在肝细胞癌细胞的细胞周期中，HIF-1α的氧独立表达能够在常氧条件下调控关键的代谢途径

《The FEBS Journal》：Oxygen-independent expression of HIF-1α during the cell cycle in hepatocellular carcinoma cells controls essential metabolic pathways under normoxia

肝癌细胞中HIF-1α通过调控糖酵解、胆固醇代谢等途径维持生存，其常氧表达与患者预后相关。

　　这项研究围绕肝细胞癌（HCC）中HIF-1α蛋白在细胞存活和增殖中的作用展开，特别关注其在常氧条件下的表达及其对细胞代谢的影响。HIF-1α是HIF-1异构体的核心组成部分，它在低氧环境中会被稳定并激活，从而调控癌细胞的转录适应。HIF-1α在HCC中具有高度表达，这与患者的不良预后密切相关。为了深入研究HIF-1α在HCC细胞中的具体功能，研究人员利用CRISPR/Cas9技术生成了不表达内源性HIF-1α的Huh7细胞系，并与同样不表达HIF-1α的HeLa细胞系进行比较。通过细胞存活、增殖、蛋白表达谱和患者数据的分析，揭示了HIF-1α在维持HCC细胞功能和促进其恶性行为中的关键作用。

在Huh7细胞中，HIF-1α的缺失显著降低了细胞在常氧条件下的存活率和增殖能力，而在HeLa细胞中，这一影响则不明显。这表明HIF-1α在HCC细胞中具有独特的功能，可能与肝细胞的特殊代谢需求有关。通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行的蛋白质组学分析进一步揭示了HIF-1α在Huh7细胞中调控的代谢通路，包括糖酵解、类固醇/胆固醇生物合成等。这些通路在HIF-1α缺失后发生了显著变化，说明HIF-1α在这些代谢过程中扮演了不可或缺的角色。相比之下，HeLa细胞中HIF-1α的缺失对代谢通路的影响较小，提示HIF-1α的功能可能具有细胞类型特异性。

研究还发现，在常氧条件下，HIF-1α的表达具有细胞周期依赖性。通过使用CDK1抑制剂RO-3306同步细胞周期，研究人员在Huh7细胞中观察到HIF-1α在细胞周期特定阶段的短暂表达，而这一现象在HeLa细胞中并未出现。这表明HIF-1α的表达可能受到细胞周期调控的影响，特别是在G2/M期，其表达水平显著上升。这一发现与HIF-1α的磷酸化相关，其中CDK1的活性在HIF-1α的稳定性中起到关键作用。这一机制可能解释了为何HIF-1α在常氧条件下仍能维持HCC细胞的代谢和增殖能力。

在患者数据层面，研究团队利用TCGA和GEPIA2平台分析了HIF-1α依赖性蛋白表达谱与临床预后之间的关系。结果显示，HIF-1α的表达与HCC患者的不良预后显著相关，尤其是在常氧条件下。这表明HIF-1α不仅是HCC细胞在低氧环境中的生存机制，还可能在常氧环境下通过调控代谢通路促进癌细胞的生长和扩散。相反，HIF-1α在宫颈癌细胞（CESC）中的表达与患者生存率之间没有显著相关性，这进一步支持了HIF-1α功能在不同癌症类型中的差异性。

研究的另一重要发现是，HIF-1α的表达在HCC细胞中具有显著的细胞周期依赖性。在Huh7细胞中，HIF-1α在细胞周期的特定阶段被短暂激活，而在HeLa细胞中则未观察到这一现象。这一现象可能与HIF-1α在细胞周期调控中的作用有关，特别是在G1期的细胞周期检查点中，HIF-1α的表达可能对细胞的增殖和代谢产生重要影响。这种细胞周期依赖性的表达模式解释了为何HIF-1α的缺失会导致Huh7细胞在常氧条件下的显著生长缺陷，而HeLa细胞则表现出较小的受影响程度。

此外，研究团队还发现HIF-1α在常氧条件下可能通过调控细胞周期相关的蛋白表达来影响细胞的生长。例如，在Huh7细胞中，HIF-1α的缺失导致了与DNA复制许可相关的蛋白表达显著下降，而这些蛋白在HeLa细胞中则未受到明显影响。这表明HIF-1α在Huh7细胞中的功能不仅限于低氧环境下的代谢调控，还可能在细胞周期调控中发挥重要作用，从而确保细胞在常氧条件下的正常生长。

研究还进一步验证了HIF-1α在HCC细胞中的代谢调控功能。通过检测总胆固醇含量，发现HIF-1α的缺失导致Huh7细胞在常氧和低氧条件下的胆固醇水平显著下降，而HeLa细胞的胆固醇水平则未受到明显影响。这说明HIF-1α在肝细胞中可能通过调控胆固醇代谢通路来维持细胞的代谢能力。在Huh7细胞中，HIF-1α的缺失不仅影响了糖酵解相关的酶表达，还影响了类固醇和胆固醇生物合成通路的关键酶，进一步表明HIF-1α在HCC细胞中的作用不仅限于低氧条件，还可能在常氧条件下通过多种代谢途径支持细胞的生长和生存。

为了验证这些发现，研究人员通过多种实验手段进行了分析。其中包括使用Western blot检测HIF-1α及其相关蛋白的表达，通过免疫沉淀法分析其修饰状态，以及利用LC-MS/MS进行蛋白质组学分析。这些方法共同揭示了HIF-1α在HCC细胞中的关键作用，特别是在调控细胞代谢和细胞周期方面。同时，研究团队还利用生物信息学方法对HIF-1α调控的蛋白表达谱进行了功能富集分析，结果显示这些蛋白主要参与糖酵解、类固醇生物合成等代谢过程，进一步支持了HIF-1α在维持HCC细胞代谢活性中的重要性。

综上所述，这项研究通过多方面的实验验证，揭示了HIF-1α在HCC细胞中的重要作用。不仅在低氧条件下，HIF-1α还在常氧条件下通过调控代谢通路和细胞周期相关蛋白的表达，维持细胞的生长和生存能力。此外，研究还发现HIF-1α在不同癌症细胞系中的表达和功能具有显著的细胞类型特异性，这可能与不同细胞系中HIF-1α的调控机制不同有关。这些发现为HIF-1α在HCC中的治疗潜力提供了新的视角，同时也为其他癌症类型的HIF-1α功能研究提供了参考。

研究结果表明，HIF-1α的缺失会导致HCC细胞在常氧条件下的显著代谢障碍和生长缺陷，这可能为HIF-1α作为HCC治疗靶点提供了理论依据。同时，HIF-1α在低氧条件下的作用已被广泛研究，但其在常氧条件下的功能和调控机制仍有待深入探索。此外，研究还指出，HIF-1α的表达可能受到细胞周期调控的影响，这种调控机制可能为理解HIF-1α在肿瘤发生和发展中的复杂作用提供了新的线索。

这项研究不仅揭示了HIF-1α在HCC细胞中的重要作用，还强调了其在维持细胞代谢和增殖中的必要性。通过深入分析HIF-1α调控的蛋白表达谱及其与患者预后的关系，研究团队为HIF-1α在HCC治疗中的应用提供了新的方向。同时，研究还表明HIF-1α的功能可能具有细胞类型特异性，这提示在开发针对HIF-1α的治疗策略时，需要考虑不同癌症类型中的差异。此外，研究还揭示了HIF-1α在常氧条件下的表达机制，这为未来研究HIF-1α的调控方式提供了新的视角。

总的来说，这项研究通过系统的实验设计和分析方法，揭示了HIF-1α在HCC细胞中的关键作用。不仅在低氧环境下，HIF-1α还在常氧环境下通过调控代谢通路和细胞周期相关蛋白的表达，维持细胞的生存和增殖能力。这些发现为HIF-1α作为HCC治疗靶点提供了理论支持，同时也为其他癌症类型的HIF-1α功能研究提供了参考。此外，研究还强调了HIF-1α表达的细胞周期依赖性，这可能解释了为何其在常氧条件下仍能对细胞产生重要影响。这些发现不仅加深了我们对HIF-1α在HCC中的功能理解，也为未来的研究和治疗策略提供了新的思路。