Hedgehog信号通路与纤维化疾病的研究进展

罗秀芳，陈菊屏

(西南医科大学附属第一医院呼吸内二科，四川 泸州　646000)



Hedgehog信号通路与纤维化疾病的研究进展

罗秀芳，陈菊屏

(西南医科大学附属第一医院呼吸内二科，四川 泸州646000)

[摘要]近年研究发现，活化的Hedgehog(HH)信号与肺、肝、肾等器官纤维化具有密切关系。本文对HH信号通路在肺纤维化、肾间质纤维化、肝纤维化过程中的作用，HH通路激活上调，从纤维化相关基因表达及其他纤维化信号通路激活等方面影响纤维化过程进行综述。

[关键词]Hedgehog信号通路；肺纤维化；肾间质纤维化；肝纤维化

据相关资料统计分析表明，纤维化疾病的发病率和致死率呈逐年上升趋势，研究其发病机理及治疗方法尤为重要。Hedgehog(HH)信号通路参与了胚胎时期许多脏器形成与发育、组织器官成熟与稳定、损伤后修复、肿瘤发生等过程。尽管各种不同发病因素刺激组织器官致损伤异常修复，但纤维化疾病具有相似特点，成纤维细胞激活分化为肌成纤维细胞后产生大量基质，同时多种细胞因子影响纤维化过程。近年来， HH信号通路成为纤维化疾病研究的热点之一，深入研究HH通路在纤维化疾病中的作用，有助于进一步了解纤维化疾病发病机理，为纤维化疾病的治疗带来福音。因此，HH信号通路成分能否作为纤维化疾病治疗靶点值得进一步研究。本文就HH信号通路与纤维化疾病关系进展作一综述。

1Hedgehog信号通路概述

1.1发现与发展1980年Nüsslein-Vollhard 等[1]在研究果蝇基因突变时发现了Hedgehog基因(HH)，后因突变的果蝇胚胎呈辐射车轮状似蜷缩的刺猬而得名，目前研究发现哺乳动物中至少有3种同源基因：音猬因子(sonic hedgehog，SHH)、沙漠刺猬因子(desert hedgehog，DHH)、印度刺猬因子(indian hedgehog，IHH)。DHH 更接近于果蝇的染色体组的类型，在人体表达较少，而SHH和IHH与人的染色体组更接近，研究最多且最深入的是SHH信号通路。

1.2组成在哺乳动物HH信号通路主要是由HH配体SHH、IHH，膜受体Patched(PTCH1、PTCh1)、Smoothened(SMO)及下游的转录因子GLI家族(GLI1、GLI2和GLI3)组成[2]。高度保守的HH 蛋白具有自我催化及脂质修饰功能，脂质修饰的SHH单体定位在固醇丰富的细胞膜上，由于脂质分子的修饰，SHH分子相对不容，其分泌需要Dispatched1这种多途径跨膜蛋白包含了固醇敏感的结构域，PTCH1和 PTCh1也存在此结构域，指导细胞释放HH至细胞膜上，这也易于HH经组织中分泌细胞分泌后长距离转运。Patched为一负反馈调节因子，是位于细胞膜上接收和转导HH信号的膜蛋白，是12次跨膜的跨膜蛋白，在脊椎动物中PTCH的2个同源基因编码的蛋白PTCH1和PTCh1与HH配体结合的亲和力相似，但PTCH1表达于胚胎所有间充质细胞，PTCh1多表达于表皮细胞中，常与SHH共同表达。SMO蛋白为7次跨膜蛋白，与G蛋白耦联型受体同源，该蛋白是信息转换器，它能够将细胞外的HH信号转换成细胞内的GLI信号，对HH信号途径具有激活作用。GLI定位于细胞核及胞质，是SMO下游的重要的多功能转录因子，其激活是反映HH信号通路活性较准确可靠的标志，以全长形式才能激活启动子，若被蛋白酶体降解，可形成抑制子，阻碍下游靶基因表达。

1.3信号通路调节经典的HH信号通路活化途径是HH配体先合成前肽，经过自动的催化裂解产生一个N-末端片段，再经胆固醇和异戊烯基脂质修饰后转移至质膜并释放到胞外，HH与PTCH结合，解除对SMO的抑制，SMO解除了GLI磷酸化等过程，从而使GLI以全长形式入核启动对靶基因的转录，当配体HH缺乏时，受体PTCH与SMO结合形成复合物，SMO活性受抑制，转录因子GLI被磷酸化、泛素化及蛋白酶体截断，使GLI不能以全长形式入核，从而抑制对靶基因的转录[3]。除经典的活化HH信号通路外，还存在其他的活化途径，如转化生长因子(transforming growth factor-β，TGF-β)、成纤维细胞生长因子(epidermal growth factor，EGF)、表皮生长因子(fibroblast growth factor，EGF)等在没有活化SMO的前提下直接使 GLI转录从而调节下游靶基因的表达，及调控Ras、Wnt、SNAI1、SNAI2、TWIST等信号分子组成复杂的交叉调控网络系统，精密调控上皮间质转分化(EMT)发生，TGF-β是纤维化过程中关键调节因子，而SHH可影响TGF-β基因表达，同时TGF-β与TGF-β受体结合也可上调SHH的表达[4]。

2Hedgehog信号通路与纤维化疾病关系

2.1Hedgehog信号通路与肺纤维化肺纤维化(pulmonary fibrosis，PF)是因毒物、免疫反应、药物副作用、感染等各种因素刺激引起肺部炎症，导致肺损伤、成纤维细胞增殖及大量细胞外基质沉积(extracellular matrix，ECM)，最终导致肺组织反复破坏及修复，大量胶原沉积而形成。特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis， IPF)是间质性肺疾病一种类型，其病因尚未明确，发病机理与上皮损伤导致异常的上皮异常活化而阻碍上皮细胞的修复，促进了间充质细胞的移动、增殖、激活，使肌成纤维细胞聚集，刺激新生血管形成等相关[5-7]。体外实验支持这一假说：HH通路系统可调控依赖TGF-β的肌成纤维细胞分化及上皮间质转化，PATCH1、GLI1仅在发育时的间质细胞中表达[8，5]，在成人IPF时，肺成纤维化细胞中SHH、PATCH1、SMO、GLI1表达增高，SHH上调PATCH1 和GLI1的表达，促进EMT，成纤维细胞增殖、移动、胶原及纤维连接蛋白增加，保护TNF-α/IFN-γ/FasL诱导的细胞凋亡[9-10]。博来霉素损伤后的成年老鼠肺有大量的表达GLI1的成纤维细胞及肌成纤维细胞在肺纤维化区，胶原明显增加的区域含量越高，应用该信号通路的抑制剂抑制该通路所有同工型，并未减轻博来霉素所致的纤维化，但是腺病毒介导的SHH过度表达增加了胶原的产量[11]。Moshai等[12]研究进一步证实，从SMO水平抑制HH通路，对纤维化无影响，从GLI水平抑制纤维化效果显著。可能是由于通过其他独立的通路活化GLI介导肺纤维化，如FGF、EGF和MAPK通路。GLI2被证实是不依赖HH信号的TGF-β/SMAD的一个早期基因目标。GLI可能是多种信号通路的交叉点，抑制GLI的活性可能成为IPF治疗目标[13]。

2.2Hedgehog信号通路与肾间质纤维化肾间质纤维化(renal interstital fibrosis，RIF)是慢性肾脏病发展到终末期的共同结局。RIF的发生和发展主要与炎性细胞参与、细胞因子的作用、细胞增殖和EMT、细胞外基质(ECM)合成相关。大量研究证实肾纤维化时，HH通路有效激活，该通路作为一个新兴发展的信号通路在肾纤维化时关键组成成分大幅上调[14]。白永恒等[15]利用手术单侧结扎输尿管梗阻性肾病(UUO)动物模型的实验发现，输尿管梗阻后，SMO、GLI1表达升高，且均可被从红葡萄酒中提炼出来的一种多酚类化合物白藜芦醇(Res)逆转，Res可有效缓解输尿管梗阻所致的RIF，其机理可能为Res下调SHH信号活性，抑制成纤维细胞增殖，阻碍ECM成分合成，进而减轻其在肾间质的累积而改善纤维化。丁红[16]的实验研究表明，SHH信号通路在肾间质纤维化时处于活化状态，SHH及GLI1表达均明显增加，无论GLI1基因敲除还是应用SHH信号通路抑制剂，成纤维细胞向肌成纤维细胞转化标志蛋白α-SMA、肌丝蛋白及基质中Ⅰ型胶原、纤维连接蛋白含量减少，阻滞SHH信号通路可抑制RIF的发生。其体外培养大鼠肾成纤维细胞NRK49F，人SHH蛋白可明显诱导大鼠肾脏成纤维细胞Snaill mRNA的表达，诱发成纤维细胞向肌成纤维细胞表型转化，促进细胞外基质增加。然而Fabian等应用UUO模型，注意到HH通路抑制剂IPI-926抑制GLI1，但是并未减少肾纤维，可能由于肾纤维化时，RAS-RAF-MEK 和PI3K/AKT等通路激活从而活化SMO，维持GLI1功能。

2.3Hedgehog信号通路与肝纤维化肝星状细胞(hepatic stellate cells，HSC)是肝脏细胞外基质主要来源，HSC的增殖、凋亡、过度及持续激活并进一步转化为肌成纤维细胞与肝纤维化的发生、发展关系密切。随着肝脏的发育成熟，肝组织中HH信号通路的表达逐渐降低，处于失活状态。HH通路异常激活可导致HSC的激活，多种活化的HSC表达HH通路SHH、PATCH、SMO和GLI等多重组分，HH信号通路通过调节HSC等效应细胞的增殖、活化，并抑制细胞的凋亡，在肝纤维化的进程中发挥了重要的作用。研究发现用四氯化碳诱导肝纤维化老鼠后，予HH通路抑制剂姜黄素可下调通路中两个关键成分：PATCH 和 SMO，但Hhip表达恢复，抑制细胞周期、诱导线粒体凋亡、减少纤维化基因表达、脂类聚集恢复、抑制HSCs的侵犯及迁移，从而调控细胞命运，影响纤维化过程。HH与其他通路共同调节复杂的肝纤维化过程，Xie等[17]证实人工培养的HSC转变为肌成纤维细胞，HH信号通路激活，发生了EMT 及Notch信号肽增加。封闭肌成纤维细胞Notch信号，HH通路激活受抑制，导致MET，抑制HH通路而抑制Notch信号，诱导MET，因此Notch和Hedgehog通路相互作用控制着成熟肝修复中调控EMT/MET。人工培养的静止的HSC转分化为肌成纤维细胞诱导糖酵解致乳酸堆积。Chen等[18]揭示，糖酵解需要HH通路参与，动物及患者的肝脏疾病中，糖酵解基质细胞的数量与纤维化程度有关，老鼠肌成纤维细胞HH信号通路的中断，使糖酵解的肌成纤维细胞减少，肝纤维化程度下降，其体外实验也得出类似结果，因此HH信号还通过新陈代谢调控着HSC命运。

3展望

纤维化疾病已成为一个严重的影响全球公共健康的问题，大多数研究显示随着时间推移，发生率逐渐增加，但目前对于纤维化疾病治疗仍无特效药物，致使其成为一个亟待解决的问题。纤维化的病理过程需多条信号通路、细胞因子等共同协作，HH信号通路与肺、肾、肝等多脏器纤维化的发生、发展密切相关，其作用机理是多方面的。调控HH信号通路的信号转导，针对不同作用机理和不同靶点的HH信号通路抑制剂为治疗纤维化疾病提供了治疗思路，从GLI水平抑制该通路影响纤维化过程的抑制剂是一个有前景的治疗纤维化疾病的方法。虽然动物实验取得一定成绩，但对于人来说，药物的有效性、耐药性及副作用等还有待进一步研究。

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(收稿日期：2015-06-15)

[中图分类号]R521.6；R575.2

[文献标识码]A

DOI:10.11851/j.issn.1673-1557.2016.02.006

通信作者：陈菊屏，jininche1996@sina.com

优先数字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1688.R.20160311.2132.004.html