缺氧诱导因子-3的研究进展临床医学论文.doc

缺氧诱导因子-3的研究进展_临床医学论文 作者：杨盛力　张万广　陈孝平　梁慧芳 【关键词】 缺氧诱导因子-３　转录因子　　缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）是广泛存在于人和哺乳动物体内的一种转录因子，可以上调多达150种靶基因的表达，是细胞在缺氧应答反应中最重要的调节因子目前发现的缺氧诱导因子成员有HIF-1、HIF-2、HIF-3 3种，其中HIF-3是1998年 Gu等[1]首先发现，目前国内外研究的较少现有的研究显示HIF-3主要在心脏、胎盘、骨骼肌和肺组织中表达，在肝脏和肾脏组织中表达量较低，可能是缺氧调控靶基因表达的负性调节因子本文结合目前国内外的 文献 报道，对HIF-3的结构、调节和功能作一概述1　HIF-3的结构 　　HIF-3是由α亚基和β亚基组成的异源二聚体人的HIF-3α位于19 号染色体，其cDNA 长约2×103，编码668个氨基酸，相对分子质量为73kDaHIF-3α N 端为bHLH区域，负责结合DNA，紧随其后的PAS区，由约300个氨基酸残基组成，含有PAS-A和PAS-B两个半保留复制区，负责与HIF-1β的bHLH区共同形成二聚体。

再接着是氧依赖降解结构域 (oxygen-dependent degradation，ODD)，是氧调控区，与HIF-3α细胞内降解有关，上面有泛素化、羟基化、乙酰化等作用位点HIF-3α C 端为转录激活结构域（transactivation domains，TAD）；与HIF-1和HIF-2 α亚基均含有 N 端和 C 端 2个TAD反式激活区不同，HIF-3α只有1个 N 端反式激活区，与HIF-1、HIF-2 α亚基N 端反式激活区一致性分别为58%和52%［1］HIF-3α的前体mRNA 经过不同剪切，可产生不同的剪切体HIF-3α1～6其中研究的较清楚的是HIF-3α2，即抑制性PAS蛋白（inhibitory PAS domain protein，IPAS）IPAS由632个氨基酸组成，开始于外显子1a，结束于外显子13a，没有外显子1b 和1c　　HIF-3与HIF-1、HIF-2含有相同的HIF-1β亚基，又称芳香烃受体核转位子（aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator，ARNT）HIF-1β亚基在细胞核表达且活性不受缺氧的影响。

　　HIF-3α和HIF-1β均属于bHLH-PAS( Per/Arnt/Sim)家族，为含PAS同源区的bHLH (碱性-螺旋-环-螺旋)真核转录因子家族成员2　HIF-3表达的调节 　　各因素对HIF-3表达的影响包括转录和转录后2个水平，主要表现为对HIF-3α的调节2.1　转录水平的调节　（1）缺氧缺氧可以上调HIF-3α mRNA的表达Heidbreder等［3］研究发现，大鼠缺氧处理2 h后肺部HIF-3α mRNA表达明显升高，且在其他组织器官中也有相同发现2）2－脱氧葡萄糖（2-deoxy-D-glucose，2-DG)和胰岛素研究发现，大鼠经2－DG处理后 HIF-3α mRNA 表达明显升高，其中肺部升高9.6倍，心脏升高9.0倍，肾脏升高4.1倍；经胰岛素处理后各组织器官中HIF-3α mRNA 表达也显著升高，但不及2－DG处理后明显［4］2.2　转录后的调节　（1）缺氧国内学者研究发现，将 A549 细胞暴露于低氧环境中，HIF-3α mRNA的上调是在缺氧2 h之后才出现，而缺氧不到0.5 h，HIF-3α的蛋白水平已有了明显提高，提示缺氧可以减少HIF-3α蛋白的降解，相对提高HIF-3α蛋白水平［5］。

2）细胞密度李启芳等［5］发现细胞密度也能影响HIF-3α蛋白的表达，当细胞密度降低时，HIF-3α蛋白水平也随之降低3）脯氨酰羟化酶（prolyl hydroxylase，PHD）PHD是细胞内低氧感应器在正常氧分压、Fe2+和α－酮戊二酸存在的条件下，PHD催化α亚基ODD结构域中关键氨基酸残基发生羟基化反应羟基化修饰后的α亚基迅速与肿瘤抑制蛋白VHL（von Hippel－Lindau tumor suppressor protein，pVHL）结合，经泛素－蛋白酶途径降解CHEN等[6]研究发现，缺氧的动物体内HIF-3α蛋白水平与PHD2蛋白、PHD3蛋白呈负相关，而HIF-3αmRNA含量与PHD2 mRNA、PHD3 mRNA呈正相关，推测它们之间可以相互作用4）铁离子螯合剂去铁胺（deferoxamine，DFX）、二氯化钴（CoCl2）DFX和CoCl2也能增加HIF-3α蛋白表达，推测作用机制与DFX和CoCl2 增加HIF-1α、HIF-2α蛋白表达相似DFX与铁结合使ODD结构域中的Pro不能被羟化，阻断α亚基与VHL泛素－蛋白酶复合体的结合；CoCl2则占据α亚基中VHL泛素－蛋白酶复合体结合的位点，竞争性抑制α亚基与VHL泛素-蛋白酶复合体结合，使HIF3α降解减少，细胞内表达增加。

5）HSP90Katschinski等［7］研究发现HSP90可以直接与HIF-1α作用，减少HIF-1α在正常氧分压的降解，还可以同HIF-2α、HIF-3α相互结合但HSP90能否稳定HIF-3α的表达还有待进一步研究6）VHLVHL是与VHL 综合征和肾细胞癌有关的抑癌基因Maynard等[2]发现人HIF-3α的剪切体HIF-3α1～3基因都有ODD 结构域，正常氧分压下可被pVHL 泛素蛋白酶降解，这种降解需要脯胺酸羟化酶，其羟基化位于Pro4903　HIF-3的功能 　　HIF-3α与HIF-1α、HIF-2α结构上有较大的差异，功能上也明显的不同，到目前为止尚未发现在转录水平上直接受HIF-3调控的靶基因Hara 等［８］将HIF-1α、HIF-2α、HIF-3α等表达载体转染COS7细胞，发现转染HIF-1α和HIF-2α均可上调低氧反应元件（hypoxia response element, HRE）的转录，而转染HIF－3α则抑制其转录COS7细胞共转染HIF-3α表达载体和HIF-1α或HIF-2α载体,发现HIF-3α转染对HIF-1α和HIF-2α所调节的基因表达均有抑制作用。

即使HIF-3α C 端存在氨基酸缺失，只要bHLH 和PAS 区域存在，仍可抑制HIF-1α和HIF-2α对目标基因表达的上调作用，推测HIF-3α与HIF-1α、HIF-2α竞争性结合HIF-1β亚基，导致HIF-1、HIF-2水平降低，从而抑制了HIF-1、HIF-2对目标基因表达的上调作用　　HIF-3α剪切变体IPAS可以与HIF-1α蛋白二聚化，阻断HIF-1α与激素效应元件（hormone response element，HRE） 的相互作用Makino等［９］研究发现，HIF-1α能同IPAS启动子中的HRE结合，诱导IPAS的表达，而IPAS高表达后又同HIF-1α蛋白二聚化，阻断HIF-1α对IPAS表达的诱导，可见HIF-1α和IPAS间存在着一个负反馈　　HIF-3α剪切体HIF-3α4，结构和调节上同IPAS有着较大的差别：IPAS只能同HIF-1α结合，而HIF-3α4既能同HIF-1α结合，又能同ARNT结合；IPAS在缺氧的情况下表达增加，而HIF-3α4在缺氧的情况下表达减少但功能上HIF-3α4和IPAS有着相似之处，都能抑制HIF-1的转录活性4　结语 　　HIF-3α作为新发现的缺氧诱导因子家族成员之一，其功能还不明确，它们不同的剪切体是否在生理、病理状态发挥着不同的作用，mRNA和蛋白水平是否还受其他因素的调节，均有待于进一步研究。

参考 文献 】 [1] Gu YZ, Moran SM, Hogenesch JB, et al. Molecular characterization and chromosomal localization of a third alpha-class hypoxia inducible factor subunit, HIF3alpha[J].Gene Expr, 1998,7:205-213.[2] Maynard MA, Qi H, Chung J, et al. Multiple splice variants of the human HIF-3 alpha locus are targets of the von Hippel-Lindau E3 ubiquitin ligase complex[J]. J Biol Chem, 2003, 278:11032-11040.[3] Heidbreder M, Frohlich F, Johren O, et al. Hypoxia rapidly activates HIF-3alpha mRNA expression[J]. FASEB J, 2003,17:1541-1543.[4] Heidbreder M, Qadri F, Johren O, et al. Non-hypoxic induction of HIF-3alpha by 2-deoxy-D-glucose and insulin[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2007,352:437-443.[5] Li QF, Wang XR, Yang YW, et al. Hypoxia upregulates hypoxia inducible factor (HIF)-3alpha expression in lung epithelial cells characterization and comparison with HIF-1alpha[J]. Cell Res, 2006,16:548-558.[6] Chen YR, Dai AG, Hu RC, et al. Differential and reciprocal regulation between hypoxia-inducible factor-alpha subunits and their prolyl hydroxylases in pulmonary arteries of rat with hypoxia-induced hypertension[J]. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai), 2006,38:423-434.[7] Katschinski DM, Le L, Schindler SG, et al. Interaction of the PAS B domain with HSP90 accelerates hypoxia-inducible factor-1alpha stabilization[J]. Cell Physiol Biochem, 2004,14:351-360.[8] Hara S, Hamada J, Kobayashi C, et al. Expression and characterization of hypoxia-inducible factor (HIF)-3alpha in human kidney: suppression of HIF-mediated gene expression by HIF-3alpha[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2001,287:808-813.[9] Makino Y, Uenishi R, Okamoto K, et al. Transcriptional up-reg。