前言

缺氧誘導(dǎo)因子（HIFs）是高度保守并受氧氣豐度調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子，對各種生物適應(yīng)有限的氧氣供應(yīng)至關(guān)重要。在缺氧發(fā)生時，HIFs可以直接促進(jìn)靶基因的轉(zhuǎn)錄，例如紅細(xì)胞生成素（EPO）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGFs）或?qū)��?xì)胞外腺苷的產(chǎn)生和信號傳導(dǎo)至關(guān)重要的基因產(chǎn)物。HIF激活的作用包括紅細(xì)胞生成刺激、缺氧期間的細(xì)胞代謝優(yōu)化以及缺血和炎癥期間的適應(yīng)性反應(yīng)。相比之下，HIF抑制可以用于治療各種癌癥、視網(wǎng)膜新生血管和肺動脈高壓。

在過去的十年里，人們已經(jīng)開發(fā)出多種有效調(diào)節(jié)HIFs功能的藥物，并在臨床試驗中進(jìn)行了測試。這些藥物在治療癌癥、心臟的缺血再灌注損傷、急性腎損傷、急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）、炎癥性腸病、病原體感染、出血性休克和腎貧血等疾病方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。同時， HIF激活劑或抑制劑的廣泛應(yīng)用也面臨著具體的挑戰(zhàn)。

HIFs的分子結(jié)構(gòu)和功能

HIF途徑的氧依賴性調(diào)節(jié)是細(xì)胞和系統(tǒng)適應(yīng)低氧水平的核心。HIFs的緊密調(diào)節(jié)是由幾種關(guān)鍵酶介導(dǎo)的，包括因子抑制HIF（FIH）、HIF PHDs和vonHippel–Lindau蛋白（pVHL）。

HIFs的活性轉(zhuǎn)錄形式由一個α單元（HIFα）和一個β單元（HIF1β）組成。HIFα對調(diào)節(jié)HIFs的轉(zhuǎn)錄活性至關(guān)重要。目前，已鑒定出HIFα的三種亞型：HIF1α、HIF2α和HIF3α。所有三種異構(gòu)體在N末端都含有一個堿性螺旋-環(huán)-螺旋和兩個Per-Arnt-Sim結(jié)構(gòu)域（bHLH-PAS），在C末端都含有氧依賴性降解結(jié)構(gòu)域，而只有HIF1α和HIF2α含有反式激活結(jié)構(gòu)域。

在這三種異構(gòu)體中，HIF1α被鑒定為與EPO啟動子區(qū)結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。HIF2α和HIF3α后來被發(fā)現(xiàn)是基于它們與HIF1α的序列同源性。人HIF1α和HIF2α的氨基酸同源性為53.4%，人HIF1α和HIF3α的氨基酸序列同源性為57.1%。有趣的是，三種HIFα亞型根據(jù)組織和細(xì)胞的特異性具有不同的功能作用。HIF1α在所有細(xì)胞類型中都表達(dá)，而HIF2α最初被認(rèn)為僅在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，然而，最近的研究表明HIF2α具有在血管內(nèi)皮細(xì)胞外的功能。HIF1α和HIF2α協(xié)同增強共享靶基因如EPO或VEGF的表達(dá)。然而，HIF1α和HIF2α可能具有相反的生物學(xué)功能。例如，HIF1α特異性調(diào)節(jié)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）基因，而HIF2α控制精氨酸酶1的表達(dá)，從而對巨噬細(xì)胞極化或癌癥轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)產(chǎn)生相反的作用。而HIF3α缺乏反式激活結(jié)構(gòu)域，因此，它被認(rèn)為是一種抑制元件。與HIF1α和HIF2α相比，HIF3α及其各種異構(gòu)體和剪接變體的功能作用還有待進(jìn)一步闡明。

所有三個HIFα亞基都需要與其異二聚體伴侶HIF1β相互作用才能具有轉(zhuǎn)錄活性。HIF1β在N末端含有一個bHLH PAS結(jié)構(gòu)域，用于DNA與HIFα的結(jié)合和二聚化。與對氧依賴性降解敏感的HIFα不同，HIF1β在所有哺乳動物細(xì)胞中結(jié)構(gòu)性表達(dá)，與氧的可用性無關(guān)。

HIFs的缺氧調(diào)節(jié)

HIF1α或HIF2α的氧依賴性失活是一個由幾個關(guān)鍵酶和分子通過羥基化和泛素化控制的多步驟過程。

一旦HIFα與HIF1β二聚化，其隨后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。HIFα和HIF1β上的bHLH PAS結(jié)構(gòu)域?qū)Χ�聚化和DNA結(jié)合至關(guān)重要。同時，輔因子p300和CBP的募集對反式激活至關(guān)重要。進(jìn)入細(xì)胞核后，HIFα–HIF1β–p300–CBP復(fù)合物與位于HIF靶基因啟動子區(qū)的缺氧反應(yīng)元件（HRE）結(jié)合，并激活轉(zhuǎn)錄。

HIF的調(diào)節(jié)首先通過FIH——一種氧依賴性天冬酰胺羥化酶——通過在C-末端反式激活結(jié)構(gòu)域（C-TAD）結(jié)構(gòu)域內(nèi)羥基化Asn803來抑制HIF系統(tǒng)，阻止共激活物、CBP和組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶p300的結(jié)合。

HIF途徑的中央調(diào)控與含有HIF脯氨酰羥化酶結(jié)構(gòu)域的蛋白（HIF-PHDs）的酶活性有關(guān)。HIF-PHD有三種亞型：PHD1（也稱為EGLN2）、PHD2（也稱為EGLN1）和PHD3（也稱為EGLN3）。PHD1和PHD2促進(jìn)Pro402和Pro564在人HIF1α上的羥基化，而PHD3僅羥基化Pro564。羥基化過程高度依賴于氧和α-酮戊二酸作為底物和鐵作為催化劑的可用性。羥基化后，HIFα與pVHL結(jié)合，并被延伸蛋白B、延伸蛋白C、cullin 2（CUL2）、環(huán)盒蛋白1（RBX1）和E3泛素連接酶形成的復(fù)合物泛素化，導(dǎo)致隨后的蛋白酶體降解。

HIFs激動劑

目前，臨床上開發(fā)的激動劑主要通過抑制HIF-PHDs來阻止脯氨酸羥基化和隨后的蛋白酶體降解來激活HIF。有五種HIF PHD小分子抑制劑已進(jìn)入III期臨床，包括roxadustat（阿斯利康）、vadaustat（阿科比亞）、daprodustat（葛蘭素史克）、molidustat（拜耳）和desidustat（Zydus）。

自從發(fā)現(xiàn)靶向HIF PHDs的小分子HIF激活劑以來，臨床焦點一直集中在腎性貧血上，這主要是由于HIF激動對EPO的大量調(diào)節(jié)。一些化合物顯示出與紅細(xì)胞生成刺激劑（ESA）相當(dāng)?shù)闹委熜Ч�。日本已�?jīng)批準(zhǔn)了五種HIF PHD抑制劑，此外，roxadustat還在其他國家或地區(qū)獲得批準(zhǔn)，包括歐盟、中國、韓國和智利。2023年2月2日，daprodustat在美國獲得了FDA的批準(zhǔn)，用于治療接受透析的成年患者中與慢性腎臟疾�。–KD）相關(guān)的貧血。其他HIF PHD抑制劑，如vadadustat已在35個國家獲得批準(zhǔn)，包括日本、澳大利亞和許多歐洲國家。HIF PHD抑制劑的其他臨床適應(yīng)癥，如ARDS，仍處于早期階段。

除了腎性貧血，ARDS是另一個臨床適應(yīng)癥，正在進(jìn)行使用HIF激活劑治療的臨床安全性和有效性試驗。ARDS期間的HIF是一種內(nèi)源性保護(hù)途徑，可在藥理學(xué)上進(jìn)一步用于早期ARDS治療或預(yù)防。在ARDS期間，HIF1α在肺泡上皮細(xì)胞中具有優(yōu)化其碳水化合物代謝和細(xì)胞外腺苷信號的功能。HIF2α也有助于ARDS期間的肺部保護(hù)，例如，通過維持內(nèi)皮細(xì)胞的屏障完整性。

HIF-PHD抑制劑在大型III期臨床試驗中顯示出良好的短期安全性記錄，并且與嚴(yán)重的副作用無關(guān)。長期使用（3個月以上）HIF PHD抑制劑可能會產(chǎn)生不必要的副作用，包括慢性HIF激活引起的靶向效應(yīng)和與HIF PHD抑制劑對單個羥化酶的特異性相關(guān)的脫靶效應(yīng)。最重要的一點，由于HIF激活與癌癥進(jìn)展相關(guān)，尤其是腎透明細(xì)胞癌（ccRCC），長期HIF激活可能導(dǎo)致癌癥的發(fā)展或進(jìn)展。HIF PHD抑制劑的另一個潛在靶向副作用涉及過度的紅細(xì)胞生成和血栓栓塞并發(fā)癥，重大心血管不良事件（MACE）風(fēng)險的增加也是與長期使用HIF-PHD抑制劑相關(guān)的一個潛在問題。

HIF抑制劑

HIF在許多疾病中可能是有害的，例如某些癌癥和肺動脈高壓。因此，已經(jīng)開發(fā)出抑制HIFs的藥物，正在進(jìn)行臨床測試。早期的藥物干預(yù)側(cè)重于抑制HIF表達(dá)或促進(jìn)HIF降解。最近的小分子抑制劑，如PT2977，抑制HIF2α和HIF1β轉(zhuǎn)錄活性異二聚體的形成。

癌癥

HIFs通常在大多數(shù)人類癌癥中觀察到，特別是在實體瘤中。腫瘤內(nèi)缺氧和炎癥是HIF的主要機制，以及常見于VHL疾病相關(guān)癌癥（如ccRCC）的基因突變。許多癌癥激活途徑可以導(dǎo)致HIF激活，包括TP53、PTEN、EGFR和HER2的體細(xì)胞突變或表觀遺傳學(xué)改變。癌細(xì)胞利用HIF途徑通過各種機制驅(qū)動癌癥進(jìn)展，如促進(jìn)血管形成、代謝重編程、免疫逃避、細(xì)胞存活以及治療耐藥性。

HIF1α在實體瘤中高水平表達(dá)，且與預(yù)后不良有關(guān)。在癌癥中HIF1α的治療靶向已經(jīng)取得了相當(dāng)大的努力和進(jìn)展。例如，PX-478已在癌癥患者的I期劑量遞增研究中進(jìn)行了測試（NCT00522652），并顯示出有效的HIF1α抑制和合理的安全性。ASO EZN-2968在難治性實體瘤患者中研究HIF1A RNAi的早期努力由于贊助者的興趣喪失而提前終止。然而，EZN-2968/RO7070179最近在晚期HCC患者中進(jìn)行了研究；總體而言，EZN-2968/RO7070179在癌癥患者中具有良好的耐受性。

肺動脈高壓

肺動脈高壓是指平均肺動脈壓高于20 mmHg，其特征是由內(nèi)皮細(xì)胞和肺動脈平滑肌細(xì)胞的異常增殖、細(xì)胞外基質(zhì)沉積和炎癥細(xì)胞的募集引起的肺血管阻力增加。在肺動脈高壓期間，HIF1α通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1B減少內(nèi)皮集落形成細(xì)胞的增殖，并通過驅(qū)動miR-9-1、miR-9-3和miR-322的表達(dá)促進(jìn)肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖。HIF1α還誘導(dǎo)肺動脈平滑肌細(xì)胞中CD146的表達(dá)，從而導(dǎo)致血管重塑。

小分子HIF2α抑制劑，如belzutifan，可減輕VhlR200W小鼠的肺動脈高壓，這些小鼠在Vhl中具有功能缺失突變。然而，HIF抑制劑尚未進(jìn)入臨床試驗，以評估其治療人類肺動脈高壓的療效。

視網(wǎng)膜新生血管

視網(wǎng)膜新生血管是許多視網(wǎng)膜疾病的發(fā)病機制，包括糖尿病視網(wǎng)膜病變和視網(wǎng)膜靜脈阻塞。在眼部新生血管形成過程中，新生成的血管缺乏緊密連接，導(dǎo)致血漿滲漏、玻璃體出血和牽引性視網(wǎng)膜脫離，導(dǎo)致嚴(yán)重的視網(wǎng)膜功能障礙和視力喪失。臨床前研究以及對缺血性視網(wǎng)膜疾病患者的研究表明，HIF1α和HIF2α在視網(wǎng)膜新生血管形成過程中發(fā)揮重要作用。

HIF抑制劑地高辛抑制視網(wǎng)膜中的HIF1α和HIF2α，并且在視網(wǎng)膜病小鼠模型中使用減少了視網(wǎng)膜新生血管。此外，在氧誘導(dǎo)的缺血性視網(wǎng)膜病變中，HIF抑制劑阿哌拉韋的治療減少了小鼠的視網(wǎng)膜新生血管并改善了視力。此外，眼內(nèi)注射HIF抑制劑32-134D改善了糖尿病眼病小鼠模型中的視網(wǎng)膜新生血管形成。總之，這些研究證明了HIF1α和HIF2α的藥理學(xué)抑制在各種類型視網(wǎng)膜病變的視網(wǎng)膜新生血管形成中的潛在有益作用，未來有必要進(jìn)行這方面的臨床研究。

小結(jié)

從20世紀(jì)90年代初首次發(fā)現(xiàn)HIF到最近FDA批準(zhǔn)HIF激活劑和HIF抑制劑用于治療人類疾病，這是一段非凡的旅程。這一成功源于對HIF調(diào)節(jié)途徑的廣泛研究，對HIF和PHD功能作用機制的深入理解。未來還需要很多努力來確定如何將這些藥物最佳地用于其他疾病條件或其他潛在的藥理學(xué)策略，以實現(xiàn)更特異的靶向。

參考文獻(xiàn)：

1.Targetinghypoxia-inducible factors: therapeutic opportunities and challenges. Nat RevDrug Discov.2023 Dec 20.

       原文標(biāo)題 : 靶向缺氧誘導(dǎo)因子治療的機遇和挑戰(zhàn)