缺氧诱导因子(HIFs)在肾癌发生中的作用及其分子机制

Hereditas (Beijing) 2018年5月, 40(5):341―356
收稿日期: 2017-12-11; 修回日期: 2018-01-13
基金项目:
国家自然科学基金(编号：81402105，81772721) [Supported by National Natural Science Foundation of China (Nos. 81402105, 81772721)]
作者简介: 邹俊遐，本科，护师，研究方向：儿童护理和肿瘤疾病专科护理。

E-mail: 459382103@ 通讯作者:陈科，博士，助理研究员，研究方向：泌尿系统肿瘤。

E-mail: kechen@
DOI: 10.16288/j.yczz.17-406 网络出版时间: 2018/3/30 14:31:27
URI: /kcms/detail/11.1913.R.20180330.1431.003.html
综 述
缺氧诱导因子(HIFs)在肾癌发生中的作用及其分子机制
邹俊遐1，陈科2
1. 华中科技大学同济医学院附属同济医院儿科，武汉 430030
2. 华中科技大学同济医学院附属同济医院泌尿外科，武汉 430030
摘要: 肾癌是一种常见的泌尿系统肿瘤，但在临床上对转移性肾癌的治疗手段还非常有限。

缺氧是实体肿瘤微
环境的一个重要的基本特征。

近年来基于分子机制和临床研究的数据表明，低氧诱导因子(hypoxia-inducible factors, HIFs)在肾细胞癌(renal cell carcinoma, RCC)的发生发展中发挥着至关重要的作用。

HIF 是一类介导细胞适应低氧状况必需的转录激活因子，由α亚基和β亚基组成。

研究已经证实，在RCC 中HIF-1α和HIF-2α具有相反的作用，前者作为肿瘤抑制因子，而后者作为癌基因发挥功能。

本文综述了HIF 信号通路在RCC 发生发展中的作用及其分子机制，并对靶向HIF 信号通路治疗RCC 的进行了探讨，以期指导临床肾细胞癌的精准化治疗和进一步的研究。

关键词: 缺氧；低氧诱导因子(HIFs)；肾细胞癌；VHL
Roles and molecular mechanisms of hypoxia-inducible factors in renal cell carcinoma
Junxia Zou 1, Ke Chen 2
1. Department of Pediatrics, Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China
2. Department of Urology, Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China
Abstract: Renal cancer is a common urologic malignancy. However, the therapeutic options for metastatic renal cancer
patients are limited. Hypoxia (low oxygen) is a fundamental microenvironmental determinant of solid tumor pathophysiol-ogy. Recent data from molecular and clinical studies indicate that hypoxia-inducible factors (HIFs) play critical roles in the development and progress of renal cell carcinoma (RCC). The HIF transcription factor family is a type of heterodimeric transcription factor consisting of HIF-α and HIF-β subunits and can transcriptionally activate genes that mediate the hypox-ic response. In RCC, HIF-1α and HIF-2α have opposing effects: HIF-1α is a tumor suppressor while HIF-2α acts as an on-cogene. In this review, we summarize the current advances in understanding the roles and molecular mechanisms of HIF
342 Hereditas
(Beijing) 2018第40卷
signaling in RCC. We also discuss recent HIF-targeted strategies proposed to improve RCC treatment, which may provide a foundation for further research, including the development of precision medicine for the treatment of RCC.
Keywords:hypoxia; hypoxia-inducible transcription factors (HIFs); renal cell carcinoma; von Hippel-Lindau (VHL)
肾癌是由多种不同类型肾脏肿瘤组成的复杂性疾病。

每一种类型的肾脏肿瘤都具有不同的组织学特点和临床预后表现，这主要是由不同的基因突变和治疗手段决定的[1]。

在临床上根据肾癌的组织病理学区别，可以将其分为以下3种主要类型：(1)透明细胞癌(clear cell RCC, ccRCC)，约占肾癌的70%~ 75%；(2)乳头状肾细胞癌(papillary RCC, pRCC)，约占肾癌的10%~16%；(3)嫌色细胞癌(chromophobe RCC, chRCC)，约占肾癌的5%[2]。

肾细胞癌的发病主要有两种模式，即散发性和遗传性。

遗传性肾细胞癌约占全部肾癌的2%~3%，主要包括von Hippel- Lindau(VHL)综合征(由位于3p25–26的VHL基因突变导致)、遗传性乳头状肾细胞癌(由位于7q31–34的c-MET基因突变导致)、Birt-Hogg- Dube(BHD)综合征(由位于17p11的FLCN基因突变导致)、遗传性平滑肌瘤病肾癌(由位于1q42–43的FH基因突变导致)和结节性硬化症相关肾癌(由位于9q34的TSC1基因或位于16p13的TSC2基因突变导致)[3,4]。

ccRCC 和chRCC分别与VHL综合征和BHD综合征相关联。

VHL综合征是一种家族性多发肿瘤综合征，受累的个体由于VHL基因的突变或缺失导致多器官发生肿瘤，包括血管母细胞瘤、肾透明细胞癌、嗜铬细胞瘤等。

BHD综合征是一种罕见的常染色体显性遗传病，主要由抑癌基因FLCN突变导致，且 BHD 患者中大约有25%~35%会发生肾癌[5]。

BHD综合征相关肾癌具有多种不同的组织学表现，其中约90%的表现为chRCC和混合嫌色嗜酸性细胞瘤[5]。

遗传性乳头状肾细胞癌也是一种罕见的常染色体显性遗传病，并具有很高的外显率，主要由原癌基因c-MET 的突变导致c-MET蛋白持续激活，进而促进细胞增殖和存活以及增加细胞的迁移和侵袭能力等，最终导致肾癌的发生[3,6,7]。

在哺乳动物正常的新陈代谢和生理功能中，氧气是必不可少的。

缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor, HIF)是细胞感知和适应氧气水平变化的中枢调控因子[8]。

目前已发现的HIF家族包括有3个成员：HIF-1、HIF-2和HIF-3，均由对氧敏感的α亚基HIF-α(它们有3个成员：HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α)和对氧不敏感的β亚基HIF-1β构成[9]。

在富氧条件下，HIF-α与pVHL结合后被降解。

在脯氨酰羟化酶(prolyl hydroxylases，PHD)的作用下HIF-α的保守脯氨酸位点会被羟基化修饰，这是其被pVHL识别的前提条件。

在缺氧条件下，PHD失活，HIF-α的羟基化受到抑制，使其不能被pVHL识别和降解，进而与HIF-1β形成异源二聚体，它们能结合DNA 序列上的缺氧反应元件而激活一系列下游基因的表达，进而引发组织细胞的耐氧适应性反应[3]。

缺氧是实体肿瘤微环境的一个重要的基本特征，因此在许多实体肿瘤中HIF活性增加能激活许多靶基因的转录，从而引起细胞代谢重编程、细胞增殖、侵袭和转移、细胞凋亡以及耐药性等改变，进而发挥其生理调节功能及恶性转化作用。

大量研究表明，大多数ccRCC存在VHL基因的失活。

与缺氧相似，pVHL的失活也会导致HIF-α的稳定性增加和激活而引起“假缺氧”转录激活应答反应。

因此，肾癌中pVHL的失活与HIF的激活密切相关。

此外，其他几种主要的肾细胞癌亚型也伴随着HIF的激活[3]。

例如，在FH基因突变的肾癌中，由于FH蛋白的失活导致细胞内富马酸盐浓度的上升，从而抑制HIF-α的羟基化而使其避免被VHL识别和降解[3]。

因此，HIF-α在肾细胞癌(RCC)的发生发展中发挥着至关重要的作用。

本文主要综述了目前关于缺氧诱导因子的相关研究，特别是HIF-1α和HIF-2α在ccRCC中的作用，并探讨了HIF相关的靶向通路并提高肾癌的疗效的可能性。

第5期邹俊遐等: 缺氧诱导因子(HIFs)在肾癌发生中的作用及其分子机制 343
1 VHL和HIF-α
1.1 VHL基因失活与肾癌
VHL基因由于可变剪接可以编码两种蛋白pVHL30和pVHL19。

目前的研究发现这两种异构体在肾癌中具有相似的功能，基于此，这两种蛋白被统称为pVHL[10]。

pVHL具有许多功能，其最经典的功能是作为一个E3泛素连接酶复合物的底物识别亚基识别HIF-α并使其发生泛素化降解[11]。

如前所述，大部分肾细胞癌的病理类型是ccRCC，且其中约97%为散发性。

通常，大多数ccRCC与3号染色体短臂(3p)的改变有关，其中定位于3p25-26染色体区域的VHL基因的突变或缺失在ccRCC的发生发展中发挥着关键的作用[4]。

大量的研究表明，VHL基因在ccRCC中的失活机制主要包括等位基因缺失、杂合性缺失、基因突变和启动子甲基化[12]。

癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas，TCGA)的研究人员分析了417例ccRCC患者的肾癌组织。

结果发现，大部分(92%)的ccRCC伴随着染色体3p(包含VHL、PBRM1、BAP1和SETD2基因)的丢失，以及218例(52.28%)ccRCC出现了VHL基因的突变位点[13]。

此外，TCGA研究人员还发现大约7%的ccRCC肿瘤中具有VHL基因的启动子区甲基化，值得注意的是，在ccRCC中VHL基因启动子的异常甲基化与其基因突变是相互排斥，不共存的，这进一步说明VHL基因的失活在ccRCC 发生发展中起着关键作用[13]。

1.2 VHL基因型与表型的相关性
VHL基因的失活通常可导致内脏囊肿以及一系列的肿瘤，包括神经系统和视网膜的血管母细胞瘤、肾透明细胞癌、嗜铬细胞瘤、胰岛细胞瘤、內淋巴囊肿瘤和附睾囊腺瘤等。

在绝大部分遗传性和散发性肾透明细胞癌中可见由基因缺失、突变和甲基化等机制导致的VHL基因失活。

根据相对风险的不同，可以将VHL综合征分为两种类型：1型VHL 综合征表现为肾癌和血管母细胞瘤，2型VHL综合征则表现有嗜铬细胞瘤[14]。

2型VHL综合征可进一步分为2A型(嗜铬细胞瘤和血管母细胞瘤，而ccRCC发生率低)，2B型(嗜铬细胞瘤和血管母细胞瘤，且ccRCC发生率高)，2C型(仅表现为嗜铬细胞瘤)[3]。

这些亚型具有明显不同的VHL基因突变类型(表1)。

具体而言，1型VHL综合征(ccRCC高风险)与VHL基因等位基因的缺失或失活突变(基因组大片段的缺失、移码突变或无义突变导致的pVHL的完全缺失)有关，而大多数2型VHL综合征与VHL 基因错义突变有关[10]。

此外，影响elongin C相互作用的VHL基因错义突变明显增加嗜铬细胞瘤的发展风险，而影响与elongin B和HIF-α相互作用的VHL基因错义突变明显增加ccRCC的发展风险[10, 15]。

在体外模拟pVHL突变与VHL综合征亚型之间相关性的研究中发现：HIF通路异常激活程度与ccRCC 的发展风险升高似乎密切相关，而那些仅与嗜铬细胞瘤相关的pVHL突变则具有正常调节HIF通路的功能[16]。

因此，在1型和2B型VHL疾病中pVHL突变在HIF-α的调节方面是严重缺陷的，这类肾癌中具有高水平的HIF活性；而2A型相关pVHL突变则具有正常的HIF-α调节功能。

尽管这种相关性并不是绝对的，但是这说明了VHL-HIF通路在ccRCC 发生发展中起着关键作用。

表1 VHL综合征中VHL基因型与表型的相关性
Table 1 Genotype–phenotype correlations in VHL disease
VHL综合征亚型临床表型VHL基因突变类型 HIF异常程度参考文献1 ccRCC；血管母细胞瘤基因组大片段的缺失、移码突变或无义突变+++ [3, 10, 16] 2A 血管母细胞瘤；嗜铬细胞瘤错义突变+ [17, 18] 2B ccRCC；血管母细胞瘤；嗜铬细胞瘤错义突变++ [17, 18] 2C 嗜铬细胞瘤错义突变正常[16, 19] “+”：指与正常比较，HIF活性增加的程度。

344 Hereditas
(Beijing) 2018第40卷
1.3 HIF-1α与HIF-2α
HIF-α蛋白家族有3个成员：HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α，其中研究比较深入的是HIF-1α与HIF-2α[20]。

HIF-1α和HIF-2α蛋白具有蛋白质序列和结构的保守性，有48%的蛋白序列相似，具有相同的结构域，包括氨基端的碱性螺旋-环-螺旋(basic-helix-loop-helix，bHLH结构域、两个Per/Amt/ Sim(PAS)结构域、一个氧依赖降解结构域(oxygen- dependent degradation domain，ODDD)、以及位于N 末端C末端的反式激活结构域(transactivationdomain, TAD)，即TAD-N和TAD-C。

HIF-3α由于可变剪接可以产生很多不同的蛋白异构体，它缺少氧依赖降解结构域以及CTAD，尽管它含有NTAD的同源结构域，然而HIF-3α的转录激活活性还没有被证实[3]。

由于HIF-3α缺失ODDD，因此，HIF-3α可能并不直接受到pVHL的调节。

但是，HIF-3α是HIF-1α的一个靶基因，因此，HIF-3α也间接受到pVHL的调节。

此外，HIF-3α与HIF-1α和HIF-2α一样都与HIF-1β相互作用，因此，HIF-3α通过竞争结合HIF-1β可作为HIF-1α和HIF-2α的显性负效应因子对HIF-1α和HIF-2α起负调控作用[3]。

HIF-1α在人体组织中广泛表达，而HIF-2α的表达则主要局限于某些特定组织中[21]。

许多HIF的靶基因被认为在肿瘤发生过程中起着重要的作用，这些基因主要涉及血管生成(VEGF、PDGF和CTCF 等)、糖酵解(GLUT1、PGK1和PDK等)、染色质重塑(JMJD1A和JMJD1C等)、细胞周期(CCND等)、细胞外基质的形成和更替(MMP1和LOX等)。

大规模的染色质免疫共沉淀-测序(ChIP-Seq)和转录组测序显示细胞内有大约500~1000个HIF靶基因[22, 23]。

HIF靶基因表现出高度细胞特异性，其中只有一小部分靶基因在所有细胞中是保守的[22]。

此外，HIF-1α和HIF-2α既有相同的靶基因(如VEGF 和GLUT1)，也有各自特异的下游基因[24]。

HIF-1α被证实倾向于诱导醣酵解相关酶基因的表达；而HIF-2α可激活细胞转移相关基因的表达，例如OCT-3/4和MMP等[25~27]。

最初，研究人员认为可能是HIF-1α和HIF-2α具有不同的DNA结合位点。

然而实际上，HIF-1α和HIF-2α具有相同的结合基序。

研究证实有许多基因位点能被HIF-1α和HIF-2α结合，但是并不是这两个转录因子都能引起转录激活效应，例如HIF-1α能激活PGK1的表达而HIF-2α则无法激活，HIF-2α能激活CCND1的表达而HIF-1α则不能[3]。

此外，最近有研究表明，在VHL缺陷的ccRCC细胞中，HIF-1α倾向结合到靶基因近端启动子区域的缺氧反应元件；而HIF-2α通常结合到位于增强子区(内含子和基因间区域)的缺氧反应元件，随后招募组蛋白乙酰转移酶p300，进而激活下游靶基因的表达[28]。

许多研究表明在ccRCC细胞系中，pVHL调节的基因与缺氧调节基因之间存在明显的重叠[29~31]。

此外，通过分析HIF的DNA结合位点以及VHL缺陷的ccRCC细胞系的表达谱揭示了许多HIF的靶基因在许多ccRCC细胞系和肿瘤组织中组成型的高表达，进一步说明了VHL-HIF通路的异常在ccRCC 中发挥着关键的作用[32]。

2 HIF-1α和HIF-2α与ccRCC的关系
2.1 HIF-1α和HIF-2α在ccRCC中具有相反
功能的表型证据
在VHL基因相关肾癌中，HIF-α的激活是正常肾小管上皮细胞中的早期事件，并且伴随着HIF下游基因(如GLUT1和CA9基因)的诱导表达[33]。

值得注意的是，在早期癌前病变位点可检测到HIF-1α和HIF-2α的表达，而在正常的肾小管细胞内仅能检测到HIF-1α的表达，这说明HIF-2α的表达才是VHL 基因缺陷相关肾癌真正的早期癌前病变事件[33,34]。

在小鼠胚胎成纤维细胞或正常肾小管上皮细胞中VHL的缺失将导致细胞衰老，这表明在VHL基因缺陷的肾小管上皮细胞的恶性转化过程中需要一些额外的基因突变或生物学事件来协同作用，最后产生恶性肿瘤[35]。

此外，在VHL综合征肾癌患者中可检测到数百个VHL基因缺陷位点，但是仅有一小部分缺陷位点导致发展为肿瘤[3]。

总的来说，这些研究表明在肾小管上皮细胞中pVHL的失活主要导致HIF-1α的稳定性增加和HIF-2α的从头表达，以及HIF靶基因的表达上调，此外，还需要一些协同突变或生物学事件来克服细胞衰老最终促进肿瘤的
第5期邹俊遐等: 缺氧诱导因子(HIFs)在肾癌发生中的作用及其分子机制 345
发生发展。

在肾癌的发生发展中，HIF-1α和HIF-2α的功能得到了很好的研究。

在人肾癌小鼠异种移植模型中，过表达HIF-2α可增加肿瘤的大小。

而过表达DNA结合结构域缺陷的HIF-2α则没有这个表型，这说明HIF-2α的转录激活活性对其促ccRCC发生发展是必不可少的。

与此一致，下调HIF-2α的的表达可明显降低肿瘤的大小[36]。

与HIF-2α的作用相反，HIF-1α的过表达可降低人肾癌移植瘤的大小，而下调HIF-1α的水平可增加肾癌细胞系的增殖[3]。

因此，从中可以得出以下结论：在肾癌发生发展中，HIF-2α是一个促进因子，而HIF-1α是一个抑制因子。

但让人意外的是，HIF-1α和HIF-2α在许多其他肿瘤(包括乳腺癌、结直肠癌和前列腺癌等)中却都发挥着相同的促进肿瘤发生发展的作用，并且它们的高表达都与这些肿瘤的不良预后密切相关[37]。

2.2 HIF-1α和HIF-2α在ccRCC中具有相反
功能的遗传证据
越来越多的研究表明，HIF-1α和HIF-2α在ccRCC中具有不同的功能。

免疫组化分析VHL基因缺陷的肿瘤发现：尽管所有的肿瘤中都高表达HIF-2α，但是很多肿瘤却没有HIF-1α的表达。

根据VHL基因突变和HIF-1α与HIF-2α的表达情况可以将ccRCC分为以下3类：(1) pVHL功能正常的肿瘤；(2) pVHL失活且同时表达HIF-1α和HIF-2α的肿瘤；(3) pVHL失活但是仅表达HIF-2α的肿瘤。

人肾癌小鼠异种移植瘤实验显示，第三类肿瘤细胞肿瘤生长速度最快[38]。

除了染色体3p(包含VHL基因)的缺失，还有许多染色体异常事件与肾癌发生发展密切相关，包括染色体5q的扩增和染色体14q的缺失[39, 40]。

许多研究表明染色体14q的缺失是肾癌预后不良的一个重要指标[40~43]。

HIF-1α定位于染色体14q23，且大多数14q染色体的缺失片段中包含HIF-1α基因座位[44]。

Shen等[40]通过遗传学和功能学研究证实HIF-1α的部分缺失在14q染色体缺失的肾癌中扮演了十分重要的角色。

他们通过一系列的体内体外实验证实HIF-1α可抑制肾癌细胞的增殖。

然而，HIF-1α的部分缺失异构体(HIF-1α∆3-4, HIF-1α∆2-6, HIF-1α∆5- 10)以及少量存在于肾癌中的突变体(c.2120delA、
c.2180C→A和V116E)抑制肾癌细胞增殖的能力明显减弱。

目前的研究数据表明，VHL的缺失或突变最初导致HIF-1α和HIF-2α都被激活，随后由于14q 染色体或HIF-1α的的部分缺失将会导致更具侵袭性的VHL基因缺陷型肿瘤[40]。

随着基因组学研究的深入发展，进一步证实了HIF-2α在肾癌的发生中发挥着关键作用。

全基因组关联研究(genome-wide association study, GWAS)发现定位于HIF-2α基因第1内含子中的SNP(rs118-94252和rs7579899)与肾癌发生发展密切相关[45,46]。

此外，GWAS分析也发现了一些其他的基因座位与肾癌的发生发展相关联。

其中有一个SNP(rs7105934)定位于11号染色体(11q13.3)的非基因编码区，且其对RCC的发生发展具有保护作用[45]。

通过对HIF 调节基因的转录组以及大规模的ChIP-Seq数据分析发现rs7105934基因座位正好对应于HIF的结合位点，这一位点作为cyclin D1的增强子序列，在HIF-2α结合后招募p300等转录辅激活因子激活cyclin D1的表达[28, 47]。

Cyclin D1是一个功能非常明确的癌基因，它仅在VHL基因缺陷肾癌中作为HIF 的一个靶基因[47]。

有趣的是，尽管HIF-1α和HIF-2α结合相同的DNA序列且都能与这一增强子序列结合，但是只有HIF-2α的结合能激活cyclin D1的表达。

在肾脏中，Cyclin D1在VHL基因缺陷位点也被诱导表达，这暗示VHL-HIF-2α-cyclin D1这一信号通路在肾癌的发生发展中发挥重要作用[34]。

2.3 HIF信号通路与其他突变基因的关系
大规模基因组测序结果显示除VHL基因突变外，ccRCC中还含有其他一些突变频率较高的基因，这些基因主要包括染色质修饰酶类基因(UTX、JARID1C、SETD2和PBRM1等)和去泛素化酶BAP1等。

其中，PBRM1的突变频率约为40%，BAP1的突变率大约为14% [48~51]。

此外，ccRCC中存在很大程度的肿瘤内异质性，即同一患者来源肿瘤不同部位肿瘤细胞间从基因型到表型上存在着明显的差异[52, 53]。

目前主流的观点认为，在ccRCC的发生中VHL基因的失活作为肿瘤起始发生的关键步骤，随后，其他基因包括前面提到的一些基因突变将进一
346 Hereditas
(Beijing) 2018第40卷
步促进肿瘤的发生发展[3]。

到目前为止，染色质修饰酶类基因突变是如何与pVHL失活产生联系的还不是很清楚。

DNA和组蛋白的修饰是通过表观遗传调节基因转录的重要机制。

研究表明许多组蛋白赖氨酸甲基转移酶(histone lysine demethylases，KDM)是HIF的靶基因，缺氧可诱导它们的表达，例如，KDM5C (JARID1C)、KDM3A、KDM2B、KDM4B、KDM5B、KDM6B和KDM4C等[8]。

KDMs在功能上既可以促进也可以抑制基因的表达。

例如，KDMs可以介导组蛋白H3K27和H3K9的去甲基化从而促进其下游基因的表达，以及介导组蛋白H3K4和H3K36的去甲基化从而抑制基因的表达[3]。

JARID1C基因编码一个H3K4me3去甲基化酶。

Niu 等[54]证实在VHL基因缺陷的ccRCC 细胞中H3K4me3的整体水平要低于VHL正常的对应细胞系，且HIF-2α可激活JARID1C基因的表达。

虽然HIF-2α在肾癌中作为一个癌基因发挥功能，但是其激活的下游基因也有一些起抑制肿瘤发生的功能。

例如，在VHL基因缺陷的786-O细胞中下调JARID1C的表达明显增加肿瘤细胞的生长，说明JARID1C在肾癌中是一个抑癌基因。

在786-O细胞中抑制JARID1C的活性可上调HIF靶基因启动子区的H3K4me3水平，同时上调这些HIF靶基因的表达，这说明了HIF活性和染色质构象之间存在着密切联系[54]。

SETD2基因编码一个甲基转移酶蛋白，负责H3K36三甲基化(H3K36me3)修饰。

近几年的研究表明，SETD2是一个关键的抑癌基因，其突变与肾癌、白血病和胶质瘤等多种癌症相关[55]。

研究发现SETD2基因突变将导致组蛋白缺失H3K36三甲基化修饰，从而增加了开放的染色质结构，因此，SETD2功能的缺失进一步放大了缺氧/HIF信号通路，进一步促进肿瘤的生长[8]。

HIF反应依赖于开放的染色质构象，且HIF结合于染色质对胞嘧啶甲基化敏感。

因此，我们可以推测在pVHL失活的细胞内，染色质修饰酶类基因突变可导致染色质构象异常进而影响HIF调节下游基因表达。

与此推测一致，目前的研究表明JARID1C和SETD2基因对许多HIF 靶基因具有明显的调节作用，且染色质构象是影响ccRCC发生发展的一个重要因素[54, 56]。

此外，大规模的Chip-Seq研究揭示出肿瘤细胞特异的开放染色质构象是HIF结合的前提条件。

PBRM1基因编码的蛋白是SWI/SNF复合物中的一个亚基，SWI/SNF复合物是一种染色质重塑复合物，在肿瘤中起抑癌基因作用，其多个亚基失活与肾癌的发生、发展关系密切，且常常提示肿瘤预后不良。

在786-O细胞系(VHL基因缺失但含有功能正常的PBRM1基因)中敲除PBRM1基因将促进细胞的增殖[48]。

此外，在VHL 基因缺陷的ccRCC细胞中，PBRM1基因的缺失能够放大HIF信号通路[57]。

最近，Espana-Agusti等[58]证实在小鼠肾脏中同时缺失VHL和PBRM1基因可导致全浸润、多病灶肿瘤的发展，与人类ccRCC非常相似。

其机制可能是PBRM1功能的缺失可以抵消由pVHL失活诱导的复制胁迫，从而促进肾癌发展。

由于缺氧也可以诱导DNA复制胁迫，因此pVHL 失活导致DNA复制胁迫和DNA损伤积累很可能依赖于HIF的活性[59, 60]。

BAP1基因编码一个去泛素化酶，定位于细胞核，该蛋白羧基末端含有泛素水解酶(UCH)结构域。

Wang等[61]证实在小鼠中同时缺失VHL和BAP基因将促进肾癌的发展。

然而，在肾小管内单独的VHL或BAP基因敲除仅仅会导致肾囊肿和肾功能衰竭。

在BAP和VHL基因缺失的小鼠模型中，HIF的下游基因被明显激活，然而，在这个模型中HIF是否发挥重要功能，以及BAP和VHL 基因的缺失是否与HIF通路一起协同作用促进肿瘤发生，以及它们之间的联系还不是很清楚，还需要进一步深入研究。

总的来说，这些研究证实了表观遗传修饰与缺氧/HIF信号通路之间具有很大的关联，既这些表观遗传因子能够调节HIF的转录激活活性，HIF反过来也可以调节部分表观遗传因子的表达。

但是，它们之间的具体关系和这些基因突变的联合效应还不是很清楚。

HIF与表观遗传、以及肾癌中关键基因之间的关系将会是肾癌研究中的一个热点。

此外，这些泛基因组的研究结果进一步说明了HIF-α在ccRCC发展中具有关键的作用。

3 HIF-1α和HIF-2α在ccRCC中具有相
反功能的分子作用机制
大多数实体肿瘤都显示一定程度的缺氧，且缺氧程度与肿瘤患者的不良预后明显相关[8]。

在常氧
第5期邹俊遐等: 缺氧诱导因子(HIFs)在肾癌发生中的作用及其分子机制 347
下，HIF-α可与pVHL蛋白复合物相互作用，最终通过泛素蛋白酶体酶降解HIF-α。

HIF-α的脯氨酸残基被脯氨酰羟化酶羟基化是其与VHL相互作用所必须的。

在缺氧时，脯氨酰羟化酶失活，HIF-α的羟基化被抑制而使其稳定性增加，进而与HIF-1α形成异源二聚体激活一系列下游基因的表达[3]。

HIF-α除了受到氧气依赖的PHD/VHL通路的调节外，它们还受到许多其他信号通路的调控[62]。

此外，HSP90以及钙信号通路可以增加HIF-1α的蛋白稳定性，从而能够在常氧下激活HIF信号通路[63]。

HIF-1α和HIF-2α亚基虽然结构相似，但在ccRCC中二者的功能相反，以下主要探讨在ccRCC中这二者发挥相反功能的分子作用机制(图1)。

3.1 HIF-1α和HIF-2α对靶基因表达调控的差异
如前所述，尽管HIF-1α和HIF-2α具有相同的结合基序，但是它们具有各自特异的靶基因。

这些差异的下游基因很可能是HIF-1α和HIF-2α具有相反功能的重要分子机制(图1A)。

此外，HIF-1α和HIF-2α具有不同的转录激活能力，其部分归因于它们的C端转录激活结构域具有对FIH1的不同敏感性。

HIF-1α和HIF-2α转录激活结构域内保守的天冬氨酰残基(Asn)被FIH1羟基化，形成空间位阻，抑制辅助激活因子p300和CBP的募集，从而抑制HIF 的转录活性。

研究证实HIF-1α较HIF-2α对FIH1更加敏感[3]。

此外，在RCC细胞系中下调FIH1的表达可增加HIF-1α的转录激活活性并促进细胞凋亡。

这说明在肾癌发生发展中，FIH1具有降低HIF-1α的活性和促进细胞成活的作用，是一个促癌基因。

然而，FIH1在细胞核中的低表达与ccRCC患者的不良预后相关[64]。

这与在RCC中FIH1起促癌基因的
图1 HIF-1α和HIF-2α在ccRCC中具有相反功能的分子作用机制
Fig. 1 Molecular mechanisms that HIF-1α and HIF-2α have opposing effects in ccRCC biology
A：HIF-1α和HIF-2α具有各自特异的靶基因; B：HIF-1α与MYC竞争结合Sp1和MAX，以及HIF-1α的下游基因MXI1与MYC竞争结合MAX，从而抑制MYC/MAX二聚体作用于目的基因启动子。

而HIF-2α与MAX和MYC相互作用后可促进MAX/MYC二聚体的形成，从而促进MYC的转录激活活性；C：HIF-1α与TCF-4竞争结合β-catenin，抑制β-catenin/TCF-4复合物的形成，从而抑制β-catenin/TCF-4的功能。

HIF-2α与β-catenin/TCF-4复合物相互作用后，招募辅助激活因子p300进而促进β-catenin的转录激活活性; D：HIF-1α激活而HIF-2α抑制p53的活性，进而调节细胞周期的阻滞和细胞凋亡。