岳東升，孫冰生，王長利

Hedgehog信號通路在非小細胞肺癌的研究進展

岳東升，孫冰生，王長利

Hedgehog（Hh）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與腫瘤的關(guān)系逐漸受到重視，該通路不但在胚胎時期的細胞分化、組織發(fā)育及器官形成中扮演重要角色，而且研究顯示Hh信號通路在多種惡性腫瘤與細胞系中激活，包括肺癌、胰腺癌、基底細胞癌、乳腺癌等，參與腫瘤的增殖分化、細胞凋亡、血管新生、侵襲轉(zhuǎn)移等過程，因此，Hh可能會成為腫瘤治療一個新的靶點。非小細胞肺癌（NSCLC）目前發(fā)病率及死亡率均居惡性腫瘤首位，也是學(xué)者研究的熱點，本文就Hedgehog在NSCLC中的研究進展作一綜述。

Hedgehog；信號通路；非小細胞肺癌

Hedgehog(Hh)基因在1980年首先由Nussllein-Volhard和Wieschaus在篩選可能引起果蠅突變的基因時發(fā)現(xiàn)[1]。Hh信號通路在多種生理過程中起著關(guān)鍵作用，例如胚胎發(fā)育及維持成人機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等[2]。近年來多項研究顯示Hh信號通路在多種惡性腫瘤與細胞系中激活，包括肺癌、胰腺癌、基底細胞癌、乳腺癌等，參與腫瘤的增殖分化、細胞凋亡、血管新生、侵襲轉(zhuǎn)移等過程，提示異常激活的Hh信號通路在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中起到重要作用。阻斷腫瘤細胞中Hh信號傳導(dǎo)通路可能為腫瘤治療提供新靶點。

1　Hh信號通路組成

1.1Hh配體果蠅和其他無脊椎動物中只有一種Hh基因，而在哺乳動物中，Hh家族包括三個同源基因：Sonic hedgehog（Shh）、Desert hedgehog（Dhh）和Indian hedgehog（Ihh），分別編碼具有自我催化能力的Shh、Dhh和Ihh糖蛋白，而Hh信號傳導(dǎo)源于這種自我催化反應(yīng)。Shh在神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚、消化道中廣泛表達，Ihh主要在骨、軟骨、消化道、胰腺中表達，Dhh主要在生殖腺中表達，也在外周神經(jīng)和胰腺中表達[3]。Hh蛋白屬于高度保守的分泌性糖蛋白，分子量約45 kDa。Hh蛋白家族成員由兩個結(jié)構(gòu)域組成：20 kDa的氨基端(Hh-N)結(jié)構(gòu)域和25 kDa的羧基端(Hh-C)結(jié)構(gòu)域，Hh-N具有Hh配體的全部信號傳遞功能，Hh-C具有自身蛋白水解酶活性及膽固醇轉(zhuǎn)移酶功能。Hh前體蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中通過自身催化分裂成Hh-N片段及Hh-C片段兩部分，其中Hh-C共價結(jié)合膽固醇分子，并將其轉(zhuǎn)移到Hh-N的氨基端，隨后在?；D(zhuǎn)移酶作用下發(fā)生棕櫚?；ㄟ^這些翻譯后的修飾過程，最后才變成具有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能的成熟功能蛋白[4]。

1.2跨膜糖蛋白Ptch和Smo在靶細胞膜上有兩種主要的Hh下游跨膜受體Ptch和Smo，均為跨膜糖蛋白。Ptch是一種12跨膜蛋白，有2個細胞外結(jié)合域和1個細胞內(nèi)結(jié)合域，具有結(jié)合Hh配體和抑制Smo的2種功能。人類有兩種Ptch同源基因，Ptchl和Ptch2。而Smo是一種7跨膜蛋白，屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族成員，負責(zé)細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)和靶基因的激活，Smo的活性對于果蠅和脊椎動物中Hh信號是必須的。Ptch是Hh轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的負調(diào)控因子，當(dāng)Ptch1與Hh配體結(jié)合后，就可以將Smo從抑制狀態(tài)釋放，進而引發(fā)Hh信號級聯(lián)反應(yīng)[5-6]。與Ptch1結(jié)合的Hh配體數(shù)量受到一些Hh結(jié)合蛋白的嚴密調(diào)控，保證整個信號通路的適度活性。

1.3核轉(zhuǎn)錄因子GliHedgehog信號通路的胞內(nèi)信號分子為Gli蛋白家族，Gli蛋白是分子量較大的多功能轉(zhuǎn)錄因子，定位于細胞核和細胞漿，將信號傳送至核內(nèi)。該蛋白家族成員只有在維持全長時才具有轉(zhuǎn)錄激活因子的功能，啟動下游靶基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)羧基端被蛋白酶體水解后，就形成了轉(zhuǎn)錄抑制因子，抑制下游靶基因的轉(zhuǎn)錄[7]。果蠅只有一種核轉(zhuǎn)錄因子，為Gli的同源基因；脊椎動物中已鑒定出3個成員，分別為Glil、Gli2和Gli3，其中Gli和Gli2是Hh通路激活因子，而Gli3具備激活和抑制的雙向功能，但主要是轉(zhuǎn)錄抑制因子[8]，個別情況下以激活因子存在來調(diào)節(jié)生長發(fā)育。由于Gli1既是Hh通路的激活因子，也是該通路激活的靶基因，因此將檢測Gli1表達作為Hh通路是否激活的標志。

1.4下游靶基因Hh信號通路下游靶基因包括通路成員Ptchl、Glil以及調(diào)控細胞增殖、控制細胞命運的基因，包括CyclinD、CyclinE[9]、P21[10]、FOX[11]、EMX2[12]等，這些靶基因產(chǎn)物在Hh信號通路的調(diào)控、正常胚胎發(fā)育和分化中起著重要作用，包括促進或抑制細胞增殖、細胞凋亡、干細胞分化等。

2　Hh信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及調(diào)控

在整個Hh通路信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，各個環(huán)節(jié)都受到嚴格的調(diào)控。Hh通過正負反饋調(diào)節(jié)靶基因的表達，組成一個復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、成體組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。在胚胎期Hh信號通路的異常會造成多種嚴重的生長缺陷，而成年期異常激活則導(dǎo)致多種腫瘤生成[13]。

在缺乏Hh配體時，Ptch釋放一些小分子，與Smo結(jié)合并抑制Smo的活性，Gli與一些體節(jié)極性蛋白，如Fu、cos2及Su（Fu）結(jié)合，在微管上形成復(fù)合物，被蛋白酶水解并釋放出轉(zhuǎn)錄抑制蛋白，以非全長的形式發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制因子功能；一旦Hh配體存在時，Hh便與Ptch結(jié)合，解除了Ptch對Smo的抑制作用，Smo將Hh信號向細胞質(zhì)內(nèi)傳遞，使cos2和Fu過度磷酸化，導(dǎo)致復(fù)合物從微管上解離，激活轉(zhuǎn)錄因子Gli，使其以全長形式轉(zhuǎn)入核內(nèi)引起靶基因的轉(zhuǎn)錄[3,14]。在整個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，Hh蛋白是啟動因子，Ptch蛋白是效應(yīng)細胞膜表面直接接受Hh信號的受體，Smo蛋白是信號轉(zhuǎn)換器，Gli蛋白則是轉(zhuǎn)錄效應(yīng)器。Hh、Smo、Gli作為激動因子，發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用；Ptch作為抑制因子，發(fā)揮負調(diào)節(jié)作用。

3　Hh通路在腫瘤中異常激活的方式

正常情況下Hh信號通路在胚胎發(fā)育成熟后，進入失活狀態(tài)，Smo蛋白的活性被抑制。但若該信號通路中Hh蛋白異常表達、Smo蛋白的抑制效應(yīng)被解除，導(dǎo)致Hh信號通路的異常激活，Gli蛋白發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活因子功能，觸發(fā)下游靶基因表達，引起細胞過度增殖，最終將導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)多種腫瘤組織中，包括肺癌、乳腺癌等都存在著Hh信號通路的異常激活[15-16]。

在腫瘤中存在三種Hh信號通路異常激活的方式。第一種為Hh信號通路成員（Path1或Smo）基因突變，導(dǎo)致Hh信號通路的異常激活。Path1功能喪失性突變見于單發(fā)基底細胞癌、乳腺癌等[17]，而Smo功能激活性突變在肝癌中被發(fā)現(xiàn)[18]。第二種為自分泌型，即Hh配體既由腫瘤細胞分泌又作用于腫瘤細胞自身。第三種為旁分泌型，分為兩種亞型。一種是腫瘤細胞分泌Hh配體后，作用于間質(zhì)細胞，間質(zhì)細胞通過其他通路再反作用于腫瘤細胞；另一種為腫瘤間質(zhì)細胞分泌Hh配體后，作用于腫瘤細胞。這種腫瘤細胞與周圍間質(zhì)復(fù)雜的相互作用為腫瘤細胞的生長增殖創(chuàng)造了有利的微環(huán)境。

4　Hh信號通路在正常肺發(fā)育中的作用

正常胎肺是由內(nèi)胚層管外突至外周間質(zhì)而發(fā)育形成。哺乳動物Hh信號通路配體Shh將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)給毗鄰的肺間質(zhì)，介導(dǎo)胎肺發(fā)育時期上皮-間質(zhì)的相互作用[19]。Shh及其通路的其他成員功能丟失將導(dǎo)致嚴重的支氣管和肺形成缺陷[20-21]，在正常小鼠胎肺模型發(fā)育期即肺內(nèi)胚層均檢測到了Shh表達增加，而Shh減少的小鼠胎肺肺芽發(fā)育明顯延遲，喉氣管食管隔不能建立，而且左右肺分葉形成受阻。動物懷孕早期服用抑制Hh信號通路的植物堿cyclopamine，導(dǎo)致子代出現(xiàn)多種發(fā)育畸形，包括異常的肺發(fā)育等[22]。這表明Hh信號通路是氣管和肺形成發(fā)育過程中必不可少的，胚胎期Hh信號通路成員的突變或異常表達與胎肺的發(fā)育畸形密切相關(guān)。

5　Hh信號通路與非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）

吸煙是引起肺癌的罪魁禍首，煙霧中的有害物質(zhì)使呼吸道上皮反復(fù)損傷修復(fù)。Lemjabbar-Alaoui等[23]研究顯示煙霧暴露激活支氣管上皮的Hh信號通路，且該通路的激活與細胞生長和裸鼠腫瘤形成的階段一致。對煙草暴露產(chǎn)生惡性腫瘤的裸鼠用Hh通路抑制劑處理后，腫瘤明顯消退。這提示吸煙導(dǎo)致的Hh通路異常激活是吸煙誘導(dǎo)肺癌發(fā)生過程中的關(guān)鍵步驟，但具體機制還有待于進一步的研究證實。

Hh信號通路在NSCLC的研究目前相對較少，表達狀況尚不確定，且存在較大爭議。Yuan等[24]證實在大多數(shù)不同亞型的NSCLC細胞系通過自分泌途徑陽性表達Hh，而且陽性表達下游轉(zhuǎn)錄因子Gli1。當(dāng)把Gli1敲除后，這些細胞系開始變得對Hh信號通路抑制劑敏感，這說明NSCLC可能存在其他的Hh信號通路異常激活模式，比如通過旁旁分泌將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)給下游的轉(zhuǎn)錄因子Gli，代償了藥物對通路的抑制作用，使細胞繼續(xù)生長增殖，其機制有待明確。同時該研究在NSCLC組織標本中進行驗證，也證實大部分均陽性表達Gli1。Gialmanidis等[25]分析80例NSCLC患者標本中Hh信號通路分子的表達狀況，與癌旁組織相比，所有Hh信號分子均高表達，再一次證實了Hh信號通路在大多數(shù)NSCLC中被廣泛激活。行相關(guān)性分析結(jié)果顯示，在肺鱗癌中Path1和Smo明顯高表達，Path1在低分級（高分化）腫瘤高表達，而Smo的表達則與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，Hh下游的FOXM1的過表達與Path1、Smo及Gli1的表達明顯相關(guān)。而Chi等[26]檢測到84.2%的NSCLC腫瘤組織Shh陽性表達，但僅10.5%有Ptch/Gli表達。如前所述，Gli1表達作為Hh通路是否激活的標志，即該項研究顯示僅10%的NSCLC有Hh信號通路激活。

我們的研究證實，Hh/Gli1信號通路在肺鱗癌組織中異常激活，在177例肺鱗癌患者中，90%以上的患者陽性表達Shh，其下游的Smo、Ptch及Gli的陽性率在53%～61%之間，且Gli1的表達與肺鱗癌患者的復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移明顯相關(guān)。進一步細胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，使用Hh/Gli1通路抑制劑處理肺鱗癌細胞H1703和H2170后，細胞的遷移和侵襲能力均明顯受抑；相反，在加入重組Shh蛋白后，細胞的遷移和侵襲能力均明顯增強，這強烈提示Hh/Gli1信號通路激活與腫瘤的遷移、侵襲能力相關(guān)。因此，深入研究Hh/Gli1通路在肺鱗癌侵襲轉(zhuǎn)移過程中的作用及機制，將進一步揭示肺鱗癌侵襲轉(zhuǎn)移的相關(guān)機制，為腫瘤轉(zhuǎn)移防治提供新的思路和靶點[27]。另外Jiang等的研究[28]也證實阻斷Hh信號通路蛋白Shh能夠抑制腫瘤生長、侵襲轉(zhuǎn)移，可能為肺鱗癌治療提供新的治療靶點。

目前更多研究集中在Hh信號通路下游的靶基因上，Shi等[29]證實在肺鱗癌中Gli2明顯上調(diào)，并且其下游的多個靶基因差異表達。也有研究顯示包括血小板衍生生長因子受體α（PDGFRα）、Rab23、TGF-β1、ALDH1A1等在內(nèi)的Hh通路多個下游基因差異表達[30-32]，以上研究仍停留在蛋白層面上分析肺癌中Hh信號通路的激活，而對Hh信號通路在NSCLC的異常激活方式、浸潤轉(zhuǎn)移機制、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化作用等領(lǐng)域的研究尚未大范圍開展。

6　問題及展望

Hh信號通路可在NSCLC中異常激活，而且可能與NSCLC的發(fā)生發(fā)展、浸潤轉(zhuǎn)移都存在密切關(guān)系。到目前為止，Hh信號通路配體的合成加工、釋放、運輸以及在受體細胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制研究的已比較清楚，但在NSCLC的確切作用機制仍然不是很清楚，包括Hh通路的異常激活方式，在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的相互作用，在肺癌的浸潤轉(zhuǎn)移過程中真正發(fā)揮作用的下游靶基因，與NSCLC耐藥的關(guān)系，以及與肺癌其他重要信號通路的相互關(guān)系等等。這些問題仍擺在我們面前，需要進一步研究來解決。只有從上述層面突破，才能更加充分的研究、利用Hh信號通路，實現(xiàn)基礎(chǔ)研究向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，最終使其在NSCLC的靶向治療及耐藥中發(fā)揮積極作用。

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（收稿：2015-06-06修回：2015-07-26）

（責(zé)任編輯李志剛屈振亮）

R730.1

A

1007-6948(2015)04-0426-03

10.3969/j.issn.1007-6948.2015.04.031

國家自然科學(xué)基金資助（81201649）

天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院肺部腫瘤科（天津 300060）

王長利,E-mail:yuedongsheng_cg@163.com