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1 HIF-1的结构特征
HIF-1是缺氧诱导转录因子的原始型，存在于大部分人体组织内，HIF-1是一个异源二聚体，由HIF-1β和HIF-1α，HIF-2α，HIF-3α中的一个亚基组成，对HIF-2α、HIF-3α的研究还不深入，结构不清楚。HIF-1α亚基是120kD，HIF-1β亚基91-94kD，蛋白质序列分析和cDNA克隆表明这两个亚基分子相似，二者均属于bHLH超家族。HIF-1β同ARNT（芳香烃受体核转运蛋白）一样，是bHLH-PAS蛋白家族中一个普通亚基:HIF-1α被认为是一种新的bHLH-PAS蛋白，它是HIF-1α和HIF-1β的全长cDNA序列均以克隆，bHIF-1α定位于14q21-24，mHIF-1α定位于12号染色体。人的HIF-1αcDNA全长为3.7kb，开放阅读框2478bp，编码826个氨基酸，5′和3′非翻译区分别为28bp和1211bp。HIF-1β（ARNT）cDNA全长为2604bp，开读阅读框2367bp，编码同种型（isoform）的774个和789个氨基酸，5′和3′非翻译区分别为56bp和188bp ［3］ 。HIF-1αN端的bHLH和PAS结构域介导异源二聚体形成及其与DNA的结合，而HIF-1αC端参与转录激活作用。实验表明，缺氧反应和反式激活作用都与HIF-1αC端83个氨基酸有关。某些情况下，HIF-1α可以独立完成缺氧诱导的转录激活作用，而无需HIF-1β参与。另一些情况下，这些诱导作用却是ARNT依赖型的，例如磷酸甘油酸激酶1mRNA的诱导需要ARNT的N端区域，它介导了DNA结合和异源二聚化，该诱导不需要ARNT的C端区域 ［4］ 。
2 HIF的活性调节
研究发现，HIF-1α仅在缺氧细胞核中存在，而HIF-1β在缺氧及正常细胞的胞浆及核中存在。调节细胞内HIF-1的机制非常复杂，它与O 2 依赖的信号传导机制密切相关。目前认为，调节HIF-1的机制可能有:（1）转录水平的上调和蛋白稳定。缺氧诱导HIF-1α的转录表达，但在某些细胞如平滑肌细胞，HIF-1α产生可不依赖缺氧条件。常氧状态下血管紧张素II，凝血酶等可刺激产生HIF-1;（2）蛋白磷酸化。二聚化为HIF-1结合DNA所必需，磷酸化和氧化处理可能破坏二聚化使HIF-1构象不能转变，从而影响DNA结合位点活性;（3）O 2 依赖的降解。在常氧和铁离子存在的情况下，林希氏肿瘤抑制基因蛋白（von Hipˉpel-Lindau suppressor gene protein，pVHL）与HIF-1α的氧依赖降解域（oxygen dependent degradation domain，ODD）核心区结合并使后者迅速降解。VHL缺陷的细胞中，HIF-1α可持续存在并保持活性。最近研究发现，除缺氧外，某些癌基因的激活和肿瘤抑制基因的失活也与HIF-1表达增加有关，如在P53缺失或突变的肿瘤细胞内，HIF-1α明显蓄积;（4）配体的结合能力和在细胞内的定位。HIF-1α在向胞核转运过程中存在某种配体与HIF-1α结合并将其转运至核内，与ARNT形成具有功能的二聚体，蛋白水解酶可抑制此转运过程。实验发现，在ARNT缺陷型Hepal细胞中，缺氧不能诱导HIF-1的活性，推测其作用可能与HIF-1稳定性及二聚体化引起的活性构象，转变有关 ［5］ 。
3 缺氧诱导因子与缺氧预适应
在发现缺血预适应之后，已有许多实验证明，给予动物缺氧预处理后，会出现缺氧预适应现象。1986年Schurr等 ［6］ 就发现大鼠海马脑片低氧5min后，其诱发电活动在随后长期低氧作用后仍能恢复，而对照组则不能。Rising ［7］ Vannucci ［8］ 等研究发现，给予实验动物低氧处理（8%O 2 ）后，在给予致死量低氧处理，动物存活时间比对照组长，脑损伤比对照组轻，出现了缺氧预适应现象，并证实HIF-1参与了脑低氧预适应的形成。缺氧预处理可能通过抑制HIF-1α的表达从而抑制了脑细胞凋亡。
4 缺氧诱导因子-1与缺血缺氧脑损伤
在缺氧、缺血状态下可诱导神经细胞HIF-1表达增加，然后HIF-1作用于一系列靶基因，从而在缺氧缺血性脑损伤（HIBD）中发挥着重要作用。目前有关HIF-1的研究主要集中在缺血缺氧的脑保护机制上。已有许多实验证明，给予动物缺氧预处理后可减轻HIBD的程度，这与HIF-1的诱导产生有关，根据目前研究，HIF-1的脑保护机制主要包括以下几方面:（1）促进脑缺血后微循环的重建。VEGF基因的HRE，促使其表达增加，进而促进血管生成，增加了缺血组织血流灌注及供氧量，从而可以促进脑缺血的恢复过程。Bergeron等 ［9］ ，曾将6日龄新生鼠暴露于8%的氧环境3h，进行缺氧预处理，随后再使其经历HIBD，发现在缺血区的新生血管内有HIF-1的表达。Jin等 ［10］ 通过免疫组化的方法发现在同一缺血区域由HIF-1和VGEF的表达，在脑缺血后血管的生成中发挥着重要作用。（2）改善脑缺血后能量代谢障碍。Vannucci等 ［8］ 在缺氧预处理组的HIBD模型中，检测了ATP，磷酸肌酸等高能量物质的代谢，发现无预处理组的动物，在缺血后早期恢复阶段又经历了再一次能量物质的缺乏，而与处理组无以上情况。故推断 缺氧预处理诱导了某些刺激反应因子，改善了脑损伤后的能量代谢，HIF-1就属于这样的一种因子。Jones等 ［11］ 发现缺氧预处理后诱导了HIF-1的表达，从而促进了葡萄糖载体蛋白-1的mRNA和蛋白表达增加，以及醛缩酶A，乳酸脱氢酶A，磷酸果糖激酶蛋白水平增加，从而促进糖的转移，利用及酵解，对脑组织提供更多的能量以减轻脑损伤。（3）HIF-1还可以作用于EPO而发挥脑保护作用。许多学者证明，在脑缺血时大脑胶质细胞分泌的EPO可以保护海马区表达EPO受体的神经元 ［10，11］ 。EPO的作用可能与对兴奋性氨基酸神经毒性和自由基产生的抑制作用及抵抗细胞凋亡有关 ［12］ 。Zaman ［13］也证明铁鳌合剂保护皮质神经元的作用是通过诱导HIF-1等的基因的表达及上调EPO等水平来实现的。
但是HIF-1也有着相反的作用。Halterman等 ［14］ 在脑缺血模型中发现，在神经细胞凋亡的过程，HIF-1可使P53稳定，从而协同P53诱导凋亡的发生，并推断神经细胞中可能存在HIF-1/P53介导的凋亡信号传导途径。最近研究 ［15］ 表明，Nip3为凋亡基因家族中的一员，它可以被HIF-1转录激活，从而参加缺氧诱导凋亡的过程。HIF-1还可以调节iNOS水平，而iNOS可催化大量一氧化氮产生，从而参与HIBD病理过程 ［16］ 。
HIF-1通过作用于不同的靶基因而发挥不同的效应，从而在HIBD中具有双重角色。这可能与缺氧持续的时间及程度有关，中度缺氧时可使HIF-1的复合物稳定，引起VEGF等基因表达，但在持续缺氧时，稳定的复合物使细胞内P53水平增加，促进有关病理基因的表达，从而导致神经毒性 ［16］ 。
5 缺氧诱导因子与颅脑外伤的关系
国内于如同 ［17］ 等人用制作液压冲击大鼠脑创伤模型，采用免疫组化法（SP法）测定脑损伤后3，12，24，48，72h脑细胞HIF-1α蛋白表达，并末端脱氧核苷酸介导的X-Dutp缺口末端标记法（TUNEL）测定细胞凋亡，结果脑外伤后3h，在大脑皮质，海马和半暗影区有HIF-1α的表达增强，24～48h达高峰，进一步用TUNEL和免疫组化双标记法研究表明，在HIF-1α高表达区，TUNEL阳性细胞数也增多。显然，颅脑创伤后继发性脑组织缺血缺氧可引起细胞凋亡，HIF-1α对细胞凋亡促进作用。
6 结语与展望
随着社会的发展，各种原因导致的脑外伤和其他的脑缺血缺氧性疾病发病率在升高。在外伤和其他原因引起的脑缺血，缺氧时，神经细胞易发生坏死或凋亡。增加HIF-1的表达，从而增强VEGF基因的表达，促进坏死后区域血管的形成，则是脑缺血后恢复期的对策。构建包含不同种类HRE与目的基因载体，转染相应细胞后可在不同氧浓度时，表达不同水平的目的基因，此方法已在EPO基因表达的体外及动物实验中应用。而在缺氧预适应的研究中，虽然脑低氧预适应的机制尚不十分清楚，但是预适应的效应提示脑组织具有自身保护机制。如能对脑低氧预适应过程中产生的某此物质进行分离、纯化，试用于卒中和其他缺血缺氧性疾病的治疗中，也许将提高脑神经元等组织对缺血缺氧的耐受性，延长治疗时间窗，减轻后遗症，并为脑损伤等疾病的防治提供新的选择。
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作者单位:260019山东省潍坊武警支队一大队
262500山东省潍坊市益都中心医院儿科