Hedgehog及WNT信號通路在眼瞼基底細胞癌中的研究進展

陳佳靜，李超鵬，王其龍，王 飛

0 引言

相比于身體其他部位皮膚，眼周區(qū)域的癌癥發(fā)生率較高[1]。其中，基底細胞癌(basal cell carcinoma, BCC)是該區(qū)域最常見的惡性腫瘤。諸多研究表明，多種分子信號的異常表達參與BCC的發(fā)生、發(fā)展過程。對眼瞼BCC發(fā)生、發(fā)展及耐藥發(fā)生過程中的腫瘤分子信號變化及其作用的深入探討，對揭示其生物學行為與探索有效的防治方法具有重要意義。本文將對與眼瞼BCC發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的關(guān)鍵分子信號改變作一簡要綜述。

1 眼瞼BCC及其特點

眼瞼BCC占眼瞼惡性上皮腫瘤的85%～95%，其次是鱗狀細胞癌(SCC)、皮脂腺癌和惡性黑色素瘤[2]。危險因素包括毒素、感染因子、紫外線(UV)照射、局部和全身免疫功能障礙以及基因改變等。由于上眼瞼有眉毛阻擋而受紫外線輻射較少，該病發(fā)生于下眼瞼(48%)或內(nèi)眥(27%)的比例高于上眼瞼(25%)。2018年WHO病理學分型將該病分為結(jié)節(jié)型、淺表型、浸潤型、硬化型和小結(jié)節(jié)型[3]。除了組織病理學分類外，基于基因組分析，BCC可分為三個亞型：(1)經(jīng)典BCC，與Hedgehog和WNT信號通路密切相關(guān)；(2)類似正常的BCC，特別是表現(xiàn)出活躍的脂肪酸代謝者；(3)SCC樣BCC，其依賴于免疫反應和氧化應激相關(guān)基因[4]。眼瞼BCC治療方式取決于患者的一般健康狀況、組織病理學亞型、腫瘤的位置和大小，最常用和最有效的方法是將邊緣清晰的病變采取莫氏顯微手術(shù)或傳統(tǒng)手術(shù)切除后進行眼瞼重建，極小或淺表的病變(<2mm)可以用二氧化碳激光汽化或冷凍治療，局部晚期BCC則使用藥物治療[5]。然而手術(shù)切除病灶后需要術(shù)者仔細地進行解剖和功能重建，并且手術(shù)部位可能因新的瘢痕形成引起眼瞼位置異常，威脅眼表的健康。據(jù)統(tǒng)計，在106例下眼瞼腫塊切除和修復的病例中，7a內(nèi)眼瞼內(nèi)外翻的發(fā)生率為14.2%。另外，術(shù)后并發(fā)癥還包括眼瞼攣縮、倒睫、眼瞼邊緣黏膜過度增生、淚腺損傷等[6]。眼瞼BCC危害較大，該癌癥可以通過造成眼瞼皮膚破壞從而嚴重影響面部外觀，甚至刺激結(jié)膜使患者視力下降[7]。此外，無論患者采用藥物還是手術(shù)治療，疾病復發(fā)也是常見的。因此，針對眼瞼BCC復發(fā)率高、皮膚破壞風險高以及現(xiàn)有藥物治療方法產(chǎn)生耐藥性的問題，進一步了解眼瞼BCC發(fā)生的分子機制以及相關(guān)信號通路對其診斷和治療具有重要意義。

2 與眼瞼BCC發(fā)生相關(guān)的關(guān)鍵信號通路

2.1Hedgehog/GLI(Hh/GLI)通路Hedgehog/GLI(Hh/GLI)通路在毛囊發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，分為典型通路和非典型通路。該信號通路的失調(diào)是眼瞼BCC發(fā)病的重要標志[8]。此途徑通過一系列的配體如Sonic Hedgehog(SHH)、Indian Hedgehog(IHH)和Desert Hedgehog(DHH)，跨膜受體如Patched-1(PTCH-1)和轉(zhuǎn)錄因子Glioma-associated oncogene(GLI-1)促使細胞增殖，調(diào)節(jié)細胞死亡，保證干細胞的連續(xù)性，在造血系統(tǒng)、皮膚、神經(jīng)系統(tǒng)和乳腺組織的干細胞自我更新過程中發(fā)揮作用[9]。

SHH是Hedgehog信號通路中研究最多、最廣為人知的蛋白配體之一，它的中斷會導致干細胞的發(fā)育異常。SHH通路激活表現(xiàn)為GLI的變化，該變化由SHH以濃度依賴的方式產(chǎn)生，即GLI的激活形式(GLIA)與抑制形式(GLIR)的總和[10]。最常見的GLI抑制機制是通過與Suppressor of fused(SUFU)基因結(jié)合，將GLI-1隔離在細胞質(zhì)中，從而阻止核轉(zhuǎn)位和Hh/GLI信號通路靶基因的進一步轉(zhuǎn)錄激活，據(jù)Zheng等研究，Negating Protein 1(SNEP1)和BCL-2均可抑制這一過程以促進Hh通路[11]?？缒な荏wPTCH-1則是一種腫瘤抑制基因的蛋白產(chǎn)物，對Hh信號起負調(diào)控作用，通過抑制Smoothened(SMO)從而使Hh/GLI通路失效，它通常在散發(fā)性BCC中發(fā)生突變，其失活將可能導致基底細胞痣綜合征的發(fā)生[12]。

2.1.1Hh/GLI典型信號通路可分為無配體結(jié)合與有相關(guān)配體結(jié)合兩種情況。

2.1.1.1無配體結(jié)合在沒有配體結(jié)合的情況下，PTCH-1抑制SMO作用，GLI轉(zhuǎn)錄因子被SUFU隔離，并被蛋白激酶A(PKA)、蛋白激酶1(CK1)和糖原合酶激酶3β(GSK3β)磷酸化，從而進行蛋白水解，其c端結(jié)構(gòu)域分裂產(chǎn)生GLIR，隨后GLIR易位進入細胞核，抑制Hh/GLI靶基因的轉(zhuǎn)錄，這些靶基因包括PTCH和GLI自身、WNT及與細胞增殖的相關(guān)基因等[13]。

2.1.1.2有相關(guān)配體結(jié)合在正常哺乳動物細胞中，當三種配體之一與受體結(jié)合時，Hedgehog信號傳導得以實現(xiàn)。兩者結(jié)合削弱了PTCH-1對SMO的抑制作用，從而使GLI免于蛋白水解。GLI全長形式是一種轉(zhuǎn)錄激活因子，可易位入核，促進Hh/GLI靶基因轉(zhuǎn)錄[14]。在BCC中，PTCH-1功能喪失或SMO突變均會提高GLI轉(zhuǎn)錄活性并觸發(fā)表皮細胞中Hedgehog信號的過度激活。

典型的Hh/GLI信號通路局限于初級纖毛(primary cilium，PC)，盡管在發(fā)育過程中至關(guān)重要，但在疾病中并不廣泛涉及。在mRNA和蛋白水平上，眼瞼BCC的Hh相關(guān)分子中GLI-1表達最高，且在眾多良惡性眼瞼皮膚腫瘤中有且僅有基底細胞癌表達GLI-1，這些證據(jù)均提示GLI-1可作為鑒別基底細胞癌與其他惡性腫瘤尤其是基底樣鱗狀細胞癌的候選診斷標志物之一[15]。

2.1.2Hh/GLI非典型信號通路此為眼瞼BCC的典型驅(qū)動方式之一，越來越多的證據(jù)表明，在癌癥中，GLI活性的刺激與SMO無關(guān)[16]。非典型Hh/GLI信號通路的激活機制主要為以下兩種。

2.1.2.1Ⅰ型非典型Hh/GLI通路在該通路中，PTCH-1不與SMO相互作用。當與配體結(jié)合時，PTCH-1使Caspase-3自身裂解，激活Caspase-9引發(fā)細胞凋亡；當PTCH-1與配體結(jié)合時，Caspase-9失活從而抑制其介導的細胞凋亡，此時Cyclin B1從PTCH-1受體的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域釋放，促進細胞增殖[17]。

2.1.2.2Ⅱ型非典型Hh/GLI通路該通路依賴于SMO，但不依賴于GLI家族轉(zhuǎn)錄因子。據(jù)Shen等[18]研究發(fā)現(xiàn)SMO除了能夠促進GLI家族轉(zhuǎn)錄因子的活性形式外，還具有功能性G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)特性，對異質(zhì)三聚體G蛋白具有選擇性，通過這種特性能夠不依賴GLI家族的轉(zhuǎn)錄因子激活Ⅱ型非典型通路。在基底細胞癌中，非典型Hh/GLI信號通路可能通過增強典型Hh通路促進腫瘤發(fā)生[19]。

根據(jù)最近的基因組分析，PTCH1的缺失和SMO的增加被認為是Hh通路基因的致病突變，占人眼瞼BCC的90%。除此之外還有SUFU突變、TP53突變及NOTCH家族基因突變等，這些基因大部分被認為是腫瘤抑制因子，突變將導致其功能缺失，促進Hh/GLI信號表達，驅(qū)動腫瘤發(fā)生[20]。

2.1.3Hh/GLI抑制劑的開發(fā)隨著對Hh/GLI信號通路的深入研究，Hh/GLI抑制劑的開發(fā)也獲得了充足的發(fā)展，如Sonidegib、Vismodegib、Saridegib、BMS-833923、Aladegib、Glasdegib，這些都屬于SMO抑制劑(SMOi)。而BCC也是第一個使用Hh/GLI通路拮抗劑治療的瘤種[21]。Vismodegib是局部晚期BCC患者失去手術(shù)和放療最佳時機的情況下唯二可用的靶向治療之一，曾于2012年被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準用于轉(zhuǎn)移性和局部晚期BCC的治療，已成為眼周BCC最常用的手術(shù)和放療新輔助的治療藥物[22]。其對轉(zhuǎn)移性BCC的最終緩解率約30%，對局部晚期BCC的最終緩解率約43%。有文獻報道SMO和PTCH-1突變可作為眼瞼BCC患者對Vismodegib治療反應的預測性生物標志物[23]。然而，目前尚無足夠的證據(jù)表明Vismodegib能顯著改善患者的生存。Sonidegib是第二種獲批的Hedgehog抑制劑，該抑制劑已成功應用于BCC的治療。Saridegib于2018年獲得FDA和EMA歐盟孤兒病藥品委員會批準，可作為Gorlin綜合征的突破性治療指定外用凝膠，但該藥物容易對發(fā)生SMO突變的高達50%的患者產(chǎn)生耐藥性，最常見的是D437A突變，它使藥物與SMO的親和力顯著降低[24]。當Hedgehog途徑抑制失敗時，使用PD-L1抑制劑Pembrolizumab獲得了一定的治療效果，這表明靶向PD-L1或與Hedgehog途徑抑制劑聯(lián)合使用可能能夠成為眼瞼BCC的有效治療方案[25]。

SMOi和其他途徑抑制劑的組合最有希望抑制實體腫瘤中Hh/GLI途徑的過度激活并降低耐藥性。而在一半的Vismodegib耐藥患者中，Hedgehog信號元件的突變并不是導致出現(xiàn)耐藥的原因，這有力地表明其他信號通路可能參與了疾病的進展。

2.2WNT信號通路WNT信號在表皮干細胞的發(fā)育、角質(zhì)形成細胞增殖以及皮膚穩(wěn)態(tài)再生中發(fā)揮作用，它從WNT配體與Frizzled(Fzd)家族的細胞表面受體結(jié)合后開始，與其他共受體如低密度脂蛋白相關(guān)蛋白(LRP5/6)或酪氨酸激酶受體(PTK7、ROR、RYK)結(jié)合，激活Dishevelled(Dvl)，最終觸發(fā)多種信號級聯(lián)。它的異常調(diào)控不僅會引起腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，還能促進腫瘤復發(fā)。Yao等[26]在BCC中也觀察到WNT通路的激活，表現(xiàn)為WNT蛋白的過表達(WNT1、2、5a、11、13、16等)和β-catenin的存在。β-catenin作為一種膜結(jié)合蛋白，是WNT的關(guān)鍵效應因子，定位于正常表皮的細胞膜、毛囊的細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)，激活后易位入核[27]。WNT信號通路一般分為β-catenin依賴的典型通路(稱為WNT/β-catenin信號通路)和β-catenin獨立的非典型通路。

2.2.1WNT典型通路典型通路的激活以β-catenin依賴的轉(zhuǎn)錄活性為特征。

2.2.1.1無受體結(jié)合在沒有受體的情況下，β-catenin被軸蛋白、腺瘤性大腸息肉蛋白(APC)、CK1和GSK3β組成的降解復合物捕獲并磷酸化，β-轉(zhuǎn)導蛋白(β-TrCP)與磷酸化的β-catenin結(jié)合，最終使其泛素化和蛋白酶體降解[28]。

2.2.1.2有受體結(jié)合當WNT與受體相互作用時，Dvl抑制上述復合物，使β-catenin免于磷酸化。未磷酸化的β-catenin進入細胞核，與T細胞因子(TCF)/淋巴增強因子(LEF)家族成員相互作用，觸發(fā)WNT靶基因的轉(zhuǎn)錄，促進細胞周期蛋白D1和C-MYC等基因的表達，從而促進細胞增殖[29]。

WNT/β-catenin信號通路控制多種細胞功能，包括細胞增殖、分化和遷移，還在對損傷的急性反應起作用。除了TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子外，β-catenin可以與維生素D受體(VDR)結(jié)合。VDR為介導1,25(OH)2D發(fā)揮生物效應的核內(nèi)生物大分子，Pálmer等[30]發(fā)現(xiàn)在沒有VDR的情況下激活β-catenin信號會導致類似BCC的腫瘤發(fā)展。據(jù)報道，1,25(OH)2D可以通過提高質(zhì)膜中與β-catenin結(jié)合的E-cadherin水平的方式進一步減少β-catenin與LEF/TCF結(jié)合進而轉(zhuǎn)運進入細胞核。除此之外，它還可以通過刺激WNT拮抗劑DKK-1的表達抑制WNT信號，這提示1,25(OH)2D可能也可以成為BCC新的治療手段[29]。

2.2.2非典型WNT通路獨立于β-catenin，可分為WNT/Ca2+和WNT/平面細胞極性(PCP)途徑。

2.2.2.1WNT/Ca2+途徑在此途徑中，WNT與Fzd相互作用激活磷脂酶C，將磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)轉(zhuǎn)化為肌醇1,4,5-三磷酸(IP3)和1,2二酰基甘油(DAG)。其中，IP3與細胞內(nèi)鈣通道相互作用釋放Ca2+離子，激活各種鈣依賴激酶，如蛋白激酶C(PKC)、鈣調(diào)蛋白依賴激酶Ⅱ(CAMKⅡ)和鈣調(diào)蛋白磷酸酶(Cn)。有研究表明PKC能夠激活小GTP酶；CAMKⅡ能使TGF-β激酶1(TAK1)磷酸化，誘導Nemo樣激酶(NLK)的激活，從而抑制WNT/β-catenin信號的轉(zhuǎn)錄活性；Cn去磷酸化活化T細胞核因子(NFAT)家族蛋白并導致其核易位，使靶基因得以轉(zhuǎn)錄調(diào)控[31]。WNT/Ca2+通路的激活促進神經(jīng)元系統(tǒng)的分化[32]，尚無研究表明與眼瞼BCC的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。

2.2.2.2WNT/PCP通路WNT配體與其受體的結(jié)合會激活RhoA家族小GTP酶，包括RhoA、RhoA相關(guān)蛋白激酶(ROCK)、Rac及其下游效應子、肌動蛋白結(jié)合蛋白Filamin A和c-Jun N端蛋白激酶(JNK),進而促進細胞遷移、侵襲或轉(zhuǎn)移。其中，活化的JNK進一步觸發(fā)活化蛋白-1(AP-1)家族轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄激活。AP-1蛋白同時也是多個信號如RAS通路的下游效應子，因此不難推斷出WNT信號通路可通過AP-1與其他通路交叉作用。JNK/AP-1信號可啟動RhoGEFs的轉(zhuǎn)錄程序，促進核心肌蛋白相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(nMRTF)活性。據(jù)研究顯示，小分子AP-1抑制劑能夠選擇性地靶向lyypd3+/TACSTD2+/LY6D+ nMRTF人BCC，為改善聯(lián)合治療開辟了道路[33]。

典型WNT信號在BCC的起始和進展中起到關(guān)鍵作用，而非典型WNT信號重點在調(diào)控腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程[34]，兩種WNT信號通路可能以相互對抗的方式驅(qū)動BCC生長。

3 通路間相互作用

Hh和WNT信號之間的相互作用已被證明是協(xié)調(diào)胚胎發(fā)育、干細胞維持和腫瘤發(fā)生過程中關(guān)鍵過程的基礎(chǔ)。既往研究表明，眼瞼BCC的生長既需要WNT信號也依賴Hh通路，在正常皮膚發(fā)育過程中，兩種信號通路缺一不可，前者啟動毛囊的形成，后者促進細胞增殖形成成熟毛囊所需的上皮。WNT是SHH的靶基因之一，典型WNT信號先于Hh信號激活，并且是隨后Hh信號激活所必需的。這兩種信號之間的交叉也存在于BCC機制中。有研究發(fā)現(xiàn)作為脊椎動物WNT拮抗劑的WNT抑制因子1蛋白(WIF1)與人類SHH具有高親和力，亦是人類SHH的有效拮抗劑[35]。WNT通路和Hh通路最驚人的相似之處為它們均是由密切相關(guān)的受體(分別為Fzd和SMO)介導的,并且均使用GSK3β、CK1和β-trcp來調(diào)節(jié)這些途徑的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄效應因子的蛋白水解[36]。在晚期BCC腫瘤中顯示GLI-1上調(diào)WNT基因，GLI-1和GLI-2與干細胞標記物如LGR4和LGR5有很強的相關(guān)性，而后兩者為WNT信號通路的靶基因，該現(xiàn)象更能證明Hh和WNT信號在BCC癌變過程中存在聯(lián)系。Steven等于表達致癌基因M2SMO的小鼠中發(fā)現(xiàn)了Hh通路驅(qū)動BCC發(fā)育中需要典型WNT信號通路的證據(jù)，此研究還表明阻斷典型的WNT信號可以阻止Hh信號驅(qū)動的腫瘤發(fā)生[37]。因此，聯(lián)合使用Vismodegib和WNT通路抑制劑治療BCC相比起單藥治療更能抑制腫瘤生長[38]。

4 上述通路介導的BCC耐藥及復發(fā)

WNT/β-catenin信號通路通過調(diào)節(jié)部分基因促進耐藥，包括MDR-1、CD44、MMP7、IL-10等。Forkhead box O3(FOXO3a)作為β-catenin轉(zhuǎn)錄共激活因子之一，具有誘導細胞周期阻滯和細胞凋亡的作用，而在核β-catenin表達量高的情況下，該基因被PI3K或AKT抑制劑激活，使其表現(xiàn)為轉(zhuǎn)移誘導因子而不是促凋亡的腫瘤抑制因子，從而使腫瘤對PI3K或AKT抑制劑產(chǎn)生耐藥性[39]。抑制WNT/β-catenin信號通路可使癌細胞對化療藥物增敏，并提高免疫治療的療效。因此，研究靶向WNT/β-catenin通路的抑制劑對晚期和耐藥BCC很有必要。

另外，由于在Hedgehog途徑中負調(diào)控因子SUFU相對于SMO處在下游位置，SUFU突變可能對SMOi或針對該途徑上游成分的其他治療具有耐藥性[40]。因此近年逐漸開發(fā)了針對SMO下游Hh-GLI的替代治療策略，如酪蛋白激酶1(CSNK1)。證據(jù)表明，在SMOi敏感和耐藥的腫瘤環(huán)境中，抑制CSNK1會干擾致癌的Hh信號，它的藥理學靶向性為治療SMO抑制劑敏感和耐藥的腫瘤提供了一種新的治療方法[41]。

已有研究表明，Vismodegib給藥能使腫瘤從增殖狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镠h抑制狀態(tài)，該過程在停藥時完全可逆，而在新的Vismodegib治療周期又可重新誘導。Adriana等認為這可能與Lgr5+細胞的休眠有關(guān)，這些Lgr5+細胞在小鼠和人類BCC中都存在殘余的WNT信號活性，并且可以被WNT和HH雙重抑制劑靶向Lgr5+細胞聯(lián)合Vismodegib消除，從而導致絕大多數(shù)BCC中的腫瘤根除[42]。由此可見，雙重WNT和HH抑制可能成為避免BCC復發(fā)的重要臨床治療方案[43]。

5 結(jié)語

綜上，對于易治療的眼瞼基底細胞癌，手術(shù)仍為一線治療；但對于一些復雜的病灶，由于可能導致的毀容及眼部功能喪失，手術(shù)治療往往并不可行。而替代療法如放療，在眼部這個高度敏感的解剖區(qū)域也具有嚴重的副作用，因此藥物靶向治療局部晚期基底細胞癌(laBCC)尤為重要[44]。

目前最常用于眼瞼BCC的藥物為抑制Hh通路的Vismodegib，它為眼周區(qū)域的laBCC提供了一種有希望的能替代破壞性手術(shù)或放療的選擇。雖然相當多的患者即使停用此藥，也可以長時間實現(xiàn)腫瘤完全消退，但患者服用該藥期間均發(fā)生至少一次不良反應，最常見的不良反應為肌肉痙攣，其次為味覺障礙、脫發(fā)和體質(zhì)量減輕，甚至出現(xiàn)肝毒性，其中味覺障礙是主要的停藥原因[45]。近年來亦有用Sonidegib成功治療眼周laBCC的病例，但其長期療效和并發(fā)癥仍有待于進一步研究[46]。Marco等研究發(fā)現(xiàn)WIF1在小鼠體內(nèi)移植后抑制腫瘤生長和增殖，在體外培養(yǎng)的BCC細胞系中沒有抑制作用，但目前沒有獲得批準運用于人眼瞼BCC治療中[47]。過去幾年，Hh信號通路及Wnt信號通路已經(jīng)在眼瞼BCC的機制研究方面取得了很大的進步，但目前針對抑制劑的應用尚不夠深入，繼續(xù)進行深入研究可為探索BCC的治療方式上提供一定的參考方向。另外，是否多種抑制劑聯(lián)合使用能達到治療眼瞼BCC的最佳效果也需要我們進一步探索。

眼瞼BCC的形成是細胞信號調(diào)控機制中的某些環(huán)節(jié)發(fā)生紊亂造成的，除了上述信號通路參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展,還有其他途徑共同參與眼瞼BCC的疾病進展，如TGF-β途徑、JAK-STAT途徑、AKT途徑、MAPKs信號通路、NOTCH途徑、TP53、MYCN、YAP1和TAZ信號通路等[48-50]。盡管目前對于眼瞼BCC的發(fā)生機制仍未完全明確，且研究方向多較分散，但隨著高通量測序的技術(shù)發(fā)展，人們對基因水平的研究逐漸深入，對多種信號通路的靶點逐漸清晰，將研制出更多針對新靶點的藥物，以期延長患者的生存期及提高患者的生活質(zhì)量。