缺氧诱导因子 1，α 子单元；HIF1A

HIF1-α
PAS 超家族 1 成员；MOP1

HGNC 批准的基因符号：HIF1A

细胞遗传学位置：14q23.2 基因组坐标（GRCh38）：14:61,695,513-61,748,258（来自 NCBI）

▼ 说明

缺氧诱导因子-1（HIF1）是在低氧张力下培养的哺乳动物细胞中发现的一种转录因子，在细胞和全身对缺氧的稳态反应中发挥着重要作用。HIF1 是由 120-kD HIF1-α 子单元与 91-至 94-kD HIF1-β 子单元复合组成的异二聚体（Wang 等人，1995）。

▼ 克隆与表达

王等人（1995）鉴定了编码 HIF1-α 和 HIF1-β 的 cDNA。他们确定 HIF1-β 与 ARNT（126110）相同。预测的 826 个氨基酸 HIF1-α 在其 N 末端包含 bHLH（碱性螺旋-环-螺旋）-PAS 结构域（参见 602550）。Northern blot 和 Western blot 分析表明，HIF1 mRNA 和蛋白质在暴露于 1% 氧气的细胞中被诱导，并在细胞返回到 20% 氧气时迅速衰减。霍格内施等人（1997）将 HIF1-α 鉴定为 MOP1（PAS 超家族 1 的成员）。通过 Northern blot 分析，他们确定 HIF1-α 以 3.6 kb mRNA 的形式表达，在肾脏和心脏中水平最高。

温格等人（1996）分离出编码小鼠 Hif1-α 的 cDNA。预测的小鼠蛋白质与人类蛋白质有 90% 相同。艾耶等人（1998）指出，有几种由选择性剪接的 mRNA 编码的 Hif1-α 亚型，其中含有选择性剪接起始位点。序列分析表明，这些选择性剪接和选择性起始事件不太可能发生在人类身上。人类 HIF1-α 基因和小鼠 HIF1-α 基因的 5 素侧翼区和 5 素非翻译区有 70% 相同。

Gothie 等人通过人胚胎肾细胞的 RT-PCR 进行了研究（2000）鉴定了 2 个 HIF1A 变体。与 Wang 等人克隆的 cDNA 相比，一个转录本包含额外的 3 个核苷酸（TAG）（1995）。这一变化产生了 827 个氨基酸的蛋白质，命名为 HIF1A-827，其 bHLH 结构域上游有 2 个氨基酸变化。另一种变体具有 TAG 插入，并且缺少外显子 14，该外显子会产生移码并引入终止密码子。推导的 736 个氨基酸的截短蛋白，命名为 HIF1A-736，缺乏 C 端反式激活和抑制结构域。RT-PCR 检测到所有 3 个变体在几种人类细胞系和皮肤成纤维细胞中的可变表达；主要变体没有额外的标签。其他哺乳动物细胞和各种小鼠组织仅表达带有额外 TAG 和外显子 14 的变体。

▼ 基因功能

HIF1 在细胞对缺氧的反应中发挥着关键作用，包括调节参与能量代谢、血管生成和细胞凋亡的基因。HIF的α子单元在正常条件下被蛋白酶体快速降解，但在缺氧时稳定。钴离子或铁螯合剂模拟缺氧，表明刺激可能通过对铁蛋白氧传感器的影响而相互作用。麦克斯韦等人（1999）证明了 von Hippel-Lindau 肿瘤抑制基因产物 VHL（608537）在 HIF1 调节中的关键作用。在 VHL 缺陷细胞中，HIF-α 子单元组成型稳定，HIF1 被激活。VHL 的重新表达恢复了氧依赖性不稳定性。VHL 和 HIF-α 子单元共免疫沉淀，并且 VHL 存在于缺氧的 HIF1 DNA 结合复合物中。在暴露于铁螯合剂或钴离子的细胞中，HIF1 与 VHL 解离。这些发现表明，HIF1 和 VHL 之间的相互作用是铁依赖性的，并且对于 HIF-α 子单元的氧依赖性降解是必要的。麦克斯韦等人（1999）提出组成型 HIF1 激活可能是 VHL 相关肿瘤血管生成表型的基础。

HIF1 活性由 HIF1A 子单元的氧调节表达控制。在非缺氧条件下，HIF1A 蛋白会发生泛素化和蛋白酶体降解。萨特等人（2000）报道涉及 HIF1A 基因几个不同区域的错义突变和/或缺失导致非缺氧细胞中的组成型表达和转录活性。作者证明，缺氧会导致 HIF1-α 泛素化降低，错义突变通过阻断泛素化在非缺氧条件下增加 HIF1-α 表达。

Bruick（2000）提供的证据表明，缺氧诱导的 HIF1-α 会激活编码 NIP3（603293）的基因的表达，从而在持续缺氧的条件下启动细胞凋亡。该途径可能在脑和心肌缺血引起的细胞死亡中发挥作用。

Semenza（2000）回顾了缺氧和 HIF1 在氧稳态中的作用。例如，虽然整体蛋白质合成因缺氧而受到抑制，但 VEGF（192240） mRNA 水平由于转录激活增加而增加。这种诱导是由 HIF1 与缺氧反应元件结合介导的，该元件位于 VEGF 转录起始位点 1 kb 5 引物处。Semenza（2000）列出了 28 个其他直接 HIF1 靶基因，涉及能量代谢、铁稳态、血管生成以及细胞增殖和活力。此外，该综述重点关注了HIF1在人类疾病病理生理学中的参与，包括心肌缺血、脑缺血、视网膜缺血、肺动脉高压、先兆子痫、宫内生长迟缓和癌症。

戈蒂等人（2000）发现转染的人胚胎肾细胞中缺氧时 HIF1A-827 和 HIF1A-736 均上调。两种重组蛋白均与 ARNT 形成二聚体，以剂量依赖性方式诱导 VEGF 启动子，并在缺氧时被激活。然而，HIF1A-736 亚型的活性比 HIF1A-827 低 3 倍，这与较短的蛋白质中缺乏 C 端反式激活结构域一致。HIF1A-736 还与内源性和转染的全长 HIF1A 竞争，表明 HIF1A-736 可能在缺氧时调节基因表达。

缺氧会抑制脂肪细胞分化。云等人（2002）发现缺氧抑制了小鼠成纤维细胞中 Pparg2（601487）的转录，而 Pparg2 或 Cebpb（189965）的过度表达在缺氧条件下刺激了脂肪生成。此外，Hif1a 缺陷的成纤维细胞难以抵抗缺氧介导的脂肪生成抑制。云等人（2002）发现 Hif1a 调节基因 Dec1（BHLHB2; 604256）抑制 Pparg2 启动子激活，并作为缺氧介导的脂肪生成抑制的效应子发挥作用。

肿瘤抑制基因 PTEN（601728）失活和 VEGF 过度表达是在高级恶性神经胶质瘤中观察到的 2 个最常见事件（参见 137800）。戈麦斯-曼萨诺等人（2003）表明，在常氧条件下将 PTEN 转移到神经胶质瘤细胞中，在转录水平上，分泌的 VEGF 蛋白水平降低了 42% 至 70%。分析表明，PTEN 最有可能通过下调 HIF1 和抑制 PI3K 作用于 VEGF（601232）。

在有氧的情况下，含有 VHL 肿瘤抑制蛋白的 E3 泛素连接酶会靶向破坏 HIF。伊万等人（2001）发现，当短 HIF 衍生肽核心的保守脯氨酸残基被羟基化时，人 VHL 蛋白就会与该短肽结合。由于脯氨酸羟基化需要分子氧和铁，因此这种蛋白质修饰可能在哺乳动物的氧传感中发挥关键作用。雅科拉等人（2001）还证明，VHL 蛋白和 HIF1-α 子单元的特定结构域之间的相互作用是通过脯氨酸残基（HIF1-α P564）的羟基化来调节的，该酶被他们称为 HIF-α 脯氨酰羟化酶（HIF） -PH）。对双氧作为辅助底物和铁作为辅助因子的绝对需求表明 HIF-PH 直接充当细胞氧传感器。

爱泼斯坦等人（2001）在线虫中定义了一条保守的 HIF-VHL-脯氨酰羟化酶途径，并将 Egl9 鉴定为通过脯氨酰羟化调节 HIF 的双加氧酶。在哺乳动物细胞中，他们发现 HIF-脯氨酰羟化酶由 3 种蛋白质代表：PHD1（606424）、PHD2（EGLN1; 606425）和 PHD3（606426），在位点上具有保守的 2-组氨酸-1-羧酸铁配位基序。催化位点。通过分级缺氧、铁螯合和钴离子直接调节重组酶活性反映了体内 HIF 诱导的特征，满足了这些酶作为调节 HIF 的氧传感器的要求。

PHD 对 HIF1A 进行脯氨酰羟基化是 HIF1A 降解的先决条件。中山等人（2004）证明，在缺氧条件下，PHD1 和 PHD3 丰度是通过 E3 泛素连接酶 SIAH1（602212）和 SIAH2（602213）靶向蛋白酶体依赖性降解来调节的。Siah2缺失的成纤维细胞表现出延长的Phd3半衰期，导致缺氧期间Hif1a表达水平较低。Siah1a/Siah2 缺失细胞中缺氧诱导的 Hif1a 表达被完全抑制，但通过 RNA 干扰抑制 Phd3 后可以得到恢复。在 293T 细胞中，即使暴露在轻度缺氧条件下，SIAH2 靶向 PHD3 的降解也会增加，这与 SIAH2 转录的增加相一致。缺氧的 Siah2 小鼠表现出呼吸过度反应受损和血红蛋白水平降低。中山等人（2004）得出结论，SIAH1 和 SIAH2 对 PHD1 和 PHD3 的控制构成了缺氧期间 HIF1A 调节的另一个复杂程度。

贝克等人（2005）发现 OS9（609677）与人类 293 细胞中的 HIF1A 和 PHD 相互作用。这种三元复合物的形成促进了 PHD 介导的 HIF1A 羟基化、HIF1A 与 VHL 的结合以及 HIF1A 的蛋白酶体降解。在非缺氧条件下，通过 RNA 干扰敲低 OS9 会增加 HIF1A 蛋白水平、HIF1A 转录活性和 VEGF mRNA 水平。贝克等人（2005）得出结论，OS9 是多蛋白复合物的重要组成部分，以氧依赖性方式调节 HIF1A 水平。

奥泽尔等人（2005）发现 ING4（608524）在缺氧条件下抑制 HIF 靶基因的表达。ING4 直接与 HIF 稳定性介质 HPH2（EGLN1）相互作用，为 ING4 募集到 HIF 提供了机制。ING4 与 HPH2 的关联不会影响羟化酶活性或 HIF 稳定性，但它以染色质依赖性方式抑制 HIF 活性。奥泽尔等人（2005）假设 ING4 在缺氧条件下被 HPH2 招募到 HIF，充当转换因子蛋白，招募转录抑制因子来介导 HIF 活性。

Lando 等人使用稳定表达 HIF2A（603349） C 端 100 个氨基酸（包括 C 端反式激活结构域（CTAD））的细胞系和 MALDI-TOF 质谱分析（2002）确定 asn851（相当于 HIF1A 中的 asn803）在常氧条件下而不是低氧条件下被羟基化，表明天冬酰胺酰羟化酶介导 HIF1A 和 HIF2A CTAD 的沉默。突变分析表明，在这些位置用 ala 替换 asn 会导致在常氧条件下具有完整的转录活性。相比之下，用 ala 替换 HIF2A 中的 pro853 或 HIF1A 中的 pro805 会导致在常氧和缺氧条件下丧失这种活性。Western blot 分析表明，asn 羟基化通过阻止 HIF1A 和 HIF2A 与 p300（602700）/CBP（600140）的 CH1 结构域相互作用来沉默 HIF1A 和 HIF2A 的 CTAD。兰多等人（2002）得出结论，HIF 蛋白的缺氧诱导涉及（1）抑制氧依赖性降解结构域中前体残基上的氧依赖性羟基化，以防止与 VHL 泛素连接酶复合物相互作用和蛋白酶体破坏，以及（2）抑制CTAD 区域中 asn 的氧依赖性羟基化促进与 p300/CBP 共激活因子的相互作用并诱导转录。他们提出脯氨酰和天冬酰胺酰羟化酶是 HIF1A 和 HIF2A 治疗调节的有吸引力的靶标。

Hif1a 基因的表达由 2 个不同的启动子驱动，该启动子位于 2 个替代的第一个外显子（称为 I.1 和 I.2）的 5 引物处（Wenger 等人，1997）。外显子 I.1 衍生的 mRNA 同工型具有组织特异性，而外显子 I.2 衍生的同工型则普遍表达（Wenger et al., 1998）。通过原位杂交，Marti 等人（2002）仅在睾丸细长的精子细胞中检测到 Hif1a-I.1 mRNA。体外研究表明，从 Hif1a-I.2 到 Hif1a-I.1 mRNA 表达的转变不会发生在精子发生的减数分裂前阶段。将小鼠暴露于低氧条件下会在精母细胞中诱导 Hif1a-I.2 蛋白，也可能在支持细胞中诱导 Hif1a-I.2 蛋白，但在精原细胞中则不会。作者得出结论，精子发生过程中转录表达的转变以及成熟精子细胞中意想不到的蛋白质定位都表明 Hif1a 的功能。

Jeong 等人使用酵母 2-杂交系统来识别与 HIF1A ODD 结构域相互作用的蛋白质（2002）确定了 ARD1（300013）。他们通过直接结合 HIF1A 来调节其稳定性，从而确立了 ARD1 在哺乳动物细胞中作为蛋白质乙酰转移酶的功能。郑等人（2002）还表明 ARD1 介导的乙酰化增强了 HIF1A 与 VHL 和 HIF1A 泛素化的相互作用，表明 ARD1 对 HIF1A 的乙酰化对于蛋白酶体降解至关重要。他们得出结论，ARD1 在 HIF1A 乙酰化中的作用提供了 HIF1A 稳定性的关键调节机制。

斯托勒等人（2003）证明 von Hippel-Lindau 肿瘤抑制蛋白（VHL；参见 608537）由于其在常氧条件下能够靶向 HIF1A 降解而负向调节 CXCR4（162643）表达。该过程在缺氧条件下受到抑制，导致 HIF 依赖性 CXCR4 激活。对大多数情况下表现出 VHL 基因突变的透明细胞肾癌的分析表明，CXCR4 的强表达与肿瘤特异性生存率较差有关。斯托勒等人（2003）得出的结论是，他们的结果表明了肿瘤细胞进化过程中 CXCR4 激活的机制，并暗示肿瘤发生早期初期肿瘤细胞获得的 VHL 失活不仅赋予了选择性生存优势，而且还赋予了归巢于选定器官的倾向。

科西吉等人（2005）证明 HIF1A 是造成细胞经历缺氧应激的遗传不稳定特征的原因。他们确定 HIF1A 作为 MSH2（609309）和 MSH6（600678）基因的转录抑制因子，从而抑制错配识别和 DNA 修复。

古斯塔夫森等人（2005）发现缺氧通过 Notch（190198）信号通路阻断培养物中哺乳动物神经元和肌源性祖细胞的分化。缺氧导致 Hif1a 募集到 Notch 响应启动子，并提高 Notch 下游基因的表达。

波拉德等人（2005）指出核编码的克雷布斯循环酶富马酸水合酶（FH; 136850）和琥珀酸脱氢酶（参见例如 SDHB, 185470）作为肿瘤抑制因子，这些基因中的种系突变使个体易患平滑肌瘤和肾癌（ HLRCC；150800）和副神经节瘤（参见 115310）。波拉德等人（2005）表明，FH 缺陷的细胞和肿瘤会积累富马酸，并在较小程度上积累琥珀酸。SDH 缺陷的肿瘤主要积聚琥珀酸盐。原位分析表明，这些肿瘤还过度表达 HIF1A、激活 VEGF（192240）等 HIF1A 靶标以及高微血管密度。波拉德等人（2005）假设增加的琥珀酸和/或富马酸可以稳定 HIF1A，并且副神经节瘤、平滑肌瘤和肾癌的肿瘤发生的基本机制可能是假性缺氧驱动，就像 von Hippel-Lindau 综合征一样（193300）。

VHL 编码 E3 连接酶，可促进缺氧诱导转录因子 HIF1、HIF2 和 HIF3（参见 609976）的 α 子单元泛素化，导致它们被蛋白酶体降解。因此，具有 VHL 突变的肾癌具有高稳态 HIF 表达水平。功能研究表明，HIF 足以进行因 VHL 缺失而引起的转化，从而确立 HIF 为肾癌的主要致癌驱动因素。托马斯等人（2006）表明，在体外和小鼠模型中，VHL 的缺失会使癌细胞对雷帕霉素（mTOR）抑制剂 CCI-779 敏感。CCI-779 引起的生长停滞与编码 HIF1A 的 mRNA 阻断相关，并且通过表达缺乏 5-prime 非翻译区的 VHL 抗性 HIF1A cDNA 来挽救。VHL 缺陷的肿瘤显示出以 mTOR 依赖性方式对正电子发射断层扫描（PET）示踪剂氟脱氧葡萄糖（FDG）的摄取增加。这些发现为 mTOR 抑制剂在肾癌中的前瞻性、生物标志物驱动的临床研究提供了临床前基本原理，并表明 FDG-PET 扫描可能在这种情况下用作药效学标志物。

伯纳迪等人（2006）通过控制蛋白质，将 PML（102578）确定为体内缺血和肿瘤条件下新生血管生成（新血管的形成）的关键抑制剂。

伯纳迪等人（2006）证明，在缺氧条件下，PML（102578）通过抑制 MTOR（601231）作为 HIF1A 合成率的负调节因子。这些和其他发现表明 PML 是 MTOR 和新血管生成的新型抑制因子。

萨诺等人（2007）表明心脏血管生成在心脏肥大的适应性机制中至关重要，并且 p53（191170）的积累对于从心脏肥大到心力衰竭的转变至关重要。压力超负荷最初通过 Hif1 依赖性血管生成因子的诱导促进心脏血管生长，抑制血管生成可防止心脏肥大的发展并诱导收缩功能障碍。持续的压力超负荷会诱导 p53 积聚，从而抑制 Hif1 活性，从而损害心脏血管生成和收缩功能。相反，通过引入血管生成因子或抑制p53积累来促进心脏血管生成，可进一步发展心肌肥大并恢复慢性压力超负荷下的心脏功能障碍。萨诺等人（2007）得出结论，p53 的抗血管生成特性可能在从心脏肥大到心力衰竭的转变中具有至关重要的功能。

刘等人（2007）表明 RACK1（GNB2L1; 176981）与 HIF1A 相互作用并通过不依赖氧的途径促进其蛋白酶体降解。RACK1 在体外和人类细胞中与 HIF1A 稳定蛋白 HSP90（HSPCA; 140571）竞争 HIF1A 结合，并且 RACK1 将 HIF1A 连接到伸蛋白 C（ELOC; 600788），促进 HIF1A 泛素化。刘等人（2007）得出的结论是，RACK1 是调节 HIF1A 稳定性的不依赖氧的机制的重要组成部分。

王等人（2007）表明，通过选择性删除 Vhl 在成骨细胞中过度表达 Hif1a 的小鼠表达高水平的 Vegf（192240），并发育出极其致密、血管丰富的长骨。相比之下，成骨细胞中缺乏 Hif1a 的小鼠的长骨比对照组明显更薄，血管化程度也更低。成骨细胞中Vhl的缺失增加了体外胚胎跖骨的内皮萌芽，但在没有血管的情况下对成骨细胞功能几乎没有影响。王等人（2007）得出结论，骨发育过程中成骨细胞中 HIF1A 途径的激活将血管生成与骨生成结合起来。

Sikder 和 Kodadek（2007）发现 orexin-1（602358）刺激表达 orexin-1 受体（OX1R 或 HCRTR1；602392）的人胚胎肾细胞，导致包括 HIF1A 在内的许多基因显着上调。Orexin-1 刺激也引起 VHL 的伴随下调。染色质免疫沉淀分析显示，食欲素刺激后，HIF1A 靶基因启动子上的 HIF1A 占据增加。食欲素刺激的常氧细胞中 HIF1A 诱导的基因谱与缺氧诱导的细胞不同。食欲素介导的 HIF1A 激活导致葡萄糖摄取增加和糖酵解活性更高，类似于在缺氧细胞中观察到的情况。然而，表达 OX1R 的细胞有利于通过三羧酸循环和氧化磷酸化而不是通过无氧糖酵解产生 ATP。Sikder 和 Kodadek（2007）得出结论，HIF1A 除了对缺氧做出反应外，还在激素介导的饥饿和觉醒调节中发挥作用。

希金斯等人（2007）在小鼠原代肾上皮细胞和遭受单侧输尿管梗阻（UUO）的肾脏近端小管中灭活 Hif1a。他们发现 Hif1a 在体外增强上皮间质转化，并通过上调赖氨酰氧化酶基因（例如 LOX；153455）诱导上皮细胞迁移。上皮 Hif1a 的消融抑制了 UUO 肾中肾小管间质纤维化的发展，这与间质胶原沉积减少、炎症细胞浸润减少以及成纤维细胞特异性蛋白 1（FSP1 或 S100A4；114210）表达间质细胞数量减少有关。希金斯等人（2007）还发现慢性肾病患者肾脏 HIF1A 表达增加与肾小管间质损伤相关。

另请参见 Semenza（2007）的评论。

卡比亚-长岛等人（2007）发现人 RSUME（RWDD3; 615875）在体外增强 HIF1A 的 sumoylation，并在缺氧期间稳定 COS-7 细胞中的内源性 HIF1A。

Rius 等人在不同的细胞类型中使用缺乏 Ikkb（IKBKB; 603258）的小鼠（2008）表明 NF-kappa-B（164011）是 Hif1a 的关键转录激活因子，并且基础 NF-kappa-B 活性是缺氧条件下培养细胞以及缺氧动物肝脏和大脑中 Hif1a 蛋白积累所必需的。Ikkb 缺陷导致 Hif1a 靶基因（包括 Vegf）的诱导缺陷。Ikkb 对于经历细菌感染的巨噬细胞中 Hif1a 的积累至关重要。

Ceradini 等人使用糖尿病和缺血模型（2008）表明高血糖会干扰 Hif1a 功能，并导致成纤维细胞和骨髓源性内皮祖细胞响应缺氧而出现信号传导缺陷。高血糖导致超氧化物水平升高，诱导 Hif1a bHLH 结构域中 2 个精氨酸的甲基乙二醛修饰。这种修饰减少了 Hif1a 异二聚体的形成，并导致 Hif1a 与缺氧诱导的启动子结合有缺陷，包括 Sdf1（CXCL12; 600835）、Cxcr4、eNos（NOS3; 163729）和 Vegf 的启动子。甲基乙醛酸代谢酶 GLO1 的过度表达可防止高血糖的影响，包括 Hif1a 的修饰（138750）。塞拉迪尼等人（2008）得出结论，HIF1A 信号传导缺陷会导致糖尿病患者中观察到的缺血诱导的血管生成受损。

泽纳基等人（2008）发现 PCAF（602303）在用去铁胺（DSFX）（一种模拟缺氧的化合物）处理的人骨肉瘤细胞系中充当 HIF1A 的辅助因子。PCAF 和 HIF1A 在 DSFX 处理的细胞中相互作用，导致 HIF1A 发生 PCAF 依赖性乙酰化。PCAF 被招募到 HIF1A 靶标子集的缺氧反应元件中，包括促凋亡基因 BID（601997）和血管生成基因 VEGF。DSFX 处理的细胞还表现出 HIF1A 依赖性细胞凋亡。

梅塔等人（2009）报道线虫中 VHL1（608537）的缺失显着延长了寿命并增强了对聚谷氨酰胺和 β-淀粉样蛋白毒性的抵抗力。HIF1 的删除与 VHL1 呈上位性，表明 HIF1 在 VHL1 下游发挥作用，调节衰老和蛋白质毒性。VHL1 和 HIF1 通过一种不同于饮食限制和胰岛素样信号传导的机制来控制寿命。梅塔等人（2009）得出的结论是，他们的发现将 VHL1 和缺氧反应定义为另一种长寿和蛋白质稳态途径。

赵等人（2009）表明，在密码子 132 处携带精氨酸的异柠檬酸脱氢酶-1（IDH1; 147700）对其底物的亲和力降低，并通过形成催化失活的异二聚体来显着抑制野生型 IDH1 活性。培养细胞中突变 IDH1 的强制表达减少了酶产物 α 酮戊二酸（α-KG）的形成，并增加了 HIF1-α 的水平，HIF1-α 是一种转录因子，在低氧条件下促进肿瘤生长，其稳定性受 α- 调节。公斤。HIF1-α 水平的升高可通过 α-KG 衍生物逆转。携带 IDH1 突变的人类神经胶质瘤中的 HIF1-α 水平高于没有突变的肿瘤。因此，赵等人（2009）得出结论，IDH1 似乎具有肿瘤抑制因子的功能，当突变失活时，它会部分通过诱导 HIF1 途径促进肿瘤发生。

拉斯帕格里奥等人（2008）发现 HIF1A 在几种暴露于缺氧应激的人类细胞系中诱导 TUBB3（602661）表达。染色质免疫沉淀分析显示，HIF1A 与 TUBB3 基因 5 引物侧翼区域的 HIF1A 结合位点结合。

森多尔等人（2010）表明，线虫 HIF1 与 HIF-α 同源，通过拮抗 p53 同源物 CEP1 的功能，防止 DNA 损伤诱导的生殖细胞凋亡（191170）。HIF1 的抗凋亡特性是通过 ASJ 感觉神经元中酪氨酸酶家族成员 TYR2 的转录上调来介导的。TYR2 由 ASJ 感觉神经元分泌，拮抗 CEP1 依赖性种系细胞凋亡。敲低人类黑色素瘤细胞中的 TYR2 同源物 TRP2（也称为 DCT；191275）同样会增加细胞凋亡，表明其功能在进化上是保守的。森多尔等人（2010）得出的结论是，他们的发现确定了缺氧和程序性细胞死亡之间的新联系，并为 HIF1 远距离决定细胞凋亡命运提供了范例。

波尔切利等人（2010）报道在一大组嗜酸细胞垂体肿瘤和头颈肿瘤中存在高频率的同质破坏性线粒体突变。这种突变的存在意味着体内呼吸复合物 I 的分解，这反过来可能导致嗜酸细胞肿瘤无法稳定 HIF1 并表现出假性缺氧。通过利用传输软骨细胞质杂交体（cybrids），作者诱导了线粒体编码的 MTND1（516000）基因中的截短突变向同质性的转变。这种转变与严重的代谢损伤有关，导致 α-酮戊二酸和琥珀酸（稳定 HIF1 的克雷布斯循环代谢物）失衡。作者得出结论，嗜酸细胞转化的主要特征，即同质破坏性突变和复合物 I 解体的发生，可能通过缺乏 HIF1 稳定性来解释嗜酸细胞肿瘤的良性本质。

巴拉内罗等人（2010）表明抗癌剂喜树碱可抑制 DNA 拓扑异构酶 I（TOP1; 126420），降低初级 HIF1A 转录物的表达，并增加反义转录物 5-prime AHIF1A（HIF1AAS1; 614528）和 3-prime AHIF1A 的表达（ 614529）和人类细胞系。

肌肉丙酮酸激酶亚型 PKM1 和 PKM2 均由 PKM2 基因（179050）编码。Luo 等人利用几种人类细胞系的敲低和过度表达研究（2011）表明，在缺氧条件下，PKM2（而非 PKM1）与 HIF1A 相互作用并刺激 HIF1A 反式激活活性。突变分析表明 PKM2 在多个位点与 HIF1A 相互作用。PKM2（而非 PKM1）包含脯氨酰羟基化基序 LxxLAP，该基序被 PHD3 羟基化，并且这种羟基化是 PKM2 介导的 HIF1A 激活所必需的。染色质免疫沉淀分析表明，在缺氧条件下，PKM2、PHD3 和 HIF1A 与 p300 在缺氧反应元件处共定位。PKM2、PHD3 和 HIF1A 都是诱导糖酵解基因和葡萄糖转运蛋白 1 基因（GLUT1 或 SLC2A1；138140）转录所必需的。在氧化代谢向糖酵解代谢转变期间，HIF1A 还在正反馈环路中诱导 PKM2 表达。

Dang 等人主要使用野生型和 Hif1a -/- 小鼠 T 细胞（2011）表明，Hif1a 是幼稚 T 细胞分化为表达白细胞介素 17（IL17; 603149）的辅助 T（Th）细胞所必需的。Hif1a 在 Il17 启动子处直接与 Ror-γ-t（RORC; 602943）和 p300 相互作用，并且所有 3 个因子都是最佳 Il17 表达所必需的。同时，Hif1a 通过一种孤立于 Hif1a 转录活性的机制指导 Treg 依赖性转录因子 Foxp3（300292）的蛋白酶体降解，从而下调幼稚 T 细胞向调节性 T（Treg）细胞的分化。在低氧条件下的培养物中，Th17 细胞的分化和 Treg 细胞的损失增强。小鼠 T 细胞中 Hif1a 的敲除使小鼠对 Mog（159465）诱导的实验性自身免疫性脑脊髓炎（多发性硬化症的小鼠模型）具有高度抵抗力（参见 126200）。党等人（2011）得出结论，HIF1A 通过控制 Th17 和 Treg 细胞之间的平衡在免疫反应中发挥作用。

坦纳希尔等人（2013）表明，用 2-脱氧葡萄糖抑制糖酵解可以抑制脂多糖诱导的白介素-1-β（IL1B; 147720），但不能抑制小鼠巨噬细胞中的肿瘤坏死因子-α（TNFA; 191160）。脂多糖激活巨噬细胞的综合代谢图显示糖酵解基因上调和线粒体基因下调，这与改变的代谢物的表达谱直接相关。脂多糖强烈增加了三羧酸循环中间体琥珀酸的水平。谷氨酰胺依赖性去补是琥珀酸的主要来源，尽管“γ-氨基丁酸（GABA）分流”途径也有一定作用。脂多糖诱导的琥珀酸可稳定 HIF1A，这种作用可被 2-脱氧葡萄糖抑制，而 IL1B 是一个重要靶点。脂多糖还增加了几种蛋白质的琥珀酰化。坦纳希尔等人（2013）得出的结论是，他们已经确定琥珀酸是先天免疫信号传导中的一种代谢物，可增强炎症期间 IL1B 的产生。

三阴性乳腺癌（参见 114480）是一种乳腺癌，其中肿瘤细胞不表达雌激素受体（参见 133430）、孕激素受体（PGR；607311）和 HER2（ERBB2；164870）的基因，是一种乳腺癌。治疗选择有限的高度侵袭性恶性肿瘤。陈等人（2014）报道 XBP1（194355）在三阴性乳腺癌中被激活，并且在这种人类乳腺癌亚型的致瘤性和进展中具有关键作用。在乳腺癌细胞系模型中，XBP1 的耗竭抑制了肿瘤生长和肿瘤复发，并减少了 CD44（107269）高/CD24（600074）低细胞群。已知 HIF1A 在三阴性乳腺癌中过度激活。XBP1 转录调控网络的全基因组图谱显示，XBP1 通过与 HIF1A 组装转录复合物来驱动三阴性乳腺癌致瘤性，该复合物通过招募 RNA 聚合酶 II 来调节 HIF1A 靶标的表达（参见 180660）。对三阴性乳腺癌患者孤立队列的分析揭示了一种特定的 XBP1 基因表达特征，该特征与 HIF1A 和缺氧驱动的特征高度相关，并且与不良预后密切相关。陈等人（2014）得出的结论是，他们的发现揭示了三阴性乳腺癌中未折叠蛋白反应的 XBP1 分支的关键功能。

科莱吉奥等人（2014）表明，肿瘤细胞产生的乳酸作为有氧或无氧糖酵解的副产物，通过诱导血管内皮生长因子（VEGF; 192240）的表达和肿瘤的 M2 样极化，在信号传导中具有关键功能-相关巨噬细胞。作者还证明乳酸的这种作用是由 HIF1A 介导的。最后，他们表明乳酸诱导的巨噬细胞表达精氨酸酶-1（ARG1；608313）在肿瘤生长中具有重要作用。科莱吉奥等人（2014）得出的结论是，他们的发现确定了巨噬细胞与其客户细胞（包括肿瘤细胞）之间的通讯机制。这种通讯可能进化为促进正常组织的稳态，但也可以参与肿瘤以促进其生长。

在缺氧条件下，HIF1-α 与通用转录共激活因子 CBP（600140）和 p300（602700）的 TAZ1 结构域结合，促进适应性基因的快速激活，包括 CITED2（602937）。CITED2 是一种负反馈调节因子，通过竞争与 TAZ1 的结合来减弱 HIF1 转录活性。HIF1-α 和 CITED2 均通过各自无序的反式激活结构域与 TAZ1 结合。HIF1-α 和 CITED2 反式激活结构域通过螺旋基序与 TAZ1 结合，螺旋基序位于保守的 LP（Q/E）L 序列两侧，该序列对于负反馈调节至关重要。伯洛等人（2017）证明人类 CITED2 通过与 TAZ1 和 HIF1-α 形成瞬时三元复合物并通过其 LPEL 基序竞争共享结合位点来取代 HIF1-α，从而促进 TAZ1 的构象变化，从而增加 HIF1-α 的比率解离。通过变构增强 HIF1-α 的释放，CITED2 激活高度响应的负反馈回路，即使在适度的 CITED2 浓度下，也能快速有效地减弱缺氧反应。这种超敏感的调节开关完全依赖于这些本质上无序的蛋白质的独特的灵活性和结合特性，并且可能例证了细胞用于快速响应环境信号的常见策略。

刘等人（2018）发现 ILKAP（618909）直接与磷酸化的 HIF1-α 结合，并在肿瘤细胞系 A172 中将其去磷酸化。随后，去磷酸化的HIF1-α与ILKAP分离并直接与p53结合，在缺氧和常氧下诱导细胞凋亡。

斯特根等人（2019）证明软骨细胞中 HIF1-α 信号传导时间延长会干扰细胞生物能学和生物合成，从而导致骨骼发育不良。葡萄糖氧化减少会导致能量不足，从而限制增殖，激活未折叠蛋白质反应，并减少胶原蛋白合成。然而，谷氨酰胺通量的增加会增加 α-酮戊二酸的水平，从而增加胶原蛋白上脯氨酸和赖氨酸的羟基化。这种代谢调节的胶原蛋白修饰使软骨基质更能抵抗蛋白酶介导的降解，从而增加骨量。因此，斯特根等人（2019）的结论是，不适当的 HIF1-α 信号传导会导致胶原蛋白过度修饰引起的骨骼发育不良，这种效应也可能导致涉及细胞外基质的其他疾病，例如癌症和纤维化。

▼ 生化特征

晶体结构

VHL 肿瘤抑制因子对 HIF 的泛素化在细胞对可用氧变化的反应中发挥着核心作用。仅当 HIF 中的保守脯氨酸被羟基化（一种氧依赖性修饰）时，VHL 蛋白才会与 HIF 结合。敏等人（2002）确定了 20 个残基的 HIF1A-VHL 蛋白-伸蛋白 B（600787）-伸蛋白 C 复合物的 1.85 埃结构，表明 HIF1A 以延伸的 β 链样构象与 VHL 蛋白结合。羟脯氨酸插入 VHL 疏水核心的间隙中，该位点是致瘤突变的热点，其 4-羟基可被埋藏的丝氨酸和组氨酸残基识别。尽管β片层状相互作用有助于复合物的稳定性，但羟脯氨酸接触对于信号传导的严格特异性特征至关重要。

洪等人（2002）确定了与 VHL 蛋白、伸蛋白 C 和伸蛋白 B 结合的羟基化 HIF1A 肽的晶体结构，并进行了溶液结合测定，结果揭示了 VHL 蛋白中单个保守的羟脯氨酸结合口袋。他们发现，与隐藏的羟脯氨酰基团的优化氢键可以精确地区分羟基化和未修饰的脯氨酰残基。洪等人（2002）得出的结论是，这种机制为开发调节细胞对缺氧反应的治疗剂提供了新的焦点。

吴等人（2015）描述了每个小鼠 Hif2-α（603349）-Arnt（126110）和 Hif1-α-Arnt 异二聚体在包含结合小分子及其缺氧反应元件的状态下的晶体结构。Hif2-α-Arnt 和 Hif1-α-Arnt 共享高度集成的四元结构，其中 Arnt 围绕每个 Hif-α 子单元的外部螺旋旋转。观察到五个不同的口袋允许小分子结合，包括 PAS 结构域封装位点和通过子单元异二聚化形成的界面空腔。DNA读取头旋转、延伸并与远端PAS结构域配合以结合缺氧反应元件。与人类癌症相关的 HIF-α 突变对应到建立 DNA 结合以及 PAS 结构域和口袋稳定性的敏感位点。

▼ 基因结构

艾耶等人（1998）报道HIF1-α基因含有15个外显子。HIF1-α 和小鼠 Hif1-α 中的内含子位于相同位置。

HIF1A 反义转录本

Thrash-Bingham 和 Tartof（1999）鉴定了一个反义转录本 HIF1AAS2（614529），它以相反的方向与 HIF1A 基因的 3 素 UTR 重叠。巴拉内罗等人（2010）鉴定了一个反义转录本 HIF1AAS1（614528），它以相反的方向与 HIF1A 基因的外显子 1 和内含子 1 重叠。

▼ 测绘

通过对种间回交的分析，Wenger 等人（1996）和塞门扎等人（1996）将 Hif1-α 基因对应到小鼠染色体 12，该区域与人类染色体 14q12-q32.33 具有同线性同源性。通过体细胞杂交体的分析和荧光原位杂交，Semenza 等人（1996）将 HIF1-α 基因定位到 14q21-q24。

▼ 动物模型

于等人（1999）分析了暴露于 10% 氧气 1 至 6 周的 Hif1a +/- 和野生型小鼠的生理反应，发现杂合子表现出红细胞增多症、右心室肥大、肺动脉高压和肺血管重塑的发展显着延迟，并且显着更大与野生型同窝仔鼠相比，体重减轻。于等人（1999）得出结论，部分 HIF1A 缺乏对慢性缺氧的多种系统反应有显着影响。

埃尔森等人（2001）创建了在皮肤和鳞状上皮的基底角质形成细胞中过度表达 Hif1a 的转基因小鼠。转基因小鼠的真皮毛细血管增加了 66%，总 Vegf 表达增加了 13 倍，每种 Vegf 亚型的诱导增加了 6 至 9 倍。然而，他们没有表现出水肿、炎症或血管渗漏，这些都是皮肤中过度表达 Vegf cDNA 的转基因小鼠的特征。

为了研究缺氧通气反应是否需要 HIF1，Kline 等人（2002）分析了野生型或杂合型小鼠的 Hif1a 基因座功能丧失（敲除）等位基因。尽管杂合子 Hif1a 小鼠对急性缺氧的通气反应并未受损，但该反应主要通过迷走神经传入介导，而在野生型小鼠中，颈动脉体化学感受器发挥了主要作用。当从野生型小鼠中分离出的颈动脉体暴露于氰化物或缺氧时，记录到窦神经活动显着增加。相比之下，杂合子小鼠的颈动脉体对氰化物有反应，但对缺氧没有反应。组织学分析显示杂合子小鼠的颈动脉体形态没有异常。暴露于缺氧3天的野生型小鼠表现出对随后的急性缺氧挑战的增强的通气反应。相比之下，先前的慢性缺氧导致杂合子 Hif1a 小鼠对急性缺氧的通气反应减弱。因此，部分 HIF1A 缺乏对颈动脉体神经活动和慢性缺氧的通气适应具有显着影响。

克莱默等人（2003）检查了条件性敲除 Hif1a、其负调节因子 Vhl（608537）和下游靶标 Vegf 的小鼠的炎症反应。他们发现，Hif1a 的激活对于体内骨髓细胞浸润和激活至关重要，其机制与 Vegf 无关。Vhl 的缺失导致急性炎症反应大幅增加。当 Hif1a 缺失时，细胞 ATP 库急剧减少，表明 HIF1A 对于调节骨髓细胞糖酵解能力至关重要。代谢缺陷导致骨髓细胞聚集、运动、侵袭和杀灭细菌的严重受损。作者得出的结论是，HIF1A 的这种作用证明了它对炎症微环境中的生存和功能的直接调节。

Mason 等人在骨骼肌中定向删除 Hif1a 的转基因小鼠中（2004）发现运动会导致糖酵解酶活性降低，柠檬酸循环酶和氧化增加。反复运动会导致转基因小鼠出现广泛的肌肉损伤，类似于患有糖原分解和糖酵解缺陷引起的疾病的人类所观察到的变化。

富田等人（2003）创造了具有神经细胞特异性 Hif1a 缺陷的小鼠。突变小鼠出生时表现正常，体重或死亡率均未表现出异常。然而，他们表现出脑积水，并伴有神经细胞减少和空间记忆受损。神经细胞的凋亡与突变胚胎端脑的血管退化同时发生。通过体外将 Hif1a 基因传递至胚胎，这些缺陷得以成功恢复。富田等人（2003）得出结论，神经细胞中的 HIF1A 对于正常的大脑发育至关重要。

Peyssonnaux 等人使用源自 Hif1a-lysMcre 小鼠的中性粒细胞和骨髓巨噬细胞，这些小鼠在骨髓谱系细胞中特异性删除了 Hif1a（2005）表明，即使在常氧条件下，Hif1a 也会被细菌感染诱导，并调节关键免疫效应分子的产生，包括颗粒蛋白酶（例如，中性粒细胞弹性蛋白酶，ELA2 130130；组织蛋白酶 G，CTSG 116830；以及 Cramp， cathelicidin，CAMP 600474）、一氧化氮（参见 NOS2A，163730）和 Tnf 191160 通过一氧化氮依赖性过程。来自 Vhl 缺陷小鼠的中性粒细胞和巨噬细胞的 Hif1a 表达上调，所有这些介质的表达均增加。野生型细胞在细菌感染后具有所有这些分子的中间表达，除非 Hif1a 途径是由药理介质诱导的。在体内，Hif1a 缺陷小鼠在皮下接种 A 组链球菌后，出现了明显更大的坏死性皮肤损伤、更大的体重减轻和更高的细菌数量。佩索诺等人（2005）表明 HIF1A 对受感染组织中骨髓活性的控制可能代表增强宿主防御的新治疗靶点。

Neumann 等人通过检查缺乏 Vhl 或同时缺乏 Vhl 和 Hif1a 的小鼠的 T 细胞（2005）表明Hif1a 以Serca2（ATP2A2; 108740）依赖性方式负向调节TCR 连接下游的Ca（2+）信号传导。

Wan 等人利用遗传和药理学方法（2008）表明，在骨骼修复的小鼠牵张成骨模型中，需要Hif1途径来介导骨修复的血管生成和成骨阶段。