Hedgehog信號通路與纖維化疾病的研究進展

羅秀芳，陳菊屏

(西南醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院呼吸內(nèi)二科，四川 瀘州　646000)

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Hedgehog信號通路與纖維化疾病的研究進展

羅秀芳，陳菊屏

(西南醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院呼吸內(nèi)二科，四川 瀘州646000)

[摘要]近年研究發(fā)現(xiàn)，活化的Hedgehog(HH)信號與肺、肝、腎等器官纖維化具有密切關(guān)系。本文對HH信號通路在肺纖維化、腎間質(zhì)纖維化、肝纖維化過程中的作用，HH通路激活上調(diào)，從纖維化相關(guān)基因表達及其他纖維化信號通路激活等方面影響纖維化過程進行綜述。

[關(guān)鍵詞]Hedgehog信號通路；肺纖維化；腎間質(zhì)纖維化；肝纖維化

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計分析表明，纖維化疾病的發(fā)病率和致死率呈逐年上升趨勢，研究其發(fā)病機理及治療方法尤為重要。Hedgehog(HH)信號通路參與了胚胎時期許多臟器形成與發(fā)育、組織器官成熟與穩(wěn)定、損傷后修復、腫瘤發(fā)生等過程。盡管各種不同發(fā)病因素刺激組織器官致?lián)p傷異常修復，但纖維化疾病具有相似特點，成纖維細胞激活分化為肌成纖維細胞后產(chǎn)生大量基質(zhì)，同時多種細胞因子影響纖維化過程。近年來， HH信號通路成為纖維化疾病研究的熱點之一，深入研究HH通路在纖維化疾病中的作用，有助于進一步了解纖維化疾病發(fā)病機理，為纖維化疾病的治療帶來福音。因此，HH信號通路成分能否作為纖維化疾病治療靶點值得進一步研究。本文就HH信號通路與纖維化疾病關(guān)系進展作一綜述。

1Hedgehog信號通路概述

1.1發(fā)現(xiàn)與發(fā)展1980年Nüsslein-Vollhard 等[1]在研究果蠅基因突變時發(fā)現(xiàn)了Hedgehog基因(HH)，后因突變的果蠅胚胎呈輻射車輪狀似蜷縮的刺猬而得名，目前研究發(fā)現(xiàn)哺乳動物中至少有3種同源基因：音猬因子(sonic hedgehog，SHH)、沙漠刺猬因子(desert hedgehog，DHH)、印度刺猬因子(indian hedgehog，IHH)。DHH 更接近于果蠅的染色體組的類型，在人體表達較少，而SHH和IHH與人的染色體組更接近，研究最多且最深入的是SHH信號通路。

1.2組成在哺乳動物HH信號通路主要是由HH配體SHH、IHH，膜受體Patched(PTCH1、PTCh1)、Smoothened(SMO)及下游的轉(zhuǎn)錄因子GLI家族(GLI1、GLI2和GLI3)組成[2]。高度保守的HH 蛋白具有自我催化及脂質(zhì)修飾功能，脂質(zhì)修飾的SHH單體定位在固醇豐富的細胞膜上，由于脂質(zhì)分子的修飾，SHH分子相對不容，其分泌需要Dispatched1這種多途徑跨膜蛋白包含了固醇敏感的結(jié)構(gòu)域，PTCH1和 PTCh1也存在此結(jié)構(gòu)域，指導細胞釋放HH至細胞膜上，這也易于HH經(jīng)組織中分泌細胞分泌后長距離轉(zhuǎn)運。Patched為一負反饋調(diào)節(jié)因子，是位于細胞膜上接收和轉(zhuǎn)導HH信號的膜蛋白，是12次跨膜的跨膜蛋白，在脊椎動物中PTCH的2個同源基因編碼的蛋白PTCH1和PTCh1與HH配體結(jié)合的親和力相似，但PTCH1表達于胚胎所有間充質(zhì)細胞，PTCh1多表達于表皮細胞中，常與SHH共同表達。SMO蛋白為7次跨膜蛋白，與G蛋白耦聯(lián)型受體同源，該蛋白是信息轉(zhuǎn)換器，它能夠?qū)⒓毎獾腍H信號轉(zhuǎn)換成細胞內(nèi)的GLI信號，對HH信號途徑具有激活作用。GLI定位于細胞核及胞質(zhì)，是SMO下游的重要的多功能轉(zhuǎn)錄因子，其激活是反映HH信號通路活性較準確可靠的標志，以全長形式才能激活啟動子，若被蛋白酶體降解，可形成抑制子，阻礙下游靶基因表達。

1.3信號通路調(diào)節(jié)經(jīng)典的HH信號通路活化途徑是HH配體先合成前肽，經(jīng)過自動的催化裂解產(chǎn)生一個N-末端片段，再經(jīng)膽固醇和異戊烯基脂質(zhì)修飾后轉(zhuǎn)移至質(zhì)膜并釋放到胞外，HH與PTCH結(jié)合，解除對SMO的抑制，SMO解除了GLI磷酸化等過程，從而使GLI以全長形式入核啟動對靶基因的轉(zhuǎn)錄，當配體HH缺乏時，受體PTCH與SMO結(jié)合形成復合物，SMO活性受抑制，轉(zhuǎn)錄因子GLI被磷酸化、泛素化及蛋白酶體截斷，使GLI不能以全長形式入核，從而抑制對靶基因的轉(zhuǎn)錄[3]。除經(jīng)典的活化HH信號通路外，還存在其他的活化途徑，如轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor-β，TGF-β)、成纖維細胞生長因子(epidermal growth factor，EGF)、表皮生長因子(fibroblast growth factor，EGF)等在沒有活化SMO的前提下直接使 GLI轉(zhuǎn)錄從而調(diào)節(jié)下游靶基因的表達，及調(diào)控Ras、Wnt、SNAI1、SNAI2、TWIST等信號分子組成復雜的交叉調(diào)控網(wǎng)絡系統(tǒng)，精密調(diào)控上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化(EMT)發(fā)生，TGF-β是纖維化過程中關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，而SHH可影響TGF-β基因表達，同時TGF-β與TGF-β受體結(jié)合也可上調(diào)SHH的表達[4]。

2Hedgehog信號通路與纖維化疾病關(guān)系

2.1Hedgehog信號通路與肺纖維化肺纖維化(pulmonary fibrosis，PF)是因毒物、免疫反應、藥物副作用、感染等各種因素刺激引起肺部炎癥，導致肺損傷、成纖維細胞增殖及大量細胞外基質(zhì)沉積(extracellular matrix，ECM)，最終導致肺組織反復破壞及修復，大量膠原沉積而形成。特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis， IPF)是間質(zhì)性肺疾病一種類型，其病因尚未明確，發(fā)病機理與上皮損傷導致異常的上皮異?；罨璧K上皮細胞的修復，促進了間充質(zhì)細胞的移動、增殖、激活，使肌成纖維細胞聚集，刺激新生血管形成等相關(guān)[5-7]。體外實驗支持這一假說：HH通路系統(tǒng)可調(diào)控依賴TGF-β的肌成纖維細胞分化及上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，PATCH1、GLI1僅在發(fā)育時的間質(zhì)細胞中表達[8，5]，在成人IPF時，肺成纖維化細胞中SHH、PATCH1、SMO、GLI1表達增高，SHH上調(diào)PATCH1 和GLI1的表達，促進EMT，成纖維細胞增殖、移動、膠原及纖維連接蛋白增加，保護TNF-α/IFN-γ/FasL誘導的細胞凋亡[9-10]。博來霉素損傷后的成年老鼠肺有大量的表達GLI1的成纖維細胞及肌成纖維細胞在肺纖維化區(qū)，膠原明顯增加的區(qū)域含量越高，應用該信號通路的抑制劑抑制該通路所有同工型，并未減輕博來霉素所致的纖維化，但是腺病毒介導的SHH過度表達增加了膠原的產(chǎn)量[11]。Moshai等[12]研究進一步證實，從SMO水平抑制HH通路，對纖維化無影響，從GLI水平抑制纖維化效果顯著?？赡苁怯捎谕ㄟ^其他獨立的通路活化GLI介導肺纖維化，如FGF、EGF和MAPK通路。GLI2被證實是不依賴HH信號的TGF-β/SMAD的一個早期基因目標。GLI可能是多種信號通路的交叉點，抑制GLI的活性可能成為IPF治療目標[13]。

2.2Hedgehog信號通路與腎間質(zhì)纖維化腎間質(zhì)纖維化(renal interstital fibrosis，RIF)是慢性腎臟病發(fā)展到終末期的共同結(jié)局。RIF的發(fā)生和發(fā)展主要與炎性細胞參與、細胞因子的作用、細胞增殖和EMT、細胞外基質(zhì)(ECM)合成相關(guān)。大量研究證實腎纖維化時，HH通路有效激活，該通路作為一個新興發(fā)展的信號通路在腎纖維化時關(guān)鍵組成成分大幅上調(diào)[14]。白永恒等[15]利用手術(shù)單側(cè)結(jié)扎輸尿管梗阻性腎病(UUO)動物模型的實驗發(fā)現(xiàn)，輸尿管梗阻后，SMO、GLI1表達升高，且均可被從紅葡萄酒中提煉出來的一種多酚類化合物白藜蘆醇(Res)逆轉(zhuǎn)，Res可有效緩解輸尿管梗阻所致的RIF，其機理可能為Res下調(diào)SHH信號活性，抑制成纖維細胞增殖，阻礙ECM成分合成，進而減輕其在腎間質(zhì)的累積而改善纖維化。丁紅[16]的實驗研究表明，SHH信號通路在腎間質(zhì)纖維化時處于活化狀態(tài)，SHH及GLI1表達均明顯增加，無論GLI1基因敲除還是應用SHH信號通路抑制劑，成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化標志蛋白α-SMA、肌絲蛋白及基質(zhì)中Ⅰ型膠原、纖維連接蛋白含量減少，阻滯SHH信號通路可抑制RIF的發(fā)生。其體外培養(yǎng)大鼠腎成纖維細胞NRK49F，人SHH蛋白可明顯誘導大鼠腎臟成纖維細胞Snaill mRNA的表達，誘發(fā)成纖維細胞向肌成纖維細胞表型轉(zhuǎn)化，促進細胞外基質(zhì)增加。然而Fabian等應用UUO模型，注意到HH通路抑制劑IPI-926抑制GLI1，但是并未減少腎纖維，可能由于腎纖維化時，RAS-RAF-MEK 和PI3K/AKT等通路激活從而活化SMO，維持GLI1功能。

2.3Hedgehog信號通路與肝纖維化肝星狀細胞(hepatic stellate cells，HSC)是肝臟細胞外基質(zhì)主要來源，HSC的增殖、凋亡、過度及持續(xù)激活并進一步轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞與肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。隨著肝臟的發(fā)育成熟，肝組織中HH信號通路的表達逐漸降低，處于失活狀態(tài)。HH通路異常激活可導致HSC的激活，多種活化的HSC表達HH通路SHH、PATCH、SMO和GLI等多重組分，HH信號通路通過調(diào)節(jié)HSC等效應細胞的增殖、活化，并抑制細胞的凋亡，在肝纖維化的進程中發(fā)揮了重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)用四氯化碳誘導肝纖維化老鼠后，予HH通路抑制劑姜黃素可下調(diào)通路中兩個關(guān)鍵成分：PATCH 和 SMO，但Hhip表達恢復，抑制細胞周期、誘導線粒體凋亡、減少纖維化基因表達、脂類聚集恢復、抑制HSCs的侵犯及遷移，從而調(diào)控細胞命運，影響纖維化過程。HH與其他通路共同調(diào)節(jié)復雜的肝纖維化過程，Xie等[17]證實人工培養(yǎng)的HSC轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細胞，HH信號通路激活，發(fā)生了EMT 及Notch信號肽增加。封閉肌成纖維細胞Notch信號，HH通路激活受抑制，導致MET，抑制HH通路而抑制Notch信號，誘導MET，因此Notch和Hedgehog通路相互作用控制著成熟肝修復中調(diào)控EMT/MET。人工培養(yǎng)的靜止的HSC轉(zhuǎn)分化為肌成纖維細胞誘導糖酵解致乳酸堆積。Chen等[18]揭示，糖酵解需要HH通路參與，動物及患者的肝臟疾病中，糖酵解基質(zhì)細胞的數(shù)量與纖維化程度有關(guān)，老鼠肌成纖維細胞HH信號通路的中斷，使糖酵解的肌成纖維細胞減少，肝纖維化程度下降，其體外實驗也得出類似結(jié)果，因此HH信號還通過新陳代謝調(diào)控著HSC命運。

3展望

纖維化疾病已成為一個嚴重的影響全球公共健康的問題，大多數(shù)研究顯示隨著時間推移，發(fā)生率逐漸增加，但目前對于纖維化疾病治療仍無特效藥物，致使其成為一個亟待解決的問題。纖維化的病理過程需多條信號通路、細胞因子等共同協(xié)作，HH信號通路與肺、腎、肝等多臟器纖維化的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，其作用機理是多方面的。調(diào)控HH信號通路的信號轉(zhuǎn)導，針對不同作用機理和不同靶點的HH信號通路抑制劑為治療纖維化疾病提供了治療思路，從GLI水平抑制該通路影響纖維化過程的抑制劑是一個有前景的治療纖維化疾病的方法。雖然動物實驗取得一定成績，但對于人來說，藥物的有效性、耐藥性及副作用等還有待進一步研究。

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(收稿日期：2015-06-15)

[中圖分類號]R521.6；R575.2

[文獻標識碼]A

DOI:10.11851/j.issn.1673-1557.2016.02.006

通信作者：陳菊屏，jininche1996@sina.com

優(yōu)先數(shù)字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1688.R.20160311.2132.004.html