5-HMF稳定HIF-1α及其介导的抗低氧作用研究

HIF-1是机体对低氧反应的核心调控因子，它能通过启动低氧适应过程，增强机体抗低氧能力。其活性亚基HIF-1α在常氧下极不稳定，这一特性使HIF-1α成为了抗低氧药物的重要靶点。但HIF-1α蛋白的低丰度及不稳定性严重制约了药物研发进程，ODD-Luc转基因小鼠的问世克服了这个技术难关。我们实验室率先引进了该动物。前期研究发现：5-HMF在当归各有效成份中抗低氧作用最显著；进一步利用ODD-Luc小鼠筛选发现：5-HMF与其它几种具有抗氧化作用的化合物比较，其稳定HIF-1α作用最强。5-HMF稳定HIF-1α能够介导其抗低氧作用吗？将可能通过何种途径来介导？为回答这些问题，本课题将利用该动物及低氧易感细胞PC12全面确证5-HMF对HIF-1α的稳定作用，然后揭示5-HMF稳定HIF-1α对其抗低氧的作用，最后探讨5-HMF稳定HIF-1α的可能途径。

低氧主要发生在胚胎发育、特殊环境以及临床常见的病理现象。其中，高原低氧环境导致的高原性疾病及老年人心脑血管疾病频发的挑战日趋紧迫，抗低氧药物的研发受到越来越多的瞩目。我们实验室一直致力于抗低氧药物的筛选。我们在筛选过程中发现了一种具有抗低氧保护作用的新单体化合物——5-HMF，并且在离体水平验证其保护作用。为了进一步验证它在整体水平的作用，我们观察和分析了5-HMF预处理对急性低压低氧所致小鼠脑损伤的影响。.低氧诱导因子（HIF-1）是机体组织细胞在低氧条件中起重要调节作用的一种关键的转录因子。由于其能够调控其下游大量靶基因使机体适应各种应激反应，其激活可能有助于低氧损伤的预防及修复，因而HIF-1成为一个有效的治疗低氧/缺血的分子靶标。HIF-1是由α和β两个亚基组成的异二聚体蛋白，其中α亚基是它的活性调控亚基。HIF-1α在常氧条件下十分容易降解，稳定HIF-1α蛋白表达及激活其转录活性都依赖于对HIF-1α的羟基化修饰。在此过程中，HIF-1特异的脯氨酰羟化酶、2-酮戊二酸(2-OG)、亚铁离子和维生素C (Vc) 发挥了十分重要的作用。影响HIF-1α的羟基化过程，将有助于稳定HIF-1α蛋白，这一基本原理在开发防治低氧损伤的药物研制中将发挥重要作用。本文初步观察与分析了5-HMF对HIF-1α的稳定作用及其作用机制。.实验选用ODD-Luc小鼠（一种可以评估HIF-1α稳定性的转基因小鼠），采用氯化钴(Cocl2) 作为阳性对照，通过不同剂量的5-HMF作用不同时间，观察5-HMF对小鼠整体荧光强度的影响，并用Western blot方法进行HIF-1α蛋白水平的验证，以及用RT-PCR方法检验5-HMF对HIF-1下游靶基因VEGF mRNA表达的影响。此外，我们还在PC12细胞上观察到了5-HMF促进HIF-1α核转位的现象。实验进一步分析了5-HMF能与HIF-1α羟基化过程中发挥重要作用的Vc发生结合，并减少细胞内Vc的含量；在补加外源性Vc后，5-HMF对HIF-1α蛋白的稳定作用被解除，同时动物抗低氧损伤能力减弱。.通过以上实验结果，我们可以得到如下结论：5-HMF稳定功能性HIF-1α的作用可能通过直接结合Vc，降低细胞内Vc的含量，从而抑制脯氨酰羟化酶活性，最终阻止HIF-1α降解。