【摘要】 胃癌是全世界最常见的恶性肿瘤之一，肿瘤内部缺氧导致低氧诱导因子的积累可以引起多种基因的转录，从而对肿瘤细胞增殖、凋亡、迁移、浸润、血管生成和药物耐受等生物学特性产生重要影响，在肿瘤的发生发展过程中起重要作用。本文就胃癌低氧微环境、HIF、相关靶基因的相互关系及作用做一综述。
【关键词】 低氧； 低氧诱导因子； 胃癌
中图分类号 R734.2 文献标识码 A 文章编号 1674-6805（2014）13-0159-03
胃癌是全世界最常见的恶性肿瘤之一。低氧是众多实体肿瘤的共同特征，肿瘤低氧状态的本质是细胞内氧气供应和消耗的失衡，主要原因包括：肿瘤组织生长迅速、内部血流灌注不足，此外肿瘤患者的贫血状态导致携氧能力下降也是造成肿瘤低氧微环境的重要原因。低氧程度较重时可直接导致肿瘤组织坏死，而非致死程度的低氧也会对肿瘤细胞的生物学行为产生重要影响，有多种细胞因子和信号转导通路参与此变化过程。近年来，关于肿瘤细胞低氧信号转导通路机制的研究不断取得新进展，这对于进一步阐明肿瘤发生、发展的分子机制以及靶向治疗策略提供了新的启示。因此，本文将近年来胃癌低氧微环境的相关研究进展综述如下。
1 低氧对胃癌的影响及信号通路
胃癌细胞对于低氧微环境的感应主要通过HIF（hypoxia-inducible factor）信号通路转导，低氧首先刺激HIF在蛋白水平过度表达，通过信号转导通路诱导下游靶基因的表达，导致胃癌细胞的生物学特性发生重要的改变：肿瘤新血管生成能力增强、肿瘤细胞凋亡受到抑制、细胞周期和增殖变化、肿瘤对放化疗的敏感性降低，并且肿瘤的侵袭和远处转移能力增强。
HIF是由Semenza等[1]在1991年研究低氧加速红细胞成熟时发现的，它是一个由α和β两个亚基组成的异源二聚体，其中α亚基既是由细胞内氧含量严密调控的调节亚基又是活性亚基，β亚基则是稳定表达的亚基。在常氧条件下，HIF-α蛋白会被脯氨羟基化酶（prolyl hydroxylase domain，PHD）羟基化[2]，被羟基化的HIF-α蛋白可被pVHL（product of von hippel-lindau gene）识别并结合，进而被pVHL降解复合物泛素化降解[3]；而在低氧条件下，PHD活性受到抑制，HIF-α无法被羟基化，从而无法被pVHL识别、结合并介导降解，HIF-α便会在蛋白质水平大量累积，进一步结合HIF-β，作为转录因子进入细胞核与低氧应答元件结合进而开启相关靶基因的表达，从而在肿瘤的血管生成、细胞生存、增殖、凋亡、转移、浸润和代谢等方面发挥重要作用。
2 HIF相关的信号通路
HIF的下游靶基因多达数十多种，在肿瘤的发生发展过程中起着重要作用，对肿瘤生物学特性的方方面面都有深远的影响。Isobe等[4]发现VEGF表达水平以及肿瘤内微血管密度均与HIF-1α表达水平相关，且两者均与较差的预后相关。Jung等[5]发现HIF-1α、GLUT-1、CA-9的表达水平与HIF-1α正相关，且除CA-9均高于正常，INOS、GLUT-1表达水平分别与低分化播散、淋巴结转移，均与浸润深度、分期密切相关。Shen等[6]运用RTPCR技术监测HGC-27等胃癌细胞系中IL-10、IL-11和IL-18的量，低氧状态下三者均呈高表达，IL-11可能起主要作用。Lu等[7]对68例胃癌组织和正常组织进行分析，胃癌组织中HIF-1α与CD73高表达，且CD73与HIF-1α相关。HIF与CD73基因启动子中HRE结合，促进CD73基因的转录，CD73具有胞外核苷酸酶活性，水解AMP产生腺苷。腺苷与受体结合可促进血管新生，此外CD73还具有非水解酶活性，参与细胞的黏附和信号转导。此外，PI3K-AKT、NF-κB等通路也与HIF下游信号传导有关。
3 HIF与相关信号通路对肿瘤细胞生物学特性的影响
3.1 对细胞增殖凋亡的影响
相关研究表明与细胞增殖、分化相关的基因有胰岛素样生长因子、转化生长因子、成纤维细胞生长因子以及Ras基因等，这些基因可以通过激活促分裂原活化蛋白激酶和磷脂酞肌醇-3激酶PI3K信号通路来促进细胞的增殖和生长。Zeng等[8]在对重组质粒pGCsi-shHIF-1α转染食管癌Eca-109和胃癌SGC-7901细胞系的研究中发现转染后的细胞增殖、转移和新生血管形成的能力下降，从而证明HIF-1α与细胞增殖、转移和新生血管形成有密切关系。Kim等[9]在对AGS胃癌细胞系的研究中发现，低氧状态能上调组蛋白修饰因子JMJD2B的表达水平，而JMJD2B与CCNA1启动子结合后，通过上调CCNA1表达水平直接促进细胞增殖。Zheng等[10]对BGC-823等6个胃癌细胞系的研究中发现低氧状态下对调控细胞分化增殖凋亡有重要作用的BHLH转录因子DEC1的蛋白和mRNA水平，HIF-1α的蛋白水平均高于常氧，且对HIF-1α蛋白抑制能降低DEC1在蛋白质和mRNA水平的表达。Tian等[11]在对常氧和低氧状态下正常胃黏膜细胞GES-1和胃癌细胞BGC-823的研究中发现，低氧状态下细胞增殖能力增强，且GCRG213基因在RNA和蛋白质水平表达上调，考虑GCRG213也是HIF-1α调控细胞增殖的靶基因之一。
3.2 在新血管生成中的作用
新血管生成在肿瘤的发生发展过程中起着至关重要的作用，肿瘤新血管不仅给肿瘤细胞提供氧气和养料，维持其生存和增殖，而且新生血管的结构及功能缺陷也有利于肿瘤转移。Nam等[12]在对251例人胃癌标本的研究中发现胃癌细胞通过NF-κB/HIF-1α/VEGF通路有促进新生血管的生成作用。Shen等[13]在对常氧及低氧条件下培养的胃癌细胞系αGS，HGC-27，Hs-746T 和NCI-N87研究发现，血管抑制蛋白（vasohibin-1、vasohibin-2）在低氧状态下表达受到抑制。Qiu等[14]在MKN-45胃癌细胞系中通过蛋白印记、RNA干扰等技术发现骨膜蛋白periostin在低氧下高表达，其通过上调VEGF表达和诱导内皮细胞活动促进新血管生成。Zhan等[15]在对60例胃癌手术标本研究时发现，Rac1、HIF-1α、VEGF与肿瘤淋巴结转移、病理分期有明显的相关性，且肿瘤内微血管密度与三者正相关。
3.3 对转移的影响
Noda等[16]在对常氧与低氧状态下培养的六个胃癌细胞系的研究发现低氧状态下转移型胃癌细胞的TGF与整合素2、3、5表达上调，粘附能力提高，而TGF受体抑制剂则能抑制这种情况。Oh等[17]运用蛋白印迹和流式细胞分析技术在KATO Ⅲ胃癌细胞系中发现，低氧状态下CXCR4表达水平上调，且细胞的侵袭能力增强，而HIFshRNA能抑制其表达的上调，提示低氧可能通过hypoxia-HIF-1α-CXCR4通路增强细胞的浸润能力。研究认为肿瘤细胞要发生转移，首先要经历一个从上皮细胞向间充质细胞转化的过程（EMT），在此过程中肿瘤细胞去极化，从而获得了可以向远端转移的能力。Zhou等[18]发现HIF-1α诱导的RhoE蛋白在乏氧细胞中高表达（通过HER蛋白激动途径），通过上调间质细胞的波形蛋白和下调上皮细胞的E-ca蛋白，从增强细胞侵袭能力，同时RhoE异位表达上调MMP2/MMP-9表达，因此RhoE蛋白在胃癌细胞EMT和侵袭过程中起关键的作用。Matsuoka等[19]在常氧和低氧状态下培养OCUM-2MD3、OCUM-2M和OCUM-12细胞株，以RTPCR监测TGFβ/TGFβRmRNA含量，证实低氧状态通过TGFβ/TGFβR通路诱导EMT，从而影响胃癌细胞的侵袭与转移。另外，HIF还会通过上调赖氨酞氧化酶、诱导细胞分泌金属基质蛋白酶和血纤维蛋白溶酶原抑制因子1等途径影响肿瘤细胞外基质，从而促进转移的发生。
3.4 与肿瘤耐药的关系
现己证实，缺氧导致细胞内活性氧减少，进而自由基的减少是实体肿瘤对放疗耐受的机制。Wu等[20]在其研究中分别对52例胃癌术后和27例正常胃黏膜进行分析，其中胃癌患者接受FOLFOX4方案化疗，结果显示HIF-1α、P-gp、MRP4在胃癌患者中表达率明显高于正常组织，且HIF阴性的患者化疗有效率、无进展生存期、中位生存期要高于HIF-1α阳性表达的患者。Rohwer等[21]在αGS和MKN28胃癌细胞的研究中应用RNA干扰技术发现，siRNA沉默HIF-1α后细胞化疗敏感性提高，而这个现象在P53沉默的细胞中减弱，减少活性氧的形成可能是HIF-1α调控P53的分子机制，而HIF-1α通过对NF-kappaB的调控抑制凋亡。此外缺氧还能通过诱导肿瘤多耐药基因的表达、改变肿瘤细胞的周期、致肿瘤细胞产生凋亡抑制等机制诱导耐药。肿瘤新生血管网的结构功能异常也会导致化疗药物浓度降低，杀灭肿瘤细胞的作用降低。
此外缺氧能诱导肿瘤多耐药基因（multidrug resistence-1，MDR-1）的表达，增加肿瘤细胞对化疗药物的抵抗性。缺氧能改变肿瘤细胞的周期，使多数肿瘤细胞停滞于G1期，对化疗药物不敏感。肿瘤新生血管网的结构功能异常也会导致化疗药物浓度降低，杀灭肿瘤细胞的作用降低。缺氧还会致肿瘤细胞产生凋亡抑制，而诱导细胞凋亡是化疗药物发挥作用的重要机制之一，因此缺氧能增加肿瘤细胞的化疗耐药。
HIF作为肿瘤细胞适应低氧环境的重要调节因子，瘤的生存、增殖、凋亡、迁移、浸润、代谢及治疗抵抗都具有重要作用。低氧虽然改变了肿瘤细胞的生物学特性，但针对其特异的低氧微环境也为肿瘤治疗提供了一些新的途径，改善肿瘤的低氧微环境，针对HIF信号转导通路和HIF的小分子靶向抑制剂的研究将为恶性肿瘤的治疗开辟新的领域。
参考文献
[1] Semenza G L，Wand G L. A nuclear factor induced by hypoxia via de novo protein synthesis binds to the human erythropoietin gene enhancer at a site required for transcriptional activation[J].Mol Cell Biol，1992，12（12）：5477-5478.
[2] Epstein A C，Gleadle J M，McNeill L A，et al.Celegans EGL-9 and mammalian homologs define a family of dioxygenases that regulate HIF by prolyl hydroxylation[J].Cell，2001，107（1）：43-54.
[3] Cockman M E，Masson N， Mole P R，et al. Hypoxia inducible factor-a binding and ubiquitylation by the von Hippel-Lindau tumor suppressor protein[J].J Biol Chem，2000，275（33）：33-41.
[4] Isobe T，Aoyagi K，Koufuji K，et al.Clinicopathological significance of hypoxia-inducible factor-1 alpha （HIF-1α） expression in gastric cancer[J].Int J Clin Oncol，2013 ，18（2）：293-304.
[5] Jung J H，Im S，Jung E S，et al.Clinicopathological Implications of the Expression of Hypoxia-related Proteins in Gastric Cancer[J].Int J Med Sci，2013，10（9）：1217-1223.
[6] Shen Z，Kauttu T，Seppänen H，et al.Both macrophages and hypoxia play critical role in regulating invasion of gastric cancer in vitro[J].Acta Oncol，2013，52（4）：852-860.
[7] Lu X X，Chen Y T，Feng B，et al.Expression and clinical significance of CD73 and hypoxia-inducible factor-1α in gastric carcinoma[J].World J Gastroenterol，2013，19（12）：1912-1918.
[8] Zeng K F，Jin H L，Zhang W F，et al.Effect of RNA interference targeting HIF-1α gene on biological behavior of human esophageal squamous cell carcinoma and gastric adenocarcinoma cells in vitro[J].Zhonghua Zhong Liu Za Zhi，2011，33（4）：260-264.
[9] Kim J G，Yi J M，Park S J，et al. Histone demethylase JMJD2B-mediated cell proliferation regulated by hypoxia and radiation in gastric cancer cell[J].Biochim Biophys Acta，2012，1819（11-12）：1200-1207.
[10] Zheng Y，Jia Y，Wang Y，et al.The hypoxia-regulated transcription factor DEC1 （Stra13， SHARP-2） and its expression in gastric cancer[J].OMICS，2009，13（4）：301-306.
[11] Tian Y，Huang X，Zhao T，et al.Effect of hypoxia on gastric cancer cell proliferation and LINE-1 endonuclease variant GCRG213 expression[J].Zhongguo Ying Yong Sheng Li Xue Za Zhi，2013，29（3）：225-228.
[12] Nam S Y，Ko YS，Jung J，et al.A hypoxia-dependent upregulation of hypoxia-inducible factor-1 by nuclear factor-κB promotes gastric tumour growth and angiogenesis[J].Br J Cancer. 2011，104（1）：166-174.
[13] Shen Z， Kauttu T， Seppänen H，et al.Vasohibin-1 and vasohibin-2 expression in gastric cancer cells and TAMs[J].Med Oncol，2012，29（4）：2718-2726.
[14] Qiu F，Shi C H，Zheng J，et al.Periostin mediates the increased pro-angiogenic activity of gastric cancer cells under hypoxic conditions[J].J Biochem Mol Toxicol，2013，27（7）：364-369.
[15] Zhan H，Liang H，Liu X，et al.Expression of Rac1， HIF-1α， and VEGF in gastric carcinoma： correlation with angiogenesis and prognosis[J].Onkologie，2013，36（3）：102-107.
[16] Noda S，Yashiro M，Nshii T，et al. Hypoxia upregulates adhesion ability to peritoneum through a transforming growth factor-beta-dependent mechanism in diffuse-type gastric cancer cells[J].Eur J Cancer，2010，46（5）：995-1005.
[17] Oh Y S，Kim H Y，Song I C，et al. Hypoxia induces CXCR4 expression and biological activity in gastric cancer cells through activation of hypoxia-inducible factor-1α[J].Oncol Rep，2012，28（6）：2239-2246.
[18] Zhou J，Li K，Gu Y，et al.Transcriptional up-regulation of RhoE by hypoxia-inducible factor （HIF）-1 promotes epithelial to mesenchymal transition of gastric cancer cells during hypoxia[J].Biochem Biophys Res Commun，2011，415（2）：348-354.
[19] Matsuoka J，Yashiro M，Doi Y，et al.Hypoxia stimulates the EMT of gastric cancer cells through autocrine TGFβ signaling[J].PLo S One，2013，8（5）：623.
[20] Wu Q，Li Z S，Li D W，et al.Relationship between the expression of hypoxia-inducible factor-1alpha and chemotherapy response in gastric carcinoma[J].Zhonghua Wei Chang Wai Ke Za Zhi，2009，12（5）：498-501.
[21] Rohwer N，Dame C，Haugstetter A，et al.Hypoxia-inducible factor 1alpha determines gastric cancer chemosensitivity via modulation of p53 and NF-kappaB[J].PLo S One，2010，5（8）：12038.
（收稿日期：2014-01-21） （编辑：韩珊珊）
