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缺氧诱导因子 -1 HIF-1 及

START HERE. 缺氧诱导因子 -1 HIF-1 及. HIF-1 抑制剂 的介绍. 王晓梦 5091719002. What’s. HIF-1 ？.

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缺氧诱导因子 -1 HIF-1 及

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  1. START HERE 缺氧诱导因子-1 HIF-1及 HIF-1抑制剂的介绍 王晓梦 5091719002

  2. What’s HIF-1 ？ 1992 年Semenza和Wang 在低氧的肝细胞癌细胞株Hep 3B 细胞的核提取物中发现一种蛋白特异性地结合于红细胞生成素( EPO) 基因增强子的寡核苷酸序列,命名为缺氧诱导因子-1( HIF-1) 。 Maxwel l 等用EPO 增强子中的低氧反应元件构建报道基因，发现HI F -1活化是细胞低氧应答的关键环节，受胞浆多种蛋白质精细调控 ，可以被多种胞外刺激活化，上调影响细胞存活 、生长、分化以及凋亡的基因表达 ，具有重要的生理和病理作用。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 Structural and functional analysis of hypoxia-inducible factor-1，Kidney International, Vol. 51 (1997), pp. 553—555 1 of n

  3. What’s HIF-1 ？ α亚单位：120kD。低氧诱导。 β亚单位： 91/ 93/ 94kD。属构建型表达,不受低氧诱导。 正常氧分压环境中细胞 HI F - 1蛋白的α亚基通过遍在蛋白-蛋白酶解系统迅速降解，在胞浆中几乎检测不到．当细胞氧分压降低或者受到其他刺激时，HI F -1 α在胞浆中积累、活化，转移到细胞核 ，与 HI F -1 β形成 HI F -1 分子，结合相应的靶序列 ，调节基因表达． HI F-1 活化的前提是其α亚基脱离遍在蛋白-蛋白酶解系统，以及其两个亚基磷酸化 ，参与这个过程的多种蛋白激酶构成了细胞低氧应答的重要信号转导途径 ． HIF-1 缺氧诱导因子-1 Structural and functional analysis of hypoxia-inducible factor-1，Kidney International, Vol. 51 (1997), pp. 553—555 2 of n

  4. HIF-1 结构与组成 HIF -1 α分子的氨基端方向依次排列着碱性区域 、HLH和 PAS，共同构成转录因子 DNA结合结构域．碱性区域和 HLH介导与 DNA的结合。PAS结构域由极不保守的间隔序列及其分割的 PAA、PAB两个重复序列构成，从总体上看，PAS序列的保守性很低 ，由于这段序列的长度以及序列差异，PAS决定了该家族成员以一定的组合两两特异结合，形成不同的转录因子． HIF-1 缺氧诱导因子-1 低氧诱导因子-1 的结构、功能、调节及其与低氧信号转导的关系，生理科学进展， 2001年第32卷第1期 3 of n

  5. HIF-1 结构与组成 HI F -1 α羧基端有两个相对独立 的反式激活结构域 ( t r a n s a c t i v a t i o n d o ma i n ，TAD) ，具有抑制该分子在常氧条件的反式激活作用，称之抑制结构域 ( i n h i b i t o r y d o ma i n ，I I ) ) ． HI F -1α分子中部是氧依赖降解 结构域( o x y g e n — d e p e n d e n t d e g r a d a t i o n d o ma i n ，ODD)，含有 3个独立的调控组件，第 2 、3个区域的羧基侧有 P E S T样序列 。P E S T序列因富含脯氨酸( P) 、谷氨酸 ( E) 、丝氨酸 ( S ) 、苏氨酸 ( T)残基而得名 ，与胞内蛋 白质快速降解密切相关． HIF-1 缺氧诱导因子-1 低氧诱导因子- 1的转录活性调控及其信号传导，生物化学与生物物理进展，2002 4 of n

  6. HIF-1 生理作用 低氧是许多疾病状态如脑卒中、 心肌梗死和肿瘤等病理生理学改变的主要原因。缺氧引发一系列信号传递过程， 包括 c A M P， c GM P， C a 2+ ， N O和 C O等信使分子的参与， 以及缺氧诱导因子-1 ( h y p o x i a i n —d u c i b l e f a c t o r 1 ， H I F -1 ) 的激活， 使机体产生缺氧适应性反应。H I F - l a蛋 白是直接感受缺氧的感受器。低氧、 二价钴离子和铁螯合剂都可以诱导 H I F -1的活性。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 不同缺氧方法诱导 BeWo细胞缺氧诱导因子 1α表达的实验研究，Acta Academiae Medicinae CPAPF，2005年3月 5 of n

  7. HIF-1 与癌症? 病理状态下， HI F - 1活化有正性或负性作用。一方面， HI F - 1可促使心脑缺血后血管重建，诱导 H I F活性可预防高度动脉粥样硬化病人的缺血或梗死形成。N O结合到 P H D和 F I H- 1的催化核心可能会阻断酶活性 ， 因此 ， N O对 H I F - 1活性 的正性调节可用于设计选择性作用于 P H D和 F I H- 1的药理学抑制剂。另一方面， 在癌症的低氧环境中， H I F - 1 促进血管生成和新陈代谢， 有利于肿瘤生存、 增殖、 侵入和转移，因此 ， 阻断 H I F -1 α或 H I F - l α相关蛋白的活性可以抑制肿瘤发展。针对肿瘤细胞在低氧状态下激活，可采用选择性破坏对低氧的正常转录应答的特异性药物 而达 到 目的。 在大多数实体瘤的癌组织中可以检测到 H I F - l的表达， 如脑、 膀胱 、 乳腺 、 结肠、 卵巢、 胰腺、 肾脏 、 前列腺等 ， 而这些癌组织 的周边正常组织 中则没有发现 H I F - 1的表达。同样， 在良性肿瘤如乳腺纤维性瘤及子宫平滑肌瘤中也未见 H I F 一 1 的表达。提示 H I F 一 1 在临床可以用于指导判断肿瘤的良恶性程度、 分级、 术后预后和生存率。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 缺氧诱导因子-1调控转录及相关转录抑制剂的研究进展，国外医学药学分册， 2004年8月 6 of n

  8. HIF-1 非特异性/特异性 抑制剂 HIF-1的激活涉及了细胞内众多的信号传导过程 ,如 mTOR、 AKT、 Her2 /Neu、 EGFR、 BCR-ABL和法呢酰基转移酶等通路 ,作用于以上多种信号通路的化合物都有可能产生抑制 HIF-1的作用。HIF-1本身在翻译后也存在诸如羟基化、 乙酰化、磷酸化、泛素化和 SUMO化等修饰。 作用于HIF-1上游相关信号转导通路的化合物 抑制HIF-1α蛋白表达的化合物 促进HIF-1α蛋白降解的化合物 抑制HIF-1转录的化合物 HIF-1 缺氧诱导因子-1 靶向缺氧诱导因子- 1的抗肿瘤药物研究进展，药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2008 7 of n

  9. 作用于HIF-1 上游相关信号转导通路 的化合物 在乳腺癌细胞中 Her2 /Neu能诱导 HIF-1α的翻译 作用于 mTOR通路的化合物 常氧条件下 , mTOR信号通路介导了生长因子所引起的 HIF-1α蛋白的翻译。在人类肿瘤中,由于肿瘤抑制因子 PTEN 功能的缺失 , PI3K/AKT/mTOR通路得以激活并诱导 H IF-1α蛋白翻译的增多。CCI2779 (mTOR抑制剂 )能抑制HIF-1α的表达。CCI2 779在常氧和缺氧条件下均能抑制乳腺癌细胞 BT474中 H IF-1依赖的 VEGF的产生。能通过抑制mTOR /H IF-1 /VEGF通路迅速抑制人横纹肌肉瘤移植瘤的产生、血管生成和肿瘤生长。 Koukourakis等 发现美国 FDA批准的用于治疗 Her2 /Neu阳性乳腺癌的 Her2 /Neu单克隆抗体赫赛汀 ( hercep tin)能发挥一定的抗血管生成作用,其作用机制可能是阻断或部分阻断了由 HIF-1介导的 VEGF产生。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 8 of n

  10. 作用于HIF-1 上游相关信号转导通路 的化合物 作用于表皮生长因子受体 ( EGFR)通路的化合物 最早发现于前列腺肿瘤细胞系中。吉非替 尼 ( Iressa)和埃罗替尼 ( Tarceva)是两种 用于治疗非小细胞肺癌的 EGFR的小分子 抑制剂 ，它们在鳞状上皮细胞癌细胞 QB20B中减少了 H IF-1 α的翻译，抑制 VEGF的产生, 且影响了SP1与 VEGF 启动子临近序列的结合。在乳腺癌细胞中, H IF-1α的抑制能阻断 EGF诱导的生存素的产生 ,从而使细胞对化疗所引发的凋亡更为敏感。Luwor等报道 ,用于治疗转移性结肠直肠癌和头颈部鳞状上皮细胞癌的 EGFR单克隆抗体西安普 ( cetuxi ma、I MC2C225)也能在表皮样癌细胞 A431中降低 H IF- 1α的水平。 吉非替尼 Crosstalk between epidermal growth factor recept or and HIF-1 signal pathways increases resistance to apoptosis by up regulating surviving gene expression ， Bio Chem, 2006, HIF-1 缺氧诱导因子-1 9 of n

  11. 作用于HIF-1 上游相关信号转导通路 的化合物 作用于BCR/ABL 通路的化合物 伊马替尼 ( imatinib)是一种 BCR /ABL蛋 白的小分子抑制剂 ,用于胃肠基质瘤的治 疗。BCR是慢性髓性白血病细胞中由于t 平衡易位而产生的一种癌蛋白 , 它能持续 激活受体酪氨酸激酶并引发其自身磷酸化 , 进而激活 RAS、ST AT5和 P I 3K等多 重信号分子。在 Ba /F3细胞中 , BCR通过 P I 3K/AKT/mT OR /H IF-1 α通路激活 VEGF启动子而诱导 VEGF的表达。Litz等发现在小细胞肺癌细胞系中 , Imatinib能通过作用于 P I 3K/H IF-1 α通路抑制由肝细胞因子 ( SCF)诱导的 VEGF表达。 伊马替尼 inhibits c-Kit-induced hypoxia-inducible factor-1a activity and vascular endothelial growth factor exp ression in small cell lung cancer cells，Mol Cancer Ther, 2006 HIF-1 缺氧诱导因子-1 10 of n

  12. 抑制 HIF-1α蛋白表达的化合物 托泊替康 托泊替康是一种拓扑异构酶 I的抑制剂 , 与可切割复合物可逆性结合并形成稳定 结构 , 在 DNA复制引起 DNA损伤。是用于 治疗小细胞肺癌和卵巢癌的二线药物。托 泊替康能抑制 H IF-1活性的作用并抑制 H IF-1α的蛋白翻译。Mabjeesh等报道, 在人神经胶质瘤移植瘤模型中 , 每日给予 托泊替康 能抑制 H IF- 1 α的表达、 肿瘤的血管生成以及肿瘤的生长。 托泊替康 HIF-1 缺氧诱导因子-1 inhibitors : camp to the cins and beyond，Nat Rev Cancer, 2006 11 of n

  13. 抑制 HIF-1α蛋白表达的化合物 甲氧雌二醇 甲氧雌二醇是雌激素自然代谢产物 ,它能与微管蛋白结合并阻断微管蛋白的聚合 ,从而使细胞产生 M期阻滞。近来有研究发现甲氧雌二醇能抑制H IF-1α的翻译及核转位。从而抑制血管新生。在临床前实验中 ,甲氧雌二醇通过对 H IF-1 α表达的抑制而具有抗肿瘤活性。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 12 of n

  14. 抑制 HIF-1α蛋白表达的化合物 硫氧还蛋白抑制剂 PX-478 硫氧还蛋白 -1在很多人类肿瘤中都有高表达 ,它的高表达与肿瘤细胞内 H IF-1α蛋白水平的增加及 H IF2 1靶基因表达的增强密切相关。Welsh等报道了硫氧还蛋白 2 1通路的两个抑制剂 , 即PX-12和灰侧耳菌素在人肿瘤细胞中能降低 H IF- 1α蛋白水平并且抑制 H IF-1下游靶基因的表达。Jones等研究发现两个硫氧还蛋白2 1的功能抑制剂 ,即AJM290和AW464能增加 H IF-1 α的蛋白水平 ,又抑制 H IF-1与 DNA的结合以及转录活性。 Welsh等研究发现 PX-478在常氧和缺氧条件下 ,能在多种肿瘤细胞系抑制 H IF- 1 α蛋白的积聚、 H IF-1的转录激活及其靶基因 VEGF的表达 ,其作用机制尚不清楚。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 13 of n

  15. 促进 HIF-1α蛋白降解的化合物 YC-1 人们最早发现 YC-1能激活可溶性的鸟苷酸 环化酶 ( soluble guanylate cyclase, sGC) , 增加胞内环磷鸟苷的水平 ,被开发为血小板 聚集和血管舒张的抑制剂。Chun等研究发 现在培养细胞中它能通过一种 sGC非依赖 的途径发挥减少 HIF-1α积聚及抑制 HIF-1 转录激活的作用。Yeo等在一些移植瘤模型 试验中发现 , YC-1能通过降低 HIF-1α蛋白 水平、 减少微血管密度、 抑制 VEGF mRNA表达而表现出显著的抗肿瘤作用。Ki-m等更为深入的研究发现 , YC-1能促进 HIF-1α的蛋白降解 ,通过与 HIF-1α的氨基酸 720～780位的结合发挥其降解 HIF-1α的作用。 A domain responsible for HIF-1 a degradation by YC-1, a novel anticancer agent ，IntOncology, 2006 HIF-1 缺氧诱导因子-1 14 of n

  16. 促进 HIF-1α蛋白降解的化合物 组蛋白脱乙酰基酶 ( HDAC)抑制剂 热休克蛋白 90( HSP90)抑制剂 HSP90是一种分子伴侣 ,与众多的蛋白结合 ,包括很多转录因子 (如 p53、 糖皮质激素受体、 AhR)以及一些激酶 (Akt, ErbB2, Raf2 1, v2 Src等 )。与HSP90结合后 ,这些蛋白才能实现正确的构象和定位从而发挥其功能。Galdanamycin ( GA)是抗艾滋 病药物安沙霉素的苯醌类代谢物 ,它能竞争性结合HSP90上的 ATP结合位点 ,从而阻断 HSP90与其蛋白的结合 ,引起这些蛋白的泛素化及随后的蛋白酶体降解。 组蛋白的乙酰化能稳定 DNA染色质的构象 ,并参与基因的表达调节;其他蛋白的乙酰化修饰也与这些蛋白的稳定和功能相关。HIF-1 α蛋白也有可逆的乙酰化 /去乙酰化修饰 ,有研究发现小檗碱在胃腺癌细胞SC2M1中促进 HIF-1 α降解的作用 ,其机制可能是小檗碱促进了 HIF-1 α的乙酰化 ,从而增进了蛋白酶体对其的降解。组蛋白脱乙酰基酶抑制剂 (HDACI)能抑制 HIF-1α蛋白的积聚。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 15 of n

  17. 抑制 HIF-1转录的化合物 阻断 HIF-1与其靶基因结合的化合物 聚酰胺化合物 这是一种合成的含有 N-甲基吡咯林和 N-甲基咪唑结构的氨基酸低聚物,该化合物中成对的芳香环结构具有与特异性 DNA序列结合的特性 , 可以调节某些基因的表达。 HIF-1 α亚基转入细胞核内与 β亚基结合形成蛋白复合物 ,该蛋白复合物通过与其靶基因调节区的 HRE的结合而激活其靶基因的表达。已有研究发现是 HIF-1 α和 HIF-1 β亚基 N末端的 bHLH和PAS功能区介导了该复合物的聚合及与其靶基因的结合。能抑制 HIF-1与其靶基因结合的选择性化合物引起人们的关注。 棘霉素 最早是从 Streptom yces echinatus中提取分离的一种喹噁啉类抗生素 , 这种小分子化合物能特异性地与某些DNA序列结合。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 16 of n

  18. 抑制 HIF-1转录的化合物 抑制 HIF-1转录活性的化合物 毛壳菌素 毛壳菌素是毛壳菌属真菌的具有二硫代哌嗪二酮结构的代谢产物。最早发现它具有抗菌活性 ,高通量筛选发现它能阻断 HIF-1 α与p300的结合 从而减少了 HIF-1下游基因的表达。 HIF-1的转录活性主要是通过 HIF-1α的 N-TAD和 C-TAD调节。在这两个功能域中所存在的众多修饰位点有可能成为开发 HIF-1蛋白转录活性抑制剂的靶点;共转录因子 p300是 HIF-1发挥转录活性所必需。阻断 HIF-1与 p300的结合或破坏p300的三维结构必然会起到抑制 HIF-1转录活性的作用。 两性霉素 B 它也能抑制 HIF-1的转录激活 ,但不影响HIF-1α蛋白的水平和核转位。 蛋白酶体抑制剂 HIF-1 缺氧诱导因子-1 17 of n

  19. What’s P300 ? H I F -1 是药学上重要的靶点， 设计 H I F -1 α /p 3 0 0复合物为靶点的小分子转录抑制剂， 可用于心脑血管疾病或肿瘤的治疗。 p 3 0 0是一个含有多蛋白结合域的大分子。C B P 是 c A MP反应元件结合蛋 白的结合蛋白， 是与p 3 0 0高度同源的转录辅激动因子。p 3 0 0包括核激素受体结合域 ( N u ) 、 三个半胱氨酸／ 组氨酸富集区( c y s — t e i n e ／ h i s t i d i n e - r i c h ， C H1 ， C H 2和 C H 3) 、 C R E B结合域( K I X) 、 溴结构域(B r ) 、 组蛋白乙酰转移酶结构域(HAT ) 、 谷氨酰胺富集区(Q) 及 I R F - 3 -结合域。位于氨基酸残基 3 4 6～4 1 0处 的 C H1与n l F - l a 结合， 而p 3 0 0的其他结构域与 T A T A结合蛋白( T B P ) 及转录因子 ( T F)ⅡB相互作用。C H1和C H 3是 p 3 0 0 ／ C B P同源 Z n 2+ 结合域， C H1 作为 n l F - l a C T A D折叠的支架， 通过疏水极性相互作用使 H I F -1 α／ p 3 0 0复合物稳定_ 4 J 。 H I F -1 α的活化可诱导 p 3 0 0入核， 并与 H I F - 1 1 3 结合。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 缺氧诱导因子-1调控转录及相关转录抑制剂的研究进展，国外医学药学分册， 2004年8月 18 of n

  20. What’s HIF-1α/p300 ? 仅有 H l F - 1结合位点的报道基因不能进行缺氧诱导， 在靶基因上必须有一系列相互作用的转录因子的组合。H u a n g 等证实了H e p 3 B细胞的 H I F - 1 α的c端与 p 3 0 0特异性结合。p 3 0 0 ／ C B P起转录衔接子作用， 将信号传递给启动子， 保证高水平转录。 p 3 0 0 ／ C B P的转录调节有多种机制： ( 1 ) 作为蛋白桥可以把不同的特异序列转录因子连接到转录元件上； ( 2 ) 提供构建一个多组分转录调节复合物的蛋白支架。p 3 0 0 ／ C B P另一个重要特性是有乙酰转移酶( H ) 活性 ， 通过调节核小体组蛋白而影响染色质活性。因此， H I F - l α／ p 3 0 0复合物的形成也可能进 一步通过影响染色质结构而调节基因表达。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 缺氧诱导因子-1调控转录及相关转录抑制剂的研究进展，国外医学药学分册， 2004年8月 19 of n

  21. HIF-1 抑制剂? H I F - 1 活性的天然拮抗剂如 p 5 3 s r j ，可以通过拮抗 H I F - 1 α的活性而抑制肿瘤的生长 1 。 H I F - 1 是药学上重要的靶点， 特异性阻断 H I F - l α 和p 3 0 0的相互作用， 从而阻断或终止 H I F - l a转录激活， 可降低氧诱导基因表达从 而干扰肿瘤生长。C lA D 肽 的表达可 阻断 H I F - 1 α 和 p 3 0 0之间的相互作用， 抑制裸鼠中肿瘤异种移植物生长。A s n 803羟化能够破坏 p 3 O O ／ C B P和 H I F - 1 α C TA D 之间的相互作用， A s n 803 羟化可以看作 CTA D 功能的一个开关， 如 A s n 803突变成 Ala ， 完全终止了氧依赖对C T A D功能和与 p 3 0 0相互作用的负调节 。这种重要的功能性分子开关可作为靶点。以 C T A D上 A s n 803 α 螺旋为靶基因的小分子抑制剂可特异抑制 p 3 O O ／ C B P和 H I F — l α C T A D的相互作用。 H I F - 1 稳定性和转录调控活性都受到氧依赖的特殊氨基酸的羟化调节， 以 HI F — l a上 P r o 、 A s n 803 、 H I F — α／ p 3 0 0复合物、 p V HL或以P H D和 FIH-1 作为靶点， 设计选择性基因转录抑制剂或促进剂， 用于心脑血管疾病或肿瘤的治疗将是可行的方法之一。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 缺氧诱导因子-1调控转录及相关转录抑制剂的研究进展，国外医学药学分册， 2004年8月 20 of n

  22. HIF-1 抑制剂? 将HIF-la的抑制剂2-Methoxyestradiol(2ME2)运用到蛛网膜下腔出血模型中，可以减轻脑血管痉挛，通过BNIP3途径抑制内皮细胞和血管平滑肌细胞的凋亡. HIF-1 缺氧诱导因子-1 缺氧诱导因子1-α抑制剂对大鼠局部脑缺血再灌注损伤的影响，解剖学报，2008年4月 21 of n

  23. HIF-1 抑制剂? HIF-1a的分子活性和蛋白表达在缺血后脑组织中升高，同时也伴随着其下游基因EGF、BNIP3及Caspase．3的升高。2ME2可以抑制HIF-la的活性和蛋白表达量，同时抑制VEGF、BNIP3及Caspase．3的表达，从而减少了TUNEL阳性细胞，降低TIC染色的梗死面积，提高神经学功能评分。 HIF-1 缺氧诱导因子-1 缺氧诱导因子1-α抑制剂对大鼠局部脑缺血再灌注损伤的影响，解剖学报，2008年4月 22 of n

  24. THANK YOU

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