Hedgehog信號(hào)通路在腎臟纖維化中的研究進(jìn)展

郭瑞麗，許春花

(延邊大學(xué)附屬醫(yī)院兒科，吉林 延吉 133000)

腎臟纖維化(renal fibrosis， RF)是慢性腎臟疾病(chronic kidney diseases，CKD)最終導(dǎo)致終末期腎功能衰竭(end-stage renal disease，ESRD)的共同病理生理改變的過(guò)程，也是最終形成ESRD的關(guān)鍵原因。這一發(fā)展過(guò)程中涉及疾病的炎性反應(yīng)、纖維化以及瘢痕的形成。其病理變化的特征性主要表現(xiàn)為腎小球上皮毛細(xì)血管炎性反應(yīng)導(dǎo)致腎小球硬化，腎小管間質(zhì)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞形成腎間質(zhì)纖維化(tubulointerstitial fibrosis，TIF)。

RF的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，診斷、治療方面仍存在困難。國(guó)際已有研究表明Hedgehog信號(hào)通路可在RF中被激活，但該信號(hào)通路在RF中發(fā)揮的作用仍不清楚。接下來(lái)通過(guò)探討Hedgehog信號(hào)通路在RF過(guò)程中如何作用為綜述，對(duì)RF的研究進(jìn)一步提供思路。

1 Hedgehog信號(hào)通路概述

Hedgehog信號(hào)通路表達(dá)的基因，在突變時(shí)果蠅幼蟲體表出現(xiàn)多毛、刺突形狀，酷似刺猬，因此而被命名[1]。Hedgehog信號(hào)通路在組織細(xì)胞定向發(fā)育、促進(jìn)細(xì)胞的有絲分裂、調(diào)節(jié)平衡、參與修復(fù)等過(guò)程，尤其在生殖系統(tǒng)的發(fā)育、癌癥等有密切關(guān)系。因此，該信號(hào)通路的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體多器官的發(fā)育障礙和癌癥的發(fā)生，有研究表明該通路參與腎癌、胃癌、乳腺癌、肝癌等多種腫瘤的發(fā)病與唇腭裂的發(fā)生相關(guān)[2-3]。

Hedgehog的同源基因在哺乳動(dòng)物中有三類：Sonic Hedgehog(Shh)、Indian Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh)，分別編碼Shh、Ihh和Dhh蛋白[4]。Shh表達(dá)最廣泛,信號(hào)通路上起主要作用;Ihh主要參與骨細(xì)胞的增殖、分化;Dhh 參與生殖細(xì)胞的發(fā)育。其中，Shh蛋白是由其受體跨膜蛋白Ptch(Patched homolog，Ptch)，及其下游的蛋白Smoothened(Smoothened，Smo) 和鋅指蛋白(Zinc finger protein，Gli) 組成[5]。Hedgehog信號(hào)通路的傳遞過(guò)程中，靶細(xì)胞膜上的受體Ptch和Smo可對(duì)其控制。目前認(rèn)為該通路中Ptch是抑制性受體，Smo是激動(dòng)性受體[6]。研究發(fā)現(xiàn)，受體Ptch是由多個(gè)跨膜區(qū)的單一肽鏈構(gòu)成，通過(guò)與配體的直接結(jié)合,負(fù)調(diào)控信號(hào)通路；受體Smo在Hedgehog信號(hào)通路傳遞中必不可少[7]?；騍mo突變時(shí)的表現(xiàn)與Hedgehog基因突變時(shí)的表現(xiàn)極為相似。由此可知，當(dāng)機(jī)體缺乏Hedgehog信號(hào)通路中的Ptch受體時(shí)，激活Smo即可出現(xiàn)Hedgehog靶基因活化。目前發(fā)現(xiàn)，核內(nèi)因子如蛋白激酶A(PKA)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶Fused(Fu)、Fu抑制劑(SuFu)、轉(zhuǎn)錄因子Ci/Gli、類運(yùn)動(dòng)蛋白 Costal-2(Cos2)等，可參與Hedgehog信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)。其中Ci/Gli、Fu起正調(diào)控作用，Cos2、PKA起負(fù)調(diào)控作用。Hedgehog信號(hào)通路的關(guān)鍵步驟是Gli的活化。Gli蛋白是多功能的轉(zhuǎn)錄因子，家族成員包括Gli1、Gli2、Gli3，而Gli1是Hedgehog信號(hào)通路的主要應(yīng)答基因，該轉(zhuǎn)錄激活因子在通路激活過(guò)程中起正反饋調(diào)節(jié)的關(guān)鍵作用。

2 RF

RF微觀上講是腎臟固有細(xì)胞纖維化，各種破壞因子的作用使細(xì)胞受到損傷即出現(xiàn)細(xì)胞的纖維化。同時(shí)受損傷的細(xì)胞會(huì)釋放多種細(xì)胞因子，與炎性反應(yīng)因子結(jié)合反作用于腎臟固有細(xì)胞，如腎小管上皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、系膜細(xì)胞等細(xì)胞，使這些細(xì)胞的表型結(jié)構(gòu)和細(xì)胞功能發(fā)生了改變，如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)等可產(chǎn)生該作用[8]。腎臟結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的破壞后，功能相繼受損，最終導(dǎo)致RF。綜上所述的改變，可通過(guò)一些生物信號(hào)通路調(diào)控，Hedgehog信號(hào)通路就是其中之一。 腎小管間質(zhì)纖維化涉及細(xì)胞極為廣泛，如系膜細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、周細(xì)胞、肥大細(xì)胞等其他相關(guān)炎細(xì)胞。而成纖維細(xì)胞在RF中起主要作用，它的來(lái)源主要包括腎臟固有的成纖維細(xì)胞和通過(guò)其他細(xì)胞及腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化 (Epithelial Mesenchymal Transition, EMT)而來(lái)的成纖維細(xì)胞。成纖維細(xì)胞的不斷增殖、活化，通過(guò)旁分泌信號(hào)傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)榧〕衫w維細(xì)胞，此細(xì)胞表達(dá)的平滑肌肌動(dòng)蛋白( smooth muscle actin，SMA)，與基底膜相連加速產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix，ECM)，導(dǎo)致其異常沉積，形成RF的基本特征。 腎小管上皮細(xì)胞在急性腎損傷的情況下可改變細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá)，如波形蛋白增多，Ⅰ型、Ⅲ型膠原增多。E-鈣黏蛋白( E-cadherin，E-ca) 表達(dá)減少,引起RF[9]，為TIF形成提供關(guān)鍵的信號(hào)。同樣，RF的病變可增加小管細(xì)胞壞死、凋亡，減少腎小管細(xì)胞增殖[10]。

3 Hedgehog信號(hào)通路與RF

Hedgehog信號(hào)通路編碼的Shh蛋白在胚胎發(fā)育時(shí)期，Shh基因表達(dá)于包括腎臟等眾多器官上皮細(xì)胞中[11-12]。并且，在腎臟損傷的早期即可出現(xiàn)表達(dá)，從而說(shuō)明Hedgehog信號(hào)通路在組織損傷早期參與腎臟損傷后的組織修復(fù)過(guò)程。

3.1Hedgehog信號(hào)通路與腎間質(zhì)細(xì)胞:由信號(hào)通路中Shh基因表達(dá)的腎間質(zhì)細(xì)胞與RF息息相關(guān)。研究表明，慢性TIF大鼠模型中，成纖維細(xì)胞的過(guò)量增殖、活化和ECM的產(chǎn)生和沉積, 都有Shh基因過(guò)量表達(dá)參與其中，最終使大鼠發(fā)生RF繼而腎功能的惡化。TIF中的眾多細(xì)胞類型中，周細(xì)胞作為一種特殊細(xì)胞與成纖維細(xì)胞共同參與配體的作用，同為與Shh配體作用的重要細(xì)胞。因此，Shh信號(hào)通路除外影響成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，同樣在周細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞的過(guò)程中也扮演重要角色[13]。同樣該過(guò)程在Fabian等的研究中體現(xiàn)，Shh配體觸發(fā)細(xì)胞的增殖，使周細(xì)胞調(diào)控的肌成纖維細(xì)胞前體向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。而肌成纖維細(xì)胞的激活，進(jìn)一步受到Hedgehog信號(hào)通路、TGF-β、Wnt/β-catenin信號(hào)通路等多種促纖維化因子通過(guò)自分泌和旁分泌途徑調(diào)控各種來(lái)源的肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)其活化，并產(chǎn)生大量的膠原蛋白，為RF的產(chǎn)生形成土壤[14]。

Hedgehog通路的配體與Ptch受體結(jié)合時(shí)，可解除Ptch對(duì)Smo的抑制作用，使Smo活化，間接促進(jìn)了轉(zhuǎn)錄因子Hedgehog-Gli入核，并調(diào)控下游靶基因[15]。 在RF模型中，Hedgehog配體隨著下游Gli效應(yīng)子表達(dá)的顯著激活而上調(diào)。Hedgehog信號(hào)通路反應(yīng)性 Gli1 陽(yáng)性間質(zhì)細(xì)胞在纖維化過(guò)程中增殖擴(kuò)增，Gli1 和 Gli2 陽(yáng)性細(xì)胞分化為α-平滑肌肌動(dòng)蛋白陽(yáng)性肌成纖維細(xì)胞。Hedgehog 配體觸發(fā)了細(xì)胞增殖，提示該通路在RF發(fā)生過(guò)程中，可能在調(diào)節(jié)肌成纖維細(xì)胞祖細(xì)胞的細(xì)胞周期進(jìn)程中發(fā)揮了作用。Hedgehog 拮抗劑在體內(nèi)阻斷了Gli1 的誘導(dǎo)，但沒(méi)有減少RF。然而，Gli2 的轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)不受拮抗劑的影響，表明Hedgehog-Gli 信號(hào)在RF疾病中的可能作用。所以，Hedgehog信號(hào)通路的配體在參與肌成纖維細(xì)胞的產(chǎn)生中起重要作用。

3.2Hedgehog信號(hào)通路與腎小管上皮細(xì)胞:RF過(guò)程中，腎小管上皮細(xì)胞-間充質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

Hedgehog的同源基因編碼Shh蛋白，腎臟損傷后，Shh被誘導(dǎo)主要表達(dá)在腎小管上皮細(xì)胞，但它能特異地靶向作用于成纖維細(xì)胞，引起它們的活化和增殖。Bai等研究發(fā)現(xiàn) UUO大鼠腎臟組織Shh信號(hào)通路激活會(huì)出現(xiàn)腎小管EMT,促進(jìn)TIF,而解除輸尿管梗阻后，纖維化各項(xiàng)指標(biāo)明顯下降,TIF化程度減輕[16]。白藜蘆醇可以抑制梗阻性腎病的腎組織 Shh 信號(hào)通路的過(guò)量表達(dá)，通過(guò)降低TGF-β1的表達(dá)，減少ECM的沉積，阻止細(xì)胞表型 EMT 的結(jié)構(gòu)改變，減輕腎間質(zhì)纖維化[17]。Shh信號(hào)通路通過(guò)參與增強(qiáng)細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化等，從而與RF、腫瘤等發(fā)生緊密相關(guān)[18]。因此，Hedgehog信號(hào)通路能通過(guò)介導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞與間質(zhì)成纖維細(xì)胞間的交流，從而促進(jìn)成纖維細(xì)胞激活與增殖[19]。這些主要的促纖維化因子與其他相關(guān)因素共同參與了成纖維細(xì)胞的激活，如細(xì)胞活性氧(ROS)、炎性介質(zhì)、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)、血管緊張素Ⅱ和某些ECM組分等。表明腎臟損傷后，來(lái)源于腎小管的 Shh 導(dǎo)致腎間質(zhì)成纖維機(jī)制與EMT的形成過(guò)程相關(guān)，從而影響RF。

4 總結(jié)

本文對(duì)Hedgehog信號(hào)通路在腎間質(zhì)細(xì)胞、EMT過(guò)程中的作用進(jìn)行了探討，Hedgehog信號(hào)通路中表達(dá)的Shh蛋白以及其他相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，參與周細(xì)胞和成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化表達(dá)，介導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞與間質(zhì)成纖維細(xì)胞間的交流，從而促進(jìn)了成纖維細(xì)胞的激活與增殖，導(dǎo)致了RF的形成。

通過(guò)Hedgehog信號(hào)通路對(duì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中作用的探討，認(rèn)為Hedgehog信號(hào)通路在TIF的過(guò)程中起到了重要作用，但是這個(gè)通路與其他的信號(hào)通路之間是否存在交叉調(diào)節(jié)影響通路的作用，目前仍不明確，仍需要進(jìn)一步探討。

本次對(duì)于Hedgehog信號(hào)通路的探討，在一定程度上有助于進(jìn)一步促進(jìn)TIF發(fā)病機(jī)制、診斷、治療的研究，為今后的RF的研究以及對(duì)RF疾病的防治提供了一個(gè)新思路。