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基金项目 中国博士后科学基金项目（2011M501355）
doi：10.3969/j.issn.1007-614x.2013.20.1
摘 要 近年来研究发现了HIF-2α在关节软骨细胞代谢的重要作用，其中HIF-2α在（Osteoarthritis，OA）中发挥了核心角色，以HIF-2α为中心维持软骨稳态、血管化、促基质分解、合成相关调控通路分子是研究的相关目标。如未来更多的研究证实其关键作用，将从HIF-2α因子来作为新的靶点药物来治疗骨关节疾病也许是一种新途径。
关键词 关节软骨 低氧诱导因子-2α 相关因子
人关节软骨惟一的固有细胞是软骨细胞，其代谢稳态的维持对预防关节疾病的发生和发展起着至关重要的作用，骨性关节炎被认为是维持合成代谢和分解代谢稳态的失衡所致，而代谢的失衡与氧化系统和抗氧化系统失衡关系密切，软骨细胞功能是在低氧的环境中发挥作用，使得低氧促进了特殊组织发挥功能。围绕OA患者关节软骨退变过程中氧水平变化开辟了研究低氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）家族的先河。该家族中HIF-2α的研究被发现与软骨代谢性疾病如OA相关。
低氧诱导因子-2α及其在OA中核心作用的发现
哺乳动物体内细胞中存在一类介导低氧适应性反应的转录因子，它能激活许多低氧反应性基因的表达，是在低氧条件下维持氧稳态的关键性物质，称为低氧诱导因子（HIF）。目前，哺乳动物体内发现3种低氧诱导因子，即HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α、HIF-1α和HIF-2α是细胞在低氧应答反应中最重要的调节因子，既往对HIF-1α的相关报道较多，而HIF-2α却较少研究。1992年发现HIF-1α以来，学者们对其做了大量的探讨其在在低氧中的各种反应及其机制，1997年由Tian等在内皮细胞中发现了HIF-2α（命为“内皮PAS区蛋白1”即EPAS1）[1]。
10年来主要用于研究血管疾病和肿瘤疾病方面，HIF-2α在关节软骨中的作用研究研究极少，2007年，Lafont等从基因和蛋白质水平证明HIF-2α介导了低氧诱导人关节软骨的表型[2]，而不是HIF-1α。2010年Saito等和Yang等有关HIF-2α在OA发生中的核心作用[3，4]，这些发现有助于建立一个OA发生发展的新模型，根据此描述，应力诱导增加了HIF-2α的活性，而掩盖了密切相关HIF-1α因子的有益效应，促进软骨细胞的产生，在关节内向被称作“肥大”的高分化状态发展，这种高分化促进了OA的发生。
低氧诱导因子-2α与相关因子在软骨细胞中的调控
HIF-2α的表达调节主要以蛋白质水平调节，在基因水平上调节表达的因子较少，目前仅发现两种，其中之一是促炎因子白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β），Yang等发现OA关节软骨中IL-1β增强了HIF-2αmRNA和蛋白质水平[4]，抑制了Ⅱ型胶原（COL2A1）的表达。IL-1β导致软骨细胞中核因子kB（NF-kB）和有丝分裂原激活蛋白（Mitogen-activating protein，MAP）激酶亚单位激活。IL-1β在整个致炎以及软骨细胞凋亡过程中处于关键地位。实验证明，IL-1β诱导软骨细胞炎性介质的表达是通过NF-kB来介导的，IL-1β可引起IkB磷酸化和泛素化，促进核因子NF-kB进入细胞核并介导软骨细胞炎症基因的表达[5]。IL-1β通过磷酸化JNK来激活c-Jun/AP-1、降低Sox9的水平（mRNA或蛋白质），抑制了具有透明软骨特性的Ⅱ型胶原合成与表达，促进生成具有纤维母细胞特性的Ⅰ和Ⅲ型胶原，分化软骨细胞和抑制软骨修复能力，最终软骨变性，软骨缺损和软骨的生物力学改变[6]。
在蛋白质水平上调节HIF-2α表达的因子较多，低氧是最重要的调节因子，研究表明低氧对HIF-2αmRNA无调节作用，在蛋白质水平低氧处理时明显上升。低氧对HIF-2α的调节主要依赖于HIF-2α中的ODD结构域，常氧时ODD结构域中的Pro530被依赖氧和亚铁离子及2-酮戊二酸作为协同底物，被脯氨酰羟化酶（PHDs）羟化，羟化后的ODD促进HIF-2α与VHL泛素-蛋白酶复合体结合，引起泛素化，继而导致其降解。HIFs-a蛋白降解的关键步骤是其脯氨酸残基的羟基化，催化该过程的脯氨酸羟化酶（PHDs）是全过程的限速酶。低氧时，脯氨酰羟化酶（PHDs）失去作用，HIF-2α蛋白不被降解从而聚集增多，而与HIF-1亚单位HIF-1β结合形成稳定的复合物，发挥其活性[7]。常氧和低氧状态下HIFs-α表达变化调控的核心机制是HIFs-α脯氨酰羟基化机制。
HIF-2α的靶基因涉及到血管生长、促基质合成、基质分解、维持软骨稳态、血管收缩、骨髓造血、能量代谢和铁代谢等方面，目前认为与HIF-2α在关节软骨中密切关联作用的有：血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），Sox9，基质金属蛋白酶-13（MMP-13），COL2A1等[8]。VEGF是HIF-1α和HIF-2α重要的靶基因之一，为目前公认的最强的促血管形成作用。VEGF在软骨发育过程中，促进血管形成、维持软骨细胞存活和加快骨转换等。研究发现HIF-1α蛋白的表达随着关节软骨退变程度的加剧而增加[9]。而HIF-2α也增强了VEGF启动子的活动，诱导HIF-2α过度表达，活化的HIF与靶基因上的HIF-2α位点结合，再起动靶基因转录和相应蛋白产物增加。有趣的是，尽管HIF-1α和HIF-2α结合在同一低氧反应单元（HREs），但VEGF启动子序列主要是由HIF-2α诱导的，低氧通过HIF-2α诱导VEGF表达[10]。研究表明低氧促进了HIF-2α介导Sox9诱导主要基质基因的分化表型，促进基质合成。Sox9明显依赖于HIF-2α，而不是HIF-1α。Sox9是软骨形成中的关键转录因子，它的缺失阻止了低氧诱导基质基因，暗示基质基因并不是HIF的靶标，而是借助Sox9来上调低氧诱导基质合成[11]。有研究显示在正常成人软骨细胞中，Sox9的mRNA水平高表达，而在OA患者软骨细胞中明显下调。普遍认为，转录因子Sox9是软骨形成以及软骨特异性基因如COL2A1表达所必需的。炎性关节病中，Sox9下调在抑制软骨表型中可能有重要作用。研究表明MMP13也是HIF-2α的靶基因之一，属MMPs中的胶原酶亚家族，可直接降解软骨基质中最具特征且含量也是最多的Ⅱ型胶原，而且其他许多MMPs亚型对Ⅱ型胶原降解需要通过它起作用。MMP-13存在于关节软骨部位，其活性与软骨损伤的组织学改变程度相关，因此，MMP-13等胶原酶的变化最能反映出软骨基质中Ⅱ型胶原的代谢变化。 小结和展望
HIF-2α在关节软骨细胞代谢中发挥着重要的角色，最近研究HIF-2α在OA中发挥了核心作用，以目前的研究认为以HIF-2α为中心信号维持软骨稳态、血管化、促基质分解、合成基因相关调控通路分子有IL-1β、NF-kB的P65、JNK、HIF-2α、Sox9、MMP-13、VEGF、COL2A1、PHD-2等等。如果未来的研究可以继续证实HIF-2α其关键作用。从HIF-2α因子来作为新的靶点药物来研究治疗骨关节疾病也许是一种新途径。
参考文献
1 Tian H，McKnight SL，Russell DW.Endothelial PAS domain protein 1 （EPAS1），a transcription factor selectively expressed in endothelial cells.Genes Dev，1997，11（1）：72-82.
2 Lafont JE，Talma S，Murphy CL.Hypoxia-inducible factor 2alpha is essential for hypoxic induction of the human articular chondrocyte phenotype.Arthritis Rheum，2007，56（10）：3297
-3306.
3 Saito T，Fukai A，Mabuchi A，et al.Transcriptional regulation of endochondral ossification by HIF-2αlpha during skeletal growth and osteoarthritis development.Nat Med，2010，16（6）：678-686.
4 Yang S，Kim J，Ryu JH，et al.Hypoxia-inducible factor-2alpha is a catabolic regulator of osteoarthritic cartilage destruction.Nat Med，2010，16（6）：687-693.
5 Lee HS，Lee CH，Tsai HC，et al.Inhibition of cyclooxygenase 2 expression by diallyl sulfide on joint inflammationinduced by urate crystal and IL-1β.Osteoarthritis Cartilage，2009，17（1）：91-99.
6 Sang GH，Sung SY，Haryoung P，et al.C-Jun/Activator protein-1 mediates interleukin-1-induced dedifferentiation but not cyclooxygenase-2 expression in articular chondrocytes.J Biol Chem，2005，280（33）：29780
-29787.
7 Melanie JP，Paul WF.A Gain-of-function Mutation in the HIF2A gene in familial erythrocytosis.N Engl J Med.2008.358（2）：162-168.
8 李笑颜，赵建，曾文，等.晚期骨关节炎患者关节软骨细胞中HIF-1α和VEGF的表达.上海交通大学学报（医学版），2010，30（7）：812-816.
9 Saito T，Kawaguchi H.HIF-2αas a possible therapeutic target of osteoarthritis.Osteoarthritis Cartilage，2010，18（12）：1552-1556.
10 Pietras A，Johnsson AS，P？hlman S.The HIF-2α-driven pseudo-hypoxic phenotype in tumor aggressiveness，differentiation，and vascularization.Curr Top Microbiol Immunol，2010，345：1-20.
11 Lafont JE，Talma S，Hopfgarten C，et al.Hypoxia promotes the differentiated human articular chondrocyte phenotype through SOX9-dependent and-independent pathways.J Biol Chem，2008，283（8）：4778-4786.
doi：10.3969/j.issn.1007-614x.2013.20.1
摘 要 近年来研究发现了HIF-2α在关节软骨细胞代谢的重要作用，其中HIF-2α在（Osteoarthritis，OA）中发挥了核心角色，以HIF-2α为中心维持软骨稳态、血管化、促基质分解、合成相关调控通路分子是研究的相关目标。如未来更多的研究证实其关键作用，将从HIF-2α因子来作为新的靶点药物来治疗骨关节疾病也许是一种新途径。
关键词 关节软骨 低氧诱导因子-2α 相关因子
人关节软骨惟一的固有细胞是软骨细胞，其代谢稳态的维持对预防关节疾病的发生和发展起着至关重要的作用，骨性关节炎被认为是维持合成代谢和分解代谢稳态的失衡所致，而代谢的失衡与氧化系统和抗氧化系统失衡关系密切，软骨细胞功能是在低氧的环境中发挥作用，使得低氧促进了特殊组织发挥功能。围绕OA患者关节软骨退变过程中氧水平变化开辟了研究低氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）家族的先河。该家族中HIF-2α的研究被发现与软骨代谢性疾病如OA相关。
低氧诱导因子-2α及其在OA中核心作用的发现
哺乳动物体内细胞中存在一类介导低氧适应性反应的转录因子，它能激活许多低氧反应性基因的表达，是在低氧条件下维持氧稳态的关键性物质，称为低氧诱导因子（HIF）。目前，哺乳动物体内发现3种低氧诱导因子，即HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α、HIF-1α和HIF-2α是细胞在低氧应答反应中最重要的调节因子，既往对HIF-1α的相关报道较多，而HIF-2α却较少研究。1992年发现HIF-1α以来，学者们对其做了大量的探讨其在在低氧中的各种反应及其机制，1997年由Tian等在内皮细胞中发现了HIF-2α（命为“内皮PAS区蛋白1”即EPAS1）[1]。
10年来主要用于研究血管疾病和肿瘤疾病方面，HIF-2α在关节软骨中的作用研究研究极少，2007年，Lafont等从基因和蛋白质水平证明HIF-2α介导了低氧诱导人关节软骨的表型[2]，而不是HIF-1α。2010年Saito等和Yang等有关HIF-2α在OA发生中的核心作用[3，4]，这些发现有助于建立一个OA发生发展的新模型，根据此描述，应力诱导增加了HIF-2α的活性，而掩盖了密切相关HIF-1α因子的有益效应，促进软骨细胞的产生，在关节内向被称作“肥大”的高分化状态发展，这种高分化促进了OA的发生。
低氧诱导因子-2α与相关因子在软骨细胞中的调控
HIF-2α的表达调节主要以蛋白质水平调节，在基因水平上调节表达的因子较少，目前仅发现两种，其中之一是促炎因子白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β），Yang等发现OA关节软骨中IL-1β增强了HIF-2αmRNA和蛋白质水平[4]，抑制了Ⅱ型胶原（COL2A1）的表达。IL-1β导致软骨细胞中核因子kB（NF-kB）和有丝分裂原激活蛋白（Mitogen-activating protein，MAP）激酶亚单位激活。IL-1β在整个致炎以及软骨细胞凋亡过程中处于关键地位。实验证明，IL-1β诱导软骨细胞炎性介质的表达是通过NF-kB来介导的，IL-1β可引起IkB磷酸化和泛素化，促进核因子NF-kB进入细胞核并介导软骨细胞炎症基因的表达[5]。IL-1β通过磷酸化JNK来激活c-Jun/AP-1、降低Sox9的水平（mRNA或蛋白质），抑制了具有透明软骨特性的Ⅱ型胶原合成与表达，促进生成具有纤维母细胞特性的Ⅰ和Ⅲ型胶原，分化软骨细胞和抑制软骨修复能力，最终软骨变性，软骨缺损和软骨的生物力学改变[6]。
在蛋白质水平上调节HIF-2α表达的因子较多，低氧是最重要的调节因子，研究表明低氧对HIF-2αmRNA无调节作用，在蛋白质水平低氧处理时明显上升。低氧对HIF-2α的调节主要依赖于HIF-2α中的ODD结构域，常氧时ODD结构域中的Pro530被依赖氧和亚铁离子及2-酮戊二酸作为协同底物，被脯氨酰羟化酶（PHDs）羟化，羟化后的ODD促进HIF-2α与VHL泛素-蛋白酶复合体结合，引起泛素化，继而导致其降解。HIFs-a蛋白降解的关键步骤是其脯氨酸残基的羟基化，催化该过程的脯氨酸羟化酶（PHDs）是全过程的限速酶。低氧时，脯氨酰羟化酶（PHDs）失去作用，HIF-2α蛋白不被降解从而聚集增多，而与HIF-1亚单位HIF-1β结合形成稳定的复合物，发挥其活性[7]。常氧和低氧状态下HIFs-α表达变化调控的核心机制是HIFs-α脯氨酰羟基化机制。
HIF-2α的靶基因涉及到血管生长、促基质合成、基质分解、维持软骨稳态、血管收缩、骨髓造血、能量代谢和铁代谢等方面，目前认为与HIF-2α在关节软骨中密切关联作用的有：血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），Sox9，基质金属蛋白酶-13（MMP-13），COL2A1等[8]。VEGF是HIF-1α和HIF-2α重要的靶基因之一，为目前公认的最强的促血管形成作用。VEGF在软骨发育过程中，促进血管形成、维持软骨细胞存活和加快骨转换等。研究发现HIF-1α蛋白的表达随着关节软骨退变程度的加剧而增加[9]。而HIF-2α也增强了VEGF启动子的活动，诱导HIF-2α过度表达，活化的HIF与靶基因上的HIF-2α位点结合，再起动靶基因转录和相应蛋白产物增加。有趣的是，尽管HIF-1α和HIF-2α结合在同一低氧反应单元（HREs），但VEGF启动子序列主要是由HIF-2α诱导的，低氧通过HIF-2α诱导VEGF表达[10]。研究表明低氧促进了HIF-2α介导Sox9诱导主要基质基因的分化表型，促进基质合成。Sox9明显依赖于HIF-2α，而不是HIF-1α。Sox9是软骨形成中的关键转录因子，它的缺失阻止了低氧诱导基质基因，暗示基质基因并不是HIF的靶标，而是借助Sox9来上调低氧诱导基质合成[11]。有研究显示在正常成人软骨细胞中，Sox9的mRNA水平高表达，而在OA患者软骨细胞中明显下调。普遍认为，转录因子Sox9是软骨形成以及软骨特异性基因如COL2A1表达所必需的。炎性关节病中，Sox9下调在抑制软骨表型中可能有重要作用。研究表明MMP13也是HIF-2α的靶基因之一，属MMPs中的胶原酶亚家族，可直接降解软骨基质中最具特征且含量也是最多的Ⅱ型胶原，而且其他许多MMPs亚型对Ⅱ型胶原降解需要通过它起作用。MMP-13存在于关节软骨部位，其活性与软骨损伤的组织学改变程度相关，因此，MMP-13等胶原酶的变化最能反映出软骨基质中Ⅱ型胶原的代谢变化。 小结和展望
HIF-2α在关节软骨细胞代谢中发挥着重要的角色，最近研究HIF-2α在OA中发挥了核心作用，以目前的研究认为以HIF-2α为中心信号维持软骨稳态、血管化、促基质分解、合成基因相关调控通路分子有IL-1β、NF-kB的P65、JNK、HIF-2α、Sox9、MMP-13、VEGF、COL2A1、PHD-2等等。如果未来的研究可以继续证实HIF-2α其关键作用。从HIF-2α因子来作为新的靶点药物来研究治疗骨关节疾病也许是一种新途径。
参考文献
1 Tian H，McKnight SL，Russell DW.Endothelial PAS domain protein 1 （EPAS1），a transcription factor selectively expressed in endothelial cells.Genes Dev，1997，11（1）：72-82.
2 Lafont JE，Talma S，Murphy CL.Hypoxia-inducible factor 2alpha is essential for hypoxic induction of the human articular chondrocyte phenotype.Arthritis Rheum，2007，56（10）：3297
-3306.
3 Saito T，Fukai A，Mabuchi A，et al.Transcriptional regulation of endochondral ossification by HIF-2αlpha during skeletal growth and osteoarthritis development.Nat Med，2010，16（6）：678-686.
4 Yang S，Kim J，Ryu JH，et al.Hypoxia-inducible factor-2alpha is a catabolic regulator of osteoarthritic cartilage destruction.Nat Med，2010，16（6）：687-693.
5 Lee HS，Lee CH，Tsai HC，et al.Inhibition of cyclooxygenase 2 expression by diallyl sulfide on joint inflammationinduced by urate crystal and IL-1β.Osteoarthritis Cartilage，2009，17（1）：91-99.
6 Sang GH，Sung SY，Haryoung P，et al.C-Jun/Activator protein-1 mediates interleukin-1-induced dedifferentiation but not cyclooxygenase-2 expression in articular chondrocytes.J Biol Chem，2005，280（33）：29780
-29787.
7 Melanie JP，Paul WF.A Gain-of-function Mutation in the HIF2A gene in familial erythrocytosis.N Engl J Med.2008.358（2）：162-168.
8 李笑颜，赵建，曾文，等.晚期骨关节炎患者关节软骨细胞中HIF-1α和VEGF的表达.上海交通大学学报（医学版），2010，30（7）：812-816.
9 Saito T，Kawaguchi H.HIF-2αas a possible therapeutic target of osteoarthritis.Osteoarthritis Cartilage，2010，18（12）：1552-1556.
10 Pietras A，Johnsson AS，P？hlman S.The HIF-2α-driven pseudo-hypoxic phenotype in tumor aggressiveness，differentiation，and vascularization.Curr Top Microbiol Immunol，2010，345：1-20.
11 Lafont JE，Talma S，Hopfgarten C，et al.Hypoxia promotes the differentiated human articular chondrocyte phenotype through SOX9-dependent and-independent pathways.J Biol Chem，2008，283（8）：4778-4786.