Hedgehog信号通路在肾脏纤维化中的研究进展

郭瑞丽，许春花

(延边大学附属医院儿科，吉林 延吉 133000)

肾脏纤维化(renal fibrosis， RF)是慢性肾脏疾病(chronic kidney diseases，CKD)最终导致终末期肾功能衰竭(end-stage renal disease，ESRD)的共同病理生理改变的过程，也是最终形成ESRD的关键原因。这一发展过程中涉及疾病的炎性反应、纤维化以及瘢痕的形成。其病理变化的特征性主要表现为肾小球上皮毛细血管炎性反应导致肾小球硬化，肾小管间质成纤维细胞转化为肌成纤维细胞形成肾间质纤维化(tubulointerstitial fibrosis，TIF)。

RF的发病机制较为复杂，诊断、治疗方面仍存在困难。国际已有研究表明Hedgehog信号通路可在RF中被激活，但该信号通路在RF中发挥的作用仍不清楚。接下来通过探讨Hedgehog信号通路在RF过程中如何作用为综述，对RF的研究进一步提供思路。

1 Hedgehog信号通路概述

Hedgehog信号通路表达的基因，在突变时果蝇幼虫体表出现多毛、刺突形状，酷似刺猬，因此而被命名[1]。Hedgehog信号通路在组织细胞定向发育、促进细胞的有丝分裂、调节平衡、参与修复等过程，尤其在生殖系统的发育、癌症等有密切关系。因此，该信号通路的失调会导致机体多器官的发育障碍和癌症的发生，有研究表明该通路参与肾癌、胃癌、乳腺癌、肝癌等多种肿瘤的发病与唇腭裂的发生相关[2-3]。

Hedgehog的同源基因在哺乳动物中有三类：Sonic Hedgehog(Shh)、Indian Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh)，分别编码Shh、Ihh和Dhh蛋白[4]。Shh表达最广泛,信号通路上起主要作用;Ihh主要参与骨细胞的增殖、分化;Dhh 参与生殖细胞的发育。其中，Shh蛋白是由其受体跨膜蛋白Ptch(Patched homolog，Ptch)，及其下游的蛋白Smoothened(Smoothened，Smo) 和锌指蛋白(Zinc finger protein，Gli) 组成[5]。Hedgehog信号通路的传递过程中，靶细胞膜上的受体Ptch和Smo可对其控制。目前认为该通路中Ptch是抑制性受体，Smo是激动性受体[6]。研究发现，受体Ptch是由多个跨膜区的单一肽链构成，通过与配体的直接结合,负调控信号通路；受体Smo在Hedgehog信号通路传递中必不可少[7]。基因Smo突变时的表现与Hedgehog基因突变时的表现极为相似。由此可知，当机体缺乏Hedgehog信号通路中的Ptch受体时，激活Smo即可出现Hedgehog靶基因活化。目前发现，核内因子如蛋白激酶A(PKA)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Fused(Fu)、Fu抑制剂(SuFu)、转录因子Ci/Gli、类运动蛋白 Costal-2(Cos2)等，可参与Hedgehog信号通路转导。其中Ci/Gli、Fu起正调控作用，Cos2、PKA起负调控作用。Hedgehog信号通路的关键步骤是Gli的活化。Gli蛋白是多功能的转录因子，家族成员包括Gli1、Gli2、Gli3，而Gli1是Hedgehog信号通路的主要应答基因，该转录激活因子在通路激活过程中起正反馈调节的关键作用。

2 RF

RF微观上讲是肾脏固有细胞纤维化，各种破坏因子的作用使细胞受到损伤即出现细胞的纤维化。同时受损伤的细胞会释放多种细胞因子，与炎性反应因子结合反作用于肾脏固有细胞，如肾小管上皮细胞、间质细胞、系膜细胞等细胞，使这些细胞的表型结构和细胞功能发生了改变，如转化生长因子(TGF)等可产生该作用[8]。肾脏结构发生不可逆的破坏后，功能相继受损，最终导致RF。综上所述的改变，可通过一些生物信号通路调控，Hedgehog信号通路就是其中之一。 肾小管间质纤维化涉及细胞极为广泛，如系膜细胞、肾小管上皮细胞、成纤维细胞、肌成纤维细胞、周细胞、肥大细胞等其他相关炎细胞。而成纤维细胞在RF中起主要作用，它的来源主要包括肾脏固有的成纤维细胞和通过其他细胞及肾小管上皮细胞间充质转分化 (Epithelial Mesenchymal Transition, EMT)而来的成纤维细胞。成纤维细胞的不断增殖、活化，通过旁分泌信号传导转变为肌成纤维细胞，此细胞表达的平滑肌肌动蛋白( smooth muscle actin，SMA)，与基底膜相连加速产生细胞外基质(Extracellular matrix，ECM)，导致其异常沉积，形成RF的基本特征。 肾小管上皮细胞在急性肾损伤的情况下可改变细胞内信号转导和基因表达，如波形蛋白增多，Ⅰ型、Ⅲ型胶原增多。E-钙黏蛋白( E-cadherin，E-ca) 表达减少,引起RF[9]，为TIF形成提供关键的信号。同样，RF的病变可增加小管细胞坏死、凋亡，减少肾小管细胞增殖[10]。

3 Hedgehog信号通路与RF

Hedgehog信号通路编码的Shh蛋白在胚胎发育时期，Shh基因表达于包括肾脏等众多器官上皮细胞中[11-12]。并且，在肾脏损伤的早期即可出现表达，从而说明Hedgehog信号通路在组织损伤早期参与肾脏损伤后的组织修复过程。

3.1Hedgehog信号通路与肾间质细胞:由信号通路中Shh基因表达的肾间质细胞与RF息息相关。研究表明，慢性TIF大鼠模型中，成纤维细胞的过量增殖、活化和ECM的产生和沉积, 都有Shh基因过量表达参与其中，最终使大鼠发生RF继而肾功能的恶化。TIF中的众多细胞类型中，周细胞作为一种特殊细胞与成纤维细胞共同参与配体的作用，同为与Shh配体作用的重要细胞。因此，Shh信号通路除外影响成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，同样在周细胞转化为肌成纤维细胞的过程中也扮演重要角色[13]。同样该过程在Fabian等的研究中体现，Shh配体触发细胞的增殖，使周细胞调控的肌成纤维细胞前体向肌成纤维细胞转化。而肌成纤维细胞的激活，进一步受到Hedgehog信号通路、TGF-β、Wnt/β-catenin信号通路等多种促纤维化因子通过自分泌和旁分泌途径调控各种来源的肌成纤维细胞，促进其活化，并产生大量的胶原蛋白，为RF的产生形成土壤[14]。

Hedgehog通路的配体与Ptch受体结合时，可解除Ptch对Smo的抑制作用，使Smo活化，间接促进了转录因子Hedgehog-Gli入核，并调控下游靶基因[15]。 在RF模型中，Hedgehog配体随着下游Gli效应子表达的显著激活而上调。Hedgehog信号通路反应性 Gli1 阳性间质细胞在纤维化过程中增殖扩增，Gli1 和 Gli2 阳性细胞分化为α-平滑肌肌动蛋白阳性肌成纤维细胞。Hedgehog 配体触发了细胞增殖，提示该通路在RF发生过程中，可能在调节肌成纤维细胞祖细胞的细胞周期进程中发挥了作用。Hedgehog 拮抗剂在体内阻断了Gli1 的诱导，但没有减少RF。然而，Gli2 的转录诱导不受拮抗剂的影响，表明Hedgehog-Gli 信号在RF疾病中的可能作用。所以，Hedgehog信号通路的配体在参与肌成纤维细胞的产生中起重要作用。

3.2Hedgehog信号通路与肾小管上皮细胞:RF过程中，肾小管上皮细胞-间充质细胞的转化也发挥着关键作用。

Hedgehog的同源基因编码Shh蛋白，肾脏损伤后，Shh被诱导主要表达在肾小管上皮细胞，但它能特异地靶向作用于成纤维细胞，引起它们的活化和增殖。Bai等研究发现 UUO大鼠肾脏组织Shh信号通路激活会出现肾小管EMT,促进TIF,而解除输尿管梗阻后，纤维化各项指标明显下降,TIF化程度减轻[16]。白藜芦醇可以抑制梗阻性肾病的肾组织 Shh 信号通路的过量表达，通过降低TGF-β1的表达，减少ECM的沉积，阻止细胞表型 EMT 的结构改变，减轻肾间质纤维化[17]。Shh信号通路通过参与增强细胞增殖、细胞分化等，从而与RF、肿瘤等发生紧密相关[18]。因此，Hedgehog信号通路能通过介导肾小管上皮细胞与间质成纤维细胞间的交流，从而促进成纤维细胞激活与增殖[19]。这些主要的促纤维化因子与其他相关因素共同参与了成纤维细胞的激活，如细胞活性氧(ROS)、炎性介质、结缔组织生长因子(CTGF)、血管紧张素Ⅱ和某些ECM组分等。表明肾脏损伤后，来源于肾小管的 Shh 导致肾间质成纤维机制与EMT的形成过程相关，从而影响RF。

4 总结

本文对Hedgehog信号通路在肾间质细胞、EMT过程中的作用进行了探讨，Hedgehog信号通路中表达的Shh蛋白以及其他相关的转录因子，参与周细胞和成纤维细胞、肌成纤维细胞的转化表达，介导肾小管上皮细胞与间质成纤维细胞间的交流，从而促进了成纤维细胞的激活与增殖，导致了RF的形成。

通过Hedgehog信号通路对转化过程中作用的探讨，认为Hedgehog信号通路在TIF的过程中起到了重要作用，但是这个通路与其他的信号通路之间是否存在交叉调节影响通路的作用，目前仍不明确，仍需要进一步探讨。

本次对于Hedgehog信号通路的探讨，在一定程度上有助于进一步促进TIF发病机制、诊断、治疗的研究，为今后的RF的研究以及对RF疾病的防治提供了一个新思路。