Hedgehog信号通路在乳腺癌化学致癌进展中的作用

崔 栋, 杨淋清, 何 云, 庄志雄

(1. 深圳市疾病预防控制中心现代毒理学重点实验室 深圳市卫生毒理学重点实验室, 广东 深圳 518055；2. 中山大学公共卫生学院, 广东 广州 510000)

Hedgehog信号通路在乳腺癌化学致癌进展中的作用

崔 栋2, 杨淋清1, 何 云2, 庄志雄1

(1. 深圳市疾病预防控制中心现代毒理学重点实验室 深圳市卫生毒理学重点实验室, 广东 深圳 518055；2. 中山大学公共卫生学院, 广东 广州 510000)

逐渐增多的研究表明，人们生活中经常接触到的一些化学物质是导致乳腺癌发生的危险因素; 同时一些研究证实，Hedgehog (Hh) 信号通路在乳腺癌患者组织中存在异常激活，参与乳腺癌的发生、调节乳腺癌干细胞生物学特性、促进肿瘤组织血管新生和乳腺癌细胞侵袭转移等生物学过程。本文通过对化学物质与 Hh 信号通路在乳腺癌发生、发展研究的最新进展进行综述，为进一步阐述乳腺癌发病机制和乳腺癌的预防及控制提供科学线索。

Hedgehog信号通路; 化学物; 乳腺癌

近年来的研究发现，人们生活中经常接触到的一些化学物质是乳腺癌发生的危险因素，但具体的致病机制目前尚无明确定论，其中 Hedgehog(Hh)信号通路与乳腺癌的关系逐渐引起人们的重视。研究证实，Hh信号通路在乳腺癌患者组织中存在异常激活，且参与乳腺癌发生发展的各个环节。本综述将重点阐述化学物质与Hh信号通路在乳腺癌发生、发展研究的最新进展，为乳腺癌发病机制的进一步阐述和人群乳腺癌的预防及控制提供科学线索，同时对乳腺癌治疗工作也具有指导意义。

1 Hh信号通路

Hh基因最早由Nüsslein-Volhard于1980年在果蝇中发现，随后在脊椎动物中得到证实。Hh信号通路主要由Hh配体、2个膜受体Patched (Ptch)和 Smoothened (Smo)以及下游的转录因子胶质瘤相关癌基因同源物1(glioma-associated oncogene homolog 1, Gli-1), Gli-2, Gli-3等组成。在人类Hh信号通路中有3种Hh同源基因，编码3种Hh蛋白配体，即Sonic hedgehog (Shh)，Desert hedgehog (Dhh)和Indian hedgehog (Ihh)。Ptch

是一种具有12次跨膜结构的膜蛋白, Smo是一种具有7次跨膜结构的膜蛋白, 同时也是G蛋白耦联受体样蛋白。3种核转录因子蛋白Gli具有相似的氨基酸序列，一般来讲，Gli-l主要发挥激活功能，Gli-3主要发挥抑制功能，而Gli-2同时可以发挥转录激活与抑制的功能[1]。当没有Hh配体存在时，细胞膜表面受体Ptch抑制Smo的功能，转录因子Gli-2和Gli-3经蛋白酶解加工，形成转录抑制子，进入细胞核后抑制靶基因的表达。当存在Hh配体时，Hh配体与Ptch结合，Ptch对Smo 的抑制作用被解除，Gli的蛋白酶加工步骤被阻断，Gli-2和Gli-3形成转录激活子形式，进入核内促进靶基因表达。Gli-1不受蛋白酶体加工处理，在Shh通路中主要起转录激活子作用[2]。正常情况下, Hh信号通路对胚胎发育、干细胞自稳态、细胞分化、组织极化和细胞增殖等过程起着重要的调控作用。如果Hh信号发生缺失和减少，将引起多种发育缺陷而导致畸形发生。机体发育成熟后，Hh信号通路失去活性，如果发生异常激活，将可能导致肿瘤的发生[3]。

2 化学物质与Hh信号通路对乳腺癌的影响

随着工农业的发展和环境污染的加重, 越来越多的化学废物被排放到环境中, 导致机体接触这些化学物质的机会增多，实际负荷量增加。逐渐增多的研究表明，一些化学物质可以增加乳腺癌发生的风险，这些化学物质大致可以划分为以下4大类：① 环境雌激素(estrogen, E2)物质：具有代表性的有多氯联苯类[4]；② 重金属类：铁、砷、汞、铅、铜、镍和铬等金属及其化合物[5-7]；③ 工业原料：乙醇、乙醛和苯乙烯等化学工业原料[8]；④ 多环芳香烃类[9]等。这些物质都可以不同程度地使乳腺癌发病风险升高，但是具体的致病机制仍不明确，有待进一步研究。

2.1 影响Hh信号通路活性化学物质在机体发育的不同阶段对Hh信号通路的影响不同。在胚胎发育过程中过度暴露于一些化学物质，会抑制Hh信号通路活性，导致畸形甚至死亡发生。现有的研究资料表明，胚胎发育时期接触一些化学物质如农药甲氧普林[10]、胡椒基丁醚[11]、重金属镉[12]、2,3,7,8-四氯代二苯-并-对二噁英[13]和苯并芘[14]等化学物质均会不同程度地抑制Hh信号通路活性，导致胚胎畸形的发生。成年后接触某些化学物质可以异常激活细胞内Hh信号通路，导致肿瘤发生。目前这方面的研究报道并不多，但是有研究表明，E2[15]、乙醇[16]和亚砷酸钠[17]等可以不同程度激活成熟细胞内Hh信号通路，最终导致肿瘤的发生。此外还有文献报道，嘌呤衍生物、胆固醇以及一些氧代固醇类物质也都可以通过不同方式激活Hh信号通路[18]，但是这些物质是否通过激活Hh信号通路对人体造成损伤目前还无报道。

2.2 通过Hh信号通路增加乳腺癌发生风险或者加快癌变进程现有资料已经表明，Hh信号通路异常激活是乳腺癌发生风险增高的重要标志，作为一种典型的环境相关疾病，环境中存在多种化学物可以引发乳腺癌，同时这些化学物质也可引起Hh信号通路的异常。化学物通过激活Hh信号通路是其增加乳腺癌发病风险的可能机制之一。Fiaschi等[19]采用新型转基因小鼠模型(该模型在多西环素刺激下GLI-1可以特异性持续高表达)，在小鼠的生长过程中采用多西环素不断刺激，始终使Hh通路处于激活状态，最初发生乳腺上皮细胞增生性病变，最后发展为具有侵袭性的乳腺肿瘤，提示生长发育过程中异常激活的Hh通路是乳腺癌发生的可能机制。Sims-Mourtada等[20]通过给小鼠喂食7，12-二甲基苯并蒽，使之发生乳腺癌；进一步研究表明，获得的乳腺癌细胞内存在Hh信号通路的异常激活，肿瘤细胞高表达Ptch, Gli-1和Shh蛋白。Koga等[21]研究发现，用E2处理雌激素受体α阳性乳腺癌细胞MCF-7，细胞内Shh蛋白表达增多，Hh信号通路被激活，MCF-7的增殖活性明显升高；当采用E2受体α抑制剂如氟维司群(fulvestrant)处理细胞时，上述生物学活性被抑制，提示E2及其类似物可能通过雌激素受体α调节Hh信号通路活性进而促进乳腺癌发展。Sims-Mourtada等[22]研究发现，采用紫杉烷类(taxanes)处理4种乳腺癌细胞系MCF-7, SUM159, SKBR3和T-47D，细胞内均出现Hh信号通路发生异常激活，Shh蛋白表达升高，激活的Hh信号通路又可以促进乳腺癌细胞的增殖。Sun等[23]的研究发现，用E2处理MCF-7和HCC1428细胞(E2受体阳性乳腺癌细胞)，细胞内Hh信号通路活性升高，但是E2引起Hh信号通路活性升高不能被环巴胺(Hh信号通路拮抗剂)抑制，说明E2激活的是非经典Hh信号通路；后续研究发现，E2处理过的上述细胞内CD44+/CD24-/low(目前认为是乳腺癌干细胞的一种表型)部分的比例升高，提示E2有可能通过激活非经典Hh信号通路导致乳腺癌干细胞生成增多；进一步的研究发现，E2还会通过Hh信号通路诱导乳腺癌细胞发生表皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)，导致癌细胞表面钙黏蛋白(E-cadherin, E-cad)减少，波形蛋白表达升高，乳腺癌细胞的侵袭迁移能力增强。以上资料表明，一些化学物质不仅通过使Hh信号通路发生异常激活导致乳腺癌的发生，同时还通过影响Hh信号通路活性加快乳腺癌的进展。此外有资料显示，金属砷[17]、乙醇[18]与乳腺癌的发生发展具有密切关系，是乳腺癌发生的危险因素，同时这些化学物质又可以激活Hh信号通路，是否存在乙醇、金属砷以及更多的化学物通过激活Hh信号通路直接导致乳腺癌的发生或加快癌变进程，从目前的资料还不能得出肯定结论。但鉴于Hh信号通路在化学物作用及乳腺癌发生中所扮演的重要角色，有理由相信其是化学物质引起乳腺癌发生的可能机制之一。

3 Hh信号通路与乳腺癌

研究发现，Hh信号通路在人乳腺癌组织及其周围组织中存在异常激活，但具体的致病机制尚未完全阐明，可能包括以下作用机制。

3.1 Hh信号通路与乳腺癌干细胞乳腺癌干细胞具有高致瘤性及高侵袭转移性，其在乳腺癌的发生、发展与复发及转移过程起到非常重要的作用。因此，乳腺癌干细胞与Hh信号通路之间的潜在联系引起了人们极大的关注。研究表明，Hh信号通路在乳腺癌干细胞中存在异常激活，调控乳腺癌干细胞的干性维持、增殖和分化等细胞生物学特性[24]。研究发现，抑制Hh信号通路活性可以抑制乳腺癌干细胞增殖[25-26]。Hh信号通路与乳腺癌干细胞凋亡通路也有密切关系，Kasper 等[27]发现，Gli蛋白可以激活Bcl-2基因(凋亡抑制基因)启动子，抑制干细胞凋亡。近年来，有研究开始探索治疗乳腺癌的新方法，即通过抑制Hh信号通路活性进一步抑制乳腺癌细胞及乳腺癌干细胞增殖从而达到治疗乳腺癌的目的[28-29]。

3.2 Hh信号通路参与乳腺肿瘤血管生成持续的血管生成可为肿瘤细胞增殖提供营养和各种生长因子。研究表明，在乳腺癌组织中Shh可以调节血管生成素1和血管生成素2的表达水平，影响血管的生成[26]；可以通过调控微颗粒诱导毛细血管样结构形成[30]；可以通过激活血管内皮生长因子的表达，进而促进血管内皮细胞生成[31]；还可以通过调控不依赖血管内皮生长因子的促血管生成因子富含半胱氨酸血管生成诱导蛋白61(cysteine rich angiogenic inducer 61，CYR61)的表达促进乳腺癌组织中的血管生成[32]。新生成的血管不仅可以维持肿瘤细胞生长，同时也为肿瘤转移创造了条件。

3.3 Hh通路与EMTEMT是包括乳腺癌在内的原发肿瘤发生转移的关键步骤，肿瘤发生EMT最重要的标志就是E-cad的表达下调或沉默，被认为是上皮细胞获得侵袭/转移能力的先决条件。Takebe等[33]提出，防止乳腺原位癌发生EMT可以有效的阻止癌细胞的扩散。Sipos等[34]证实，Hh信号通路通过Gli-1使转录因子Snail表达上调，从而抑制E-cad的表达，提示Hh信号通路通过下调乳腺肿瘤E-cad表达促进EMT过程。Gal等[35]研究发现，经历了EMT过程的乳腺肿瘤细胞，可以抵抗凋亡，这在肿瘤细胞从原发病灶向靶器官转移的过程中是十分重要的。

3.4 Hh通路与乳腺癌骨转移Hh信号通路参与乳腺癌向骨组织转移的过程。研究显示，位于原发病灶的乳腺癌细胞可以向即将转移至的靶器官(包括骨组织)发送信号，调节靶器官微环境[36]。进一步研究发现，乳腺癌细胞表达和分泌Hh配体可以促进乳腺癌细胞向骨组织转移，Hh信号通路通过调节骨组织微环境促进乳腺癌细胞向骨组织转移，骨组织微环境也可以促进乳腺癌细胞黏附，同时基质金属蛋白酶、趋化因子受体4、血管内皮生长因子以及结缔组织生长因子等可以促进乳腺癌细胞在骨组织微环境的生长[37]。鉴于Hh信号通路在乳腺癌发生发展过程中发挥不可忽视的作用, 可以说Hh信号通路几乎参与到乳腺癌发生发展的每一个环节，对乳腺癌预防以及治疗具有重要意义。

4 展望

随着人们对Hh信号通路与肿瘤认识的不断深入，越来越多的Hh抑制剂被用于疾病治疗，这些Hh抑制剂大体上可以划分为3类：Hh配体特异性抑制剂、Smo抑制剂和Gli转录因子抑制剂。已被发现的Hh抑制剂中绝大多数为Smo抑制剂。环巴胺是第一种被发现的Hh抑制剂，随后Smo抑制剂不断被发现，并且部分已经应用于Ⅰ到Ⅲ期临床试验[3]，其中GDC-0449(Curis Inc./Genentech)于2012年通过美国食品药品管理局(FDA)的批准用于治疗成人局部晚期和转移性基底细胞癌。近年来，Gli转录因子抑制剂(例如GANT58和GANT61)逐渐引起人们的重视，这类Gli转录因子抑制剂目前正处于临床前期试验阶段。

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(本文编辑: 乔 虹)

Hedgehog signaling pathway in chemocarcinogenesisand progression of breast cancer

CUI Dong2, YANG Lin-qing1, HE Yun2, ZHUANG Zhi-xiong1

(1.KeyLaboratoryofModernToxicology,MedicalKeyLaboratoryofHealthToxicology,ShenzhenCenterforDiseaseControlandPrevention,Shenzhen518055,China; 2.SchoolofPublicHealth,SunYat-senUniversity,Guangzhou510000,China)

The controversial results of several studies suggest that certain everyday-use chemicals may be linked to breast cancer. In recent years, extensive researches have been carried out to understand breast carcinogenesis and the hedgehog(Hh) signaling pathway has emerged as a critical determinant of human breast cancer. Aberrant Hh signaling in adults results in carcinogenesis, angiogenesis, and metastasis. This review is focused on the Hh signaling pathway and chemicals in the regulation of breast cancer development and provide an updated survey of pre-clinical and clinical trials of novel strategies to target them.Key words: Hedgehog signaling pathway; chemicals; breast cancer

YANG Lin-qing, E-mail: linqingyang@126.com

国家自然科学基金(81172710)；广东省医学科研基金(A2014644); 深圳市科技研发资金基础研究计划(JC201105180762A)；深圳市科技计划项目(201202097)

崔 栋(1987-)，男，硕士研究生，主要从事生殖毒性研究。

杨淋清, E-mail: linqingyang@126.com

Foundation item: The project supported by National Natural Science Foundation of China (81172710); Basic Research Program of Shenzhen Municipal Science and Technology R&D Funding (JC201105180762A); and Shenzhen Science Technology Program (201202097)

2014-05-27 接受日期: 2015-02-25)

R363.21

A

1000-3002(2015)02-0328-05

10.3867/j.issn.1000-3002.2015.02.023

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