Hedgehog信号通路在食管癌中研究进展

2015-03-19牛思强徐银凤

湖北民族大学学报(医学版) 2015年3期

关键词：综述食管癌通路

牛思强,徐银凤

1.新乡市中心医院呼吸内科(河南新乡 453000)

2.新乡市妇幼保健院产三科(河南新乡 453000)

Hedgehog信号通路在食管癌中研究进展

牛思强1,徐银凤2

1.新乡市中心医院呼吸内科(河南新乡 453000)

2.新乡市妇幼保健院产三科(河南新乡 453000)

【摘要】Hedgehog信号通路在人类胚胎发育过程中发挥重要作用，可以调控细胞增殖和组织分化，大量研究表明，食管癌的发生、发展和异常激活的Hedgehog信号通路密切相关。本文从Hedgehog信号通路在食管癌的细胞增殖、血管形成、浸润转移等方面出发，将近年来Hedgehog信号通路和食管癌中发生、发展的研究进展进行报道。

【关键词】Hedgehog信号;通路；食管癌；综述

食管癌是常见的消化系统恶性肿瘤，预后较差。我国是世界上食管癌发病率和病死率较高的国家，死亡率居消化道肿瘤的第二位。Hedgehog(以下简称HH)信号通路在维持正常的细胞分化增殖、血管新生、器官发育调节等多种生理过程中起着关键作用，而异常激活HH信号通路在食管癌的发生、发展过程中发挥重要作用。现将相关研究综述如下。

1　HH通路构成及传导过程

HH基因最初在研究果蝇发育时被发现，HH信号通路的信号网络十分复杂，包括胞外配体HH、跨膜蛋白受体Ptch、另一跨膜蛋白Smo、一些中间传递分子和下游分子Gli等[1]。动物体内存在三种HH同源蛋白，分别为SHH 、IHH 、DHH，其中SHH作用最强大而且功能最清楚，在多个系统发育中发挥关键作用。跨膜蛋白受体Ptch是介导HH信号肽与效应细胞作用的起始分子,由抑癌基因Ptch编码，Ptch异常表达、突变可以导致基底细胞癌、食管癌、鳞状上皮癌等[2-4]。Smo作为通路的信息转换器，发挥中间桥梁的作用,可以把细胞外的HH信号转换为细胞内的Gli信号，启动细胞核内基因的转录，对HH信号通路起着激活作用。正常细胞的Smo不表达或低表达，维持细胞正常生理代谢。当Smo过表达则会异常激活HH通路，使细胞发生转化、恶变。核转录因子Gli发挥转录效应器的作用，可以穿梭于细胞浆和细胞核之间，把转录信号由细胞浆传递到细胞核，脊椎动物存在3种Gli基因，其作用机制不完全相同。

2　HH通路对食管正常发育的意义

Van den Brink,GR[5]发现HH信号分子的表达异常导致鼠科消化道畸形，这些畸形包括消化道闭锁、气管食管瘘等，这些畸形也同样发生在人类。Gli在小鼠中的突变证实了HH信号通路对于正常食管发育的重要性，Gli缺乏的小鼠食管腔很小，有少量间叶细胞，不能发育成平滑肌层，胚胎只有少量剩余的内胚层管，而且没有形成完整的气管和肺。在基因敲除后的小鼠模型上，发现HH信号通路缺陷的小鼠可表现严重的畸形，包括食管闭锁/狭窄并气管食管瘘和气管、肺发育不良等，且畸形程度与突变基因量有关系。

3　HH通路与食管癌

肿瘤的生成与胚胎的发育有一个相同的特征：细胞的快速分裂。胚胎的快速分裂符合人体的生理需要，而肿瘤却严重危害人体的健康。这促使许多学者对二者的关联性展开大量的研究，1996年Hahn和Johnson在基底细胞癌中发现Ptch抑癌基因突变失活，失去对Smo蛋白的抑制作用，导致Smo蛋白始终处于活化状态，最终使皮肤基底细胞癌变，证实了HH信号通路突变与肿瘤之间的关系。目前有研究证明食管癌与HH信号通路异常激活相关。

3.1HH通路与食管癌浸润转移HH信号通路可以促进肿瘤的浸润转移，黏附分子作用于肿瘤细胞使其从原发部位脱落，与细胞外基质黏附，使肿瘤细胞浸润转移。与肿瘤浸润转移最密切相关的分子是上皮细胞表达的E-钙黏附素(E-cad)。研究发现HH信号通路转录因子Gli可以诱导Snail的活性，抑制E-cad的表达，提示HH信号通路的激活可能下调E-cad表达水平，而促进肿瘤浸润和转移。实验证实胰腺癌细胞中G1i持续高表达可导致其浸润表型的变化，并且下调E-cad的表达水平，促进肿瘤细胞浸润、转移。Bailey等[6]将表达HH的胰腺癌细胞移植接种到裸鼠，发现能增大裸鼠原发肿瘤的大小，提高肿瘤浸润转移的发生率。Nagai[7]发现胰腺癌细胞转染Gli提高癌细胞浸润力的同时，伴有基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的上凋，说明HH信号通路的Gli可通过调节MMP-9表达，穿透基底膜，降解癌细胞外基质，促进胰腺癌的浸润。

李俊平等[8]应用免疫组化和原位杂交技术，比较正常食管粘膜、癌旁不典型增生组织和癌组织中Smo、Gli蛋白及Gli mRNA的表达水平后发现：Smo、Gli蛋白及Gli mRNA在正常食管粘膜组织中表达程度较低，而在癌组织中表达程度较高，具有明显差异性。进一步发现浸润浅肌层的癌组织中的Smo、Gli表达明显低于浸润纤维膜的癌组织，说明Smo、Gli的高表达水平与食管癌的浸润性有关。不同的分级与Smo、Gli表达程度有明显的相关性。可见Gli、Smo参与了食管癌的浸润与转移、分级。而且在食管癌组织中Smo和Gli蛋白表达呈正相关，提示Smo与Gli基因在食管癌浸润和转移中有某些相关作用，推测高表达的Smo蛋白可能通过上调下游转录因子Gli蛋白的表达，共同促进食管癌的发生及发展。

3.2HH通路与食管癌血管生成在食管癌发展过程中，持续的血管生成可为癌细胞增殖提供各种生长因子和营养。HH信号通路可调节内皮细胞的分化，可能与血管的生理性或病理性生成密切相关。血管内皮生长因子(VEGF)是内皮细胞的特异性有丝分裂原，能增加血管通透性，在原发肿瘤的发生和肿瘤转移中发挥重要的作用，血管生成素-2(Ang-2)是促血管生成因子，属于纤维蛋白原家族，能与其他促血管生成因子共同来调节血管生成。

Yzmazaki[9]使用HH转染的胰腺癌细胞的上清液培养内皮细胞，发现可诱导VEGF和Ang-2 mRNA表达水平上调。采用靶向药物抑制HH既可以抑制肿瘤细胞的增殖，还可以抑制肿瘤血管的生成。Fujii[10]在研究包括食管癌在内的消化道肿瘤时发现，HH蛋白的过表达可上调VEGF和Ang-2的表达水平，可能是通过诱导调节VEGF、Ang-2的表达而促进消化道肿瘤的发生。林丹霞[11]发现Ang-2可能与VEGF协同作用促进新生血管形成进而参与食管癌的发生、发展。提示HH信号通路与VEGF、Ang-2存在一定的相关性。Bailey[6]发现胰腺癌细胞的Gli作为HH信号通路应答激活，还伴随缺氧诱导因子-1(HIF-1)阳性表达，推测HH可能通过HIF-1调节VEGF的表达，促进肿瘤血管形成。总之，HH信号通路可能从不同层面调节肿瘤血管的生成。

3.3HH与食管癌细胞增殖HH信号通路通过不同分子层面调控细胞周期促进肿瘤细胞的增殖，一些参与肿瘤细胞增殖、扩散的效应分子(如CyclinB、CyclinD、CyclinE、C-myc)是HH信号通路的下游因子[12]，CyclinD2是细胞周期调节的主要因子，在CyclinD2启动子部位发现了与Gli蛋白的结合位点，HH信号通路异常活化可直接上调Cyclin D2蛋白表达量，细胞由静止期向增殖期转化，促使肿瘤细胞有丝分裂。研究Gli在果蝇中的同系物Ci时发现，Ci可以上调其转录靶蛋白CyclinD和CyclinE的表达水平，后两者加快细胞G-S期的细胞进程，调节细胞循环，促进果蝇组织细胞增殖。研究证实，脊椎动物CyclinD1和CyclinE也依赖HH通路的调控进而影响细胞增殖，Hegde[13]将具有反义Gli的质粒转染淋巴瘤细胞，从而降低了CyclinD的转录表达水平，抑制了癌细胞的增殖，Kim[14]使用反义寡核苷酸Gli2转染肝癌细胞的方法来研究细胞增殖的作用机制，发现能选择性抑制肿瘤细胞增殖，作用机制可能是通过调节C-myc和p27的表达来实现。由此可见，HH信号通路通过调控细胞周期因子和凋亡分子，促进肿瘤细胞的增殖。

3.4HH通路与食管癌放疗敏感性放射治疗是恶性肿瘤治疗的主要手段，但放疗后不同肿瘤消退及局部控制率明显不同，主要原因在于不同肿瘤的放射敏感性存在很大个体化差异，细胞周期调控是放射敏感性的重要因素，周期蛋白依赖性蛋白激酶(CDKs)、相关周期蛋白(Cyclins)及周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制因子(CDKIs)调控细胞周期的运行，作用于G1期的重要细胞周期蛋白CyclinD，出现异常扩增，造成过度表达可使细胞失去对生长因子的依赖，G1/S调控点失控，连续的进入细胞周期而发生癌变，同时其表达水平直接与肿瘤细胞的放射抗拒呈正相关[15]。CyclinB促进G2/M期转换而加速细胞周期进程。研究乳腺癌细胞发现CyclinB表达上调导致放射抗拒，CyclinB表达减少,增加G2/M期阻滞从而放射增敏，而很多参与肿瘤细胞增殖、扩散转移的效应分子(如CyclinB、CyclinD、CyclinE、FoxM1、C-myc)是HH信号通路的下游因子，HH异常活化时，可直接上调CyclinB、CyclinD蛋白表达量，我们推测HH通路异常活化，有可能通过上调CyclinB、CyclinD表达量，从而对放射治疗产生抵抗。

4　HH信号通路抑制剂在肿瘤治疗方面的研究进展

随着分子生物学的发展，针对抑制HH信号通路产生抗肿瘤作用的研究引起广泛关注。环靶明是第一个发现的HH信号通路的特异性抑制剂，能显著地抑制依赖HH信号通路存活的细胞生长。作用机制是环靶明与Smo的结合，可以抑制Smo的细胞内信号转导，降低了肿瘤基因的转录和表达，从而抑制HH信号通路。王建军[16]研究显示，环靶明处理后的胰腺癌细胞中Gli蛋白表达水平明显下调，说明胰腺癌细胞内HH信号活性明显受抑制。胡伟国[17]研究胰腺癌细胞发现，随着环靶明浓度逐渐升高，GO/G1期和亚二倍体细胞所占比率增加，但是S期和G2/M期细胞比率逐渐降低，说明环靶明可以使胰腺癌细胞周期阻滞在GO/G1期，通过抑制细胞增殖，最终抑制细胞的生长。Han M．E[18]进行了HH信号通道在胃癌中的研究，发现环靶明可以抑制胃癌细胞的增殖，加速胃癌细胞的凋亡。因此认为HH信号通路抑制剂环靶明在肿瘤治疗中发挥良好的作用。

HH通路抑制剂环靶明只对于由HH信号通路上游基因异常活化导致的肿瘤有治疗作用。但是对Smo级联反应以下的参与HH信号通路调控的分子变化，则没有治疗意义。如果存在Smo的突变体，能对抗环靶明的抑制，则Smo抑制剂不敏感。因此认为针对Gli靶向治疗有更为广泛的治疗价值，目前采用siRNA技术干扰Gli蛋白表达抑制其转录活性，可以有效控制前列腺癌细胞增生，进而促使癌细胞凋亡。一种新的Gli1/Gli2转录因子抑制剂GANT61开始应用于临床，发现GANT61比环靶明更能有效地抑制食管癌细胞，说明HH信号通路是治疗食管癌的潜在药物靶点[19]。

5　展望

HH信号通路的研究是肿瘤学的重大进展，抑制剂环靶明为肿瘤治疗开辟了新的研究道路，而且已证实多种小分子化合物和基因治疗药物均能单独或协同环靶明及其衍生物发挥抗肿瘤作用，相信会成为肿瘤治疗的重要方法。但目前在研究中还存在着一些问题，比如由于对下游靶基因的认识和研究的不足，该通路在肿瘤中的具体作用机制仍未明了；通路中是否还存在着其他的组成部分也有待证实；现有的药物和方法比如环靶明的应用是否对人体产生其他不良反应，是否会产生耐药等都有待进一步的研究。

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