Hedgehog 信号通路在前列腺癌中的研究进展

孙忠杰 综述，刘志宇 审校

(1.解放军第404 医院 泌尿外科，山东 威海264200;2.大连医科大学附属第二医院 泌尿外科，辽宁 大连116027)

前列腺癌是男性泌尿系统最常见的恶性肿瘤，占男性癌症死亡率第二位。目前前列腺癌的治疗仍以手术、内分泌和放疗等为最主要的治疗手段，对于早期前列腺癌患者治疗效果尚可，但对于中晚期前列腺癌患者疗效不甚理想。研究发现Hedgehog 信号途径与前列腺胚胎发育及前列腺癌的发生、发展均密切相关，这可能为前列腺癌的诊断治疗提供新的靶点、新的技术、新的手段。以下就Hedgehog 信号转导通路的组成、转导途径、在前列腺癌发生发展中的作用及以Hedgehog 信号通路为靶点进行肿瘤治疗的相关研究进展作一综述。

1 Hedgehog(Hh)信号通路的构成和转导机制

Hedgehog(Hh)信号转导通路是一个经典的胚胎发育信号系统，在胚胎发育和胚胎形成后细胞的生长和分化过程中都起着重要作用。1980年，Nusslein-Volhard 等［1］在筛选可能引起果蝇突变的基因时发现了一种基因，由其突变导致果蝇皮肤外表有着连续的刺猬(Hedgehog)样刺状突起，该基因被分离出来后，便被命名为Hh 基因。Hedgehog 信号通路由Hedgehog(Hh)配体(Shh、Ihh、Dhh)、2 个跨膜受体复合物:Patched(Ptch)和Smoothened(Smo)、下游转录因子Gli 家族(Gli1、Gli2、Gli3)等组成［2］，在进化上高度保守。

当不存在Hh 信号通路分子时，Ptch 直接与Smo 相互作用，抑制Smo 分子向细胞内呈递信号，这时下游的Hh 信号的终端传递者Gli 蛋白在蛋白酶体内被截断，并以羧基端被截断的形式进入细胞核内，抑制下游目的基因的转录［3］。当Hh 信号通路分子存在时，Hh 与Ptch 结合后，Ptch 与Smo 组成的受体复合物的空间构象发生改变，Ptch 对Smo 的抑制作用被解除，Smo 开始向细胞内呈递信号，并将信号呈递给转录因子Gli。激活的转录因子Gli 进入细胞核，直接促进目的基因(Ptch、Hip、Gli 等)的表达［4］，进而调控细胞的生长、增殖和分化。

2 Hh 信号通路与前列腺的发育

Hh 信号通路对于动物的正常胚胎发育和器官形成具有重要作用［5］，其配体Shh 的表达为前列腺发育的起始所必需，前列腺由来自内胚层泄殖腔腹侧的泌尿生殖窦以睾酮依赖性导管形成的方式发育而来，腺体形成从泌尿生殖窦的上皮出芽开始［6］。Bamett 等［7］用RT-PCR 的方法分析孕妇胎儿的前列腺RNA 得出结论:前列腺上皮的导管出芽和Shh在人类胎儿前列腺的表达以及胎儿睾酮同期出现。前列腺的发育早期Shh 过量表达依赖睾酮的存在，Shh 在泌尿生殖窦的上皮表达，并通过激活邻近间质细胞中的转录因子Gli，促进间质细胞的增殖和分化，从而促进前列腺管出芽。上皮出芽主要是前列腺导管的发育，导管则可广泛分支进人周围的间充质，最后形成由纤维、平滑肌组织包绕的成熟的前列腺腺体。采用Shh 抗体或者Hh 通路阻断剂西洛帕明作用于鼠泌尿生殖窦，可产生Shh 信号抑制，前列腺导管的形成障碍［8］。Fan 等［9］报道Shh 表达在前列腺上皮，Gli1 则表达在前列腺基质，并认为Shh 过度表达将增加肿瘤基质上的Gli1，从而刺激癌细胞的生长。

3 Hh 信号通路与前列腺癌

Hh 信号通路的异常激活导致肿瘤发生，肿瘤中Hh 信号通路的激活形式分为3 种:第1 种为Hh 配体非依赖性，Hh 信号通路成员基因缺失或突变;第2 种为Hh 配体依赖性(自分泌型)，Hh 配体既由肿瘤细胞分泌，又能作用于肿瘤细胞自身。第3 种也是配体依赖性(旁分泌型)，其又分为2 种:Ⅲa 和Ⅲb。Ⅲa 为肿瘤细胞自身分泌Hh 配体作用于周围间质细胞，间质细胞通过激活VEGF、Wnt 等信号反作用于肿瘤细胞促进其生长增殖。Ⅲb 为肿瘤周围间质细胞分泌Hh 配体后作用于肿瘤细胞自身。这种肿瘤细胞与周围间质的复杂相互作用为肿瘤细胞的生长增殖创造了有利的微环境［1］。

3.1 Hh 信号通路与前列腺上皮肉瘤

前列腺上皮内瘤(PIN)是前列腺导管和腺泡上皮异常增生而出现的一种病理征象，因其病变局限于上皮内，所以称为上皮内瘤。1992年Mostofi［10］主持召开的名称统一会议上把前列腺上皮内肿瘤作为前列腺的癌前期病变，提出形态学上具有一定异型性，尚保存原腺体结构或基底细胞层，且无间质浸润的病变统称为PIN，明确其肿瘤性生长特性及具有逐渐发展成浸润性癌的潜能。根据其异型性程度分为2 个级别，即低级别前列腺上皮内瘤(LGPIN)及高级别前列腺上皮内瘤(HGPIN)。前列腺上皮内瘤(PIN)与前列腺癌关系密切，尤其是HGPIN 目前已被公认为前列腺癌的癌前病变。Chen 等［11］把pCX-shh-IG 注射小鼠前列腺内模拟出高表达Hh的模型，观察到所有小鼠在第7 天、第20 天、第30天、第90 天都有PIN 的形成，而注入生理盐水的对照组小鼠无一例形成PIN，在所有注射pCX -shh -IG 的小鼠前列腺中(25 例)，有9 例最终形成了前列腺癌。Chang 等［12］将pCX -shh -IG 注射小鼠前列腺内发现，90 天后小鼠前列腺明显呈肿瘤样改变，其呈现出从BPH、PIN 到前列腺癌这一特有的前列腺肿瘤逐步演变过程，说明Hh 信号通路对诱导PIN 的发生及发展并且最后形成癌的过程起着十分重要的作用。

3.2 Hh 信号通路与局限性前列腺癌

前列腺癌肿瘤细胞的生长与生存依赖于Hh 信号通路的活性［13］，比较正常组织和肿瘤组织中Shh蛋白的表达水平，发现在前列腺癌中Shh 的表达水平要高于正常的前列腺组织。Sanchez 等［14］对239例前列腺癌、15 例前列腺癌前癌变和135 例前列腺增生症标本进行检测，结果33%的肿瘤标本Shh 高度表达;其接着对前列腺癌细胞系PC3、LN -CaP、DU145 检测，发现其中Shh、Ptch1、Gli1、Gli2 和Gli3高度表达，通过环耙明和抗Shh 抗体途径干扰Shh-Gli-1 信号通路途径，结果抑制前列腺癌细胞增殖，说明Shh 可使前列腺肿瘤细胞增殖。Karhadkar等［15］培 养4 个前 列 腺癌 细胞系(PC3、DU145、CWR22RV1、LN - CAP)，用RT - PCR 检测癌细胞系中Gli 及Ptch 的mRNA 水平，发现这4 个肿瘤细胞系均有Shh 及Ihh 的配体转录，均有Gli 和Ptch的表达，与正常前列腺上皮细胞相比，Ptch 表达水平增高约200 ～400 倍。Chad 等［16］研究发现丝氨酸蛋白酶抑制剂PN1 为Hh 信号在前列腺的负调控因子，Shh 表达增强的肿瘤的生长，而PN1 的过度表达抑制小鼠前列腺癌细胞的生长，Hh 信号通路基因的变异会增加患前列腺癌的风险。

3.3 Hedgehog 信号通路与雄激素非依赖性前列腺癌

晚期前列腺癌患者经激素去势治疗后往往发展成为去势抵抗性的前列腺癌，虽然患者全身雄激素水平低下，但去势抵抗性的前列腺癌细胞能在低水平雄激素的环境中生长，考虑可能与内源性雄激素受体异常活动有关。Chen 等［17］应Hh 抑制剂环耙明作用于雄激素剥夺和雄激素非依赖性前列腺癌细胞，结果与雄激素调节相关基因的表达呈剂量依赖性。Shaw 等［18］通过研究雄激素非依赖性前列腺癌(AIPC)患者血液中的循环肿瘤细胞，把AIPC 的肿瘤细胞长期培养于低雄激素水平条件下，检测结果显示Hh 信号通路蛋白受体Ptch 趋向于高表达。将Hh 信号通路抑制剂环靶明(cyclopamine)作用于AIPC 培养液，结果抑制了循环肿瘤细胞生长。说明Hh 信号通路有助于非激素依赖性前列腺癌细胞的生长。

3.4 Hedgehog 信号通路与转移性前列腺癌

Hh 信号通路同样参与肿瘤的侵袭及转移。Karhadkar 等［15］通过免疫组织化学研究前列腺癌手术标本，结果显示癌旁正常组织、局限性前列腺癌、转移性前列腺癌均表达Shh 和Ihh，但正常前列腺组织不表达Ptch 和Gli，12 例局限性前列腺癌中只有3 例表达Ptch 和Gli，转移性前列腺癌均表达Ptch和Gli。实时半定量RT -PCR 进一步分析提示，局限性前列腺癌中Ptch mRNA 的最高水平尚不及转移性前列腺癌中最低水平的十分之一，说明转移性前列腺癌中Hh 信号通路被强烈激活。Karhadkar同时对裸鼠进行研究发现，具有低转移潜能的前列腺癌细胞株AT2.1 为Hh 通路受体低表达型，具有高潜能的前列腺癌细胞株AT6.3 为Hh 通路受体高表达型，裸鼠皮下注射AT6.3 细胞后能产生广泛的内脏器官转移，于接种后18 d 内全部死亡，而皮下注射AT2.1 细胞的裸鼠在30 d 内未死亡并且未发现内脏转移。随后将Gli 稳定转染于AT2.1 细胞，结果导致所有接种AT2.1 细胞的裸鼠16 d 内死亡，AT2.1 -Gli 细胞出现广泛内脏转移，说明Hh 信号通路的激活加速了前列腺癌细胞的侵袭和转移。

4 Hh 信号通路和前列腺癌的靶向治疗

针对Hh 信号通路中不同层次的信号转导分子及其相互作用分子的研究越来越多，使其有可能成为肿瘤治疗的新靶点。最早发现的能抑制Hh 通路活性的药物是环靶明，其是一种植物性甾体类生物碱，其抗肿瘤机制是通过cyclopamine 与Smo 的特异性结合，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 信号通路产生抗肿瘤作用［19］。Karhadkar 等［15］将前列腺癌PC3 及22RV1 肿瘤异种移植小鼠皮下后用cyclopamine 治疗，注射cyclopamine 50 mg/kg·d，20 ～24 d 后肿瘤全部消失，停止治疗后肿瘤无复发，治疗取得了良好的效果。由于环杷明的特异性强及毒副作用小的特点，可能成为临床靶向治疗特异性药物，但由于其稳定性低及溶解度差等理化性质，现在改造后的cyclopamine 及其衍生物作为抗癌药物的研究已经进入Ⅰ期甚至Ⅱ期临床研究阶段(如GDC-449、IPI -926 等)。

针对Hh 信号通路的多靶点联合阻断治疗的研究也越来越多，优于单一靶向治疗。Mimeault 等［20］研究发现EGFR 和Shh 在转移性前列腺癌细胞系LNCaP、DUl45 和PC3 细胞同时高水平表达，用吉非替尼和cyclopamine 分别抑制EGFR 酪氨酸激酶和Shh，同时联合使用临床化疗药物多西紫杉醇，结果发现联合用药对转移性前列腺癌细胞系具有明显的抗增殖和细胞毒作用，联合用药比单一化疗药物能够获得更高的细胞凋亡率。随后Shaw 等［21］也做过类似研究，其联合运用ErbB 受体抑制剂吉非替尼和Hh 信号通路抑制剂cyclopamine 作用于非雄激素依赖性前列腺癌细胞系LNCaP C4 -2B 中，结果出现协同抑制作用，联合用药明显降低了非雄激素依赖型前列腺癌增殖活动。还有研究表明紫杉醇与Hh信号通路抑制剂cyclopamine 联合作用可以逆转非雄激素依赖性前列腺癌、转移性前列腺癌对化疗药物的耐药性［22］。

5 总 结

综上所述，Hedgehog(Hh)信号通路与前列腺胚胎发育、器官形成密切相关，在前列腺癌的形成、侵袭、转移过程中起十分重要的作用。但对于Hh信号通路如何调控前列腺癌的机制尚不清楚，因此深入研究前列腺癌发生的分子机制，探寻Hh 信号通路与前列腺癌的内在联系，寻求有效的靶标，是亟待解决的问题。晚期前列腺癌的治疗仍是难点，相信随着靶向治疗的研究发展，针对Hh 信号通路的靶向药物单独或联合其它化疗药物应用，对晚期前列腺癌尤其是雄激素非依赖性前列腺癌的治疗将会呈现广阔的应用前景。

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