缺氧誘導因子1α（HIF1α）是導致代謝適應的主要調節(jié)因子，這是維持缺氧條件下干細胞存活的重要生理過程。然而，人們對HIF1α如何在缺氧條件下如何進入干細胞的核內了解甚少。近期，來自首爾大學的研究團隊在Cell Death Differentitation期刊報道了BICD1在動力蛋白介導的HIF1α核轉位中的作用以及BICD1調節(jié)對低氧適應的影響。文章題目為BICD1 mediates HIF1α nuclear translocation in mesenchymal stem cells during hypoxia adaptation。文章證明了BICD1誘導的HIF1α核易位對于缺氧適應至關重要，這決定了人臍帶血間充質干細胞（UCB-MSC）的再生潛力。

1.缺氧刺激的HIF1α核易位依賴于BICD1
   作者研究了低氧條件下UCB-MSCs中HIF1α的核易位中微管和胞質動力蛋白的作用。數(shù)據(jù)顯示，缺氧誘導的HIF1α核易位被Nocodazole和ciliobrevin D預處理抑制。并且，與單獨的低氧治療相比，低氧的ciliobrevin D預處理增加了裂解的caspase-9蛋白表達和膜聯(lián)蛋白V陽性細胞的百分比。這些結果表明，低氧誘導的HIF1α核易位依賴于微管穩(wěn)定性和胞質動力蛋白的活性，這對于低氧條件下UCB-MSC的存活至關重要。接下來，發(fā)現(xiàn)缺氧刺激了HIF1α與BICD1，BICD2，Dynein IC和α-Tubulin的結合。同時，ciliobrevin D預處理不影響α-微管蛋白與BICD1和BICD2的結合。siRNA轉染BICD1而不抑制BICD2抑制了HIF1α核轉運和活性。而且，通過pcDNA3.1 / BICD1-cEGFP質粒轉染進一步降低了缺氧誘導的HIF1α核易位和活性。為了檢測HIF1α的脯氨酸羥基化形式（Hyp402和Hyp564），在常氧或低氧條件下將MG132處理為UCB-MSC，結果表明，BICD1沉默或過表達不會影響低氧降低的HIF1α水平的Hyp402和Hyp564。非MSC細胞模型研究了BICD1或BICD2沉默對SK-N-MC神經(jīng)母細胞瘤細胞系中HIF1α核易位的影響。缺氧增加了BICD1和BICD2與SK-N-MC中HIF1α的結合。在低氧治療的實驗組中，BICD1和BICD2 siRNA共轉染的SK-N-MC中的HIF1α核水平最低。BICD2沉默顯著抑制了缺氧誘導的BICD1 KO SK-N-MC細胞系中的HIF1α核易位。這些結果表明，BICD1和BICD2都具有介導缺氧條件下SK-N-MCs中HIF1α核易位的能力。

2.低氧刺激BICD1和HIF1α之間的相互作用是將HIF1α募集到動力蛋白所必需的
   接下來，作者確定了缺氧對HIF1α和BICD1之間相互作用的影響。結果表明，低氧刺激了BICD1與HIF1α，Importinα3和RanBP2的結合。缺氧顯著增加了HIF1α與BICD1在細胞質區(qū)域的共定位，這也與對照組相比通過HIF1α/ BICD1鄰近結扎測定（PLA）信號得以顯示。因為缺氧誘導的HIF1α蛋白水平可能有助于HIF1α與BICD1的相互作用，所以用蛋白酶體抑制劑MG132進行了預處理，以抑制缺氧引起的HIF1α蛋白水平的進一步誘導。在MG132預處理條件下，低氧刺激HIF1α與BICD1的結合，盡管在有氧或無氧的UCB-MSC中總HIF1α蛋白水平相似。因為缺氧誘導的HIF1α蛋白水平可能有助于HIF1α與BICD1的相互作用，所以我們用蛋白酶體抑制劑MG132進行了預處理，以抑制缺氧引起的HIF1α蛋白水平的進一步誘導。在MG132預處理條件下，低氧刺激HIF1α與BICD1的結合，盡管在有氧或無氧的UCB-MSC中總HIF1α蛋白水平相似。此外，BICD1 siRNA轉染抑制了缺氧誘導的HIF1α與Dynein IC的結合。HIF1α/動力蛋白IC的缺氧誘導的PLA信號由被顯著廢除BICD1 siRNA轉染。此外，CoCl 2處理誘導了HIF1α與Dynein IC的結合和HIF1α核易位，這被BICD1沉默所消除。

3.AKT失活GSK3β增加BICD1和HIF1α的相互作用，導致缺氧下HIF1α核易位
   實驗研究了BICD1如何刺激缺氧誘導的HIF1α核易位的機制。數(shù)據(jù)表明，缺氧抑制了BICD1與Akt和GSK3β的結合。然而，在常氧和低氧之間，未觀察到BICD1，BICD2，DYNC1H1和DYNC2H1的mRNA表達水平的差異，這表明由低氧調節(jié)的BICD1與其蛋白水平無關。PI3K / Akt抑制劑渥曼青霉素的預處理可抑制低氧刺激的BICD1與HIF1α的結合以及HIF1α的核易位。此外，雙重熒光素酶報告基因測定結果還表明，Akt抑制劑預處理抑制了缺氧增加的HIF1活性。相反，用Akt激活劑SC-79進行的預處理顯著增強了缺氧刺激的HIF1α核易位。用Akt抑制劑進行的預處理減少了缺氧誘導的Ser9殘基上GSK3β的抑制性磷酸化，表明缺氧可通過Akt使GSK3β失活。因此，進一步研究GSK3β沉默對低氧誘導的BICD1和HIF1α之間相互作用的影響。GSK3β siRNA轉染廢除BICD1的低氧刺激的結合HIF1α。此外，與低氧的非靶向（NT）siRNA轉染的UCB-MSC相比，在缺氧的 GSK3βsiRNA轉染的UCB-MSC中HIF1α核易位和活性增加。而且，與經(jīng)常氧的NT siRNA轉染的UCB-MSC相比，常氧的GSK3βsiRNA轉染的UCB-MSC刺激了HIF1α核易位和活性。

4.BICD1沉默誘導糖酵解開關抑制和線粒體ROS積累，導致線粒體損傷
   實驗研究了BICD1調節(jié)對UCB-MSCs中糖酵解和細胞內ROS積累的影響。數(shù)據(jù)顯示，低氧增加了HIF1靶向的糖酵解酶（包括HK1，LDHA和G6PD）的mRNA表達水平，而BICD1 siRNA轉染抑制了其他HIF1靶基因（包括EPO和BNIP3）；然而，它們通過GSK3βsiRNA轉染得到增強。通過轉染BICD1 siRNA 消除了缺氧刺激的己糖激酶活性和乳酸的產(chǎn)生，而BICD2 siRNA則沒有消除。NHE1 mRNA表達和BCECF-AM的熒光強度被廢除BICD1 siRNA轉染; 然而，它們通過GSK3βsiRNA轉染進一步增加。缺氧的NT siRNA轉染的UCB-MSC的總和線粒體ROS水平高于缺氧的BICD1 siRNA轉染的UCB-MSC。在缺氧條件下， BICD1 siRNA轉染降低了UCB-MSC的線粒體膜電位。OCR數(shù)據(jù)顯示，低氧會降低基礎呼吸，最大呼吸和備用呼吸能力。BICD1沉默進一步降低了最大呼吸和備用呼吸能力。此外，ECAR數(shù)據(jù)顯示，低氧增加了糖酵解和糖酵解能力，被 BICD1沉默所抑制。這些數(shù)據(jù)表明，BICD1在缺氧刺激的UCB-MSC糖酵解重編程中起著重要作用。

5.缺氧調節(jié)的BICD1對于UCB-MSC的存活很重要
   細胞增殖和活力測定數(shù)據(jù)表明，在缺氧的48–72小時內，BICD1 siRNA轉染的UCB-MSC 的增殖和活力顯著低于NT siRNA轉染的UCB-MSC。活細胞成像結果表明，在缺氧條件下，BICD1 siRNA轉染的UCB-MSC在30-72 h內的PI陽性細胞顯著高于在NT siRNA轉染的UCB-MSC在缺氧的情況下。此外，在缺氧條件下，NT siRNA轉染的UCB-MSC中的PI陽性細胞和在常氧下，在54–72 h內，BICD1 siRNA轉染的UCB-MSC高于常氧下NT siRNA轉染的UCB-MSC。BICD1 siRNA轉染增加了常氧和低氧的UCB-MSC中裂解的caspase-9和-3的表達。缺氧的BICD1 siRNA轉染的UCB-MSC 的凋亡明顯高于缺氧的NT siRNA轉染的UCB-MSC 的凋亡。此外，BICD1的過表達增加了缺氧條件下UCB-MSC的存活率，這完全被HIF1α沉默所消除。

6.GSK3β沉默對BICD1的調節(jié)增強了缺氧預處理的UCB-MSC的再生潛力
   在7天和10天的皮膚傷口手術后，在給出的缺氧預處理UCB-MSC的小鼠的傷口面積BICD1的siRNA比給出的缺氧預處理UCB-MSC的與NT的siRNA小鼠更大。缺氧預處理的UCB-MSC或帶有NT siRNA的UCB-MSC的傷口愈合效果通過GSK3βsiRNA轉染進一步增強。在皮膚傷口手術后第10天用haematine和曙紅染色的皮膚樣品進行組織學評估時，缺氧預處理的UCB-MSC的再上皮組織學評分高于含BICD1 siRNA 的缺氧預處理的UCB-MSC，但較低。比低氧預處理的UCB-MSC的GSK3βsiRNA。在所有實驗組中，缺氧預處理的含GSK3βsiRNA的 UCB-MSC的組織學評分最高。此外，還評估是否BICD1或GSK3β siRNA轉染調節(jié)在傷口愈合過程中誘導MSCs移植新生血管形成。給予缺氧預處理的UCB-MSC和NT siRNA的小鼠傷口部位的血管分布強度和泛內皮標記CD31陽性細胞的數(shù)量顯著高于低氧預處理的UCB-MSC的BICD1 siRNA和比缺氧預處理UCB-MSC的具有較低GSK3β的siRNA。成肌纖維細胞標記物的量α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和人核抗原（HNA），用于移植的UCB-MSC的一個標記，在傷口部位陽性細胞具有給出的缺氧預處理UCB在小鼠中類似的模式-MSCs與NT，BICD1或GSK3β的siRNA。

結論:
   實驗證明了缺氧刺激BICD1和HIF1α之間的相互作用，導致BICD1通過Akt /GSK3β途徑介導的HIF1α核易位。通過GSK3β抑制作用激活BICD1增強了缺氧適應糖酵解的能力和UCB-MSC的存活，從而導致缺氧預處理移植的UCB-MSC的再生潛力增加。作者的研究是對BICD1作為導致缺氧適應的HIF1α核易位的調節(jié)因子的首次鑒定。盡管需要進一步研究HIF1α與BICD1相互作用的結合序列以找到其他BICD1調控的轉錄因子，但研究為基于MSC的治療提供了HIF1α特異性治療策略的新見識。