细胞如何适应外界变化的氧环境——解读2019年诺贝尔生理学或医学奖

人的生命活动时刻离不开氧气,在低氧环境或者高氧环境中,机体不断对代谢过程进行调节,以适应环境。缺氧条件下,机体可产生促红细胞生成素(EPO),美国塞门扎教授发现了可对EPO基因转录进行调控的缺氧诱导因子(HIF)。但在正常氧气条件下,HIF1-α在细胞中几乎不存在,威廉·凯林发现了VHL蛋白通过给HIF-1α泛素化以调控其降解和代谢。凯林和拉特克利夫进而在HIF-1α的分子结构中发现了一个氧依赖性降解区(ODD),当氧气浓度较高时,这个部位可被VHL结合。有关此通路的研究临床价值极大,诺贝尔奖实至名归。     

低氧诱导因子2α抑制剂的发现及其在肾癌治疗中的应用潜力

氧对生物成长和发育至关重要,但低氧适应在许多生理和病理过程也发挥关键作用。常氧时,低氧诱导因子2α(HIF-2α)可被肿瘤抑制蛋白VHL泛素化修饰,进一步被蛋白酶体迅速降解;低氧时,HIF-2α不再降解,从而进入细胞核与HIF-β亚基形成异二聚体并激活靶基因表达。肾癌通常存在高频VHL基因失活而导致HIF-2α积累,最终促使肾癌发生发展。因此,HIF-2α被看作肾癌治疗的新靶点。尽管HIF-2α被视为“不可成药”分子,但仍成功开发变构抑制剂PT2385和PT2977,它们通过特异性拮抗HIF-2α/HIF-1β异二聚体形成发挥药理作用。临床前和临床试验表明,与标准药物相比,HIF-2α抑制剂在肾癌治疗方面效果更理想、耐受性更强。这些进展意味着HIF-2α抑制剂有望在肾癌临床治疗方面发挥重要作用。     

缺氧诱导因子与肾细胞癌关系的研究进展

缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF)对维持肿瘤细胞的能量代谢、肿瘤血管生成、促进肿瘤细胞增殖和转移起着重要作用,是肿瘤细胞低氧条件下产生的关键信号分子。本综述旨在总结前人研究,阐述HIF与肾癌细胞之间的内在关系。HIF成员是参与肾癌细胞对缺氧应答反应中的关键因子,并通过靶基因的调节,促进新生血管的生成,导致肿瘤生长。其中,HIF-1α及HIF-2α在促进新生血管的生成方面发挥着主要作用。HIF-1α及HIF-2α与VEGF密切相关,随着其的表达增高,VEGF在数量上及m RNA水平上均显著增高,显示其可通过调控VEGF参与肾癌血管生成,而HIF-2α转录激活VEGF m RNA的特异性较HIF-1α更强。HIF-3α可能存在的负性调控作用,其异构体-4的作用可能与HIF-lα的负性调节有关,其可以阻止HIF-lα与下游靶基因的缺氧反应元件(hypoxia response elements,HRE)结合,同时可在转录水平抑制HIF-lα。HIF在未来可能有成为肾细胞癌治疗的靶点。     

低氧诱导因子在肾透明细胞癌中作用的研究进展

VHL基因具有调节转录、稳定细胞生长相关基因和调节细胞周期的功能,其突变、缺失、重排和超甲基化与肾细胞癌(RCC)的发生密切相关。VHL基因产物VHL肿瘤抑制蛋白(p VHL)是泛素连接酶的成分,具有调节低氧诱导因子(HIF)稳定性的作用。HIF家族主要包含三种HIFα因子(HIF1α、HIF2α、HIF3α)和两种HIFβ因子(HIF1β、HIF2β)。HIF1α位于14q染色体上,在肾透明细胞癌中该染色体经常缺失,且这种14q的缺失常伴有预后不良。HIF2α的表达异常促进了p VHL缺陷型肾透明细胞癌中的发生。目前,抑制HIF2α及其下游的血管内皮生长因子(VEGF)的药物都处于临床试验的不同阶段,已有四种VEGF抑制剂获准用于肾透明细胞癌的治疗。选择抑制HIF或具有HIF靶基因抑制选择性的药物进行研究,可能为肾透明细胞癌的治疗提供新的方法。本文就HIF在VHL蛋白缺陷型肾透明细胞癌中作用的研究进展进行了综述。     

母牦牛生殖系统中低氧诱导因子基因的表达分析

低氧诱导因子1α(Hypoxia-inducible factor 1α,HIF-1α)和2α(Hypoxia-inducible factor 2α,HIF-2α)是诱导低氧基因和修复细胞氧内环境的核心调节因子,为了研究生活在青藏高原牦牛的繁殖机能对低氧环境的适应机制,采集卵泡期的5头成年母牦牛和母黄牛的下丘脑、脑垂体、卵巢、输卵管和子宫组织,利用RT-qPCR技术检测HIF-1α和HIF-2αm RNA的表达量。结果表明:HIF-1αmRNA在牦牛输卵管中表达量最高,牦牛脑垂体和输卵管表达量极显著高于黄牛(P0.01)。HIF-2αmRNA在牦牛脑垂体表达量极显著高于黄牛(P0.01),在输卵管表达量显著高于黄牛(P0.05)。说明在低氧环境条件下,母牦牛可能通过调节生殖生殖系统中HIF-1α和HIF-2α基因的表达维持其繁殖机能。     

Foxp3~+ Treg诱导免疫耐受与器官移植

调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)是指具有免疫调节功能的T细胞。自然发育的CD4+CD25+Treg,特异的表达叉头状家族转录因子Foxp3,也称Foxp3+Treg,在维持免疫耐受和免疫稳态方面发挥重要的功能。根据来源可将Foxp3+Treg分为天然Treg(natural Treg,n Treg)和可诱导Treg(induced Treg,i Treg)。本综述总结了Foxp3+Treg及效应性T细胞的发育及其调控机制相关的信号通路,探讨了Foxp3+Treg诱导免疫耐受的作用机制。一些免疫抑制剂如雷帕霉素(rapamycin,RAPA)和最近应用的芬戈莫德(fingolimod,FTY720)等在器官移植后可用来诱导免疫耐受,研究发现这些药物不仅对效应性T细胞的分化、发育有抑制作用,同时对Foxp3+Treg的发育也有重要的影响。     

辅助性T细胞17的研究进展

CD4 T细胞根据释放细胞因子不同可分为不同的亚型:辅助性T细胞(T helper cells, Th)1、Th2和调节性T细胞(regulatory T cells, Treg).最近发现了一种新的CD4 T细胞亚型:以分泌白细胞介素-17为主要特征的Th17细胞.Th17细胞的发现对CD4 T细胞分化、Th细胞漂移等传统理论提出了挑战,同样也为感染、免疫性疾病提供了新的研究思路,尤其是Treg、Th1、Th2和Th17细胞在体内的平衡对于维持正常免疫应答反应有重要意义.     

Th17/Treg细胞及其失衡在乙型肝炎致病机制中的作用

我国是乙型肝炎病毒(HBV)高感染率国家,乙型肝炎发病机制十分复杂,宿主免疫调节紊乱是导致不能有效清除病毒、病情迁延不愈的重要原因,其中CD4+T淋巴细胞发挥主要作用。最近,新发现的CD4+T细胞的几种亚群为乙型肝炎致病机制的研究提供了新思路。这些新的T细胞亚群中,有一种被称为Th17细胞,表达转录因子ROR-γt,并分泌各种IL-17因子参与免疫反应。另一种为Treg细胞,表达转录因子Fox P3,主要分泌TGF-β因子,当TGF-β单独存在时,初始的效应T细胞分化为Treg细胞。辅助性Th17细胞(Th17)和调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)在分化发育、增殖及功能上有着密切的联系,并参与乙型肝炎的致病过程,对乙型肝炎的发生、发展、及愈后有一定影响。最近的研究表明,Th17/Treg的失调可能参与了乙型肝炎的异常免疫反应,从而导致慢性炎症的形成和HBV的持续感染。本文就Th17细胞和Treg细胞及其失衡在乙型肝炎致病机制中的作用予以综述,为乙型肝炎的免疫学治疗提供理论基础。     

基于网络药理学和细胞实验探讨和厚朴酚对 PC12细胞HIF-1α-VEGF通路的调节作用CSCD

基于网络药理学和细胞实验探讨和厚朴酚对PC12细胞HIF-1α-VEGF通路的调节作用。通过TCMSP数据库和Swiss Target Prediction数据库筛选出127个药物靶点;采用DisGeNET数据库收集到287个疾病靶点;通过String数据库构建PPI网络;采用DAVID数据库进行GO和KEGG富集分析。GO富集分析得到173个条目。KEGG通路筛选出前20条信号通路,包括HIF-1通路、VEGF通路、PI3K-Akt通路等。分子对接结果表明和厚朴酚与HIF-1α降解酶PHDs、VHL有较好的结合力。CCK-8法发现和厚朴酚能有效增加PC12细胞的存活率。正常环境下,和厚朴酚给药后HIF-1α、VEGF、PSD 95、SYN 1蛋白表达升高(P<0.05,P<0.01)。缺氧环境下,和厚朴酚给药后HIF-1α和VEGF蛋白表达显著降低(P<0.05,P<0.01),而PSD 95和SYN 1蛋白表达显著升高(P<0.01,P<0.001)。综上,正常和缺氧环境下和厚朴酚对PC12细胞HIF-1α-VEGF通路有相反的调节作用,为和厚朴酚抗脑缺血、抗抑郁和抗肿瘤机制研究提供可靠的理论和实验支持。     

调节性T细胞亚群与动脉粥样硬化关系的研究进展

动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是目前威胁人类健康的主要病变之一。AS作为一种脂质代谢异常诱导的大、中动脉血管壁慢性炎症性疾病,其主要表现为大量脂质沉积到血管壁,并伴随多种免疫细胞浸润及平滑肌细胞增生。AS的发病机制尚未明确。目前认为,炎症在动脉粥样硬化的发生发展过程中发挥了重要的作用。特异和非特异性免疫反应均参与了此疾病的发展过程。近几年研究发现,调节性T细胞(regulatory T cells,Treg)介导的免疫抑制效应在AS的发生发展中发挥重要作用。Treg细胞是一类具有独特免疫调节功能的CD4~+T细胞亚群,包括CD4~+CD25~+Treg细胞、1型调节性T细胞(type 1 regulatory T cells,Tr1)、3型辅助性T细胞(type 3 helper T cell,Th3)和CD4~+LAP~+Treg细胞等。现就这4种主要的Treg细胞亚群的特点、与动脉粥样硬化发生发展的关系及可能的作用机制作一综述。     

RNAi技术沉默HIF-1α基因表达的研究进展

缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）是一种缺氧诱导的最关键的转录因子,参与细胞的生长、分化和凋亡的调节。在人类实体肿瘤中普遍存在HIF-1α的过表达,并与肿瘤的侵袭、转移、耐药及预后差有关。RNAi干扰技术可敲除目的基因,导致基因功能缺失性变化,已被广泛应用于生命科学研究的各个领域,包括HIF-1α基因功能的研究。各种不同的RNAi技术能有效的特异性地敲除HIF-1α基因的表达,在非肿瘤细胞和肿瘤细胞的HIF-1α基因功能的研究上均有很好的应用,成为研究HIF-1α基因功能的重要的方法之一。     

低氧诱导因子-1α在低氧促成肌细胞增殖中的作用

目的:探讨低氧对大鼠骨骼肌成肌细胞(SkMs)增殖的影响及低氧诱导因子(HIF-1α)在低氧促成肌细胞增殖中的相关机制。方法:采用流式细胞仪观察了3、10%O2对SkMs细胞数量和增殖指数的影响;用RT-PCR方法检测了HIF-1αmRNA的表达,用Western blot方法检测了SkMs胞浆、胞核及总HIF-1α蛋白的水平。结果:低氧组较常氧组细胞数量和增殖指数增加(P0.05);HIF-1αmRNA、总蛋白水平在常氧组和低氧组中没有明显差异,常氧下胞浆中HIF-1α蛋白水平高于胞核内,低氧下HIF-1α蛋白水平在胞核内高于胞浆。结论:低氧能够促进SkMs增殖,HIF-1α可能是通过氧浓度调控的核转位的方式参与了低氧促SkMs的增殖。     

血红素加氧酶-1、树突状细胞和调节性T细胞在慢性气道炎症中的作用及相互关系

慢性气道炎症是多种肺部疾病的共同病理生理过程,是由多种炎症细胞、炎症介质及细胞因子相互作用所致的气道病变。血红素加氧酶(HO)-1、树突状细胞(DC)和调节性T细胞(Treg)参与了气道炎症并发挥不同的作用,表现在HO-1具有抗炎抗氧化及保护细胞的作用;DC除可导致或持续气道炎症反应外,也具有负向调控作用,可诱导免疫耐受而抑制炎症的发展;而Treg可发挥免疫调抑功能,以此维持免疫稳态及抑制气道炎症。HO-1、DC和Treg相互作用,影响着气道炎症的发生发展。现对三者在气道炎症中的作用及相互关系进行综述。     

缺氧诱导因子-1在病毒感染中的作用

缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)是一种由β亚单位和α亚单位组成的异二聚体转录因子,其表达产物参与细胞的许多生理过程。越来越多的研究提示HIF-1在病毒感染中发挥着重要作用。通过检索相关文献,对人病毒感染中HIF-1活性改变及其在病毒感染中的作用进行了综述,为研究HIF-1在病毒感染中的作用提供参考。     

Treg在人类免疫缺陷病毒感染中免疫调节机制的研究进展

近年来,研究发现机体内存在一种以调节机体免疫功能为主要任务的一部分T细胞——调节性T细胞(Treg)。Treg对T细胞成熟、分化的抑制及其对杀伤性T细胞的调节作用是机体维持自身内环境稳定的免疫调节机制的重要组成部分。Treg在多种病毒的慢性持续感染中发挥的免疫调节作用虽然使得病原体能够长期在机体内存活,进而导致疾病的慢性化,但同时也避免了机体由于过度的免疫应答而引起的免疫损伤。研究证实,Treg在人类免疫缺陷病毒(HIV)感染的发生和发展中发挥重要作用且与疾病预后密切相关,Treg有可能成为针对HIV感染治疗的新靶点。我们就Treg与人类免疫缺陷病毒感染机制方面的最新研究进展做简要综述。     

miR-138-5p靶向缺氧诱导因子1α对胰腺癌PANC-1细胞生长和转移的调节作用

目的探索miR-138-5p对胰腺癌细胞PANC-1生长、转移的影响及其相关机制。方法应用荧光实时定量PCR (real-time quantitative PCR, RT-PCR)检测miR-138-5p及其缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor 1 alpha, HIF-1α)在PANC-1细胞中的表达。应用荧光素酶报告检测验证miR-138-5p与HIF-1α之间的生物学关系。通过体外试验研究miR-138-5p、HIF-1α在PANC-1细胞中的生物学功能,Western blot检测蛋白表达情况;CCK-8检测PANC-1细胞增殖能力;Transwell试验检测PANC-1细胞侵袭能力;划痕试验检测PANC-1细胞迁移能力。结果 miR-138-5p表达明显下调HIF-1α表达水平(P<0.01),生物信息学预测和荧光素酶报告试验证明miR-138-5p通过直接结合HIF-1α 3′-未翻译区域(3′-UTR)抑制HIF-1α。在PANC-1细胞中,miR-138-5p过表达可抑制HIF-1α表达及细胞增殖、侵袭、迁移,且差异有统计学意义(P<0.01)。结论 miR-138-5p结合HIF-1α 3′-UTR的沉默HIF-1α;miR-138-5p通过打靶HIF-1α而抑制胰腺癌细胞PANC-1增殖和转移。HIF-1α可能是胰腺癌的治疗靶点。     

显性失活缺氧诱导因子-1通过下调VEGF表达促进宫颈癌细胞凋亡

将表达野生型缺氧诱导因子-1α (hypoxia inducible factor-1 α, HIF-1α)的重组质粒pcDNA3.1-full length HIF-1α,表达抑制型HIF-1α的重组质粒pcDNA3.1-dominant negative HIF-1α和空质粒pcDNA3.1稳定转染人宫颈癌SiHa细胞,研究HIF-1α对人宫颈癌SiHa细胞生物学行为的影响．采用免疫细胞化学法和Western 印迹检测HIF-1α与VEGF蛋白的表达;CoCl2化学缺氧法处理细胞,采用原位缺口末端标记(TUNEL)法检测细胞凋亡情况．结果显示,显性失活HIF-1α能下调VEGF蛋白的表达,促进细胞缺氧条件下的凋亡,这提示HIF-1α可能在宫颈癌的发生发展中起作用,利用显性失活HIF-1α转染抑制HIF-1α可望成为宫颈癌治疗基因治疗的又一新途径．     

胶质瘤p53、PTEN和IDH与HIF-1α的相关性

胶质瘤是最常见的中枢神经系统肿瘤。利用分子生物学技术已确认在胶质瘤存在一种或多种基因表达异常,参与肿瘤的发生发展。缺氧是胶质瘤中普遍存在的现象。缺氧诱导因子1α(HIF-1α)是参与缺氧环境下肿瘤适应性调节的关键转录因子,对维持肿瘤细胞的能量代谢、血管生成、增殖和转移起着重要作用。阐明胶质瘤中重要基因标记物与HIF-1α的相关性可能对胶质瘤的个体化治疗具有参考价值。现对胶质瘤中p53、PTEN和IDH与HIF-1α相关性进行综述。     

α1-肾上腺素受体对胶原诱导性关节炎小鼠Treg细胞功能的影响*

目的: 利用胶原诱导性关节炎 (CIA) 模型小鼠,探讨去甲肾上腺素 (NE) 及其α1-肾上腺素受体 (AR ) 对CIA小鼠Treg细胞的作用。方法: 雄性DBA/1小鼠 32 只,随机分为对照组 (n=8) 和CIA模型组 (n=24)。II型胶原 (CII) 乳剂100 μl 尾根部注射DBA/1小鼠制备CIA小鼠模型,在初次免疫后第 41 日,用免疫荧光法检测小鼠脾脏中CD4⁺T与α1-AR的共定位情况;用Western blot法检测小鼠踝关节和脾脏中α1-AR的蛋白表达。分离纯化CIA小鼠脾脏中CD4⁺ T细胞,用抗CD3和抗CD28的单克隆抗体刺激CD4⁺T细胞,进行细胞培养,分为未加药组和加药组,加药组用NE或α1-AR激动剂苯肾上腺素 (phenylephrine) 处理细胞,用流式细胞术检测CIA小鼠CD4⁺T细胞中Treg的细胞数;用Western blot法检测CIA小鼠CD4⁺T中转化生长因子-β (TGF-β) 和IL-10的蛋白表达。结果: CD4⁺ T细胞能够表达α1-AR;与对照组相比,CIA小鼠踝关节和脾脏中α1-AR的蛋白表达显著降低(P＜0.01);与未加药的CIA小鼠的CD4⁺ T细胞相比,NE加入后的CIA小鼠CD4⁺ T细胞中Treg细胞的功能显著增强(P＜0.01);α1-AR激动剂phenylephrine加入后的CIA小鼠CD4⁺ T细胞中Treg细胞的功能显著增强(P＜ 0.01)。结论: 激活CIA小鼠CD4⁺ T细胞上的α1-AR可增强Treg细胞的功能,促进CD4⁺ T细胞向Treg细胞方向分化,发挥抗炎作用。     

NSCLC中低氧诱导因子-1α对血管生成素-2表达的影响

目的探讨非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)中低氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible fac-tor-1α,HIF-1α)对血管生成素-2(angiopoietin-2)表达的影响及意义。方法免疫组化SP法检测46例NSCLC组织HIF-1α、血管生成素-2蛋白的表达;培养人肺腺癌细胞株A549细胞,CoCl2模拟缺氧处理6h、12h、24h,以及缺氧条件下不同浓度genistein处理细胞12h后,采用Western Blot和RT-PCR方法分别检测A549细胞HIF-1α蛋白和血管生成素-2 mRNA的表达情况。结果46例NSCLC中HIF-1α、血管生成素-2的阳性表达率分别为73.9%(34/46)、63.0%(29/46),明显高于癌旁肺组织(P<0.05);HIF-1α的表达与血管生成素-2的表达呈正相关。急性缺氧可以诱导A549细胞HIF-1α蛋白和血管生成素-2 mRNA表达增加,分别在6h,12h达到高峰,随着缺氧时间延长,HIF-1α蛋白和血管生成素-2 mRNA表达相对减少;genistein抑制HIF-1α蛋白后,血管生成素-2 mRNA的表达也相应减少,呈浓度依赖。结论缺氧时NSCLC中HIF-1α可参与血管生成素-2的调控,HIF-1α、血管生成素-2表达增加与肿瘤新生血管形成有关,二者共同促进NSCLC的发生发展过程。