Hedgehog信號通路與肝纖維化發(fā)病相關機制研究新進展

劉序友， 舒建昌

暨南大學醫(yī)學院附屬廣州紅十字會醫(yī)院消化內(nèi)科，廣東 廣州 510220

Hedgehog信號通路與肝纖維化發(fā)病相關機制研究新進展

劉序友， 舒建昌

暨南大學醫(yī)學院附屬廣州紅十字會醫(yī)院消化內(nèi)科，廣東 廣州 510220

Hedgehog信號通路在肝纖維化的發(fā)生、發(fā)展中具有極其重要作用，現(xiàn)已證實Hedgehog通路涉及肝纖維化過程中如肝星狀細胞(hepatic stellate cell，HSC)增殖與凋亡、上皮間質(zhì)/間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)換及與其他通路的交互作用等方面，本文就Hedgehog通路與肝纖維化研究進展作一概述，以期為肝纖維化防治提供新思路。

Hedgehog信號通路；肝纖維化；肝星狀細胞

Hedgehog通路曾被認為是調(diào)節(jié)昆蟲和哺乳動物胚胎發(fā)育的經(jīng)典路徑[1]。近年來研究發(fā)現(xiàn)其調(diào)控作用還涉及組織損傷過程中的細胞分化、遷移、增殖及修復[2]。肝纖維化是各種慢性肝臟疾病共同病理過程，肝星狀細胞(hepatic stellate cell，HSC)異常活化增殖為其核心環(huán)節(jié)。Hedgehog通路與HSC激活及肝纖維化發(fā)生、發(fā)展存在密切關系，過度或持續(xù)Hedgehog通路激活可致受損肝組織過度再生，促進肝纖維化發(fā)生[3-4]。闡明Hedgehog通路與HSC激活及肝纖維化發(fā)生、發(fā)展關系，對于防治肝纖維化有極其重要的意義。

1 Hedgehog通路概述

Hedgehog信號傳導通路由Hh配體、膜蛋白受體復合物、核轉(zhuǎn)錄因子和下游靶基因4 部分組成。哺乳動物的三個同源基因：SHh、IHh和DHh可編碼類似的分泌蛋白即Hh配體，可通過自身催化加工并經(jīng)修飾后產(chǎn)生生物學活性。Hh配體活化后可以影響細胞膜上的受體Patched(Ptc)和Smoothened(Smo)的結(jié)合而發(fā)揮信號傳導作用。Ptc由12個跨膜區(qū)的單一肽鏈構成發(fā)揮負調(diào)控作用。Smo由7個跨膜區(qū)的單一肽鏈構成，為Hedgehog信號傳遞所必須。在無Hh、Ptc情況下，激活Smo可導致Hedgehog通路靶基因活化[5]。Hedgehog通路在動物胚胎發(fā)育中起關鍵性作用，在成體組織中，Hedgehog通路的活化在干細胞調(diào)控、組織損傷修復、血管再生等方面也發(fā)揮著重要作用。

正常時Ptc抑制Smo蛋白活性，抑制下游靶基因轉(zhuǎn)錄及下游通路。當Ptc和Hh結(jié)合以后，解除對Smo的抑制作用，促使Gli蛋白與PKA形成復合物，激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄。Hh-Gli通路可誘導Ptc轉(zhuǎn)錄，形成負反饋調(diào)控環(huán)。當Ptc發(fā)生突變或缺失時、或是Smo突變導致對Ptc抑制作用不敏感致Hedgehog通路失控，Gli持續(xù)激活、啟動靶基因轉(zhuǎn)錄。

目前發(fā)現(xiàn)參與調(diào)控Hedgehog信號傳導的核內(nèi)因子包括轉(zhuǎn)錄因子Ci/Gli、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶Fused(Fu)、類運動蛋白Costal-2(Cos2)、蛋白激酶A(PKA)等。其中Ci/Gli、Fu起正調(diào)控作用，Cos2、PKA起負調(diào)控作用。Hh與Ptch結(jié)合受Hip、生長抑制特異基因1(growth arrest specific gene 1，Gas1)、細胞黏附分子相關/被癌基因下調(diào)基因(cell adhesion molecule-related/down-regulated by oncogenes，Cdon/Cdo)及其家族成員Boc等調(diào)節(jié)。其中Hip能阻止Hh與Ptch結(jié)合，負性調(diào)控Hedgehog信號。既往認為Gas1對Hh與Ptch結(jié)合發(fā)揮負性調(diào)節(jié)作用，現(xiàn)認為其起正性調(diào)控作用，Cdon/Cdo及Boc有利于Hh與Ptch結(jié)合，促進信號傳導[6-7]。

依Hedgehog通路激活后是否依賴Gli蛋白發(fā)揮效應分為經(jīng)典Hh/Gli通路和非經(jīng)典Hedgehog通路[8]。Gli蛋白家族是經(jīng)典Hh/Gli通路下游具有鋅指結(jié)構的轉(zhuǎn)錄因子；哺乳動物的Gli蛋白家族有Gli1、Gli2和Gli3三種形式。Gli1有激活功能，Gli2是Hedgehog信號調(diào)節(jié)的主要轉(zhuǎn)錄激活子(Gli-A)，而Gli3是Hedgehog信號調(diào)節(jié)的主要轉(zhuǎn)錄抑制子(Gli-R)，Hedgehog信號最終通過影響Gli-A和Gli-R之間的平衡起作用[9]。非經(jīng)典Hedgehog通路可分為Ⅰ型(不依賴Smo蛋白)和Ⅱ型(依賴Smo蛋白不依賴Gli蛋白)兩種模式。前者通過不依賴于Smo蛋白和Gli蛋白的方式調(diào)節(jié)細胞存活和增殖，并調(diào)節(jié)細胞周期蛋白Cyclin B1在細胞內(nèi)定位發(fā)揮對細胞周期的調(diào)控作用，后者可通過激活小G蛋白Rho家族成員調(diào)節(jié)細胞運動和遷移[10]。

2 Hedgehog通路在肝纖維化中的作用

2.1 Hedgehog通路與HSC活化近年來，學者發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路與HSC活化有關。Gli作為Hedgehog-Gli通路末端的轉(zhuǎn)錄調(diào)控子，在HSC的激活中起著十分重要的作用。有實驗表明在HSC活化過程中Hedgehog通路被激活，抑制Hedgehog信號活性可抑制HSC增殖且分化過程被部分阻止。Sawitza等[11]、Yang等[12]通過分離并培養(yǎng)原代小鼠、大鼠及人類HSC，均發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路中SHh、Ptch、Smo和Gli等多種組分表達。Sicklick等[13]在CCl4及膽管結(jié)扎誘導的大鼠肝損傷模型中發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路激活使HSC來源的肌成纖維細胞(MFs)聚集、增生，促進肝纖維化進程，且促使膽管上皮細胞產(chǎn)生多種細胞因子及Hh配體產(chǎn)生，從而激活Hedgehog通路加重大鼠肝纖維化程度；相反給予Hedgehog通路特異性抑制劑-環(huán)靶明(cyclopamine，Cyc)的大鼠肝纖維化程度明顯改善，在使用Cyc作用于HSC的體外實驗中，單獨注射Cyc后健康成年小鼠HSC活性降低，肝損傷率明顯降低。Chen等[4]經(jīng)過微陣列等方法研究肝臟靜止型HSC代謝基因表達的差異，發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路通過調(diào)控HSC糖酵解調(diào)節(jié)其活性。骨橋蛋白(osteopontin，OPN)是肝纖維化時細胞外基質(zhì)重要組成部分，學者Syn等[14]及Pritchett等[15]分別在非酒精性脂肪性肝纖維化大鼠模型及人肝臟部分切除術患者肝臟組織中通過激活Hedgehog通路發(fā)現(xiàn)OPN表達升高且使肝臟自然殺傷性T細胞(NKT)集聚并激活HSC，產(chǎn)生OPN及Hedgehog通路配體，促進肝纖維化產(chǎn)生，從而表明Hedgehog信號可能通過SOX-9調(diào)節(jié)OPN發(fā)揮作用，更深入地闡明了Hedgehog通路活化HSC機制。Choi等[16]在人及小鼠的HSC中發(fā)現(xiàn)，Rac1激活促進Hedgehog信號介導的MFs表型獲得并調(diào)控MF-HSC數(shù)量，以上證據(jù)均表明Hedgehog通路在HSC激活中具有促進作用，抑制Hedgehog通路活性可抑制HSC活化、增殖并促進其凋亡，以上發(fā)現(xiàn)可為干預肝纖維化提供新靶點，且可作為肝纖維化診斷或治療指標運用于臨床。

2.2 Hedgehog通路與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化及間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化在慢性肝損傷修復過程中，MFs不僅存在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)，還存在間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化(mesenchymal-to-epithelial transition，MET)，即MFs被誘導轉(zhuǎn)化為肝細胞、膽管上皮細胞甚至靜止期HSC[17]，這是目前肝纖維化分子機制研究重要進展之一。其中，EMT對肝纖維化的影響尤其受到關注。EMT是具有極性的上皮細胞轉(zhuǎn)換為具有運動能力的間充質(zhì)細胞，并獲得侵襲和遷移能力的過程，Michelotti等[18]研究表明在HSC來源肌成纖維細胞中Smo是直接調(diào)控HSC的MET及EMT，從而促進肝臟上皮再生修復的主要因子。Omenetti等[19]在對慢性膽汁淤積性肝病患者及大鼠膽道結(jié)扎膽道纖維化模型的研究中也發(fā)現(xiàn)激活Hedgehog通路有促進膽管上皮細胞EMT的作用，且有助于評估慢性膽汁淤積性肝病患者發(fā)生膽管纖維化作用，其在另一個研究中也發(fā)現(xiàn)MF-HSC可通過釋放Hedgehog通路配體激活膽管上皮細胞趨化因子Cxcl16，并招募NKT產(chǎn)生OPN而促進肝纖維化發(fā)生[20]，以上研究說明Hedgehog通路可以通過多種方式對于HSC的EMT產(chǎn)生影響，類似研究成果可為干預肝纖維化提供新思路。

美國學者Syn等[21-22]研究了由喂食含有0.15%的乙硫氨基酪酸而缺乏蛋氨酸及膽堿的食物所形成的非酒精性脂肪性肝硬化大鼠模型，發(fā)現(xiàn)有明顯Hedgehog通路激活、Hh受體細胞EMT轉(zhuǎn)換及NK細胞募集、維持和增生，最終促進肝纖維化進展。Hedgehog通路介導的膽管上皮細胞發(fā)生EMT可增加非酒精性脂肪性肝纖維化進展為肝硬化風險。另一項研究中[23]也發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路激活有助于局部促纖維生成的穩(wěn)定NK細胞增殖。Hedgehog通路可以調(diào)節(jié)小鼠原代及人體外周血中iNKT，從而調(diào)控OPN生成而促進非酒精性脂肪肝的纖維生成，OPN被誘導產(chǎn)生與Hedgehog通路活性及纖維進展直接相關，同時SHh配體可促進iNKT增殖、活化、抑制凋亡，并刺激促纖維細胞因子IL-13表達，也伴隨血漿OPN水平升高[22，24]。這對于闡明Hedgehog通路在肝纖維化的發(fā)病分子機理中的作用具有重要意義。最近認為EMT是機體細胞為了避免有害因素的傷害而發(fā)生的一種所謂的“逃避程序”或“逃避反應”。因此,Hedgehog通路在肝纖維化過程中EMT的詳細機制及意義有待進一步闡明。

2.3 Hedgehog通路與代謝目前已證實Hedgehog通路參與調(diào)節(jié)代謝綜合征，而非酒精性脂肪肝病與代謝綜合征有關。自來美國杜克大學的Guy等[25]使用免疫組化方法在非酒精性脂肪性肝病活組織樣本中研究發(fā)現(xiàn)肝臟Hedgehog通路活性增加與肝損害的嚴重程度及患者代謝綜合征檢測指標(腰圍、胰島素抵抗、高血壓等)有關，并可以預測進展期肝病，因此抑制Hedgehog通路有助于改善肝臟的組織病理損害及臨床代謝綜合征。

Hedgehog信號通路下游基因SOX-9是一個在肝纖維化形成過程中調(diào)節(jié)ECM組分產(chǎn)生的關鍵因子，可以作為檢測纖維化發(fā)生標志物及抗纖維化治療靶點[15]。美國學者Philips等[26]研究也發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路激活可促進肝纖維化進展及肝癌發(fā)生，而在肝纖維化及肝癌進展期時抑制Hedgehog信號通路可有效延緩病情進展。Pereira等[27]的研究則證明HBV及HCV感染增加了肝細胞表面Hedgehog信號通路配體產(chǎn)生，使具有Hh受體的細胞聚集而促進肝纖維化及肝癌發(fā)生。上述這些研究對于通過臨床上發(fā)現(xiàn)新的藥物干預Hedgehog信號通路從而抑制肝纖維化進展邁出了重要一步。

3 Hedgehog通路與其他相關通路在肝纖維化中交互作用

多種通路交互作用是肝纖維化發(fā)生、發(fā)展的一個重要過程，可涉及多條通路的調(diào)控，因此，對于通路之間交互作用的研究是肝纖維化前沿領域之一。新近發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路與多種通路或轉(zhuǎn)錄因子存在交互作用，共同參與肝纖維化發(fā)生、發(fā)展過程。

Choi等[28]通過使用瘦素受體(OBRb)基因缺陷大鼠原代HSC研究發(fā)現(xiàn)在細胞表面表達瘦素，且活化HSC可自分泌瘦素，可促進HSC分化及纖維化，形成正反饋效應。瘦素-OBRb相互作用激活Hedgehog信號通路對于后續(xù)HSC分化非常重要，活化HSC可激活下游的JAK/STAT、PI3K/Akt信號從而刺激SHh表達，刺激Hedgehog信號通路并促進肌成纖維細胞的表型轉(zhuǎn)換，OBRb受體誘導表型轉(zhuǎn)換則需要JAK/STAT信號。英國學者Xie等[29]研究原代HSC培養(yǎng)及兩種動物模型發(fā)現(xiàn)Notch與Hedgehog信號通路具有相互作用，可通過調(diào)節(jié)EMT/MET調(diào)控成人肝臟修復過程中關鍵細胞。近來隨著HSC干細胞(祖細胞)分子標志物在大鼠中的發(fā)現(xiàn)，說明HSC也參與肝臟再生及修復，且Hedgehog通路及β-連接素依賴的Wnt通路調(diào)節(jié)HSC對于維持干細胞分化十分重要。Sawitza等[11]發(fā)現(xiàn)Diss間隙有類似于典型干細胞微環(huán)境，可合成基質(zhì)成份如4型膠原及層粘連蛋白，實質(zhì)細胞可以合成β-連接素依賴的Wnt通路配體及Jagged1，證明了Wnt通路與Hedgehog信號通路交互作用在肝纖維化發(fā)展過程中的重要性。

因Hedgehog信號通路在肝纖維化發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，對Hedgehog信號通路的研究有助于進一步闡明肝纖維化發(fā)病機制、診斷、治療及預后判斷。Gli1是該通路末端直接調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄因子，是該通路不同水平被激活后最后的共同通路，Hedgehog信號通路異常激活可導致HSC激活。同時Hh配體也可刺激某些類型細胞(如不成熟的肝上皮細胞)，以獲得上皮細胞和間充質(zhì)細胞特征，過度或持續(xù)Hedgehog通路激活導致受損肝臟ECM過度再生而促進肝纖維化發(fā)生。有效干預Hedgehog信號通路以抑制肝纖維化進展可能為治療肝纖維化提供新的方向。但仍有許多問題需解決，如：(1)Hedgehog信號在肝纖維化發(fā)生中的確切機制有待于進一步闡明；(2)在分子水平或基因水平的Hedgehog通路調(diào)控機制：如miRNA、LncRNA對Hedgehog通路調(diào)控及其在HSC激活或肝纖維化進展中的作用；(3)自噬(autophagy)是通過吞噬自身細胞質(zhì)蛋白或細胞器與溶酶體融合形成自噬溶酶體以實現(xiàn)細胞本身的代謝需要和某些細胞器的更新；在HSC激活過程中Hedgehog通路與自噬相互作用等。解決此類問題將有助于進一步闡明Hedgehog信號在肝纖維化中的作用及機制，為開發(fā)高效、針對性強的靶向治療物質(zhì)或藥物提供依據(jù)。

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(責任編輯：王全楚)

Recent advances in Hedgehog signaling pathway of liver fibrosis

LIU Xuyou, SHU Jianchang

Department of Gastroenterology, Guangzhou Red Cross Hospital Affiliated to Medical College of Ji’nan University, Guangzhou 510220, China

The Hedgehog pathway plays an important role in the occurrence and development of liver fibrosis, it has been confirmed Hedgehog pathway involved in the process of liver fibrosis, such as hepatic stellate cell (HSC) proliferation, apoptosis, epithelial mesenchymal/interstitial epithelial transformation and interaction with other signal pathways and so on. This paper reviewed the progress of research on Hedgehog pathway and hepatic fibrosis, in order to provide new ideas for the prevention and therapy of liver fibrosis.

Hedgehog pathway; Liver fibrosis; Hepatic stellate cell

10.3969/j.issn.1006-5709.2016.01.030

劉序友，博士，E-mail:liuxy717@163.com

舒建昌，教授，主任醫(yī)師，博士生導師，研究方向：肝纖維的基礎與臨床研究。E-mail:shujc0328@163.com

R575

A

1006-5709(2016)01-0108-04

2014-09-16