Perspectives of Use of Inducers of the Hypoxia Adaptation Factor in Therapy of Ischemic Diseases

Novikov V. E., Levchenkova O. S.

Smolensk State Medical Academy,
Smolensk, Russian Federation

Abstract.

The review is aimed at analysis of experimental and clinical researches of a role of specific regulatory protein HIF-1α (hypoxia-inducible factor-1alpha) in mechanisms of tissue adaptation to hypoxia. Ability of use of different HIF-1α inducers (activators of its synthesis, inhibitors of degradation) in brain and myocardium ischemia to increase tolerance to hypoxia is discussed. Target pharmacological action of HIF-1α inducers opens new opportunities of effective pharmacotherapy of cardiovascular diseases, in pathogenesis of which hypoxia and ischemia take place.

Keywords:

hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α), hypoxia, ischemia, inducers of HIF-1α

REFERENCES
1. Astashkin E.I., Glezer M.G. Farmakologicheskaja korrekcija chastoty serdechnyh sokrashhenij priishemii miokarda // Terapevticheskij arhiv. – 2012. – T.84, №4. – S.68-73.
2. Fonjakin A.V., Geraskina L.A. Aktual'nye napravlenija vtorichnoj profilaktiki ishemicheskogo insul'ta // Nervnye bolezni. – 2010. – №2. – S. 2-7. 
3. Shabanov P. D., Zarubina I. V., Novikov V. E., Cygan V. N. Metabolicheskie korrektory gipoksii. – SPb., 2010. – 916 s.
4. Dikmanov V.V., Novikov V.E., Marysheva V.V., Shabanov P.D. Antigipoksicheskie svojstva proizvodnyh tiazoloindola // Obzory poklin. farmakologii i lek. terapii. – 2011. – T.9, №3. – S. 60-64.
5. Novikov V.E., Markova E.O., D'jakovM.Ju., Parfenov Je.A. Antigipoksicheskaja aktivnost' kompleksnyh soedinenij na osnove askorbinovoj kisloty // Obzory poklin. farmakologii i lek. terapii. – 2011. – T.9, №2. – S. 35-41.
6. Pozhilova E.V., Novikov V.E., Novikova A.V. Farmakodinamika i klinicheskoe primenenie preparatov na osnove gidroksipiridina // Vestnik Smolenskoj gos. med. akademii. – 2013. – T.12, №3. – S. 56-66.
7. Levchenkova O.S., Novikov V.E., Pozhilova E.V. Farmakodinamika i klinicheskoe primenenie antigipoksantov // Obzory poklin. farmakologii i lek. terapii. – 2012. – T.10, №3. – S. 3-12.
8. Belenichev I.F., Chernij V.I., Kolesnik Ju.M. i dr. Racional'naja nejroprotekcija. – Doneck: Izdatel' ZaslavskijA.Ju., 2009. – 262 s.
9. Galagudza M.M. Pre- i postkondicionirovanie kak sposob yzashhity miokardaotishemicheskogo i reperfuzionnogo povrezhdenija: Avtoref. dis. … dokt. med. nauk. SPb., 2007. – 46 s.
10. Zarubina I.V. Sovremennye predstavlenija o patogeneze gipoksii I ee farmakologicheskoj korrekcii // Obzory poklin. Farmakologii I lek. terapii. – 2011. – T.9, №3. – S. 31-48.
11. Novikov V.E., Levchenkova O.S. Novye napravlenija poiska lekarstvennyh sredstv s antigipoksicheskoj aktivnost'ju I misheni dlja ih dejstvija // Jeksperim. I klinicheskaja farmakologija. – 2013. – T.76, №5. – S. 37-47.
12. Kirova Ju.I. Vlijanie gipoksii na dinamiku soderzhanija HIF-1al'fa v kore golovnogo mozga I formirovanie adaptacii u krys s razlichnoj rezistentnost'ju k gipoksii // Pat. fiziol. ijeksperim. terapija. – 2012. – № 3. – S.51-55.
13. Levina A.A., Makeshova A.B., Mamukova Ju.I. i dr. Reguljacija gomeostaza kisloroda. Faktor, inducirovannyj gipoksiej (HIF) i ego znachenie v gomeostaze kisloroda // Pediatrija. – 2009. – T.87, №4. – S.92-98.
14. Novikov V.E., Levchenkova O.S. Gipoksiejinducirovannyj factor kak mishen' farmakologicheskogo vozdejstvija // Obzorypoklin. far-makologi I ilek. terapii. – 2013. – T.11, №2. – S. 8-16.
15. Pavlov A.D., Morshhakova E.F., Rumjancev A.G. Jeritropojez, jeritropojetin, zhelezo. Molekuljarnye i klinicheskie aspekty. – Moskva, «GJeOTAR-Media», 2011. – 299s.
16. Qingdong K., Costa M. Hypoxia-Inducible Factor -1 // Molecular pharmacology. – 2006. – Vol.70, №5. – P.1469-1480.
17. Sendoel A., Kohler I., Fellmann C. et al. HIF-1 antagonizes p53-mediated apoptosis through a secreted neuronal tyrosinase // Nature. – 2010. – Vol.465. – P.577-583.
18. Zagorska A., Dulak J. HIF-1: knowns and unknowns of hypoxia sensing // Acta Biochimica Polonica. – 2004. – Vol.51, №3. – P.563-585.
19. Loinard С., Ginouvès A., Vilar J. et al. Inhibition of prolyl hydroxylase domain proteins promotes therapeutic revascularization // Circulation. – 2009. – Vol.7. – P.50-59.
20. Muz B., Larsen H., Madden L. et al. Prolyl hydroxylase domain enzyme 2 is the major player in regulating hypoxic responses in rheumatoid arthritis // Arthritis Rheum. – 2012. – Vol.64, №9. – P.2856-2867.
21. Nagle D.G., Zhou Yu-Dong Natural Product-Derived Small Molecule Activators of Hypoxia-Inducible Factor-1 (HIF-1) // Curr. Pharm. Des. –2006. – Vol.12, №21. – P.2673–2688.
22. Shen X., Wan C., Ramaswamy G. et al. Prolyl hydroxylase inhibitors increase neoangiogenesis and callus formation following femur fracture in mice // J. Orthop. Res. – 2009. – Vol.27, №10. – P.1298-305.
23. Luk'janova L.D. Sovremennye problemy adaptacii k gipoksii. Signal'nye mehanizmy i ih rol' v sistemnoj reguljacii // Pat. fiziol. ijeksperim. terapija. – 2011. – №1. – S.3-19.
24. Semenza G.L. Evaluation of HIF-1 inhibitors as anticancer agents // Drug Discov. Today. – 2007. – 12(19-20). – P.853-859.
25. Portnichenko V.I., Nosar' V.I., Portnichenko A.G. i dr. Fazovye izmenenija jenergeticheskogo metabolizma // Fіzіol. zhurn. – 2012. – T.58, №4. – S.3-20.
26. Myllyharju J., Koivunen P. Hypoxia-inducible factor prolyl 4-hydroxylases: common and specific roles // Biol Chem. –2013. – Vol. 394, №4. pp. 435–448.
27. Semenza G.L. Regulation of oxygen homeostasis by hypoxia-inducible factor 1// Physiology (Bethesda). – 2009. – Vol.24. – P.97–106.
28. Oommen D., Prise K.M. KNK437, abrogates hypoxia-induced radioresistance by dual targeting of the AKT and HIF-1α survival pathways // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2012. – Vol.421, №3. – P.538-543.
29. Shafighi M., Olariu R., Fathi A.R. et al. Dimethyloxalylglycine stabilizes HIF-1α in cultured human endothelial cells and increases random-pattern skin flap survival in vivo // Plast. Reconstr. Surg. – 2011. – Vol.128, №2. – P.415-422.
30. Mitsuru Takaku, Shuhei Tomita, Hirotsugu Kurobe et al. Systemic preconditioning by a prolyl hydroxylase inhibitor promotes prevention of skin flap necrosis via HIF-1-induced bone marrow-derived cells // PLOS ONE. – 2012. – Vol.7, №8. – P.1-9.
31. Barnucz E., Veres G., Hegedűs P. et al. Prolyl-hydroxylase inhibition preserves endothelial cell function in a rat model of vascular ischemia reperfusion injury // J. Pharmacol. Exp. Ther. – 2013. – Vol.345, №1. – P.25-31.
32. Tanaka T., Kojima I., Ohse T. et al. Cobalt promotes angiogenesis via hypoxia-inducible factor and protects tubulointerstitium in the remnant kidney model // Laboratory Investigation. – 2005. – Vol.85. – P.1292–1307.
33. Petuhova N.F., Novikov V.E. Sinergizm v dejstviikobazola i gipoksena // Obzorypoklin. farmakologii i lek. terapii. – 2011. – T.9., №2. – S. 51-54.
34. Sokolov A.V., Zaharova E.T., Kostevich V.A. i dr. Apo-laktoferrin grudnogo moloka – fiziologicheskij mimetic gipoksii // Patogenez. – 2011. – T.9, №3. – S.61-62.
35. Avramovich-Tirosh Y., Bar-Am O., Amit T. et al. Up-regulation of hypoxia-inducible factor (HIF)-1α and HIF-target genes in cortical neurons by the novel multifunctional iron chelator anti-Alzheimer drug, M30 // Curr. Alzheimer Res. – 2010. – Vol. 7, №4. – P. 300-306.
36. Zhang Z., Yan J., Chang Y. et al. Hypoxia Inducible Factor-1 as a target for neurodegenerative diseases // Current Medicinal Chemistry. – 2011. – Vol.18, №28. – P.4335-4343.
37. Walmsley S.R., Chilvers E.R., Thompson A.A. et al. Prolyl hydroxylase 3 (PHD3) is essential for hypoxic regulation of neutrophilic inflammation in humans and mice // J. Clin. Invest. – 2011. – Vol.121, №3. – P.1053-1063.
38. Sen Banerjee S., Thirunavukkarasu M., Tipu Rishi M. et al. HIF-prolyl hydroxylases and cardiovascular diseases // Toxicol. Mech. Methods. – 2012. – Vol.22, №5. – P.347-58.
39. Muinck E.D., Nagy N., Tirziu D., Murakami M. Protection against myocardial ischemia-reperfusion injury by the angiogenic Masterswitch protein PR 39 gene therapy: the roles of HIF1alpha stabilization and FGFR1 signaling // Antioxid. Redox Signal. – 2007. – Vol.9, №4. – P.437-45.
40. Finocchietto P.V., Franco M.C., Holod S. et al. Mitochondrial nitric oxide synthase: a masterpiece of metabolic adaptation, cell growth, transformation, and death // Exp. Biol. Med. – 2009. – Vol. 234. – P. 1020–1028.
41. Muchnik E, Kaplan J. HIF prolyl hydroxylase inhibitors for anemia // Expert Opin. Investig. Drugs. – 2011. – Vol.20, №5. – P.645-656.
42. Ratan R.R., Siddik A., Aminova D. i dr. Modelirovanie ishemicheskogo prekondicionirovanija. Ingibirovanie prolilgidroksilazy i induciruemyj gipoksiej faktor-1: novye misheni dlja terapii insul'ta // Stroke. – 2005. – №7. – S.87-92.
43. Levchenkova O.S., Novikov V.E., Marysheva V.V. Antigipoksicheskaja aktivnost' soedinenija VM-606 v raznye periody prekondicionirovanija // Vestnik Smolenskoj gos. med. akademii. – 2013. – T.12, №4. – S. 35-38.
44. Novikov V.E., Levchenkova O.S. Vlijanie amtizolana rezistentnost' organizma k ostroj gipoksii v pozdnij period prekondicionirovanija // Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gos. universiteta. Medicina. Farmacija. – 2012. – №22 (141), vypusk 20. – S. 127-129.
45. Misjurin A.V. Molekuljarnyj patogenez mieloproliferativnyh zabolevanij // Klinicheskaja onkogematologija. – 2009. – T.2, №3. – S. 211-219.
46. Serebrovskaja T. V. Novajastrategija v lecheniiboleznej: gipoksija-induciruemyj faktor // Vestnik mezhdunarodnoj akademii nauk. – 2006. – №1. – S.29-31.
47. Ogunshola O., Antoniou X. Contribution of hypoxia to Alzheimer's disease: is HIF-1alpha a mediator of neurodegeneration? // Cell Mol. Life Sci. – 2009. – Vol.66, №22. – P.3555-63.
48. Freeman R.S., Barone M.C. Targeting hypoxia-inducible factor (HIF) as a therapeutic strategy for CNS disorders // Curr. Drug Targets CNS & Neurol. Disord. – 2005– Vol.4. – P.85-92.
49. Novikov V.E., Krjukova N.O., Novikov A.S. Gastroprotektornye svojstva meksidola i gipoksena // Jeksperim. i klinicheskaja farmakologija. – 2010. –№ 5. – S.15-18.
50. Lukyanova L.D., Sukoyan G.V., Kirova Y.I. Role of proinflammatory factors, nitric oxide, and some parameters of lipid metabolism in the development of immediate adaptation to hypoxia and HIF-1α accumulation // Bull. Exp. Biol. Med. – 2013. – Vol.154, №5. – P.597-601.

Authors
NovikovVasiliy E.
nau@sgma.info
Doctor of Medical Sciences, professor, Head of the Department of Pharmacology
Levchenkova Olga S.
os.levchenkova@gmail.com
PhD (Pharmacology), Senior Lecturer, Dept. of Pharmacology
SBEI HPE «Smolensk State Medical Academy»
214019, Russian Federation, Smolensk, Krupskaya St., 28