基于缺氧诱导因子通路治疗肾癌的研究进展

Research Progress of Treatment of Renal Cell Carcinoma Based on Hypoxia Inducible Factor Pathway

摘要: 肾癌是泌尿系常见恶性肿瘤之一，除外科手术外，其治疗手段包括免疫治疗、靶向治疗、以及细胞疗法等。目前缺氧诱导因子通路治疗肾细胞癌的研究取得了一定的进展，但仍面临许多挑战。本文结合国内外研究报道，针对利用缺氧诱导因子通路治疗肾癌的相关文献进行综述，旨在探讨缺氧诱导因子通路在治疗肾癌研究及应用，以期为探索肾癌治疗提供新的思路，并为肾癌治疗的相关研究提供一定价值。

Abstract: Renal cell carcinoma (RCC) is one of the most common malignant tumors of the urinary system, in addition to surgery, its treatment includes immunotherapy, targeted therapy, cell therapy and so on. At present, some progress has been made in the treatment of renal cell carcinoma by hypoxia inducible factor pathway, but there are still many challenges. Combined with the research reports at home and abroad, this paper reviews the relevant literature on the treatment of renal cell carcinoma with hypoxia-inducible factor pathway, in order to explore the research and application of hypoxia-inducible factor pathway in the treatment of renal cell carcinoma, in order to provide new ideas for the treatment of renal cell carcinoma, and provide some value for the treatment of renal cell carcinoma.

1. 引言

肾癌又称肾细胞癌(Renal Cell Carcinoma, RCC)，是泌尿系统常见的恶性肿瘤[1]，发病率占成人恶性肿瘤的2%~3% [2]，占肾恶性肿瘤的近90% [3]。肾癌具有起病隐匿，恶性度高，进展迅速，预后差等特点。早期肾癌一般无明显症状，难以发现，20%~30%的新发患者初诊时就已出现转移[4]，而近30%患者术后出现复发转移[5]。目前，转移性肾细胞癌(mRCC)患者的治疗选择仅限于使用检查点抑制剂的免疫疗法和抑制血管内皮生长因子受体(VEFG-R)和哺乳动物雷帕霉素靶标(mTOR)的靶向疗法[6]。尽管在过去几十年中预后有了显着改善，但大多数mRCC患者最终都会对这些疗法产生耐药性，从而凸显了对新治疗方案的迫切需求。作为RCC发病机制基础的VHL-HIF-VEGF轴的一部分，缺氧诱导因子2α (HIF-2α)已被确定为mRCC治疗的基本靶点。而且，缺氧诱导因子通路在肾细胞癌的发生和发展过程中起着关键作用，因此，利用这一通路进行肾细胞癌的治疗具有广阔的前景。

缺氧诱导因子(HIF)是一种在缺氧环境下被激活的转录因子，它能够调控一系列与缺氧适应、能量代谢、血管生成等相关的基因表达[7]。在肾细胞癌中，由于肿瘤组织的快速生长和血管生成不足，常常导致肿瘤内部缺氧，从而激活HIF通路。这使得HIF通路成为肾细胞癌治疗的潜在靶点。目前，利用缺氧诱导因子通路治疗肾细胞癌的研究主要集中在以下几个方面：一是通过抑制HIF通路的活性，阻止肾细胞癌的生长和转移；二是利用HIF通路调控的下游基因，开发新的肾细胞癌治疗药物；三是通过基因编辑技术，精准地调控HIF通路，以实现肾细胞癌的个性化治疗。

2. 利用HIF通路治疗肾细胞癌的途径

2.1. 抑制HIF通路的活性，阻止肾细胞癌的生长和转移

2.1.1. 缺氧诱导因子抑制剂

作为RCC发病机制基础的VHL-HIF-VEGF轴的一部分，缺氧诱导因子2α (HIF-2α)已被确定为mRCC治疗的基本靶点。其中，最有代表性的药物便是Belzutifan (贝组替凡)。Xu R等[8]描述了第二代HIF-2α抑制剂贝组替凡(PT2977)的发现，该抑制剂通过减少2期代谢而提高了效力并改善了药代动力学特征。通过将PT2385 (HIF-2α拮抗剂)中的双氟基团更改为邻近的二氟基团进行结构修饰，可增强效力、降低亲脂性并显着改善药代动力学特性。在一项1期剂量递增研究中，的临床药代动力学支持以下假设，即减弱葡萄糖醛酸化速率将改善暴露并减少患者的变异性。临床活性的早期证据表明贝组替凡有望治疗肾透明细胞癌。

贝组替凡是一种缺氧诱导因子2-α抑制剂，于2021年获得FDA批准，用于治疗Von-Hippel Landau (VHL)病患者的肾细胞癌(RCC)。这些患者还可能表现为中枢神经系统(CNS)血管母细胞瘤(HB)。在Choueiri等的I期LITESPARK-001研究中[9]，同类首创的HIF-2α抑制剂贝组替凡在预处理的晚期透明细胞肾细胞癌(ccRCC)患者中显示出抗肿瘤活性和可接受的安全性。提供了额外随访 > 40个月的最新数据。中位随访41.2个月后，贝组替凡单药治疗在晚期ccRCC患者中显示出持久的抗肿瘤活性和可接受的安全性。

在肿瘤治疗领域，以缺氧诱导因子(HIF)通路为靶点已成为一种很有前途的策略。通过深入研究HIF相关机制的错综复杂的网络，可以探索出未来抗癌治疗的有效途径。Musleh等采用不同的方法，如HIF抑制剂、抗血管生成治疗和低氧激活的前体药物，研究方法上干预HIF途径的不同节点。研究表明EZN2968、米奈利和吖黄素等药物在调节HIF-1α蛋白合成和破坏HIF-1的稳定性方面的有效性，为HIF-1α的调控和抗肿瘤活性提供了初步证据[10]。然而，包括毒性在内的挑战需要继续探索和开发，正在进行的临床试验就是例证。这些研究和证据，充分验证了靶向低氧诱导因子治疗在破坏癌症相关信号通路方面的潜力。

另外有研究已经证实，在常氧条件下，HIF-1α会以von Hippel-Lindau蛋白(PVHL)依赖的方式迅速降解。Yue Y等[11]利用斑马鱼作为体内模型和体外细胞培养模型，发现PVHL结合蛋白1是HIF-1α的负调控因子，而不是HIF-2α的负调控因子。斑马鱼中vbp1基因的缺失导致了HIF-1α的积累和HIF靶基因的上调。此外，VBP1参与了低氧条件下造血干细胞的诱导。然而，VBP1以非依赖于PVHL的方式与HIF-1α相互作用并促进其降解。从机制上，确定泛素连接酶CHIP和HSP70是新的VBP1结合伙伴，并证明VBP1负调控CHIP和促进CHIP介导的HIF-1α的降解。在肾透明细胞癌患者中，VBP1低表达与较差的生存结局相关。该结果将VBP1与芯片稳定性联系起来，并为HIF-1α驱动的病理过程的潜在分子机制提供了洞察力。因此，该分子机制同样有可能成为治疗肾癌的有效突破点，为肾癌治疗提供新的思路。

2.1.2. HIF通路的潜在靶点

利用HIF通路的缺氧诱导抑制剂已经成为了治疗肾癌的可靠药物，那么在此通路的研究过程中，也有很大机会发现治疗肾癌的潜在靶点。Peng, S等[12]通过进行无偏CRISPR-Cas9筛选，确定表观遗传调节因子植物同源结构域手指蛋白8 (PHF8)是ccRCC脂质沉积的重要调节因子。此外，PHF8受缺氧诱导因子(HIF)轴的调节，是VHL缺乏症诱导的脂质沉积所必需的。PHF8在转录水平上上调谷氨酸氨连接酶(GLUL)，促进脂质沉积和肾细胞癌的进展。在机制上，通过与c-myc形成复合体，PHF8以组蛋白去甲基化依赖的方式上调TEA结构域转录因子1(TEAD1)。随后，TEAD1在转录上上调GLUL。L-蛋氨酸亚磺胺对GLUL的药理抑制作用不仅能抑制CCRCC的脂质沉积和肿瘤生长，而且能增强依维莫司的抗癌作用。因此，PHF8-GLUL轴代表了肾癌治疗的潜在治疗靶点。

众所周知，DNA双加氧酶10~11易位(TET) 2的活性在多种癌症中因不同的机制显着降低。Zhang X等[13]的研究揭示了TET2在抑制肿瘤代谢和HIF信号传导方面的独特功能，也为ccRCC的治疗提供了治疗靶点、潜在药物和预后标志物。TET2介导的HIF信号传导抑制和肿瘤代谢重编程的鉴定为VHL缺陷ccRCC的新治疗策略提供了见解。

Rivas S等[14]通过RNA干扰、药理抑制、染色质免疫沉淀和生物信息学分析，发现在ALS2的近端启动子区域存在一个功能性的HIF-1α结合位点。此外，ALS2和Rab5活性在内源性HIF-1α稳定模型(肾细胞癌)和跟随稳定的非羟化HIF-1α表达的模型中均升高。在C57BL/6小鼠中，Rab5的激活、肿瘤细胞的迁移和侵袭以及实验性转移也需要在低氧条件下上调。最后，肾细胞癌患者活检组织中的免疫组织化学分析表明，HIF-1α的升高与ALS2的表达增加相关。因此，本研究确定als2是一个与肿瘤进展和转移相关的新的缺氧诱导基因。进而，有望成为转移性肾癌治疗的新靶点。半乳糖凝集素-3被认为是许多癌症的预后因素和治疗靶点。在之前的一项研究中，Gu X等[15]报道了半乳糖凝集素-3与肾细胞癌的发展有关，并作为肾细胞癌(RCC)的治疗靶点。数据表明，缺氧对RCC中HIF-1α依赖性方式的半乳糖凝集素-3表达至关重要。

Liu G等[16]发现RCC标本中的KIF4A表达相对于正常肾组织中的表达增加。KIF4A的表达与RCC的临床病理特征存在显著相关性。KIF4A表达升高与总生存期和无病生存期较差有关。单因素和多因素Cox回归分析显示，KIF4A是人类RCC患者生存率低的独立预后因素。这些发现表明，KIF4A的表达与RCC患者的肿瘤发生率、转移和预后显著相关。该研究工作为RCC的诊断和治疗提供了新的突破，证明了驱动蛋白运动蛋白KIF4A作为肾细胞癌的潜在治疗靶点的可行性。

Hong K等[17]研究发现USP37以一种酶依赖的方式促进HIF2α蛋白的稳定性，并且USP37的缺失导致肾细胞癌中HIF2α下调。在功能上，USP37缺失导致MTS测量的细胞增殖减少、二维(2D)集落形成以及三维(3D)锚定非依赖性生长。在异种原位移植模型中，USP37对于维持肾肿瘤的发生也是必不可少的，它的缺失会导致原发肾肿瘤的减少和自发性肺转移。因此，也同样说明了USP37是治疗肾细胞癌的潜在靶点。

Liu C等[18]发现SMYD3在RCC肿瘤中的表达显着升高，并与晚期肿瘤分期、组织学和核分级以及较短的生存期相关。SMYD3的耗竭抑制了RCC细胞增殖、集落数和异种移植肿瘤的形成，同时促进了细胞凋亡。从机制上讲，SMYD3与SP1合作转录促进EGFR表达，放大其下游信号转导活性。TCGA数据分析显示，在携带功能丧失VHL突变的原发性RCC肿瘤中，SMYD3表达显著增加。他们的研究进一步表明，HIF-2α可以直接与SMYD3启动子结合，随后诱导SMYD3的转录和表达。综上所述，他们确定了VHL/HIF-2α/SMYD3信号级联介导的EGFR过度活跃，SMYD3通过该过度活动促进RCC进展。因此，该研究表明，SMYD3是RCC的潜在治疗靶点和预后因素。

Fan Y等[19]通过免疫组化检测RCC组织样本中肝细胞粘附分子(hepaCAM)和HIF-1α的表达。最终数据表明，hepaCAM通过RCC中的HIF-1α/NF-κB通路抑制Warburg效应，这是hepaCAM减少肿瘤发生的促进因素。从而为减少RCC的发生提供了新的理论基础。

2.2. 利用HIF通路调控的下游基因，开发新的肾细胞癌治疗药物

CD70是缺氧诱导因子的下游靶基因。虽然在男性和非白种人中观察到较高的表达水平，但CD70表达与肿瘤分级、肉瘤样分化、分期或癌症特异性生存率无关。此外，对来自同一个体的26例配对原发性和转移性肿瘤的分析显示，一致性率为85%。Huang RR等的[20]研究结果验证了CD70是转移性透明细胞肾细胞癌患者的一个有前途的治疗靶点。原发性肿瘤组织作为转移性透明细胞癌替代样本的效用有待未来的CD70靶向临床试验。

Li X等[21]通过降低或增加RCC细胞系中HIF1A-AS2的表达来进行伤口愈合、transwell和CCK-8检测。Western blotting和qRT-PCR检测HIF1A-AS2通路下游基因的表达。使用RIP和RNA pull-down测定评估Gli1和HIF1A-AS2关系。最后，对被敲除的肾癌细胞进行转录组测序，以寻找可能的调控机制。最终结果表明，HIF1A-AS2的高表达可能促进RCC细胞增殖和Gli1表达作为下游因子。此外，它们具有物理结合位点并共同调节HIF1α以促进ccRCC的发展。lncRNA HIF1A-AS2通过Gli1调控HIF1a表达，从而影响ccRCC的发育。因此，HIF1A-AS2 lncRNA可能为ccRCC治疗提供新的分子靶点。

2.3. 通过基因编辑技术，精准地调控HIF通路

KCMF1是一种新发现的泛素连接酶，其结构域与不稳定的蛋白质相互作用，并重新编程泛素，编码溶酶体介导的降解和自噬在缺氧条件/氧化应激下并维持细胞稳态。Singh A等[22]观察到泛素连接酶的形成、通过KCMF1的自噬体和肿瘤细胞中的离子浓度存在差异，这可能是癌症进化的可能因素之一。KCMF1相关泛素连接酶系统可被视为未来RCC的新治疗靶点。

在一项研究中，Liao M等[23]发现脂肪酸受体CD36在人ccRCC组织和ccRCC细胞系中高表达。CD36过表达增加了脂肪酸摄取和脂滴形成，并以DGAT1依赖性方式增强了ccRCC细胞的增殖和迁移。相比之下，内源性CD36的破坏显示出相反的效果。ccRCC中CD36表达上调与缺氧和HIF-2α活化有关。此外，将CD36鉴定为转录因子HIF-2α的新靶标。敲低ccRCC细胞中CD36减少了脂质积累，也阻断了HIF-2α在缺氧下诱导的促肿瘤作用。本研究结果表明，缺氧依赖性HIF-2α通过CD36促进ccRCC脂质代谢重塑和恶性表型，为阐明ccRCC的机制提供了一定的理论依据。此项研究也同样为基因编辑治疗肾细胞癌提供了新的靶点和思路。

CD70在肾细胞癌(RCC)中高表达，在正常组织中的表达有限，使其成为免疫原性实体瘤适应症的有吸引力的CAR T靶标。在一项研究中，Panowski SH等[24]生成并表征了一组基于抗CD70单链片段可变(scFv)的CAR T细胞。尽管CD70在T细胞上表达，但从具有有效体外活性的scFv子集中产生了CAR T细胞。CD70 CARs的表达掩盖了顺式中CD70的检测，并提供了对CD70 CAR T细胞介导的自相残杀的保护。鉴定出两类不同的CAR T细胞，具有不同的记忆表型、活化状态和细胞毒性活性。表位定位显示，这两类CAR结合CD70的独特区域。CD70 CAR T细胞对RCC细胞系和患者来源的异种移植小鼠模型表现出强大的抗肿瘤活性。组织交叉反应性研究确定了淋巴细胞中的膜染色，从而与已知的CD70表达模式相匹配。在食蟹猴CD3~CD70双特异性毒性研究中，观察到与T细胞活化和消除CD70表达细胞相关的预期发现，包括细胞因子释放和淋巴组织细胞性丧失。最后，通过基于TALEN的基因编辑消除T细胞受体，大规模生产了高功能CD70同种异体CAR T细胞。综上所述，这些疗效和安全性数据支持CD70 CAR T细胞治疗RCC的评估，并导致同种异体CD70 CAR T细胞候选药物进入I期临床试验。这些发现证明了靶向肾细胞癌的自相残杀、同种异体抗CD70 CAR T细胞的疗效和安全性，以及CAR表位对功能活性的影响。

3. 总结和展望

基于对缺氧诱导因子通路的充分利用是治疗肾癌的有效重要途径，其中，缺氧诱导因子抑制剂作为一种新型的治疗手段，逐渐成为了肾癌治疗领域的研究热点。另外，利用该通路研究的HIF通路调控的下游基因，也为肾癌治疗新药物的发明提供了新方向。虽然目前对于基因编辑技术的应用比较局限，但是通过对基因敲低的研究，为肾癌治疗提供了新的依据。期待未来可以充分利用缺氧诱导因子通路，扩展其在肾癌治疗的理论支撑和应用价值，从而为肾癌患者提供更好的治疗方案。

NOTES

^*通讯作者。