劉景晨 李蕾 徐兵 孫曙光
【摘要】 缺氧是中晚期視網(wǎng)膜母細胞瘤(retinoblastoma,RB)發(fā)生率非常高的微環(huán)境改變,缺氧調(diào)節(jié)的主要因子低氧誘導因子-1α(Hypoxia inducible factors-1α,HIF-1α)在RB的腫瘤生物學方面發(fā)揮著關鍵作用。因此,HIF-1α在RB腫瘤生物學中的作用研究是開發(fā)新的抗RB藥物及治療的重點所在,本文對HIF-1α在RB腫瘤生物學方面的作用及基于HIF-1α抗RB研究的方面做一綜述,為RB的治療尋找新的方向。
【關鍵詞】 缺氧誘導因子-1α 視網(wǎng)膜母細胞瘤 腫瘤生物學 化療
[Abstract] Hypoxia is a very high incidence of microenvironmental changes in advanced retinoblastoma(RB). Hypoxia-inducible factor-1α(HIF-1α), the key factor in the regulation of hypoxia microenvironment, plays a key role in retinoblastoma cell proliferation,tumor metastasis, tumor angiogenesis, drug resistance generation and differentiation of tumor stem cells. Therefore, the study on the role of HIF-1α in RB tumor biology is the focus of the development of new anti-rb drugs and treatments. In this paper, the biological role of HIF-1α in RB tumor and the anti-RB research based on HIF-1α were reviewed, so as to find a new direction for the treatment of RB.
[Key words] Hypoxia inducible factors-1α Retinoblastoma Tumor biology chemotherapy
視網(wǎng)膜母細胞瘤(Retinoblastoma,RB)是5歲以下的兒童眼部發(fā)病率最高的惡性腫瘤,在全球范圍內(nèi)該病的發(fā)病率為1/15 000~1/20 000,在全部兒童致盲性疾病中約占5%,具有高侵襲性和轉移性[1-4]。由于亞太地區(qū)人口的爆發(fā)性增長,使該地區(qū)的RB患者數(shù)量達到全球的43%[5],但較差的社會經(jīng)濟及醫(yī)療水平,使得很多患兒不能得到及時的診斷與治療,在我國西南部地區(qū),部分患兒就診時已處于臨床中晚期[6],因此該病一直是眼科的熱點,隨著對RB認識的不斷深入,學者們發(fā)現(xiàn)HIF-1α與RB的疾病進展密切相關。
缺氧是迅速增長的腫瘤組織內(nèi)由于循環(huán)供應不足而產(chǎn)生的一種生理效應[7],腫瘤細胞內(nèi)多種與腫瘤生物學相關的基因在氧缺乏情況下可發(fā)生轉錄和表達的改變,在腫瘤適應缺氧的調(diào)節(jié)中以HIF-1α最為重要[8]。在腫瘤生長和轉移中,HIF-1α及其調(diào)控的相關因子起關鍵作用,高表達的HIF-1α預示著腫瘤不良的預后[9]。HIF-1是一種具有轉錄活性的異二聚體轉錄因子,由α和β兩個亞基組成,β亞基的mRNA和蛋白在常氧及低氧時均維持在恒定的水平,是非氧調(diào)節(jié)亞基。α亞基是氧調(diào)節(jié)亞基,細胞氧供應充足時,在泛素化-蛋白酶體途徑作用下降解,難于發(fā)揮生物學作用。但在缺氧時,泛素化途徑受到抑制,HIF-1α降解減少而在細胞內(nèi)積累,在細胞核中與HIF-1的β亞基特異性地結合為有轉錄活性的二聚體結構,激活細胞增殖、分化、凋亡、血管生成、腫瘤侵襲等基因的轉錄[10],使癌細胞適應缺氧環(huán)境并促進癌癥的進展,導致RB的不良預后及對傳統(tǒng)治療方法的抵抗[11]。
1 RB組織的缺氧微環(huán)境及HIF-1α高表達
腫瘤內(nèi)氧供應與腫瘤細胞和毛細血管的距離有關,隨著距離增加,氧濃度下降,細胞出現(xiàn)氧供應不足,當距離大于氧氣的擴散范圍(100~200 μm)時,可以導致缺氧微環(huán)境的形成[12]。腫瘤細胞氧供應不足時,HIF-1a的表達增多,可以通過調(diào)控不同基因的表達,以適應低氧環(huán)境[13]。岳晗[14]通過免疫組化分析39只眼的RB組織標本研究發(fā)現(xiàn),有29例標本的HIF-1α呈陽性,陽性率達74.4%,且在RB瘤體中HIF-1α的高表達多位于邊緣地帶,可能和RB增殖過程中邊緣區(qū)血管分布較少,氧供應不足有關。Sudhakar等[15]通過對42例RB組織免疫組化分析發(fā)現(xiàn),83%的病例中HIF-1α呈陽性表達,證實缺氧微環(huán)境在中晚期RB患者瘤體內(nèi)普遍存在。游志鵬等[16]對國內(nèi)RB標本的研究發(fā)現(xiàn),HIF-1α主要表達于RB的細胞核及部分胞漿,不同臨床分期的RB的HIF-1α的表達程度不同,兩者呈正相關。
2 HIF-1α與RB腫瘤生物學
2.1 HIF-1α對RB增殖和存活的影響 快速增殖是腫瘤的特征,缺氧條件下HIF-1α與腫瘤細胞的增殖密切相關,F(xiàn)ernandes等[17]發(fā)現(xiàn)在Y79系RB細胞中抑制HIF-1α的表達后,可以導致RB細胞的增殖能力明顯降低。郎莉莉等[18]使用siRNA技術沉默Y79細胞中HIF-1ɑ的表達后,發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞中Bax/Bcl-2比值升高、繼而活化Caspase-9和Caspase-3,誘導Y79細胞的凋亡。夏天等[19]對RB移植瘤裸鼠進行瘤體內(nèi)多點注射HIF-1αsiRNA,在對比實驗組與對照組發(fā)現(xiàn),在相同的觀察時間內(nèi),實驗組的RB瘤體生長速度明顯慢于對照組,且腫瘤的重量低于對照組裸鼠,說明在裸鼠體內(nèi),HIF-1αsiRNA沉默HIF-1α基因后,可以有效的抑制RB移植瘤增殖。另外Xia等[20]也發(fā)現(xiàn)在缺氧條件下,誘導HIF-1α沉默后,WERI-RB1細胞內(nèi)凋亡抑制蛋白Survivin mRNA的水平下降,細胞的增殖降低,凋亡增加。說明HIF-1α在缺氧狀態(tài)下與RB細胞增殖關系密切,沉默HIF-1α的表達,可使RB的增殖降低,細胞的凋亡增加。
2.2 HIF-1α對RB侵襲和轉移的影響 基質金屬蛋白酶家族(MMPs)具有降解細胞外基質的功能,在惡性腫瘤的侵襲與轉移過程中發(fā)揮著重要的作用,資料表明HIF-1α可以調(diào)控該家族中MMP-2、MMP-9的表達[21],促進RB的發(fā)展,并提示腫瘤的不良預后[22]。Wan等[23]通過對45例RB組織和15例正常視網(wǎng)膜組織的MMP-2表達情況分析發(fā)現(xiàn),與正常視網(wǎng)膜組織相比,MMP-2在RB中的表達明顯升高,且在未分化的RB組織及有視神經(jīng)轉移的標本中,MMP-2有更高的表達水平,表明MMP-2的高表達可以促進RB侵犯視神經(jīng)。另外Long等[24]對41例RB標本的研究也證實,在腫瘤標本中MMP-2和MMP-9的表達升高,且在有視神經(jīng)侵犯的RB中具有更高的表達水平。Li等[25]人體外研究發(fā)現(xiàn),在缺氧條件下的HXO-RB44細胞中,活化的HIF-1α對MMP9的轉錄有明顯的激活作用,促進基底膜降解,從而增加HXO-RB44細胞的侵襲能力。因此HIF-1α可通過調(diào)控MMP-2、MMP-9基因的表達而促進RB的侵襲和轉移。
2.3 HIF-1α促進RB腫瘤血管的生成 血管生成是在相關細胞因子的作用下,刺激已有的血管產(chǎn)生新的毛細血管的過程,是腫瘤適應缺氧狀態(tài)的一種反應[21],血管生成被認為是癌癥的標志[26],對于腫瘤的持續(xù)生長和轉移至關重要[27],新生成的血管在結構和功能上存在異常,使得腫瘤細胞容易進入新生血管,進而由血液系統(tǒng)向遠處轉移[28]。HIF-1α在體內(nèi)可以調(diào)控血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達,參與調(diào)控腫瘤新生血管的形成[21,29]。研究表明在RB組織切片中HIF-1α與VEGF均呈高表達,兩者的表達水平呈正相關,且在腫瘤的不同區(qū)域,兩者的表達具有較高的一致性[14]。另外Wu等[30]發(fā)現(xiàn)相對于視神經(jīng)未受累的病例,在受累病例的RB組織中具有更高的VEGF水平,且在低分化區(qū)RB組織VEGF表達水平要明顯高于高分化區(qū)。說明VEGF過表達可能促進RB向視神經(jīng)轉移,與不良的預后相關。
2.4 HIF-1α增加RB對化療的耐藥性 化療的耐藥性是當前臨床抗腫瘤治療的難題,腫瘤細胞微環(huán)境在腫瘤化療耐藥作用中扮演著重要的角色[31],缺氧是最常見的腫瘤微環(huán)境,當前的化療針對的是高氧和增殖的癌細胞,但對低氧細胞的效果較差[21]。當腫瘤細胞處于缺氧條件下,其新陳代謝和增殖速度緩慢,易出現(xiàn)對化療藥物的不敏感[32]。Gao等[33]在體外使用腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)作用于Y79系RB細胞,誘導細胞中的HIF-1α高表達,發(fā)現(xiàn)細胞對化療藥物誘導的細胞毒性和細胞凋亡的抵抗性增強,而在使用siRNA沉默HIF-1α的表達后,Y79細胞對藥物的抵抗性降低。Yin等[34]發(fā)現(xiàn),缺氧時RB細胞內(nèi)的HIF-1α可與lncRNA ANRIL的啟動子相互結合,促進ANRIL的表達,通過ANRIL使耐藥相關蛋白(ABCG2和MDR1)得表達增強,使RB細胞對順鉑的抵抗力增加,細胞的凋亡減少。說明缺氧時細胞內(nèi)高表達的HIF-1α可調(diào)控細胞內(nèi)的相關的基因表達,誘導與耐藥有關的因子表達增加,增加RB細胞對化療藥物的抵抗力。
2.5 HIF-1α促進RB腫瘤干細胞形成 腫瘤干細胞(CSCs)是腫瘤細胞中具有類似正常干細胞特性[35],能自我更新、多向分化及無限增殖的一個亞群,同時又體現(xiàn)出對化療藥的抗藥性、極強的成瘤性及較強的侵襲和轉移能力[36],傳統(tǒng)的化療藥物對腫瘤干細胞的治療效果不大,非干細胞特性的腫瘤細胞經(jīng)化療后消失,殘留的腫瘤干細胞可繼續(xù)快速增殖,由此形成的復發(fā)腫瘤將具有更強的耐藥性[37],后續(xù)治療極為困難,因此對CSCs研究是治療腫瘤的一個重要方向。資料表明在腫瘤細胞中,HIF-1α對CSCs的誘導和增殖具有明顯的影響[7]。張麗娜等[38]對Y79系RB細胞進行低氧培養(yǎng)后,使用流式細胞儀檢測ATP結合盒膜轉運蛋白G2(ABCG2)及神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NES)發(fā)現(xiàn),在低氧組RB細胞中RB細胞標記物NES蛋白呈陽性的細胞明顯低于正常組和預處理組,而腫瘤干細胞的標志物ABCG2蛋白表達呈陽性的細胞明顯高于正常組和預處理組,說明低氧組可以誘導部分RB細胞去分化為腫瘤干細胞,但在使用雷帕霉素處理的預處理組,由于雷帕霉素對HIF-1α活性具有抑制作用,其ABCG2蛋白及NES蛋白檢測陽性率與正常培養(yǎng)組無差異,缺氧誘導RB細胞去分化為腫瘤干細胞的作用不明顯,證實在氧供應不足情況下,HIF-1α是誘導RB細胞去分化為腫瘤干細胞的重要調(diào)節(jié)因子。
3 針對HIF-1α的RB治療
3.1 小干擾RNA(small interference RNA,siRNA) siRNA通過RNA干擾機制,可以實現(xiàn)高效的靶基因沉默,影響基因表達,調(diào)節(jié)基因活性,因而在腫瘤治療方面受到廣泛關注[39]。Gao等[11]通過siRNA抑制Y79系RB細胞中HIF-1α的表達,發(fā)現(xiàn)下調(diào)HIF-1α后,Bax/Bcl-2比值升高,Caspase-9及Caspase-3激活,導致腫瘤細胞增殖減少,細胞的凋亡增加,并發(fā)現(xiàn)缺氧狀態(tài)下這種抑制作用更敏感。夏天等[19]通過對RB移植瘤裸鼠模型瘤體內(nèi)多點注射HIF-1αsiRNA干擾瘤體內(nèi)HIF-1α的表達后發(fā)現(xiàn),與對照組相比在相同的時間點,干擾組裸鼠RB皮下移植瘤生長明顯減慢,瘤體腫瘤明顯減輕,說明HIF-1α對裸鼠體內(nèi)的RB移植瘤的增殖有促進作用,通過siRNA技術沉默HIF-1α表達,進而抑制RB生長,可作為RB治療的一個研究方向。
3.2 色素上皮衍生因子 色素上皮衍生因子(PEDF)是一種有效的眼部血管生成抑制劑[40],早期資料表明,PEDF可刺激RB的分化,具有抗血管生成、抑制腫瘤轉移的作用[41],使其受到研究者的廣泛關注。Yang等[42]通過使用PEDF作用于SO-RB50細胞及SO-RB50小鼠模型后,發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)及體外實驗中HIF-1α的表達均被PEDF下調(diào),并且降低了HIF-1α向細胞核內(nèi)的轉運,減少了腫瘤細胞中受HIF-1a調(diào)控的VEGF的表達,VEGF的表達下降導致其旁分泌作用減弱,對RB組織中內(nèi)皮細胞增殖和血管通透的影響降低,從而抑制了RB的生長。
3.3 中藥治療 中藥在抗RB治療方面是當前研究的熱點,多種中藥成分證實對腫瘤缺氧具有治療作用[43-45],雷公藤紅素是雷公藤中的具有生物活性的天然化合物[46],Li等[47]研究發(fā)現(xiàn)雷公藤紅素對缺氧誘導的HIF-1α和VEGF有明顯抑制作用,在體外培養(yǎng)的雞胚絨毛尿囊膜中,改善藥物水溶性的雷公藤紅素的納米微球(CNMs)能抑制SO-Rb50細胞誘導的血管發(fā)芽和血管形成。另外在SO-Rb50異種移植的NOD-SCID的小鼠使用CNMs進行腹部注射治療,發(fā)現(xiàn)與對照組相比,相同時間點,CNMs注射組的腫瘤重量和體積顯著降低,腫瘤血管生成減少。提示CNMs可能是通過靶向HIF-1α/VEGF通路,抑制視網(wǎng)膜母細胞瘤生長和血管生成。
4 展望
作為RB缺氧調(diào)節(jié)最關鍵的因子HIF-1α,其在RB細胞的多種生物學方面發(fā)揮著重要作用,目前靶向HIF-1α治療RB的藥物尚未應用于臨床,但隨著對RB缺氧微環(huán)境及HIF-1α研究的不斷深入,以靶向HIF-1α基礎,抑制RB細胞耐藥、血管形成、細胞增殖等治療方式將不斷出現(xiàn),為RB治療提供新思路和新選擇,幫助更多的患兒遠離疾病的痛苦。
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(收稿日期:2020-05-25) (本文編輯:周亞杰)