吴章丽，汪裕伟

（皖南医学院弋矶山医院肾内科，安徽 芜湖241001）

由病毒感染、酗酒或与肥胖相关的代谢紊乱引起的慢性肝病可发展为终末期肝硬化和肝癌。作为全世界最重要的公共卫生问题之一，肝病的发病率和治疗仍没有得到突破性进展。据统计，从2003年至2012年，肝癌发病率急剧上升，仅次于甲状腺癌，且在所有癌症中死亡率最高［1］，迫切需要寻求新的治疗靶点来遏制肝脏相关疾病的发展。在许多肝脏疾病中，包括病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝疾病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）、酒精性肝病（alcoholic liver disease，ALD）、缺血再灌注损伤引起的肝损伤和肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC），都存在组织缺氧和缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）转录活性增加［2］。

HIF是一种异二聚体转录因子，广泛存在于人体内各个器官。迄今为止，已经发现了3种HIF-α亚基类型，其中HIF-1α和HIF-2α的相关研究最多，特征最为明显。常氧下，α亚基上的脯氨酸残基被脯氨酰羟化酶域酶（prolyl hydroxylase domain enzyme，PHD）识别并羟化，继而和VHL-E3泛素连接酶复合物连接迅速发生蛋白酶体降解；缺氧时由于氧气供应的限制，PHD活性抑制，从而导致HIF-α亚基的稳定及其核易位［3］。胞核内的HIF通过广泛激活下游靶基因转录，参与多种病理生理过程中，使细胞适应缺氧环境［4］。本文主要总结HIF在各种肝脏损伤、肝纤维化、HCC及缺血再灌注损伤中的病理作用。

1 病毒性肝炎

病毒性肝炎作为急慢性肝损伤的主要原因，通常会导致严重的晚期肝病，例如肝硬化和HCC［5］。尽管接种疫苗可以预防新发感染，但对于已感染者病毒消除效果不佳。近年来开发的丙型肝炎病毒（hepatitis cvirus，HCV）蛋白酶抑制剂可以有效地消除绝大多数患者的病毒［6］。但长期慢性肝炎患者仍有发展成为肝炎相关性肝硬化和发生HCC的高风险［7］。因此，研究病毒性肝炎的复制侵袭过程及开发鉴定新的治疗靶标，对病毒性肝炎引起的肝损伤并减慢疾病的进展仍然很重要。

HCV感染影响全球约1.8亿人，使这些人易患肝硬化和死亡［8］。有研究发现，HCV感染通过影响线粒体-呼吸链活性诱导氧化应激状态，HIF-1α的稳定和转录激活，进而加强糖酵解途径，为病毒的复制及侵袭提供能源，与HCV相关的HIF-1α稳定对抗氧化剂治疗不敏感［9］。HIF-1α不直接参与HCV的复制，而是通过某些致癌基因的激活及糖酵解提供ATP，加强病毒RNA的复制［10］。在丙型病毒性肝炎发展过程中，抑制HIF-1α不仅能抑制病毒复制，并且有效阻止肝癌细胞的迁移和侵袭等生物学行为［11］。HCV核心基因表达可诱导HIF-1α的过表达和稳定，HIF-1α的激活又导致血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）上调。Christopher等［12］发现，HCV可通过激活VEGF表达使肝原代细胞和肝癌细胞去极化，从而促进相邻肝细胞之间的病毒传播。Hallez等［13］对于乙型病毒性肝炎的研究发现，在缺氧环境中，HIF-1上调DNase I在体外的HBV颗粒中的表达，DNase I可通过衣壳内DNA基因组的分解代谢影响HBV复制。这些发现为慢性病毒性肝炎的发病机理以及可能与病毒性肝炎相关的HCC的发展及治疗提供了新的见解。

2 肝纤维化

各种急性或慢性肝损伤，包括病毒性肝炎、ALD、NAFLD、寄生虫和自身免疫性疾病造成的肝损害，最终都将走向肝纤维化和肝硬化［14］。肝纤维化一个特征性病理是过多的细胞外基质（ECM）沉积［15］。活化的肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSCs）通过产生ECM在肝纤维化发展中起着不可或缺的作用［16］。HIF-1在HSCs激活中起主要调节作用［17］。同时，缺氧刺激HSCs释放多种介质，如α-SMA和Vimentin，这些介质影响纤维化的进展［18］。TGF-β通路是促进肝纤维化发展的经典通路，可参与肝损伤—肝纤维化—肝癌发展的全过程［19］，HIF可通过TGF-β通路激活HSCs，介导肝细胞大量死亡，促进肝纤维化及终末期肝病的发生［20］。

NAFLD是最常见的脂类代谢疾病，与糖尿病和肥胖有关。近年来，因肥胖和糖尿病人群数量的不断增加，在NAFLD患病率升高的同时，NAFLD导致肝纤维化甚至肝硬化的发生率也逐年攀升。HIF在NAFLD的进展中起着不可或缺的作用。抑制HIF表达对NAFLD相关的肝纤维化具有显著的保护作用。Han等［21］在NAFLD小鼠模型中发现，敲除HIF-1α基因小鼠相比野生型小鼠的肝脏组织ALT、AST及TG水平较低；虽然2组高脂饮食20周后都显示明显的大泡脂肪变性，但实验组小鼠肝纤维化与野生型相比明显减少，这些结果揭示了HIF-1在NAFLD肝纤维化发展中的重要作用。另一项实验表明，HIF-2α和HIF-1α转录本都在NAFLD小鼠中表达上调，且HIF-2α的小鼠与疾病进展平行，HIF-2α的肝细胞特异性缺失可改善NAFLD相关的肝损伤、脂肪变性、炎症反应和纤维化［22］。

ALD是指酒精引起的肝脏内部变化，当乙醇摄入超过人体的清除能力，将造成肝脏损伤［23］。ALD有向肝硬化及肝癌转化的高风险［24］。ALD的患者肝脏中铁沉积过量［25］。游离铁增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生氧化应激损伤是酒精引起肝损伤的主要因素［26］。铁调素是由肝脏合成的铁调节激素，在铁稳态中起关键作用，当机体检测到体内铁超载时，铁调素的表达增加，铁输出蛋白FPN内化降解，进入血液循环的铁下降［27］。急性和慢性酒精暴露均会抑制肝脏中铁调素的表达，加重肝脏细胞内铁的沉积。有研究发现，在急性乙醇诱导小鼠的肝脏组织会引起病理性缺氧，介导HIF激活从而上调铁调素表达，减轻肝脏损伤［28］。其次，慢性乙醇诱导肝脏氧化应激、炎症因子升高也是ALD进展为晚期肝硬化的一个主要原因。研究发现，慢性乙醇引起缺氧和HIF-1α的活化，阻断HIF-1α的激活和作用可能对预防乙醇诱导的氧化应激，脂肪变性和肝损伤具有治疗意义［29］。

因此，抑制HIF表达对NAFLD相关的肝纤维化具有显著的保护作用。急性酒精性肝损伤中，HIF活性增加，上调铁调素表达，改善肝脏损伤；在慢性乙醇肝损伤，抑制HIF可改善氧化应激肝损伤。进一步探讨其中的分子机制及信号通路有望为肝纤维化的治疗提供新的靶点。

3 HCC

缺氧是诱导血管生成的主要生理性刺激，也是肿瘤血管生成的主要驱动力之一。缺氧普遍存在于肿瘤微环境中，研究表明，当肿瘤组织生长直径超过氧供应极限时，会引起部分区域缺氧，HIF-1α转录活性增强，引起下游相关基因转录激活，发挥生物学效应［30］。

VEGF是当前研究发现的最强的肿瘤血管生成驱动力，在正常或病理条件下促进血管形成。研究表明，HIF-1α和VEGF的表达在HCC的发生、侵袭和转移中起着重要的作用，HIF-1α上调VEGF表达促进HCC的发生发展［31］。

血管生成素（angiopoietin，Ang）是一类强缩血管的肽类物质，其中Ang-1和Ang-2在血管发育生长中起着无可替代的重要作用。Ang-1与Ang-2都是酪氨酸激酶受体2（Tie-2）的配体，Ang-1主要调控血管重塑过程、维持生命周期血管系统，Ang-1表达下调时，通过影响血管的发育、稳定性和重塑来促进恶性肿瘤［32］。Ang-2是新生血管生长以及重塑过程中的必须调控因子，有利于病理性血管生成，促进肿瘤的生长［33］。在肿瘤组织中，Ang-2与Ang-1竞争性结合受体，血管生成调节因子失衡。有研究发现，在肿瘤组织中受低氧和HIF的影响［34］，ANGPT2/Tie2轴异常激活诱导血管生成，促进病理状态下的血管生成［35］。

表皮生长因子受体（epithelial growth factor receptor，EGFR）是一种受体型蛋白酪氨酸激酶，作为生物过程中重要的调控因子，调控如分化、迁移、增殖等过程。在许多实体肿瘤中EGFR的高表达或异常表达，使细胞生长紊乱、组织重建。研究表明，EGFR在缺氧状态下通过EGFR-HIF-1α-VEGF信号通路调控HCC细胞生长［36］。

HIF-1α在肿瘤发生中起核心作用［37］。HIF-1α调控VEGF、Ang、EGFR等相关因子，综合作用促进肿瘤血管的生长与发展，进一步促进肿瘤的生长。其次，几乎所有的酶糖酵解途径都受HIF-1的控制。大量研究表明，HCC在缺氧时激活HIF通路，使癌细胞通过糖酵解供能免于凋亡［38-39］。干预HIF-1α转录可显著影响肝癌细胞的生物学特征和EMT转化［40］。

HIF不仅可能是原发性肝癌的预后预测因子，也有可能成为治疗肝癌的靶点基因［41］。近期，HCC靶向药物索拉非尼治疗与HIF抑制剂联合使用已经被证明是在体外和体内克服索拉非尼耐药一种新型治疗方法［42］。

4 肝移植

各种急慢性肝损伤，发展到晚期时都可能涉及到是否需要肝移植的问题。缺血再灌注损伤是急性肝损伤的一个主要原因，它也是肝移植成功与否的关键挑战，极大地增加了术后发病率和死亡率［43］。

HIF激活可能是对缺血再灌注损伤的自适应响应，在缺血再灌注肝损伤期间具有保护作用［44］。在缺血再灌注损伤急性期稳定HIF-1α不仅可以减轻肝脏缺血再灌注损伤，还可以促进移植物再生能力，从而提高初始功能和存活率［45］。有报道，短期抑制PHD1可通过增强核因子κB（NF-κB）的活化来促进细胞存活，可能是减轻或预防缺血再灌注肝损伤并促进手术切除后肝再生的新疗法［46］。

另外也有研究发现，激活mTOR及其下游靶基因p70S6K，激活TLR4，增加HIF-1α，同时降低PHD1活性，导致Foxp3+调节性T细胞的抑制和促进RORγt+Th17细胞分化，从而加重了缺血再灌注损伤诱导的肝脏炎症［47］。林建国等［48］通过查阅和总结资料发现JAK2/STAT3/HIF-1α信号通路对缺血再灌注损伤过程中所发挥的作用是复杂的，并不仅仅是单一的保护或损害作用，并提出分阶段研究分别给予JAK2/STAT3/HIF-1α通路抑制和激活干预，可以更好地改善缺血再灌注疾病的预后和康复。

根据以上研究，目前低氧相关性因子对于缺血再灌注损伤治疗过程中的机制可能非单一保护或损害，必须进一步分阶段探索，寻求在如肝移植等缺血再灌注损伤过程中，在保护肝脏的情况下进行低氧相关基因信号传导的临床研究。

5 小结与展望

在各种肝病的动物模型和细胞实验中已经明确了HIF激活。HIF是目前发现的最为重要的缺氧诱导因子，HIF激活在各种肝脏疾病中的作用已开始得到阐明。当前实验得到的证据支持HIF在急性缺血再灌注损伤早期和急性酒精肝损伤中的肝保护功能。在这种情况下，HIF转录活性可引起细胞保护，促进血管生成和供给细胞能量。但是，在慢性病毒性肝炎、肝脏纤维化和缺血再灌注损伤后期，HIF导致慢性肝病期间肝脏脂质蓄积、纤维生成和肿瘤进展的病理作用。这些发现表明，在急性肝损伤中需要激活HIF，慢性肝病中抑制HIF可以预防和改善。因此，分阶段激活和抑制HIF，可能使患者在各个肝脏疾病阶段均受益。

近年来，人们对各种肝病中介导HIF功能的转录靶标和信号通路的认识不断提高，HIF在不同肝脏疾病甚至同种肝病不同阶段的机制会逐渐清晰。从这些研究中获得的机制将揭示HIF在肝病中的复杂参与，有望发展新的治疗靶点，并有助于调节HIF在肝脏相关疾病的治疗策略的发展。