HIF-1α及PDGF-D與前列腺癌相關(guān)性的研究進展

賀子秋 杜丹 付海波 李新宇

近年來，我國前列腺癌(prostate cancer， PCa)的發(fā)病率逐年增高，已成為男性生殖系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤之一。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，人口老齡化特別是年齡超過60歲的男性，其發(fā)病率明顯升高[1-2]。PCa的發(fā)病原因復(fù)雜，除了與遺傳因素有關(guān)外，還與性活動、飲食習慣等方面存在著一定關(guān)系。一項病例對照研究表明，性伴侶較少、初次性交年齡較大、適度射精的男性患PCa的風險顯著降低[3]。缺氧程度與PCa的進展和預(yù)后不良之間存在著正相關(guān)關(guān)系。缺氧誘導因子(hypoxi-inducible factor， HIF)作為細胞缺氧反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，可在分子、細胞和組織水平適應(yīng)性地調(diào)節(jié)缺氧反應(yīng)。缺氧誘導因子1α(HIF-1α)存在于所有細胞類型中，是細胞缺氧反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子[4-5]。在低氧條件下，HIF-1α可誘導血小板源性生長因子D(platelet derived growth factor-D， PDGF-D)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor， VEGF)等眾多生物活性因子的表達，而PDGF-D和VEGF的表達是血管新生的重要因素。目前研究的熱點是HIF-1α和PDGF-D在PCa中的作用，兩者分別在腫瘤的代謝和新生血管形成中扮演著重要的角色，參與PCa的發(fā)生及侵襲。因此，本文對HIF-1α、PDGF-D在PCa中的相關(guān)研究進展進行綜述。

一、HIF-1α的概述

1.HIF-1α的結(jié)構(gòu)和功能：早在1992年，Semenza等[6]首次在缺氧的肝癌細胞系Hep3B的提取物中發(fā)現(xiàn)HIF。HIF-1是低氧條件下存在的一種由HIF-1α和HIF-1β兩個亞單位構(gòu)成的異質(zhì)二聚體。HIF-1β主要存在于胞質(zhì)和核質(zhì)中，起到結(jié)構(gòu)性的作用。HIF-1α是由826個氨基酸組成的大小為120 kD的蛋白質(zhì)，研究證實，其存在于細胞質(zhì)中，在肺癌、結(jié)腸直腸癌、乳腺癌、前列腺癌等13種實體腫瘤中高表達[7]。常氧狀態(tài)下，HIF-1α表達較少，并通過泛素-蛋白酶解系統(tǒng)降解，大大降低其活性；當機體處于低氧環(huán)境時，HIF-1α呈高表達狀態(tài)，并且誘導糖酵解酶相關(guān)因子、葡萄糖轉(zhuǎn)運相關(guān)因子、血管生成相關(guān)因子以及腫瘤增殖和凋亡相關(guān)因子的轉(zhuǎn)錄和翻譯，從而促進腫瘤細胞快速適應(yīng)缺氧微環(huán)境。腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)是腫瘤血管的新生，而HIF-1α可通過內(nèi)皮細胞增殖來促進新生血管生成，進而提高腫瘤細胞血氧供應(yīng)，促進腫瘤細胞持續(xù)性增殖及進一步轉(zhuǎn)移[8]。

2.HIF-1α及其相關(guān)信號通路：在低氧條件下，HIF-1α的半衰期小于5 min，主要通過羥基化、乙?；?、磷酸化等的調(diào)節(jié)和信號轉(zhuǎn)導來完成翻譯后修飾。在缺氧條件下，HIF-1α在細胞內(nèi)聚集，與HIF-1β結(jié)合形成HIF-1，促進下游靶基因的轉(zhuǎn)錄及相應(yīng)蛋白質(zhì)產(chǎn)物的變化，最終導致腫瘤的發(fā)生。①PI3K/AKT通路： PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導途徑可以被多種不同的細胞刺激物和毒素激活，參與細胞基本進程的調(diào)控，其中包括細胞生長、轉(zhuǎn)錄、翻譯、細胞增殖、細胞運動及糖原代謝。在低氧條件下，當細胞膜表面的酪氨酸激酶受體被激活以后，調(diào)節(jié)亞基p85及催化亞基p110的激活，從而使PI3K激活，并與其下游的AKT結(jié)合，使AKT磷酸化，增加HIF-1α的活性[9]。PI3K/AKT信號通路可通過調(diào)節(jié)HIF-1α表達，來參與PCa的發(fā)生、發(fā)展和細胞遷移的過程。研究表明，低氧條件下表皮生長因子能夠激活PI3K/AKT途徑，并通過HIF-1α調(diào)控糖酵解；抑制PI3K/AKT信號通路能夠明顯降低多種細胞的糖酵解[10]。這種機制的發(fā)現(xiàn)對PCa的治療有著重要的價值。②SENP1通路：SENP1是類泛素蛋白修飾分子(small ubiquitin-related modifier， SUMO)特異性蛋白酶中的一種核蛋白，可催化細胞內(nèi)大量蛋白質(zhì)的去SUMO化修飾，從而很好地調(diào)節(jié)HIF-1α在細胞中的穩(wěn)定性。在低氧條件下，脯氨酸羥化酶的活性受到抑制，增加了HIF-1α的表達，同時活化的SENP1使HIF-1α去SUMO化，從而促進HIF-1α的穩(wěn)定表達[12]。SENP1的表達與PCa的形成以及腫瘤細胞的增殖存在著一定關(guān)系。③MAPK通路：MAPK是一組能被不同的細胞外刺激，將信號從細胞表面?zhèn)鞯郊毎藘?nèi)部的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，它是介導細胞外刺激到細胞內(nèi)反應(yīng)的信號傳導通路。Ras是細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases， ERK)的上游調(diào)控因子，在低氧條件下，Ras被激活并導致一系列級聯(lián)放大效應(yīng)，Raf聚集細胞膜，同時激活下游的MAPK/ERK激酶，誘導ERK磷酸化，從而激活癌基因的表達[13]。HIF-1α是MAPK信號通路中重要的靶標之一，MAPK信號通路可通過級聯(lián)信號轉(zhuǎn)導增加HIF-1α活性，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)基因及蛋白的表達。抑制MAPK通路對控制PCa細胞的生長有著重大的意義。

二、HIF-1α與PCa的關(guān)系

1.HIF-1α在PCa中的作用機制：PCa在生長的過程中容易導致局部缺氧環(huán)境，HIF-1α能夠誘導下游靶基因VEGF的表達，促進前列腺腫瘤新生血管的形成，為腫瘤細胞的營養(yǎng)來源創(chuàng)造條件，最終促進PCa細胞的生長、增殖和轉(zhuǎn)移。其次，HIF-1α能夠通過各種信號通路使13種不同的糖酵解酶類產(chǎn)生，從而促使前列腺腫瘤細胞獲得足夠的能量以在缺氧的條件下適應(yīng)周圍環(huán)境。另外，HIF-1α還能夠誘導多種促紅細胞生成因子、擴血管因子，提升前列腺腫瘤組織的氧運輸和利用能力，促進PCa的侵襲和轉(zhuǎn)移。

2.HIF-1α與PCa放、化療抵抗：HIF-1α除了通過細胞的凋亡/增殖活性、血管舒縮功能、能量代謝和血管生成來調(diào)節(jié)腫瘤對缺氧做出反應(yīng)[14-15]外，還增加多藥耐藥基因(multidrug resistence， MDR)的表達，包括MDR1和MRP[16-17]。在缺氧條件下，HIF-1α表達的變化可促進化療藥物耐受、腫瘤細胞存活和侵襲。前列腺實體腫瘤中心缺氧通常會降低腫瘤細胞的化學敏感性，并促進PCa細胞對抗腫瘤藥物產(chǎn)生耐藥性，這也就是臨床上PCa化療效果欠佳的主要原因。研究表明，HIF-1α除了調(diào)控一些因子的表達，使電離輻射對PCa細胞DNA的損傷無法固定外，還通過VEGF和PDGF來促進血管的生成，使脫離電離輻射的PCa細胞獲得新的生存條件，降低PCa的放療效果[18-20]。

3.HIF-1α與PCa去勢抵抗：去勢抵抗性PCa往往是PCa發(fā)展的終末階段，其進展和轉(zhuǎn)移的中位生存期大約為1～3年[21]。雄激素受體的表達與PCa去勢抵抗的發(fā)生有關(guān)，HIF-1α在PCa中表達上調(diào)，是PCa細胞抵抗氧化應(yīng)激、雄激素缺乏、化療和放療的有效防御機制。這些結(jié)果表明，HIF-1α的過度表達增加了PCa的去勢抵抗和轉(zhuǎn)移的風險[22]，并證實HIF-1α作為PCa分子靶點的重要性。

4.HIF-1α與PCa的預(yù)后：在低氧條件下，HIF-1α通過誘導多種基因表達，使腫瘤適應(yīng)相對低氧的微環(huán)境，在維持腫瘤的能量代謝、促進腫瘤新生血管的形成和侵襲、轉(zhuǎn)移中有著重要的意義。因此，HIF-1α不僅與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，還對腫瘤的預(yù)后起著預(yù)示作用[23]。HIF-1α的過度表達是大多數(shù)癌癥預(yù)后不良的標志，如乳腺癌、PCa、結(jié)腸癌、肝細胞癌、胰腺癌、腦癌、卵巢癌，以及許多不常見的癌癥[24]。Fraga等[25]通過研究HIF-1α的基因多態(tài)性與PCa的關(guān)系證實，HIF-1α參與了PCa的生物學進展，對PCa患者預(yù)后的影響具有重要的意義。

三、PDGF-D的概述

1.PDGF-D的結(jié)構(gòu)和功能：PDGF家族由PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C、PDGF-D 4種基因構(gòu)成。2001年，LaRochelle等[26]在進行EST(表達序列標簽)比對尋找VEGF同源體的過程中首次發(fā)現(xiàn)了PDGF-D。它是由370個氨基酸組成的多亞基蛋白質(zhì)，分子量約為40.6 kD。PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C能夠與同源或異源的PDGF受體二聚體相結(jié)合，而PDGF-D只能與PDGFR-ββ特異性的結(jié)合。研究表明，PDGF-D在正常人體組織中也表達，尤其是在腎上腺組織中高表達。Borkham-Kamphorst等[27]和Chen等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，在血管平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、成纖維細胞中也可檢出PDGF-D的表達。如前所述，腫瘤血管的形成是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的必備條件，PDGF-D作為血管平滑肌的趨化因子，可通過促進該因子誘導新生血管的形成，使得腫瘤細胞進一步增殖，它與組織和器官的纖維化、炎癥以及諸多惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有著不可忽視的聯(lián)系。

2.PDGF-D及其相關(guān)信號通路：①Notch-1通路：作為近年來的研究熱點，Notch信號通路已經(jīng)被證實在多種腫瘤細胞的生長、增殖和凋亡過程中起著重要的作用[29]。Notch是一種進化保守的信號通路，在維持前列腺的發(fā)育、調(diào)節(jié)組織穩(wěn)態(tài)和癌變過程中發(fā)揮著重要作用[30]。Ras作為Notch-1上游調(diào)控因子，過度激活Ras可以增加Notch-1的表達。研究證明，Notch-1在PCa中表達增加，將Notch-1基因敲除后，PCa細胞的侵襲性顯著降低[31]。另外，研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌中，PDGF-D可以通過活化Notch-1途徑來促進腫瘤細胞的增殖、侵襲、血管生成和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition， EMT)[28]。因此，在將來的臨床試驗中，有望通過下調(diào)PDGF-D的表達使Notch-1失活來抑制PCa細胞的侵襲和血管的生成。②EMT通路：EMT是一種重要的生物學過程，其中上皮來源的惡性腫瘤細胞獲得遷移和侵襲并轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細胞。Devarajan等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，組織自身的干細胞通過 PDGF-D與腫瘤微環(huán)境相互作用，以旁分泌方式誘導腫瘤細胞中的EMT，最終增加腫瘤干細胞的數(shù)量并促進腫瘤生長。Chen等通過研究證實，PDGF-D可促進腫瘤的生長和侵襲，并且PDGF-D的下調(diào)使Notch1/Twist1軸失活，從而逆轉(zhuǎn)EMT，進一步發(fā)揮預(yù)防腫瘤進展的作用。這些研究結(jié)果均證實了PDGF-D通過參與EMT的過程來調(diào)控腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，在對于腫瘤后續(xù)治療方面給臨床醫(yī)生提供了一種新的思路。③matriptase/PDGF-D信號軸：matriptase作為一種Ⅱ型跨膜絲氨酸蛋白酶，在包括PCa在內(nèi)的許多癌癥中表達上調(diào)，常與肝細胞生長因子激活物抑制因子復(fù)合存在。Ustach等[33]發(fā)現(xiàn)，matriptase及PDGF-D在PCa中高表達，并通過共聚焦顯微鏡分析揭示了PDGF-D和matriptase在PCa組織中的共定位，導致β-PDGFR信號的激活，證實matriptase/PDGF-D/β-PDGFR信號軸對于判斷PCa的預(yù)后起著重要的作用。

四、PDGF-D在PCa中的作用機制

PDGF-D作為一種促強力有絲分裂劑，可以促進血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞的增殖、分裂和遷移，促進前列腺腫瘤新生血管的形成[34]。此外，PDGF-D作為轉(zhuǎn)化因子，也可通過上調(diào)VEGF的表達促進新生血管的形成[35]，這表明PDGF-D可以通過自分泌和旁分泌信號途徑來加速前列腺腫瘤細胞的增殖。另外，PDGF-D與其受體PDGFR-ββ特異性的結(jié)合，使受體二聚化，導致受體的自身磷酸化和酪氨酸激酶活化，從而激活下游的信號轉(zhuǎn)導通路，參與PCa的發(fā)生、發(fā)展和侵襲、轉(zhuǎn)移。

五、HIF-1α和PDGF-D在PCa發(fā)病機制中的相關(guān)性

目前的研究發(fā)現(xiàn)，PDGF-D/β-PDGFR信號通路上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α的經(jīng)典酸中毒調(diào)節(jié)因子碳酸酐酶IX(carbonic anhydrase， CA-IX)的表達，進而介導細胞外酸中毒，CA-IX催化H2O+CO2→H++HCO3-反應(yīng)，它可以控制前列腺腫瘤細胞外pH下降，細胞內(nèi)的pH保持穩(wěn)定，使腫瘤細胞更加耐受缺氧，驅(qū)動前列腺腫瘤細胞的持續(xù)侵入[36]。另外，HIF-1α與PDGF-D都可以使VEGF的表達上調(diào)，從而來促成前列腺腫瘤內(nèi)新生血管的生長，這也為PCa的發(fā)生、發(fā)展及侵襲、轉(zhuǎn)移提供了必備因素。由此可見，HIF-1α和PDGF-D在前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展中既相互作用，又相互影響。

綜上所述，HIF-1α和PDGF-D是導致PCa產(chǎn)生的重要因素，兩者功能涉及PCa形成過程中的調(diào)控，并且通過PI3K/AKT、MAPK等多種途徑和多種方式參與PCa的發(fā)病過程。隨著研究的不斷深入，HIF-1α與PDGF-D有望成為未來PCa臨床治療的新分子靶標。