Sonic Hedgehog-Gli1信号通路在肾纤维化中的研究进展

黎 颖 钟 锦 熊维建 刘 洪 龙 梅 熊燕影 雷 蕾

（重庆市中医院肾病科，重庆 400021）

目前全球慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）发病率为10%～12%，并呈逐渐上升趋势。肾纤维化是CKD进展至终末期肾病的共同途径和病理特征。信号通路在肾纤维化中发挥重要作用，在以往的研究中已证实TGF-β1、Notch、Wnt/β-catenin、RAS等信号通路主要通过促进肾小管上皮细胞表型转化参与肾纤维化过程，SHH成为近年来研究热点。研究证实SHH信号通路不仅与肾脏的发育和成熟密切相关，更是积极参与了肾纤维化发生发展。本文将总结SHH信号通路组成及在CKD中的调控作用，探讨SHH的激活模式及作用靶标。

1 Sonic Hedgehog（SHH）信号通路组成和表达调控

Hedgehog（HH）基因于1992年由Lee等在研究果蝇无翅突变中首次发现，人类HH基因在1995年被首次克隆[1]。脊柱动物HH家族分为3个亚群，分别为Desert Hedgehog（DHH）、India Hedgehog（IHH）、Sonic Hedgehog（SHH），其中SHH在人类组织中表达广泛，与人类关系最为密切[2-3]。

SHH信号通路主要由SHH配体，细胞膜受体Patched（Ptch）、Smoothened（SM0）及下游的转录因子Gli家族（Gli1、Gli2和Gli3）组成。Ptch1是一12个跨膜蛋白，具有高度物种保守性，而Ptch1是SMO的抑制剂，Smo是一7个跨膜蛋白，Smo下游是有3～4个胞质蛋白组成的复合物 （Hedghog signaling complex，HSC），包括转录因子Cubitus interruptus （Ci），丝苏氨酸激酶Fused（Fu），驱动蛋白样分子（Costal2，Cos2），Fu抑制剂Sufu，其中Cos2作为骨架蛋白与其蛋白相结合。Cos2同时与其他3个激酶连接。分别是PKA、CK1和GSK3β，这个形式对SHH通路的调节至关重要[4-5]。Gli1即是SHH信号通路的转录调节因子，也是目的基因，Gli1的表达增加是SHH信号通路激活的可靠指标[6]。经典的SHH信号通路活化途径是SHH经过自动的催化裂解后与其膜受体Ptch1结合，解除对SMO的抑制，PKA和CK1磷酸化Smo的C末端，HSC从微管和膜上释放，与磷酸化的Smo结合形式发生改变，从而使PKA、CK1和GSK3β与Cos2解离，Sufu失去对Ci的抑制，解除了Gli1磷酸化等过程，从而使Gli1以全长形式入核启动对靶基因的转录。当配体SHH缺乏时，Ptch1与SMO结合形成复合物，SMO活性受抑制，HSC与微管或膜结合，Smo处于非磷酸化状态，通过Smo与Cos2相互作用，Ci与Sufu和Cos2结合，PKA、CK1和GSK3β磷酸化Ci，转录因子Gli1被磷酸化、泛素化及蛋白酶体截断，从而抑制对靶基因的转录[7-8]。

SHH信号通路尽管高度保守，脊椎动物的SHH信号通路与非脊椎动物还是存在差别。脊椎动物Smo蛋白C末端结构域明细比非脊椎动物短，缺少主要磷酸化位点，且脊椎动物由GRK2而不是PKA和CK1磷酸化Smo，在脊椎动物Cos2的2个同源体Kif27和Kif7不具备Cos2作为功能性驱动蛋白分子发挥作用，仅仅Fu的N末端激酶结构域具有高度保守性，且研究表明人类Fu增强Gli1的表达不依赖其激酶活性，Sufu在抑制脊椎动物Gli1的活性中发挥重要作用[9]。

2 SHH信号通路在上皮细胞间质通信（epithelial-mesenchymal communication，EMC）中的作用

SHH信号通路与EMC密切相关[10]。研究发现在食道癌、胃癌、前列腺癌、乳腺癌等肿瘤中SHH信号通路可通过EMC促进肿瘤的侵袭、转移，给予SMO阻断剂Cyclopamine（CPN）可抑制胰腺肿瘤细胞侵袭和EMC，Gli1缺失时，髓母细胞瘤发生、发展受抑制，Gli1过表达可使肿瘤恶性度提高[11-14]。

近年来越来越多的研究发现在肝、肺、胆管、肾等组织纤维化过程中SHH-Gli1信号通路异常活跃，SHH-Gli1通路通过促进细胞增殖和EMC参与肾纤维化发生发展[15]。肝肺纤维化过程中，SHH表达水平明显上调，阻断SHH信号通路后，α-SMA、S100A4、胶原蛋白等活性物质下降；而上皮标志物E-cad等表达上调[16-17]；在心肌缺血再灌注损伤小鼠动物模型中，SHH表达增加，应用SMO阻断剂CPN可明显减轻心肌纤维的增生[18]。

SHH信号通路与多种通路如TGF-β、Wnt、Notch等相互作用调节EMC过程，SHH通过目的基因JAG2激活Notch信号通路，与细胞核上的调节因子CSL结合上调Snail的表达[19-21]。Gli1还能通过上调受体络氨酸激酶（receptor tyrosine kiase，RTK）诱导TGF-β等自分泌生长因子的产生，其中TGF-β通过Smad信号通路促进间质细胞标志蛋白的表达，也可通过NF-κB刺激EMC调节因子ZEB1和ZEB的表达，他们在EMC过程中均起着重要作用，能有效抑制凋亡和促进侵袭，RTK还可通过PI3K-AKI通路上调Gli1蛋白的表达。

3 SHH信号通路是促进肾纤维化的新途径

肾纤维化是各种慢性肾脏疾病进展到终末期肾病的共同途径和病理特征，肾纤维化严重程度与肾功能下降程度密切相关，是一项决定预后的有效指标[21]。肾纤维化以高表达α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）的肌成纤维细胞激活、细胞外基质异常沉积和纤维瘢痕进行性增多为主要病理改变。研究证实肾脏成纤维细胞增殖活化是肌成纤维细胞的主要来源[22]。故减缓和逆转CKD的进程，改善肾纤维化是非常必要的。

在胚胎发育早期，SHH基因表达与肾脏上皮细胞。正常成熟个体的肾脏组织中SHH几乎无表达，而在各种原因所致CKD患者中SHH在肾小管上皮细胞表达明显上调；这一结果在FA、UUO、IRI、ADR等各种大鼠肾纤维化模型中也被证实，同时Ptch1和Gli1在肾组织中也显著表达，这提示SHH信号通路激活是各种肾脏疾病的共同病理结果[20]。国内学者侯凡凡等研究发现在大鼠UUO模型中，SHH高表达于早期受损肾小管上皮细胞，而SHH下游重要信号分子Gli1则高表达于肾间质成纤维细胞，证明间质成纤维细胞是SHH的主要效应细胞，在纤维化早期肾小管上皮细胞高表达SHH，激活SHH信号通路导致成纤维细胞增殖活化，使大量的细胞外基质沉积，促进肾纤维化[4,6]。其研究团队进一步通过Gli1-LacZ基因敲除大鼠和SHH抑制剂CPN，发现SHH/Gli1通路可激活下游转录因子Snail1促进RIF；国外学者也研究发现活化SHH可通过调控Snail1表达，精密调控EMC发生，证实SHH/Gli1信号通路是EMC过程中导致肾纤维化必不可少的信号通路。

4 结语

SHH信号通路对肾组织的发育成熟非常重要，SHH促进胚胎期肾间质细胞的分化和成熟。Gli1是该通路直接调控靶基因的转录因子，是该通路不同水平被激活后的共同通路。越来越多的研究逐步证实SHHGli1信号通路在肾纤维化的发生发展中起重要作用。因此，进一步探讨SHH信号通路与肾纤维化的关系有助于阐明肾纤维化发病机制及提高诊疗水平。近年来，EMC在肾纤维化中的作用越来越受到关注。SHH-Gli1信号通路与其他相关信号通路和细胞因子等共同参与肾间质纤维化，针对不同机制和不同靶点的SHH抑制剂将为治疗CKD提供思路。