Hedgehog信号通路在常见肝脏疾病中的基础研究进展

栗 昀，贺劲松

(广州中医药大学第四临床医学院 深圳市中医院肝病科，广东 深圳 518033)

Hedgehog信号通路是一条在脊椎科动物胚胎发育、组织更新及损伤修复过程中均发挥重要作用的高度保守的信号通路。异常的Hedgehog信号通路参与了多种疾病(肿瘤、视网膜病变、神经系统疾病等)的发展过程。在胃癌、胰腺癌及卵巢癌中均发现了异常突变的Hedgehog信号通路，并参与了肿瘤的转移和化学抵抗过程[1-3]。肝脏是能天然更新失去组织的消化器官，而Hedgehog信号通路在肝脏的生理及发病过程中发挥重要作用。研究证明，Hedgehog信号通路的异常激活与非酒精性脂肪肝、肝纤维化、肝癌有密切联系[4]。激活Hedgehog信号通路不仅可以调节肝祖细胞数量，促进肝脏再生，还可以增加肝脏内的炎症反应，促进肝纤维化及血管重构，加快肝硬化进程。此外，Hedgehog信号通路还可以促进肿瘤细胞增殖，抑制凋亡，促进肝癌发生。现就Hedgehog信号通路在非酒精性脂肪肝、肝纤维化及肝癌中发生的作用予以综述，以为肝脏疾病的基础研究、临床治疗及特异性药物研发提供依据。

1 Hedgehog信号通路

Hedgehog信号通路是一条参与了多种细胞生物调节，促进细胞增殖、凋亡、迁移等生理过程的信号通路。Hedgehog信号通路首次在果蝇中被发现，在果蝇到哺乳动物的生命进化过程中，该信号通路一直具有高度的保守性[5]。

与其他信号通路一样，Hedgehog信号通路激活需要其自身配体和受体的特异性结合。Hedgehog信号通路主要由分泌性糖蛋白配体[SHH(Sonic Hedgehog)、IHH(Indian Hedgehog)及DHH(Desert Hedgehog)]和跨膜蛋白受体Patched组成，Patched有两个亚型(PTCH-1和PTCH-2)；在哺乳动物中，经典的Hedgehog信号通路主要由PTCH-1、跨膜蛋白受体Smoothened及下游的转录因子Gli(Glioma)家族组成[6]。其中，SHH是最常见的突变配体。当Hedgehog信号效应细胞接收到Hedgehog信号时，细胞表面表达的配体PTCH-1会和SHH特异性结合，解除PTCH-1对SMO(Smoothened)的抑制，释放SMO到纤毛，激活Gli，促进Gli由细胞质转移到细胞核，激活Hedgehog信号通路。而Gli由细胞质进入细胞核后，激活下游靶基因是Hedgehog信号通路发挥作用的关键[7]。Gli家族由3个亚单位组成，分别为Gli-1、Gli-2及Gli-3。Gli-1和Gli-2是Hedgehog信号通路激活的标志，而Gli-3是Hedgehog信号通路的抑制因子[8]。基因组学分析发现，除Hedgehog信号通路自身的Gli-1和Gli-2基因外，大量的常见靶基因也被确定，主要涉及以下几种基因：①调节细胞增殖的基因，包括细胞周期素D、MYCN、胰岛素样生长因子结合蛋白6及叉头框蛋白M1；②生存基因(B细胞淋巴瘤/白血病-2基因)；③参与血管生成的基因，如血管内皮生长因子、类血管生长因子基因[ANGPTL(angiopoietin-like)1/2]；④参与上皮间质转化的基因，如骨形成蛋白1、人黏蛋白5AC、Snail及Jagged2基因[9-11]。

Hedgehog信号通路几乎参与了哺乳动物的整个生命过程。在胚胎发育及婴幼儿时期，Hedgehog信号通路表现活跃[12]。其可以调节神经系统的发育。SHH作为促有丝分裂的形态发生素，可以调节多种细胞的增殖和分化[13]。在神经管中，由脊索产生的SHH可以形成不同的浓度梯度，并通过影响神经前体细胞的命运来决定腹侧的分化。当SHH信号缺失时，由于腹侧分化缺陷和前脑双叶分离失败引起前脑无裂畸形[14]。在胚胎发育时期，Hedgehog信号通路还可以调节神经前体及干细胞发育。此外，Hedgehog信号通路在胚胎发育过程也可以调节骨、肺及消化系统的发育。胃和小肠等中空器官在出生后仍可以表达Hedgehog配体，但肝脏和胰腺等实质器官仅在修复损伤时才表达Hedgehog配体[15]。在成人中，Hedgehog信号通路除在毛发、皮肤等表达活跃外，在其他组织低表达甚至不表达。因此，正常的Hedgehog信号可以调控生命过程，而异常的Hedgehog信号会引起多种病理性改变，包括组织纤维化及肿瘤[16]。

2 Hedgehog信号通路与肝脏疾病

刘智文等[17]通过8标同位素标记相对和绝对定量及结合二维液相色谱串联质谱技术，检测肝部分切除大鼠模型中肝脏蛋白质的表达，结果发现Hedgehog信号通路异常激活，且在肝脏再生过程中作用显著，其中SHH、Gli-2可以通过影响细胞凋亡及能量供给等方式参与肝再生调控过程。另有研究证实，Hedgehog信号通路可以调节肝脏免疫微环境，参与炎症反应，影响肝脏疾病的发生和发展[18]。因此，Hedgehog信号通路在肝脏疾病中具有重要研究价值，且可能成为肝脏疾病治疗的潜在靶点。

2.1Hedgehog信号通路与脂肪肝 脂肪肝是指由各种原因引起的肝细胞内脂肪堆积过多的病变，是一种常见的肝脏炎症。虽然肥胖和饮酒是引起脂肪肝的两大主要因素，但其发病机制尚不完全清楚。脂质代谢失常是脂肪肝的主要发病机制之一。正常情况下，SHH信号通路转录因子Gli-1、Gli-2及Gli-3可以抑制固醇调节元件结合蛋白1及过氧化物酶体增殖物激活受体表达，调节正常的脂质代谢过程，一旦肝脏中正常的SHH信号通路被打乱，固醇调节元件结合蛋白1及过氧化物酶体增殖物激活受体被激活，上调脂肪生成的相关蛋白及酶，促进脂肪变性，则会导致脂肪肝的发生[19]。

在非酒精性脂肪肝患者中，SHH的表达量增加并与非酒精性脂肪肝的严重程度相关[20]。且通过激活Gli-1介导的Hedgehog信号通路，可以促进骨桥蛋白表达，进一步招募骨髓衍生的单核细胞进入肝内，刺激巨噬细胞产生促炎症因子，从而加快非酒精性脂肪肝的进程。同时，抑制Hedgehog信号通路表达，还可以减轻非酒精性脂肪肝小鼠的肝脏炎症反应[21]。 在大鼠非酒精性脂肪肝模型中，SHH信号通路被异常激活，肝组织发生上皮间质转化导致肝纤维化。Patched+/-小鼠中，Hedgehog信号通路的靶基因及上皮间质转化分子的表达量和肌成纤维细胞的数量远远高于野生型小鼠[22]。在肝纤维化伴非酒精性脂肪肝的患者中，Hedgehog信号通路的产生细胞和效应细胞的比例明显增加[23]。

2.2Hedgehog信号通路与肝纤维化 肝纤维化是由各种致病因子所致的肝内结缔组织异常增生。大量研究表明，免疫细胞介导的肝纤维化微环境与Hedgehog信号通路的激活密切相关[24-26]。自然杀伤T细胞(natural killer T cell, NKT细胞)是机体重要的免疫细胞，具有抗肿瘤、抗病毒感染及参与免疫调节等多种生物作用。有研究证实，Hedgehog信号通路能够调节NKT细胞的生理功能[27]。在大鼠和人中，NKT细胞既能表达Hedgehog信号通路配体SHH，也能表达受体PTCH-1及转录因子Gli-1和Gli-2[28]。细胞表面CXC趋化因子受体6-CXC趋化因子配体16轴能够调节外周血中的NKT细胞到达受损的肝组织，而CXC趋化因子受体6的产生依靠Hedgehog信号通路。此外，NKT细胞还能产生SHH，促进胶原蛋白分泌，使静止的肝纤维化细胞转化成肌成纤维细胞，发生肝纤维化[29]。

库普弗细胞是存在于肝血窦的巨噬细胞，其能吞噬来自血液循环中的抗原抗体复合物，以消除这些物质对机体产生的有害作用。肝损伤引起库普弗细胞激活，能够释放SHH和IHH[30]。而外周血中的单核细胞也能表达Hedgehog信号通路中的主要基因，包括IHH、DHH、PTCH-1、SMO及Gli-3，表明单核细胞对Hedgehog信号通路具有易感性。在肝纤维化中，激活的Hedgehog信号通路不仅能招募外周血中的单核细胞进入肝损伤部位，同时也能增加肝内巨噬细胞的表达和调节巨噬细胞的表型[31]。有研究表明，促凋亡作用可以促进成熟的肝细胞产生Hedgehog信号通路配体SHH和IHH，这些配体通过旁分泌的形式作用于周围细胞，包括肌成纤维细胞、肝祖细胞、肝星状细胞等，参与肝重构过程[32]。

骨桥蛋白是由包括免疫细胞在内的多种细胞分泌的细胞外基质蛋白，其分布在机体多种组织中并参与组织修复。有研究证实，骨桥蛋白是Hedgehog信号通路激活的靶基因，且可作为调节因子参与Hedgehog信号通路调节的肝纤维过程[33]。Rac1可以激活Ⅳ型基质金属蛋白酶2，上调Ⅰ型胶原酶表达，促进细胞外基质降解，减轻肝纤维化程度。此外，Rac1还可以促进Hedgehog信号通路介导的肌成纤维细胞和肝星状细胞的表型改变[34]。Yes相关蛋白1是Hippo激酶信号通路的转录因子，可以调节肝星状细胞的生理功能。在大鼠肝再生过程中，Hedgehog信号通路可以调节Yes相关蛋白1，参与肝再生过程[35]。

人Hedgehog相互作用蛋白是Hedgehog信号通路的内源性抑制因子，在静止的肝星状细胞中人Hedgehog相互作用蛋白高表达，且几乎检测不到Hedgehog信号通路中的关键基因(Gli-1、Gli-2)。但在体外培养肝星状细胞24 h后，人Hedgehog相互作用蛋白的表达量下降90%，同时Hedgehog信号通路的配体SHH及Gli-1大量增加，Hedgehog信号通路被激活[36]。黄大伟等[37]将抗纤软肝颗粒作用于活化的肝星状细胞，结果发现抗纤软肝颗粒可以下调Hedgehog信号通路中关键分子(SHH、PTCH-1、SMO、Gli-1)的表达，抑制肝星状细胞的活化，减少转化生长因子-β、血小板源性生长因子B的合成。激活的Hedgehog信号通路低表达上皮细胞表面标志物，而高表达肌成纤维细胞的表面标志物，包括α平滑肌肌动蛋白、coll1α1、纤连蛋白、S100A4蛋白及snail，其中snail是Hedgehog信号通路激活的下游靶基因，能够调节转化生长因子-β，参与上皮间质转化过程[38]。

2.3Hedgehog信号通路与肝癌 细胞凋亡是机体为维持内环境稳定，由基因控制的细胞程序性死亡。细胞凋亡不是病理条件下的损伤，是细胞为更好适应环境而主动采取的死亡形式。其是多基因严格控制的过程。截至目前，参与调控细胞凋亡的基因家族主要有B细胞淋巴瘤/白血病-2家族、胱天蛋白酶家族及癌基因C-myc和抑癌基因p53等。细胞凋亡的紊乱是肿瘤发生的机制之一。胆管细胞是Hedgehog信号通路的效应细胞。已有研究表明，在胆管癌中，正常的细胞凋亡过程被抑制，主要涉及肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体及其死亡受体(death receptor，DR)(DR4、DR5和B细胞淋巴瘤/白血病-2家族)。研究表明，Hedgehog信号通路中的转录因子Gli-3可以结合DR4的启动部位，抑制DR4的转录功能，减少胆管细胞的凋亡[39]。而髓细胞白血病基因-1(myeloid cell leukemia-1，Mcl-1)是抗凋亡的关键因子。Hedgehog信号通路可以调节Mcl-1的表达，但其具体作用机制尚不清楚。在胆管癌细胞中，信使RNA-29b通过结合到Mcl-1的3′非翻译区而抑制Mcl-1 的翻译过程。研究证实，Gli的功能位点在信使RNA-29b的启动部位，且Gli可以抑制信使RNA-29b的转录活性，增加细胞内Mcl-1蛋白的表达。所以，Hedgehog信号通路可能通过抑制DR4和增加抗凋亡因子Mcl-1影响胆管癌的发生[40]。

在肝细胞癌中，Hedgehog信号通路高度活化，是肝细胞癌的发生机制之一[41]。而使用SMO拮抗剂环巴胺可以阻断Hedgehog信号通路，减少其下游靶基因的表达，同时可以引起细胞凋亡[42]。Eichenmüller等[43]在肝母细胞瘤中发现，Hedgehog信号通路异常激活。Hedgehog信号通路内源性抑制剂人Hedgehog相互作用蛋白的甲基化是激活Hedgehog信号通路的主要原因。肝母细胞瘤是儿童常见的恶性肝脏肿瘤。在肝母细胞瘤患者的肝组织样本中，SMO和Gli-1高表达，且与肿瘤分级、肿瘤大小、病理类型呈正相关，与患者的预后密切相关；同时，Gli-1还是肝母细胞瘤的独立预后因子[44]。

在正常肝组织中，Hedgehog信号通路中的相关基因低表达或者不表达，Hedgehog信号通路被抑制。当肝脏出现损伤和修复时，Hedgehog信号通路才会被激活。Hedgehog信号通路不仅参与了肝癌的发生和发展，还与肝癌患者的预后有关。多项研究证实，Hedgehog信号通路中的关键因子SHH及Gli-1在肝癌中高表达，并参与了肝癌的转移和侵袭过程[44-45]。同时，在肝内胆管细胞癌患者中，PTCH-1和Gli-1的表达水平也与肿瘤的TNM分期、转移、浸润、分化程度和存活时间相关[46]。这表明，高度活化的Hedgehog信号通路在肝内胆管细胞癌中发挥重要的调控作用。

在我国，乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)感染是肝癌发生的主要原因之一。HBV X基因编码的HBV X蛋白在HBV相关性肝癌中发挥重要作用。HBV X蛋白作为反式激活因子，不仅可以抑制细胞凋亡，促进肝癌细胞增殖，还可以改变抑癌基因的表型，促进肝细胞癌的发生[47]。已有研究证实，HBV X蛋白可以和Gli-1结合，激活Hedgehog信号通路，促进肝细胞癌的发生和发展[48]。但有关Hedgehog信号通路在HBV相关性肝癌中的研究较少，仍需进一步研究。

目前，关于Hedgehog信号通路的研究多集中于在特异性激活后与疾病发生发展的关系上，而对于其调控因素研究较少。因此，探寻Hedgehog信号通路上游的调控因子对抑制其激活具有重要意义。沉默信息调节因子1 (silent information regulator 1,SIRT1)是去乙酰化酶家族7个成员中研究最广泛的一个，其可以调节蛋白的活性，影响细胞增殖、分化和凋亡等生理功能。研究发现，SIRT1激活剂白藜芦醇可以激活Hedgehog信号通路，促进神经突出的生长[49]。这表明，SIRT1可能是Hedgehog信号通路的调控因子，但在肝纤维化、脂肪肝及肝癌中，SIRT1是否同样参与了Hedgehog信号通路的调控及是否是潜在的治疗靶点，仍需进一步研究。

3 小 结

近年来，Hedgehog信号通路受到广泛关注。其可以通过调节肝脏免疫微环境、调控细胞周期等生理过程来参与肝脏疾病的发展和预后，是治疗肝脏疾病的靶点之一。因此，综合分析临床及实验中的Hedgehog信号通路的靶向治疗药物，对肝脏疾病的治疗具有重要意义。同时，Hedgehog信号通路也可以与Notch、Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/胞外信号调节激酶及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白等信号通路相互作用，故针对多靶点的综合用药也许能提高药物疗效及降低抵抗作用。但对于Hedgehog信号通路在肝脏生理及病理中的作用还没有完全阐明，需进一步研究。