1. 引言

肿瘤严重威胁着公众健康。据报道2020年，中国的癌症病例将达到451万例左右，癌症死亡人数可能达到304万人 [1]。可以预见今后很长一段时间，肿瘤都将是危害中国人健康的极其重要的问题之一。目前该病难治和复发的重要原因是肿瘤细胞的侵袭和转移。且肿瘤侵袭和转移的机制仍有待于进一步阐明，特别是当下靶向治疗所依赖的分子机制。不过有研究证实局部微环境缺氧在肿瘤进展过程中起着关键作用，主要通过缺氧/HIF-1α的驱动和VEGF的过表达及其受体的激活等机制促进肿瘤持续增殖、持续血管生成和局部侵袭、远处转移等 [2]。本文现就HIF-1α/VEGF在肿瘤的侵袭和转移过程中的研究进展作一综述。

2. HIF-1α概述

HIF-1α是一个120 kDa的氧依赖转录激活因子，在众多组织中普遍表达(包括肿瘤组织)。其与果蝇(PerandSim, PAS)具有高度同源性的两个亚单位的碱基–螺旋–环–螺旋(bHLH)基序证明它们都属于bHLH-PAS蛋白家族。除bHLH和PAS结构域外，还有两个反式激活结构域：N-末端的转录激活区(NTAD)和C-末端的转录激活区(CTAD)，及一个氧敏感的氧依赖性降解域(ODDD) [3] [4] [5]。有多种机制参与HIF-1α分子的活性调节，但目前证实 [6] 对HIF-1α活性影响最大的分子机制是由双加氧酶依赖的泛素-蛋白酶体途径介导的系统。位于HIF-1α的P402和P564的两个脯氨酸残基被称为PHD的双加氧酶(包括PHD1-3)脯氨酰羟化通过含有pVHL的E3泛素连接酶触发泛素化反应，通过半衰期为6~8分钟的泛素–蛋白酶体系统导致HIF-1α在常氧条件下的蛋白水解。而在缺氧微环境中，PHD活性下降，HIF-1α蓄积并移位到细胞核，与β亚单位二聚化，并与HIF-1α结合位点(HBS)结合，从而促进多种靶基因的转录，并调控靶基因表达。HIF-1α进而促进了一些缺氧诱导的细胞事件，如细胞增殖、迁移、侵袭、血管生成和细胞代谢 [7] [8]。

3. VEGF概述

VEGF是1989年由Gospodarowicz [9] 分离出的糖基化多肽性分泌因子，其编码基因位于第六号染色体短臂上，由8个外显子和7个内含子交替构成，总长约14 kb。VEGF家族在哺乳动物中表达包含VEGF-A，VEGF-B，VEGF-C，VEGF-D和胎盘生长因子(PLGF) 5个成员。不同成员之间功能具有差异性。VEGF-A即通常说的VEGF，是目前发现的调节血管生成的关键因子 [10]，VEGF-B暂未发现其诱导血管生成和血管通透性的功能 [11]，VEGF-C和VEGF-D与淋巴管生成密切相关 [12]。VEGF的生物学效应是通过其亚型与不同的血管内皮细胞表面受体(VEGFR1、2、3)结合后进行信号转导而发挥。VEGF-A可选择性地结合VEGFR-1及VEGFR-2，通过血管生成途径，在肿瘤生长、区域浸润和淋巴转移中起重要作用 [10]。VEGF-C和VEGF-D通过与淋巴管内皮细胞表面VEGFR-3结合，调控淋巴管生成，在胃癌肿瘤细胞淋巴管侵袭和淋巴结的转移中有重要作用 [12]。VEGF还可诱导分泌多种血浆酶原激活物和金属蛋白酶，促进血管生成，为肿瘤浸润及转移提供条件 [13]。

4. HIF-1α和VEGF促进肿瘤血管生成

积累表明在肿瘤生长和转移过程中，由于肿瘤细胞的疯狂增殖，无法及时建立血管网，造成肿瘤细胞生长处于缺氧且酸性物质积聚的微环境中。而肿瘤实质微环境的特点，以及无氧状态诱导一系列参与血管生成和无氧代谢的基因表达，可以帮助肿瘤细胞更好地适应无氧环境，并更容易形成侵袭和转移能力 [14] [15] [16]。这一过程与新生血管形成密切相关，新生血管可为肿瘤细胞快速生长提供条件，进而加速实体肿瘤的发生、侵袭和转移 [17] [18]。有报道表明，通过微血管密度这一肿瘤血管生成最主要的量化指标，可预测肿瘤浸润和转移程度 [19]。而且研究已证实缺氧条件下，HIF-1α被激活并调控VEGF等转录因子参与肿瘤新血管生成 [20] [21] [22]。其机制可能是在缺氧驱动的血管生成中，缺氧激活PI3K/AKT通路，阻止HIF-1α翻译后羟基化和随后的HIF-1α的降解，使其积聚，然后转移到细胞核，并形成转录起始复合物，启动靶基因转录，导致相应的蛋白产物增加，包括VEGF的表达增强，从而促进肿瘤血管生成 [23] [39]。Yokoe [24] 等研究也表明在缺氧时，HIF-1α可以逃避pVHL的识别，从而稳定存在于缺氧环境中。并通过PI3K途径和缺氧激活的PI3K/Akt/mTOR途径调节VEGF蛋白的合成 [25]。Palazon等 [26] 还证实，HIF-1α磷酸化后也可诱导VEGF靶基因的转录。而VEGF的过表达，主要通过受体VEGFR-1和VEGFR-2发挥作用，当VEGF与其受体结合后激活信号转导，导致内皮细胞增殖、迁移和新生血管形成。新生血管可以为肿瘤提供营养、氧气，排出代谢废物，并刺激肿瘤生长，加速肿瘤转移 [10]。因此，联合应用抗血管生成药物和HIF-1α抑制剂可能是有效的，因为抗血管生成药物会切断肿瘤的血液供应，而HIF-1α抑制剂可以增强抗血管生成药物的作用，降低耐药的可能性 [42]。

5. HIF-1α、VEGF参与肿瘤的侵袭和转移

肿瘤的侵袭和转移是影响患者预后的主要危险因素，它是一个不受控制的细胞增殖、血管生成、分离、运动、侵入血流、沉积在微血管中，最后从血管外渗并在次级部位增殖的连续事件。这一过程复杂，机制不明确，涉及到了多个基因和信号通路，而且目前关于这方面的靶向治疗仍未取得突破性进展 [27] [28]。如用于治疗转移性肾细胞癌(mRCC)的5种抗VEGF/VEGFR药物，尽管患者的无进展生存率和有效率有所提高，但均未能显著提高患者的生存率 [29]。因此研究肿瘤的侵袭和转移机制，对于探索新的治疗靶点和治疗机制，提高肿瘤患者的治疗效果和预后具有重要意义。HIF-1α与VEGF由于其在调节肿瘤血管生成从而促进肿瘤生长、侵袭和转移中的巨大作用早已被人们所熟知并关注。并期待以此开发出在肿瘤的治疗中有更好效果的药物。

多项研究表明高表达的HIF-1α预示着更高的TNM分期，远处转移和血管侵犯，以及阳性淋巴结 [30]。这些现象是可以理解的，因为增加的HIF-1α可激活磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B (PI3K/AKT)和人鞘氨醇激酶-1/1-磷酸鞘氨醇(SphK1/S1P)信号通路，介导瘤体内新生血管的形成，增强肿瘤细胞的活动能力，从而促进肿瘤的进展 [31] [32]。而且HIF-1α还可通过激活Wnt、TGF-β/Smad3或Wnt、Notch、TGF-β等多条信号转导通路调控其关键转录因子表达，诱导上皮间质转化效应，进而促进肿瘤浸润转移 [33] [34]。甚至HIF-1α通过刺激肿瘤细胞或肿瘤浸润免疫相关细胞中的PD-L1表达促进肿瘤细胞免疫逃逸 [35]。不过，更多HIF-1α调节肿瘤转移的机制仍有待进一步阐明。同样Zhao等 [36] 发现VEGF的表达与肿瘤侵袭能力呈明显正相关，VEGF表达越高，促血管生成的作用也越显著，肿瘤的浸润和转移也越早。通过干预VEGF的生成或阻断VEGF与其受体的结合则可抑制肿瘤的血管生成，从而抑制肿瘤的生长、浸润和转移。Liu等 [37] [38] [39] 发现用siRNA敲除人结直肠癌(CRC)细胞系中的VEGF后，肿瘤细胞的生长被极大地抑制，从而显著的抑制了结直肠癌的迁移和侵袭。并阐述了该现象产生的机制：这一现象不是通过已有的旁分泌或自分泌VEGF信号的抑制。而是通过调节结直肠癌细胞中多受体酪氨酸激酶(RTK；例如EGFR和cMET)和下游AKT信号的活性介导的。

然而，HIF-1α/VEGF的调控机制不单单止于此。近来研究还发现缺氧/HIF-1α可直接或间接(后者通过腺苷、乳酸或酸中毒)促进VEGF的表达及激活其受体，从而促进肿瘤逃避免疫监视 [40]。同时HIF-1α可通过VEGF和血小板衍生生长因子参与血管生成的调节，增强Notch信号的转录活性，介导肿瘤代谢途径(葡萄糖、脂质和氨基酸代谢)，并通过免疫抑制发挥肿瘤促进作用 [41]。这些研究为通过HIF-1α/VEGF通路治疗肿瘤获得更好的效果提供了可能。在研究光动力疗法(PDT)时 [42] 发现，PDT的治疗效果通常被肿瘤血管生成所掩盖。其机制是：PDT后PAK1表达上调并防止HIF-1α蛋白在泛素介导下降解，因此造成HIF-1α蛋白积累并转运到细胞核与VEGF启动子结合，从而上调VEGF的表达，促进肿瘤血管生成。不过当敲除PAK1基因后，这些现象被逆转，促进HIF-1α降解，最终抑制肿瘤血管生成。因此，通过敲除PAK1以抑制HIF-1α/VEGF的抗血管生成疗法，将可能为PDT联合治疗提供一个新思路。

综上所述：HIF-1α和VEGF可以成为人们研究肿瘤侵袭和转移机制的一个突破口，并可能由此开发出更有效的肿瘤治疗药物，从而提高肿瘤的治疗水平。

6. 展望

肿瘤的侵袭和转移过程涉及众多生长因子、细胞因子、信号级联反应和细胞过程，使得开发出更加有效的靶向药成为一项挑战。不过HIF-1α/VEGF通路是非常值得探索的一个环节。而且我们相信随着研究的越来越深入，在不久的将来以HIF-1α和VEGF为治疗靶点的靶向治疗在肿瘤治疗中会越来越成功，并带给肿瘤患者新的希望。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。

参考文献