Hedgehog信號通路調(diào)控肝癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究進展

邵香香,潘旭紅,王永英,馬未節(jié),李紅玲

(1.甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省人民醫(yī)院,甘肅 蘭州 730000)

肝癌是我國最常見的惡性腫瘤之一，嚴重威脅著患者的生命和健康[1]，危險因素主要包括乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(HCV)感染，酒精性肝炎等，HBV、HCV感染導致的肝硬化是肝細胞癌(HCC)的主要病因[2]。由于缺乏有效的治療、早期診斷失敗、預后不良，HCC患者的生存時間非常有限[3]，不可切除的HCC的5年總生存率低于10%，這些患者的所有藥物治療都顯示出非常差的療效，因此對肝癌的有效治療也存在一定挑戰(zhàn)，探討肝癌的發(fā)病機制對肝癌的早期診斷、治療和預后有更深入地了解。近年來研究發(fā)現(xiàn)，肝癌的發(fā)生發(fā)展與信號通路的激活有一定的聯(lián)系，其中包括PI3K/Akt 信號通路[4],Wnt/β-catenin信號通路[5]，轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β1/Smad信號通路[6],NF-κB信號通路[7]和Hedgehog(Hh)信號通路[8]等，對于Hh信號通路的研究較少，一些研究表明，Hh信號通路在基底細胞癌[9]、外陰鱗狀細胞癌[10]等中被重新激活。在這些癌癥中，重新激活的Hh信號參與了惡性表型的誘導。并參與著細胞增殖、凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移及上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)等過程，鑒于異常的Hh通路信號已在許多惡性腫瘤中被發(fā)現(xiàn)，該通路已成為藥物開發(fā)的一個有吸引力的靶點。其中最典型的方法是靶向Smo受體，其他抑制Hh途徑的方法包括抑制下游成分或直接結(jié)合Hh配體。2012年1月，Smo拮抗劑vismodegib成為第一個靶向Hh信號通路的藥物[11]。本文總結(jié)對人類癌癥中Hh信號激活的理解、Hh信號對EMT的調(diào)節(jié)及Hh信號抑制的潛在拮抗劑及其對人類癌癥治療的臨床意義等方面的重大進展。

1 Hh信號通路

Hh信號通路在胚胎發(fā)育、器官成熟和形態(tài)維持[12]中起著重要作用。當胚胎成熟時，這一途徑就會失活。Hh信號通路的異常激活與惡性腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關。Hh通路的激活需要Hh配體，Hh系統(tǒng)包括三種Hh配體：Ihh、Shh和Dhh[13-15]，其中Shh是研究最多的一個。Hh配體的產(chǎn)生、分泌、加工和運輸是激活Hh信號[13,15-16]的必要條件。Patched家族成員Ptch1和Ptch2是Hh受體，具有多跨膜結(jié)構(gòu)域和空間感應結(jié)構(gòu)域[17-18]。Ptch1和Ptch2并不直接將Hh信號轉(zhuǎn)導到細胞內(nèi)信號級聯(lián)中，而是通過Smo的七跨膜型受體[19]間接傳遞。Gli1基因最初被認為是惡性膠質(zhì)瘤中擴增的致癌基因，最終成為Hh信號效應的轉(zhuǎn)錄因子[20-21]，Gli1作為Hh靶基因的轉(zhuǎn)錄激活因子，而Gli2和Gli3作為轉(zhuǎn)錄激活因子或抑制因子，當Hh配體存在時，配體與Ptch的結(jié)合形成Hh-Ptch 復合物，進入細胞后在溶酶體中被降解，Smo的抑制作用進而被解除[13,15-16]。隨后，激活的Smo干擾Gli的蛋白水解過程，并促進它們與融合抑制因子(SUFU)分離，允許它們易位到核[22]。通過它們的DNA結(jié)合域，Gli激活子(GLIAs)與靶基因啟動子內(nèi)的GLI結(jié)合共識序列5′-gaccaccca-3′結(jié)合，啟動其基因轉(zhuǎn)錄，如細胞周期蛋白(CCND1、CCND2)、抗凋亡因子(Bcl2、BCLX)、遷移基因(Snail、ZEB1)及其自身的通路基因(Ptch1、Gli1)[16,23]。當配體缺失時，Ptch就抑制了Smo[13,15-16]的活性。蛋白激酶(PK)A、糖原合成酶激酶-3(GSK3)和CK1α[14]磷酸化全長膠質(zhì)瘤相關癌基因(Gli-FL)導致膠質(zhì)-FL裂解為膠質(zhì)抑制因子(Gli-R)[13,15-16]。該Gli抑制因子反過來抑制Hh靶基因的表達，從而負調(diào)控Hh信號通路[15-16,24]。

2 肝細胞癌中的Hh信號通路

Hh通路的激活是肝胚胎細胞分化、增殖和極性所必需的，并在肝癌發(fā)生[25-27]中發(fā)揮作用。Hh信號通路成分(Smo、Shh、Gli1和Gli2)在HCC細胞系和腫瘤組織中均較高[28-30]。通過Smo拮抗劑、KAAD-環(huán)巴胺或與Shh中和抗體特異性抑制HCC細胞系中的Hh信號，可抑制細胞生長并導致細胞凋亡[28]。Hh抑制通過上調(diào)Bnip3誘導自噬，該機制有助于細胞凋亡[31]。在Gli轉(zhuǎn)錄因子中，Gli2在HCC細胞的增殖中起主導作用，靶向Gli2可導致多種HCC細胞系的增殖下降[29],Ptch1，作為一種腫瘤抑制因子抑制Smo，據(jù)報道在中分化的HCC中表達較高，但在低分化的HCC中表達較低[32]。Smo的激活介導了c-myc的過表達，這在肝癌的發(fā)生中起著關鍵作用[33]。

3 EMT概述

EMT是一種細胞生物學程序，在此過程中，上皮細胞逐漸失去其細胞的身份和形態(tài)，并越來越多地獲得間充質(zhì)特征[34-35]。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中，EMT與腫瘤的起始、侵襲、轉(zhuǎn)移和對治療的耐藥性有關[36]。上皮細胞表現(xiàn)出細胞-細胞連接、頂端-基底極性和有限的遷移潛能，它們可以通過多種細胞表面標志物進行識別，最顯著的是E-鈣黏蛋白，但也有細胞角蛋白、咬合和閉合蛋白[37-38]。相比之下，間充質(zhì)細胞具有前后極性和遷移表型的特征，這有利于它們向遠處的擴散和轉(zhuǎn)移的形成。此外，在癌癥發(fā)展過程中，它們表現(xiàn)出對凋亡、干細胞特性和組織侵襲性[34,39-40]的抵抗。間充質(zhì)細胞可通過N-鈣黏蛋白、纖維連接蛋白和波形蛋白細胞表面標志物[37]進行鑒定。在EMT激活后，從E-鈣黏蛋白到N-鈣黏蛋白的轉(zhuǎn)換導致上皮表型的丟失和間充質(zhì)表型的獲得。這導致上皮細胞典型的多邊形、鵝卵石形態(tài)的丟失，而獲得梭形的間充質(zhì)形態(tài)[41]，各種信號分子可以激活EMT過程，包括表皮生長因子(EGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、肝細胞生長因子(HGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)β，Wnt信號通路，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)，Sonic Hedgehog(Shh)和Notch信號通路[42-47]等,鑒于EMT在癌癥干性和侵襲方面的關鍵作用，它可能是抗癌藥物發(fā)現(xiàn)的一個新靶點[48]。通過抑制EMT相關信號通路進而抑制EMT是抗癌藥物研究的主要途徑，Lee和他的同事們使用了idelalisib和LY294002，前者在2013年被美國食品和藥物管理局批準用于治療不同類型的白血病，后者是一種著名的PI3K化學抑制劑[49]，均通過PI3K/Akt信號通路抑制白血病的進展。idelalisib是一種ATP競爭激酶抑制劑，以高選擇性靶向pI3Kp110亞型δ。近年來已被臨床測試用于實體腫瘤，如轉(zhuǎn)移性胰腺導管腺癌和肺癌[50-51]。研究發(fā)現(xiàn)COL8A1與胃癌患者的預后相關，可能通過EMT通路影響胃癌的進展[52]。Song等人[53]認為代謝相關EMT標志物(MEMTS)可作為預測胃癌輔助治療和免疫治療的預后和反應的潛在生物標志物。基于MEMTS的單個腫瘤評估使未來胃癌患者的個性化治療成為可能。

4 HCC中的EMT研究

EMT賦予細胞很強的遷移和侵襲能力，這也決定了EMT在HCC的發(fā)展和轉(zhuǎn)移的整個過程中起著關鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)let7-g通過調(diào)節(jié)EMT相關的上皮樣蛋白-E-鈣黏蛋白在HCC的發(fā)展中起腫瘤抑制的作用[54]。Frizzled2(FZD2)促進EMT過程，增強干細胞樣特性，賦予HCC細胞血管生成擬態(tài)能力，進而促進HCC的進展和復發(fā)，這是HCC轉(zhuǎn)移和早期復發(fā)的關鍵步驟[55]。侵襲足的形成是HCC[56]侵襲轉(zhuǎn)移的一個關鍵早期事件，在EMT過程中，上皮細胞伸展其偽足轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)樣細胞，進一步證明了EMT在HCC早期重要事件中的作用。Liu等人發(fā)現(xiàn)[57]，lncRNA-TPTE2P1在HCC中發(fā)揮致癌基因作用，可通過促進HCC早期的EMT來刺激HCC細胞的遷移和侵襲。以上證據(jù)表明，許多因素可以通過介導EMT過程來影響HCC，這進一步證明了EMT是HCC調(diào)控的關鍵步驟。

5 Hh信號通路對HCC的EMT的調(diào)控

最近對肝癌研究集中在尋找新的靶向基因，可以靶向抑制EMT,進而抑制其增殖、轉(zhuǎn)移、侵襲和進展。在所有參與HCC發(fā)展的通路中，Hh信號通路在肝癌發(fā)生和HCC進展中發(fā)揮了重要作用。Hh通過誘導肝細胞從內(nèi)胚層祖細胞分化，在胚胎發(fā)生中發(fā)揮生理作用。慢性受損肝臟中Hh通路的重新激活是纖維化變性的一種機制，并與HCC發(fā)展的各個階段有關。Hh的激活維持著未成熟的肝上皮細胞亞群，這些細胞參與了肝硬化和HCC的發(fā)病機制，在HCC中，Hh通路的重新激活負責維持具有間充質(zhì)表型的癌癥干細胞，肝癌組織中Hh蛋白標志物的高水平表達與侵襲性的組織學和生物學特征以及較差的臨床結(jié)果相關。Hh通路的體外和體內(nèi)抑制模型證實，Hh在維持腫瘤生長、轉(zhuǎn)移和間充質(zhì)表型中至關重要。研究表明，CCL2通過激活Hh信號通路誘導HCC細胞侵襲和EMT[58]，在未分化的肝癌細胞系中，EMT和增強的Hh信號活性可能是其化療耐藥性和侵襲的原因[59]。針對EMT和Hh信號通路轉(zhuǎn)錄因子的新型分子治療可能在根除HCC中化療耐藥低分化亞群，穩(wěn)定敲除CK2可以顯著抑制HCC細胞的遷移和侵襲，Hh信號通路失活的同時下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白(MMP)抑制EMT過程[60]。大量的臨床前數(shù)據(jù)表明，Hh在肝癌發(fā)生和EMT中發(fā)揮作用[27,61-63]。

因此，Hh通路在肝癌的癌變和發(fā)展過程中起著至關重要的作用，然而，Hh通路蛋白標志物在HCC患者組織中的表達的預后價值有待進一步研究。在未來，靶向HCC中的Hh通路可能是臨床前和臨床研究的有意義的課題。