HIF-1α 在病理性瘢痕中的作用研究

（暨南大學附屬廣州紅十字會醫(yī)院燒傷整形科，廣東 廣州 510235）

病理性瘢痕（pathological scar）是發(fā)生于各種外傷，常見于各類手術后、燒燙傷后創(chuàng)面過度修復引流，是一種以真皮成纖維細胞過度增生、真皮層膠原纖維過度沉積、細胞外基質(zhì)蛋白沉積和上皮間質(zhì)轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）為特征的皮膚纖維增生性疾病。病理性瘢痕的發(fā)生不僅僅會影響患者的外形外觀，嚴重者還伴隨肢體功能障礙。缺氧現(xiàn)象廣泛存在于哺乳動物的細胞和組織中，它的變化影響著機體內(nèi)細胞的新陳代謝，機體為適應缺氧情況已形成了一套復雜的反應系統(tǒng)，其中缺氧誘導因子-1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）及其信號通路的下游因子在應對缺氧現(xiàn)象過程中扮演著重要角色。而在人體瘢痕組織的發(fā)生發(fā)展中，缺氧現(xiàn)象同樣存在，HIF-1α 在其中同樣發(fā)揮著重要的作用。為探究HIF-1α 在病理性瘢痕中形成過程中的作用，本文對近年來的相關研究進行綜述。

1 HIF-1α 概況

在哺乳動物的正常生理及病理過程中，HIF-1α都具有重要作用[1]。早在1992 年，就有研究在缺氧狀態(tài)下的肝癌細胞株的提取物中發(fā)現(xiàn)了HIF[2]。HIF-1 是一種由α-亞基和β-亞基組成異二聚體蛋白，分為HIF-1α 和HIF-1β 兩種轉錄因子，HIF-1β主要存在于細胞核中，而HIF-1α 主要存在于細胞質(zhì)中。每個HIF-1α 因子都含有螺旋環(huán)-（HLSPAS）結構域，這有利于DNA 的結合和異源二聚體的形成。HIF-1α 亞單位受HIF-脯氨酰羥化酶（PHDs）的調(diào)控[3]。近年來，研究普遍認為氧分壓是調(diào)控HIF-1α 表達的主要因素[4]，HIF-1α 的表達一定程度上隨氧分壓的下降而升高。正常氧分壓情況下，基本檢測不到HIF-1α 的表達；但是當氧濃度降低于5%時，HIF-1α 則能在細胞中穩(wěn)定表達，可檢測到HIF-1α的相關核酸和蛋白的指標明顯上升。正常氧分壓條件下HIF-1α 的半衰期不超過5 min，因為在正常氧飽和度下HIF-1α 由氧依賴降解結構域（oxygen dependent degradation domain，ODDD）通過泛素蛋白酶體途徑使其被有效地滅活。但在缺氧的病理條件下，泛素化水平下降，上述降解過程被大大抑制，不能被滅活的HIF-1α 在細胞內(nèi)大量積聚，并與HIF-1β 結合形成HIF-1，HIF-1 與缺氧反應元件（hypoxia response element，HRE）結合，從而通過參與多條信號通路的方式使細胞對缺氧作出反應。

病理狀態(tài)下，HIF-1α 可以通過各通路介導多種下游相關因子，包括血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、促紅細胞生成素（EPO）、糖酵解酶、細胞存活因子、細胞外基質(zhì)蛋白等[5]，從而介導缺氧狀態(tài)下細胞周期和信號轉導的調(diào)控。HIF-1 對缺氧環(huán)境的調(diào)控主要通過以下幾條信號通路：API-3K/Akt/HIF-1α 通路、SENP1/HIF-1α 通路、HIF-1α/BNIP3/Bcline-1 通路、MAPK/HIF-1α 信號通路等。在病理性瘢痕組織內(nèi)，HIF-1 介導的TGF/Smad 信號通路被認為發(fā)揮主要作用，HIF-1 通過該通路進而影響下游的TGFβ-1、sma-α 的表達，達到不同程度上影響瘢痕形成的結果[6]。有研究提示，HIF-1α 對于人類機體生理和病理狀態(tài)下均有影響。生理狀態(tài)下，HIF-1α 有利于細胞適應缺氧環(huán)境；而對于病理狀態(tài)，如各種腫瘤、炎癥等，HIF-1 的調(diào)控均有不同的影響[7]。在疾病治療方面，早在2004 年，有研究提出HIF-1α 有可能作為非小細胞癌免疫學檢測的分子標志物，并有治療價值和應用前景，以HIF-1 作為作用因子的藥物從此也陸續(xù)應用到腫瘤治療的基礎研究[8]。

2 創(chuàng)面愈合與HIF-1α 表達的關系

創(chuàng)面愈合是各種致傷因素造成相應組織破損后，創(chuàng)面基底組織通過再生、修復等方式進行修補的一系列過程，同時是一個由生長因子和細胞因子共同作用的復雜過程[9]。創(chuàng)面愈合的影響因素同時也影響著后期瘢痕的形成，如若創(chuàng)面愈合過程中出現(xiàn)局部嚴重感染，病原微生物的來襲致使創(chuàng)面受到二度損害，加深損傷深度，這亦可增加病理性瘢痕形成的幾率。研究表明HIF-1α 在創(chuàng)面愈合過程的血管再生和細胞遷移中具有作用[10]。

在創(chuàng)面修復階段，HIF-1α 存在于創(chuàng)面基底當中，并在創(chuàng)面愈合過程中起著調(diào)控作用。有研究對燙傷皮膚在缺氧下根據(jù)空間變化和時間變化進行探索，發(fā)現(xiàn)VEGF、SDF-1、HIF-1α 表達相應部位及變化趨勢與缺氧標記相似[11]。研究已證實HIF-1α 的丟失會導致皮膚創(chuàng)傷血管不暢和傷口愈合緩慢，而HIF-1α 的激活加速了傷口愈合[12]。在燒傷創(chuàng)面愈合過程中，HIF-1α 的產(chǎn)生與細胞的通透性增加存在相關性，同時更與緊密連接蛋白（ZO-1）含量的降低存在明顯相關性，細胞的通透性增加能加速細胞的生長代謝過程，ZO-1 的表達與參與細胞通透性改變、細胞增殖等重要過程有關[13]，因此創(chuàng)面修復中HIF-1α 可能通過影響ZO-1 表達進而影響創(chuàng)面愈合的進程。

研究已證實HIF-1α 的丟失會導致皮膚創(chuàng)傷血管不暢和傷口愈合緩慢，而HIF-1α 的激活加速了傷口愈合。Duscher D 等[14]構建了一個條件HIF-1α 基因敲除小鼠模型，降低成纖維細胞中這個主轉錄因子的表達可以導致顯著降低新血管反應，導致組織壞死增加和傷口愈合受損，因此可以得出，HIF-1α在創(chuàng)傷愈合的缺氧模型中起到相當重要的作用，HIF-1α 的表達的缺失將大大遏制創(chuàng)面修復進程。有研究在兔結膜愈合模型中檢測出HIF-1α 在兔結膜、Tenon's 表達[12]，由此認為HIF-1α 的表達可能促進兔結膜傷口愈合，眼結膜上皮是一類富含血管的粘膜上皮，HIF-1 參與到結膜粘膜上皮的修復過程對身體其余部位的粘膜上皮的研究有較大的參考意義。

在創(chuàng)面相關疾病治療中，HIF-1α 也起到重要作用。負壓封閉治療于近年來廣泛應用于臨床上各種傷口、創(chuàng)面的輔助治療，被認為能促進傷口、創(chuàng)面的愈合，降低病理性瘢痕形成的幾率，相關基礎研究也陸續(xù)開展。目前認為其機制包括增加創(chuàng)面血流量、避免傷口與外界直接接觸從而降低病原體感染的機會、減少換藥的次數(shù)從而減少刺激等。在兔全層皮膚缺損模型中，應用負壓創(chuàng)面治療（negative pressure wound therapy，NPWT）可使HIF-1α 表達顯著升高[15]。也有研究認為，應用NPWT 后會在創(chuàng)面床上形成一個正壓力，并導致與填充敷料相接觸得到組織血流快速減少，導致創(chuàng)面組織缺氧，使成纖維細胞合成HIF-1α。這些研究說明創(chuàng)傷創(chuàng)面可看似一缺氧模型，創(chuàng)傷創(chuàng)面修復過程伴隨著HIF-1α 表達的升高，將有利于創(chuàng)面修復過程。因此對促進創(chuàng)面愈合的治療方面的研究，可以以HIF-1α 作為研究靶點，從中選擇較好的治療方案供給臨床參考。

3 病理性瘢痕與HIF-1α 表達的關系

病理性瘢痕則是一種由于燒傷及其他創(chuàng)傷后導致的創(chuàng)傷性疾病，目前認為轉化生長因子β（transfer growth factor，TGF-β）、結締組織生長因子、堿性成纖維細胞生長因子等參與到瘢痕形成的調(diào)控[16]。病理性瘢痕按照種類可分為增生性瘢痕、瘢痕疙瘩和萎縮性瘢痕，其中以增生性瘢痕較多見。增生性瘢痕組織傷口邊緣和附件結構的角質(zhì)形成細胞遷移、增殖，使傷口通過再上皮化愈合，其生物學特征是組織內(nèi)成纖維細胞數(shù)量增加，合成和分泌大量膠原纖維[17]。瘢痕疙瘩是病理性瘢痕的另一種類型，其特征在于瘢痕組織會長出原始傷口的邊緣，侵襲周圍的正常皮膚。大概40%～70%的手術損傷和90%以上的燒傷會導致皮膚病理性瘢痕，而后出現(xiàn)的形態(tài)學和功能學上的變化。對患者來說是，其嚴重影響后期的手術治療及其余綜合性治療，同樣也給患者造成較大的經(jīng)濟負擔[18]。低氧在增生性瘢痕的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用，隨著增生性瘢痕發(fā)生發(fā)展，微血管和氧分壓存在著動態(tài)改變，且這與瘢痕病理的改變有關；而瘢痕疙瘩形成的病生理基礎是低氧和異常血管減少，HIF-1α 是增生性瘢痕異常啟動因素[19]。在瘢痕形成階段，研究提示HIF-1α 主要分布在瘢痕疙瘩的上皮層，尤其是與真皮相鄰的基質(zhì)層高度表達。缺氧條件下（1%O2），瘢痕角質(zhì)形成細胞侵襲能力高于常氧狀態(tài)下（21%O2）的瘢痕角質(zhì)形成細胞的侵襲能力，但重度的氧分壓降低，將誘導成纖維細胞凋亡[20]。因此，角質(zhì)形成細胞侵襲能力的形成與缺氧現(xiàn)象存在密切的聯(lián)系，隨著氧濃度下降，角質(zhì)形成細胞的侵襲能力增強；但氧濃度下降到較低濃度時，便會誘導組織細胞凋亡。胡強等[21]發(fā)現(xiàn)，病理性瘢痕的成纖維細胞HIF-1α 的表達水平較正常皮膚成纖維細胞升高，而在低氧環(huán)境下的成纖維細胞HIF-1α表達水平高于正常氧環(huán)境下細胞的表達，該研究還發(fā)現(xiàn)HIF-1α 在瘢痕成纖維細胞的增殖及活力中具有促進作用。

MicroRNAs（miRNA）也與增生性瘢痕的形成有著密切的聯(lián)系。miRNA 是一類小分子RNA，在真核細胞生物的廣泛存在，盡管不參與編碼遺傳信息，但其參與基因表達的調(diào)控[22]。另外，siRNA 也是不參與編碼的另一類RNA，其同樣具有調(diào)控基因表達的功能。Wu X 等[23]發(fā)現(xiàn)，miR-155 的過度表達可以通過PI3K/AKT 途徑作用于HIF-1α，從而抑制成纖維細胞增殖相關的活性。徐志山等[24]發(fā)現(xiàn)hsa-miR31-5p通過調(diào)節(jié)HIF-1α 途徑對增生性瘢痕的形成有重要作用，hsa-miR31-5p 可能是HS 的一個新的治療靶點。不少研究發(fā)現(xiàn)，VEGF、TGF-β1、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）等多種關鍵因子直接或間接參與到了病理性瘢痕形成[25]。吳曉燕等[26]的研究表明，瘢痕組織中VEGF 的表達水平與HIF-1α 呈正相關，說明VEGF可能與HIF-1α 共同促進病理性瘢痕的發(fā)生發(fā)展過程。目前認為激光療法、冷凍療法、糖皮質(zhì)激素等瘢痕的治療措施可調(diào)節(jié)其TGF-β1、MMP 等因子表達[22，27]，從而達到防治瘢痕的目的，但瘢痕治療與HIF-1α相關研究仍較缺乏。

盡管更多研究關注的是瘢痕組織的成纖維細胞而不是間質(zhì)形成細胞，但瘢痕角質(zhì)形成細胞也參與到瘢痕疙瘩形成的病理過程，對瘢痕成纖維細胞的增殖、分化有重要作用[22]。Ma X 等[28]用免疫熒光染色和western blot 分析證實HIF-1αsiRNA 移植缺氧條件下瘢痕疙瘩角質(zhì)形成細胞的EMT 過程，同時發(fā)現(xiàn)HIF-1α 的siRNA 可靶向抑制HIF-1α 的EMT信號，缺氧/ HIF-1α 微環(huán)境為瘢痕疙瘩來源的角質(zhì)形成細胞通過EMT 獲得纖維母細胞樣的改變提供了良好的環(huán)境，這提示在瘢痕疙瘩組織中，角質(zhì)形成細胞在其的發(fā)生發(fā)展過程發(fā)揮重要作用，而HIF-1α對其的EMT 過程提供了基礎。敲除HIF-1α 基因，可極大地減少HIF-1α 蛋白的表達，進而降低角質(zhì)形成細胞的侵襲能力，因此可以設想創(chuàng)面愈合后部分阻斷HIF-1 的表達，進而降低瘢痕的侵襲能力，對預防異常突出于皮膚表面且有擴展趨勢的瘢痕疙瘩有著較大的意義。

4 總結和展望

HIF-1 在哺乳動物的生理和病理過程中的作用相當重要，而通過各手段對HIF-1 活性的調(diào)節(jié)是許多疾病的治療目標位點，如各器官的惡性腫瘤、各系統(tǒng)疾病等。燒傷創(chuàng)面、病理性瘢痕等疾病均有不同程度的HIF-1 及其下游因子的變化，所以目前已有越來越多的研究將關于HIF-1α 的探索置于重要地位。

對于瘢痕的治療，因為單一的治療方法存在局限性，所以聯(lián)合運用多種治療方法是目前公認為的安全且有效治療策略。各種物理、藥物治療手段對HIF-1α 相關通路調(diào)控機制的研究依舊有待進行，相信明確HIF-1α 在各種治療手段中發(fā)揮的作用機制，對于簡化瘢痕治療的程序、方便醫(yī)患雙方、節(jié)約醫(yī)療資源具有重要意義。另外，心臟、肝臟以及腎臟等器官的纖維化也可視為一種病理性的修復過程，HIF-1α 作為多種低氧適應性調(diào)節(jié)因子的上游調(diào)控因子，在病理性瘢痕的防治探索成果亦能給其他系統(tǒng)疾病的診療帶來新的思路。