基因VHL：氧感知机制与遗传风险
- boke
- 2026-11-03
- 10:07 上午
VHL基因
VHL（von Hippel-Lindau tumor suppressor）位于3号染色体短臂3p25.3，基因跨度约11.89 kb，含4个外显子。其编码的pVHL是泛素化复合物的组成成分，参与缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）的泛素化与降解，并参与纤毛形成、细胞因子信号传导、细胞衰老调节及细胞外基质形成；VHL基因变异与VHL综合征、嗜铬细胞瘤、红细胞增多症、肾细胞癌及小脑血管母细胞瘤相关。Pathogenic（致病）位点为277个，Likely pathogenic（可能致病）位点为91个；Pathogenic/Likely pathogenic（致病/可能致病）合并分类另有68个位点。
VHL基因的发现与抑癌作用
VHL基因的发现始于20世纪80年代末的家系连锁研究。研究者先将遗传位点定位至3号染色体短臂3p25–p26；随后，3名无关患者中发现的相互嵌套胚系缺失进一步缩小了候选区域。1993年，Latif等在这一范围内鉴定出VHL基因。研究还发现，VHL基因序列在哺乳动物、果蝇和海胆等不同物种中均具有相似性，提示该基因可能承担重要的基础细胞功能[1][2]。
对这一新发现的基因进行进一步验证时，Latif等在221名无关VHL患者中发现28人存在该基因区域重排，其中18人为缺失；患者来源细胞系和散发性肾细胞癌细胞系中还检出了VHL基因内的插入、缺失或无义变异，部分变异可随家系传递。随后，杂合性缺失研究发现，VHL相关肿瘤常伴随另一正常等位基因失活；在VHL缺失的肾细胞癌细胞中恢复野生型pVHL，还可抑制体内成瘤。这些证据进一步确立了VHL的肿瘤抑制基因属性[1][2][3]。
图1. VHL的研究史[1]。
pVHL介导的氧感知与HIF降解
VHL基因编码pVHL（VHL肿瘤抑制蛋白），pVHL是VHL基因的主要蛋白产物，也是氧感知和HIF降解机制的核心分子。2002年，Kaelin在VHL分子机制综述中系统介绍了pVHL的结构和复合物功能。pVHL主要有两种形式：pVHL30含213个氨基酸；pVHL19含160个氨基酸，由第54位密码子处的内部翻译起始产生，缺少pVHL30氨基端的酸性五肽重复区域。pVHL的α结构域结合Elongin C并参与复合物组装，β结构域形成底物停靠区域；pVHL与Elongin B、Elongin C、CUL2及RBX1组成E3泛素连接酶复合物，促使所识别底物发生多聚泛素化并进入蛋白酶体降解[3]。
图2. pVHL复合物的组成及其介导的底物泛素化降解[3]。
在氧气充足时，PHD/EGLN家族羟化酶在HIF-1α和HIF-2α的氧依赖性降解区域，对其中一个或两个保守脯氨酸残基进行羟化；这一反应需要氧、亚铁离子和2-氧代戊二酸（α-酮戊二酸）。羟化后的HIF-1α和HIF-2α由pVHL的β结构域识别，随后被E3复合物多聚泛素化并送入蛋白酶体降解。与此同时，FIH1羟化HIF-1α和HIF-2α羧基端转录激活结构域中的天冬酰胺残基，阻止p300/CBP共激活因子结合，从而限制HIF转录活性[3][4][5]。
图3. 氧依赖性羟化对HIF-1α和HIF-2α稳定性与转录活性的双重调控[4]。
当氧气不足时，PHD/EGLN介导的脯氨酸羟化受到抑制，HIF-1α和HIF-2α因而稳定并进入细胞核，与HIF-1β（ARNT）形成异二聚体，结合缺氧反应元件（hypoxia response element，HRE），启动VEGF、EPO等靶基因转录。VHL失活会造成类似的结果：即使氧气充足，羟化后的HIF-1α和HIF-2α也不能被pVHL有效识别和降解，缺氧应答持续存在。在透明细胞肾癌中，HIF-2α的作用尤为突出[3][5]。
氧感知调控网络与pVHL的非HIF功能
在氧感知通路中，HIF-1与HIF-2的转录作用并不相同。Kaelin于2008年指出，在透明细胞肾癌中，HIF-2可促进肿瘤生长，而HIF-1在部分模型中可能具有抑制作用。Ivan和Kaelin于2017年进一步指出，低氧时HIF-1通常较早升高，并在约12小时内达到峰值后下降；HIF-2诱导较迟，但可维持较稳定的平台期，呈现急性应答与慢性适应的不同特征[5][6][7]。
这套系统还受到反馈调节和细胞代谢状态的影响。EGLN1和EGLN3本身属于HIF转录靶基因，可能形成反馈环路；但在低氧条件下，EGLN酶活性受限，转录上调能否充分补偿这一限制仍不确定。2017年综述还讨论了非编码RNA参与反馈调节，但其中不少候选机制尚缺乏独立验证。代谢物琥珀酸和延胡索酸可与2-氧代戊二酸（α-酮戊二酸）竞争，从而抑制EGLN；此外，EGLN1在常氧下还可羟化AKT1/2蛋白，说明氧感知系统能够与代谢和生长信号相互连接。HIF-1下游的miR-210及相关编码基因可抑制线粒体呼吸、降低局部氧消耗，从而形成反馈调节[6]。
图4. HIF-1下游编码基因与miR-210共同参与的氧感知反馈调控[6]。
pVHL的作用并不局限于HIF降解。Kaelin于2008年总结的非HIF功能包括：pVHL30可结合并稳定微管，支持初级纤毛维持；VHL功能丧失与纤毛缺失相关，可能参与内脏囊肿形成。pVHL还可结合纤连蛋白和羟化胶原IV，参与细胞外基质组装；VHL缺失会破坏基质组织。在特定细胞环境中，VHL相关信号还参与生长因子撤除或其他应激后的细胞凋亡，但这些作用的具体机制仍未完全厘清[5]。
在透明细胞肾癌研究中，Liao、Hu和Zhang于2024年将已报道的pVHL非HIF调控对象概括为E3泛素连接酶底物和pVHL结合蛋白。ZHX2属于E3连接酶底物：经EGLN介导的脯氨酸羟化后，ZHX2被pVHL识别、泛素化并降解；未被降解的ZHX2可通过NF-κB促进肿瘤生长。SFMBT1也可在羟化后被pVHL识别，其下游SPHK1可能参与肿瘤生长，但该通路能否单独解释相关表型尚未确定。AKT则属于pVHL结合蛋白：EGLN1在常氧下羟化AKT后，pVHL促进PP2A与磷酸化AKT结合，降低其激酶活性而不改变总蛋白量。SETDB1也是EGLN–pVHL通路的底物；低氧可使其稳定，并有助于转座子抑制和基因组稳定。该综述同时指出，多数非HIF靶点的证据来自单个研究团队，部分候选靶点在体外尚未显示PHD介导的羟化，仍需进一步研究[8]。
图5. 透明细胞肾癌中pVHL介导的HIF依赖性及部分非HIF依赖性调控[8]。
VHL基因检测在临床实践中的应用
在临床实践中，VHL检测的核心是识别胚系变异及其所代表的遗传性肿瘤易感背景。VHL为常染色体显性遗传；Carlo等在家族性肾癌综述中指出，VHL相关肿瘤常发生另一正常等位基因丢失，同一患者的不同肿瘤灶还可能来自相互独立的克隆。因此，胚系变异构成多器官肿瘤易感基础，而各肿瘤灶仍可沿不同的体细胞演化路径发展[9]。
识别胚系VHL变异后，还需结合变异类型理解不同肿瘤表型的风险倾向。2015年Gossage等和2022年Kaelin的综述指出，截短变异和外显子缺失较多见于1型VHL综合征，通常与肾细胞癌及血管母细胞瘤风险相关；错义变异较多见于2型，常与嗜铬细胞瘤风险相关。2型还可按肾细胞癌风险进一步分为2A型和2B型，2C型主要表现为嗜铬细胞瘤。上述关联反映的是群体层面的风险倾向，不能据此确定个体是否一定发病[1][7]。
在检测适用人群方面，《中国 von Hippel-Lindau 综合征诊治专家共识（2025版）》指出，基因诊断是确诊VHL综合征的“金标准”，建议临床诊断符合VHL综合征者进行外周血胚系检测。共识将多发性肾脏和胰腺囊肿、多发性胰腺神经内分泌肿瘤、内淋巴囊肿瘤，或45岁以下的中枢神经系统血管母细胞瘤列为需要考虑检测的临床线索；有VHL综合征家族史或家系中已确认致病变异的一级亲属、单发视网膜或中枢神经系统血管母细胞瘤患者、家族性或双侧嗜铬细胞瘤患者，以及家族性、多发或早发肾癌患者，也属于需要重点评估的人群。对于常规检测阴性但临床高度疑似的病例，共识建议联合分析肿瘤组织和外周血，以减少漏检[10]。
在肾癌场景中，《中国家族遗传性肿瘤临床诊疗专家共识（2021年版）（6）—家族遗传性肾癌》将发病早于46岁、双侧或多发肾癌及肾癌家族史列为遗传性肾癌风险线索，并建议结合临床表现、发病年龄和病理类型选择易感基因胚系检测。对于有VHL家族史或伴有其他VHL相关器官表型的透明细胞肾癌患者，该共识提出可进行VHL基因检测[11]。
肿瘤组织结果也需要与胚系检测分开解释。2025年Rednam等发表的VHL监测综述提出，儿童肿瘤组织检测发现VHL致病或可能致病变异时，应进一步进行胚系VHL分析。若胚系检测结果为意义未明变异，可结合家系资料和肿瘤中的VHL变异辅助判断；单发VHL相关肿瘤且胚系检测阴性者可先按散发病例考虑，之后若出现其他VHL相关肿瘤，再评估嵌合可能。由于VHL为常染色体显性遗传，已确认致病变异的携带者将变异传给每名子代的概率为50%；识别家系变异后，可通过遗传咨询和家系级联检测评估亲属风险[10][12]。
总结
VHL基因研究从遗传定位和1993年基因鉴定出发，逐步确立了VHL的肿瘤抑制作用，并揭示pVHL介导的氧感知、HIF降解以及多种非HIF调控功能。临床应用中，胚系检测应结合特征性临床表现、家族史和肿瘤组织结果综合解释；确认家系致病变异后，可进一步开展亲属级联检测和遗传风险评估。
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≥0.2X/0.5X_MD: Mean Depth，覆盖深度≥平均深度的0.2/0.5倍深度的区域占总区域的比例，用于表征覆盖均一性性能，越接近100%越好。
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在捕获性能方面，TargetCap® Core Exome Panel v7.0依然表现优异，与TargetCap® Core Exome Panel v3.0表现相近。在测序9Gb条件下，平均深度达到110x左右，20x和30x以上区域占比分别为99.5%和98.5%，Fold 80为1.5-1.6之间，与国际领先产品数据表现相当。
同时，TargetCap® Core Exome Panel v7.0也可灵活的与拓展模块组合使用，满足不同场景的临床研究的需求及转化应用，包括线粒体、遗传病非编码区变异位点、单基因全覆盖、病毒基因组、肿瘤全景变异检测、重大疾病多基因风险评估模块等。此外，伯科公司自研自造的寡核苷酸合成平台可以快速响应个性化定制的需求，为人类基因组分子遗传学的研究与转化，提供更加全面高效的解决方案。
