缺氧诱导因子在对乙酰氨基酚肝损伤中的作用及其机制研究

Acetaminophen (APAP) hepatotoxicity is one of the leading causes of acute liver failure, and also a serious medical problem for public health. Some severe cases even require liver transplantation. Oxidative stress plays a critical role in the pathogenesis of APAP-induced hepatotoxicity. Hypoxia-inducible factors (HIFs) are critical transcription factors that control oxygen homeostasis and oxidative stress. HIFs have reportedly been implicated in the pathogenesis of APAP-induced liver injury, but the mechanism is unknown. Our preliminary experiment found APAP could induce hepatic HIF1 and HIF2 stabilization. Hepatocyte-specific knockout of HIF1 and HIF2 could significantly reduce APAP-induced oxidative stress and liver injury. Moreover, HIF-knockout up-regulated the levels of PPARα/FGF21/Nrf2 in liver tissues. Based on these findings, we hypothesize that HIFs are key suppressors of PPARα in the liver, thereby compromising the adaptive defense mechanisms against oxidative stress via inhibiting PPARα/FGF21/Nrf2 antioxidant pathway. To prove this theory, we plan to employ chromatin precipitation, gel electrophoresis migration experiment(EMSA) and luciferase report assay to explorer the regulatory relationship between HIFs and PPARα in hepatocytes. In vivo studies will also be carried out in HIF-1β/PPARα double knockout mice. Further, siRNA interference will be used to study the antioxidant effect of PPARα/FGF21/Nrf2 pathway in hepatocytes. These studies may help to facilitate understanding of the role of HIF in oxidative stress and APAP injury, which may serve as a novel therapeutic target.

对乙酰氨基酚（APAP）肝损伤是常见的公共健康安全问题，氧化应激在其发病机制中起重要作用。缺氧诱导因子（HIFs）是一组缺氧及氧化应激调控因子。有研究表明HIF-1促进APAP肝损伤，但机制不明。我们在预实验中发现APAP诱导肝组织HIF-1/2水平升高，敲除之则明显提高肝组织PPARα/FGF21/Nrf2的表达水平并减轻APAP肝损伤。我们推测HIFs是PPARα的负性调控因子，通过抑制肝细胞PPARα的表达水平而影响PPARα/FGF21/Nrf2抗氧化通路，从而阻碍肝组织内源性抗氧化保护系统发挥功能。我们设想通过一系列转录因子研究和siRNA干扰实验在肝细胞水平明确HIFs对PPARα的转录调控关系及其对抗氧化通路的影响。采用HIFs/PPARα双敲除小鼠在活体水平进一步阐明该调控关系的功能后果。本研究将可能揭示HIFs调节肝细胞氧化应激的新机制，并为APAP肝损伤提供新治疗策略。

药物性肝损伤造成的急性肝衰竭已成为发达国家急性肝衰死亡的最常见因素, 已引起了严重的公共健康安全问题。对于保守治疗无效的患者,肝移植是唯一有效的治疗措施。研究证明活性氧自由基（ROS）在APAP诱导的药物性肝损伤的发病进程中起重要作用。缺氧诱导因子（HIFs）是调节氧化应激的重要调控因子。已有研究证明HIFs在APAP诱导的肝损伤起重要作用。过量的APAP不仅可以激活小鼠肝脏内的HIF-1α，同时也可以促进小鼠离体肝细胞内的HIF-1α表达，并激活其下游氧化应激通路。所以，我们认为肝细胞内的HIFs在APAP的肝毒性中起重要作用。通过Alb-Cre-loxp系统构建肝脏特异性HIFs敲除小鼠。我们发现同野生型（WT）、小鼠相比，肝脏特异性敲除HIFs的小鼠，APAP引起的肝损伤明显减轻。敲除组小鼠的血清ALT、AST、病理损伤情况以及氧化应激情况都较WT明显好转。 HIFs-LKO还可以可以明显减少APAP引起的肝内ROS的产生，表明HIFs通路可能对APAP引起的氧化还原失衡及氧化应激起作用。进一步研究发现，HIFs敲除后，小鼠肝内过氧化物酶增殖体受体-α（PPARα），成纤维细胞生长因子21（FGF21），核转录因子Nrf2及其下游抗氧化因子的表达会明显增高。原代肝细胞体外实验证明PPARα或FGF21敲除后，HIFs-LKO对APAP肝毒性的保护作用以及对Nrf2及下游抗氧化基因的激活作用都明显减弱。因此我们得出结论，肝细胞内的HIFs激活在APAP肝毒性的早期阶段起重要作用，通过促进 ROS 的产生进而加重肝损伤。而HIFs肝脏特异性敲除可以明显减轻APAP的肝毒性，主要机制是通过上调 PPARα/FGF21/Nrf2 以及下游抗氧化基因的表达，从而减轻APAP引起的氧化应激，最终减最终减轻肝损伤。本课题研究可能会揭示HIF调控氧化应激的新机制，这些新机制的发现可能会促进我们对更多氧化应激相关疾病发病机制的理解。由于 PPARα/FGF21/Nrf2 通路还在糖尿病、脂肪肝、动脉粥样硬化等的发病过程中起重要作用，本研究可能为多种代谢相关疾病的药物研发提供新思路。