] Metallo C M,Gameiro P A,Bell E L,et al.Reductive glutamine metabolism by IDH1 mediates lipogenesis under hypoxia[J].Nature,2012,481(7381):380-384.

[61] Wise D R,Ward P S,Shay J E,et al.Hypoxia promotes isocitrate dehydrogenase-dependent carboxylation of a-ketoglutarate to citrate to support cell growth and viability[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(49):19611-19616.

[62] Wakisaka N,Kondo S,Yoshizaki T,et al.Epstein-Barr virus latent membrane protein 1 induces synthesis of hypoxia-inducible factor 1 alpha[J].Mol Cell Biol,2004,24(12):5223-5234.

[63] Hwang I I,Watson I R,Der S D,et al.Loss of VHL confers hypoxia inducible factor (HIF)-dependent resistance to vesicular stomatitis virus:role of HIF in antiviral response[J].J Virol,2006,80(21):10712-10723.

[64] Haeberle H A,Duerrstein C,Rosenberger P,et al.Oxygen-independent stabilization of hypoxia inducible factor (HIF)-1 during RSV infection[J].PLoS One,2008,3(10):e3352.

(2017-01-15 收稿)

*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.81470855)；華中科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(No.2016-0118540283)；湖北省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(No.2015CFB376)

R363.21

10.3870/j.issn.1672-0741.2017.02.024

章盈婧，女，1995年生，本科在讀，E-mail：zhangyingjing0520@163.com

△通訊作者，Corresponding author，E-mail：chunweishi@hust.edu.cn