胃癌Hedgehog通路研究进展*
2014-07-02柯彬刘宁梁寒
柯 彬 刘 宁 梁 寒
胃癌Hedgehog通路研究进展*
柯 彬 刘 宁 梁 寒
Hedgehog（Hh）信号通路在胚胎组织的分化过程中发挥着重要作用，最近研究认为该信号通路的持续异常激活与肿瘤的发生发展有着密切的关系。已有研究报道胃癌中也存在Hh信号通路的异常活化，并与胃癌的发生、增殖和侵袭转移等过程密切相关。本文就Hh信号通路在胃癌中的研究进展作一系统综述，为完善胃癌的发病机制、诊断及治疗提供新的思路。
信号转导 胃癌 Hedgehog信号通路
胃癌是我国高发的消化道恶性肿瘤之一，由于缺乏有效的筛查，绝大多数患者就诊时已属于中晚期，预后较差［1］，因此了解胃癌的发生发展机制对肿瘤治疗有重要意义。自20世纪80年代发现Hedgehog（Hh）信号通路以来，许多研究认为其不仅在胚胎发育中起重要作用［2］，还发现其在多种肿瘤组织中有激活的现象，并与肿瘤的发生、发展、侵袭及转移密切相关［3-4］。研究表明Hh信号通路在胃癌组织中存在异常活化［5］，相信深入了解Hh信号通路与胃癌的关系对揭示胃癌的发生发展过程具有重要的意义。本文就Hh信号通路的构成激活机制及其在胃癌中的作用及意义等方面进展进行综述。
1 Hh信号通路的构成与激活
Hh基因是1980年Nusslein等在研究果蝇的基因突变时发现的，其编码的Hh蛋白是一种高度保守的分泌性蛋白，在动物胚胎发育过程中发挥重要的作用。随后在脊椎动物体内发现其有Shh（sonic hedgehog，shh）、Ihh（indian hedgehog，Ihh）及Dhh（desert hedgehog）3种同源基因，分别编码Shh、Ihh及Dhh蛋白［6］。此后研究发现了Hh信号通路的其他成员，包括跨膜受体Ptch（Patched）和Smo（Smoothened）组成的跨膜蛋白受体复合物以及Hh信号复合体（HSC），HSC由丝氨酸/苏氨酸激酶Fu（Fused）、丝氨酸/苏氨酸激酶抑制子（SuFu）、动力素样蛋白Cos2和下游的胶质母细胞瘤（Glioblastoma，Gli）家族转录因子等组成［7］。
当Hh蛋白缺失时，Ptch与Smo结合形成复合物，对Smo产生抑制作用，阻止下游基因的转录。当有活性的Hh蛋白存在时，Hh与Ptch结合，Ptch对Smo的抑制作用解除，信号下传引起Cos2和Fu的过度磷酸化，激活转录因子Gli家族（Gli1，Gli2，Gli3），随后Gli以全长形式进入细胞核激活下游靶基因的转录，进而引起细胞的生物学特性发生改变。除此经典的激活途径外，研究发现，Gli蛋白可以直接被蛋白激酶B（PKB/Akt），促分裂素原活化蛋白激酶-细胞外调节蛋白激酶（MAPK-ERK）和癌基因K-ras等激活。Dennler等［8］在对胰腺癌细胞系研究发现，TGF-β直接作用于Shh信号通路Smo的下游基因，并激活依赖Smad3的途径从而引起Gli1活化，而且TGF-β引起的Gli1高表达和活化并不能被环靶明（Cyclopamin）所抑制；但是在胃癌中研究发现TGF-β通过介导ALK5-Smad3通路来活化Hh信号通路并引起胃癌细胞迁移和侵袭能力的改变，此作用可被环靶明所抑制。这也提示在不同肿瘤中，Hh信号通路的激活机制不尽相同。
2 Hh信号通路与肿瘤
目前研究发现在乳腺癌、前列腺癌、非小细胞肺癌、食管癌、胃癌、结直肠癌等多种恶性肿瘤中都存在Hh信号通路的异常活化，证明Hh信号通路参与肿瘤发生发展的多个环节。Souzaki等［9］在乳腺癌研究中发现Hh信号通路在乳腺癌组织存在过度活化，并且在乳腺侵袭性导管癌中Hh信号通路的激活程度比导管原位癌中明显升高，Hh信号通路的活化水平与乳腺癌的侵袭水平相关。在前列腺癌研究中发现，前列腺癌组织中Hh信号通路相关蛋白表达增加，且与前列腺癌细胞的生长和增殖相关，使用环靶明阻断Hh信号通路后前列腺癌细胞的生长受抑［10］。在对非小细胞肺癌的研究中发现肺癌组织中Shh、Smo、Gli1等表达明显升高，且与患者预后相关［11］；而Ahmad等［12］发现Hh信号通路与非小细胞肺癌的上皮间质转化及转移有关，使用Shh siRNA干扰Shh表达后能抑制非小细胞肺癌的转移，并且能增加肺癌对EGFR-TKI药物治疗的敏感性。上述研究结果表明Hh信号通路的过度激活不仅促进肿瘤的生长增殖，并且与肿瘤的侵袭和转移能力相关，阻断Hh信号通路可抑制肿瘤细胞的恶性表型。
3 Hh通路与胃癌
研究表明胃癌中Hh信号通路活化异常，Hh通路分子的异常表达与胃癌的发生、发展关系密切，Hh信号通路参与了细胞周期调节、细胞增殖和凋亡调控、肿瘤侵袭和转移等多个环节。
3.1 Hh信号通路与在胃癌中的表达
在多种胃癌细胞株和胃癌组织样本中发现了Hh信号通路分子的异常表达。Yanai等［13］在体外实验中发现在多种胃癌细胞株中都存在Hh通路相关分子Shh、Ptchl和Gli1的表达，并且外源性N-Shh可以显著促进胃癌细胞的迁移和侵袭能力。Yan等［14］研究Hh通路在胃癌发生发展中的作用时发现，在正常胃黏膜中Gli1阳性率仅为34%，胃黏膜肠上皮化生组中Gli1阳性率为52%，胃不典型增生组阳性率为67%，胃癌组织中Gli1阳性率高达74%，在不典型增生和胃癌组织中Gli1表达显著高于正常胃黏膜；而SuFu在胃癌组织中阳性率仅为12%，显著低于其他三组组织中的表达（67%～78%），提示Shh信号通路在胃癌组织中被异常激活，并且参与了胃癌的早期发生发展过程。Saze等［15］检测了41例胃癌组织中Shh、Ptch1和Gli1的表达，结果显示Shh、Ptch1的高表达与胃癌患者的预后不良相关，并且Ptch1的高表达与胃癌的恶性进展相关。然而也有相反的结果，Lee等［16］检测了52例胃癌组织及16例腺瘤中Shh蛋白的表达，发现在胃腺瘤中Shh表达强于胃癌组织；而且与肠型胃癌中Shh的表达并无显著性差异。另外Kim等［17］利用组织芯片技术检测了319例胃癌患者组织中Shh的表达，阳性率达63.9%（204/319），结果显示在无淋巴结转移、TNM分期较早的胃癌中Shh阳性比例高，且生存分析显示Shh过表达组患者预后较好。因此，Shh与胃癌患者预后的关系仍需要进一步的研究证实。目前认为Shh通路靶基因Ptch1和Gli1的激活即预示Shh信号通路的激活，而在胃癌中Shh与Gli1的表达往往具有一致性，但是胃癌中Shh高表达时，Gli1表达未必总是增高，这提示在胃癌中Gli1也可能通过其他信号途径被激活。
3.2 Hh信号通路与胃癌的侵袭转移
文献报道Hh信号通路与胃癌细胞的迁移及侵袭能力密切相关，在胃癌侵袭转移过程中发挥着重要作用。Yan等［14］研究发现在胃癌组织中Gli1过表达与淋巴结转移、肿瘤侵犯深度及TNM分期有关，且Gli1表达量越高转移风险越高，并且预后不佳。同时体外培养胃癌细胞株，加入外源N-Shh可显著促进胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力，这也进一步表明Hh通路与胃癌的侵袭转移密切相关。Yoo等［18］报道使用N-Shh处理胃癌细胞后能促进细胞的侵袭转移能力，但当使用Hh通路抑制剂环靶明后细胞的迁移侵袭能力则明显下降；且N-Shh诱导的细胞侵袭转移能被TGF-β抗体或TGF-β1 siRNA拮抗，进一步研究推断Hh-Gli1通路促进胃癌细胞的侵袭可能与TGF-β介导的ALK5-Smad3通路相关。上皮间质转化（EMT）是多种肿瘤侵袭和转移早期的一个重要过程，研究发现Hh信号通路可通过诱导EMT促进胃癌的侵袭转移。Wang等［19］通过免疫组织化学方法检测121例进展期胃癌中Gli1和EMT相关分子Snail、E-Cadherin表达，发现胃癌组织中Gli1表达明显升高，并且与Snail表达呈正相关，与E-Cadherin表达呈负相关，结果提示胃癌中Hh通路的活化状态与EMT过程密切相关。Yoo等［20］研究则发现Hh信号通路可通过激活PI3K/Akt通路，介导MMP-9表达及诱导EMT化，促进胃癌细胞的侵袭转移。陈剑辉等［21］研究发现在胃癌细胞株中采用环靶明药物抑制Gli1 siR-NA的方法抑制Shh-Gli1信号通路，细胞的迁移侵袭能力明显下降，并可以逆转TGF-β1引起的胃癌EMT转化，提示Hh通路可能是TGF-β1诱导的EMT化途径中的关键通路。
3.3 Hh信号通路与胃癌的治疗
研究表明Hh信号通路的异常激活与胃癌的发生发展密切相关，因此针对Hh通路的抗肿瘤研究已成为抗肿瘤研究的热点。环靶明是第一个发现的Hh通路抑制剂，研究发现其能够与Hh信号通路中的Smo蛋白结合，从而影响其下游靶基因Gli和Ptch1的转录和表达。Wan等［22］研究表明环靶明能使胃癌细胞发生细胞周期阻滞，诱导细胞凋亡，而抑制细胞的生长和增殖。环靶明及其衍生物IPI-926（Saridegib）［23］在神经胶质瘤、骨髓纤维化治疗方面正在进行相关Ⅰ～Ⅱ期临床研究，对于其他的适应证也正在进行相关临床研究。GDC-0449（Vismodegib）［24］是第一个被FDA批准的用于治疗基底细胞癌的Smo蛋白小分子抑制剂，目前也正进行髓母细胞瘤、卵巢癌等肿瘤的研究。Lee等［5］研究发现Hh通路抑制剂GDC-0449能显著抑制胃癌细胞的增殖，这提示GDC-0449在胃癌治疗中有一定价值，但需进一步的临床研究证实。GANT61是一种新型的Gli抑制剂［25］，在慢性淋巴细胞白血病的研究中发现GANT61能下调肿瘤中Ptch基因的表达，进而抑制恶性细胞的生存，诱导细胞凋亡。Yan等［14］在胃癌的研究中亦证实GANT61能抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭，并诱导肿瘤细胞凋亡。随着对Hh通路认识的深入，以及Hh通路为治疗靶点在更多的肿瘤中得到证实，Hh通路抑制剂的研发已经成为近来抗肿瘤药物研究的热点。
4 结语
研究表明Hh信号通路的活化与多种肿瘤均密切相关，并且Hh信号通路与胃癌发生发展及预后的关系被不断揭示，但其在胃癌中的具体作用机制仍不明了。随着对Hh信号通路的组成及分子作用机制和信号转导途径的深入了解，可为胃癌的早期诊断、靶向治疗及预后评估提供新的思路。目前Hh信号通路抑制剂的研究受到越来越多的关注，随着多种新的小分子化合物药物的面世，相信以Hh信号通路为靶点的治疗会成为胃癌治疗的新选择。
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（2014-08-14收稿）
（2014-09-20修回）
（本文编辑：贾树明）
Research progress on the role of hedgehog signaling pathway in gastric cancer
Bin KE,Ning LIU,Han LIANG
Department of Gastric Cancer,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital,National Clinical Research Center for Cancer,Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy of Tianjin,Tianjin 300060,China
Han LIANG;E-mail:tj_lianghan@126.com
Hedgehog(Hh)signaling pathway is critical during embryonic development.Recent studies have shown that Hh signaling plays an important role in oncogenesis and development of many malignant tumors.In particular,activation of the Hh signaling pathway is implicated in the aggressiveness and progression of gastric cancer.This review provides an overview of the research progress on the role of Hh pathway in gastric cancer.Investigation of this pathway may reveal a novel target for gastric cancer therapy.
signal transduction,gastric cancer,hedgehog signaling pathway
10.3969/j.issn.1000-8179.20141392
天津医科大学肿瘤医院胃部肿瘤科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室（天津市300060）
*本文课题受国家自然科学基金项目（编号：81401952）和国家重点基础研究发展计划项目（973计划）（编号：2010CB529301）资助
梁寒 tj_lianghan@126.com
This work was supported by the National Natural Science Foundation(Grant No.81401952)and grants from the National MajorProgram for the Fundamental Research&Development Plans(973 Plan:Grant No.2010CB529301)
柯彬 专业方向为胃癌的基础及临床研究。
E-mail：kebinchina@163.com
