Hedgehog信号通路调控肝癌上皮间质转化的研究进展
2023-03-10邵香香潘旭红王永英马未节李红玲
邵香香,潘旭红,王永英,马未节,李红玲
(1.甘肃中医药大学第一临床医学院,甘肃 兰州 730000;2.甘肃省人民医院,甘肃 兰州 730000)
肝癌是我国最常见的恶性肿瘤之一,严重威胁着患者的生命和健康[1],危险因素主要包括乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(HCV)感染,酒精性肝炎等,HBV、HCV感染导致的肝硬化是肝细胞癌(HCC)的主要病因[2]。由于缺乏有效的治疗、早期诊断失败、预后不良,HCC患者的生存时间非常有限[3],不可切除的HCC的5年总生存率低于10%,这些患者的所有药物治疗都显示出非常差的疗效,因此对肝癌的有效治疗也存在一定挑战,探讨肝癌的发病机制对肝癌的早期诊断、治疗和预后有更深入地了解。近年来研究发现,肝癌的发生发展与信号通路的激活有一定的联系,其中包括PI3K/Akt 信号通路[4],Wnt/β-catenin信号通路[5],转化生长因子(TGF)-β1/Smad信号通路[6],NF-κB信号通路[7]和Hedgehog(Hh)信号通路[8]等,对于Hh信号通路的研究较少,一些研究表明,Hh信号通路在基底细胞癌[9]、外阴鳞状细胞癌[10]等中被重新激活。在这些癌症中,重新激活的Hh信号参与了恶性表型的诱导。并参与着细胞增殖、凋亡、侵袭、转移及上皮间质转化(EMT)等过程,鉴于异常的Hh通路信号已在许多恶性肿瘤中被发现,该通路已成为药物开发的一个有吸引力的靶点。其中最典型的方法是靶向Smo受体,其他抑制Hh途径的方法包括抑制下游成分或直接结合Hh配体。2012年1月,Smo拮抗剂vismodegib成为第一个靶向Hh信号通路的药物[11]。本文总结对人类癌症中Hh信号激活的理解、Hh信号对EMT的调节及Hh信号抑制的潜在拮抗剂及其对人类癌症治疗的临床意义等方面的重大进展。
1 Hh信号通路
Hh信号通路在胚胎发育、器官成熟和形态维持[12]中起着重要作用。当胚胎成熟时,这一途径就会失活。Hh信号通路的异常激活与恶性肿瘤的发生、侵袭和转移密切相关。Hh通路的激活需要Hh配体,Hh系统包括三种Hh配体:Ihh、Shh和Dhh[13-15],其中Shh是研究最多的一个。Hh配体的产生、分泌、加工和运输是激活Hh信号[13,15-16]的必要条件。Patched家族成员Ptch1和Ptch2是Hh受体,具有多跨膜结构域和空间感应结构域[17-18]。Ptch1和Ptch2并不直接将Hh信号转导到细胞内信号级联中,而是通过Smo的七跨膜型受体[19]间接传递。Gli1基因最初被认为是恶性胶质瘤中扩增的致癌基因,最终成为Hh信号效应的转录因子[20-21],Gli1作为Hh靶基因的转录激活因子,而Gli2和Gli3作为转录激活因子或抑制因子,当Hh配体存在时,配体与Ptch的结合形成Hh-Ptch 复合物,进入细胞后在溶酶体中被降解,Smo的抑制作用进而被解除[13,15-16]。随后,激活的Smo干扰Gli的蛋白水解过程,并促进它们与融合抑制因子(SUFU)分离,允许它们易位到核[22]。通过它们的DNA结合域,Gli激活子(GLIAs)与靶基因启动子内的GLI结合共识序列5′-gaccaccca-3′结合,启动其基因转录,如细胞周期蛋白(CCND1、CCND2)、抗凋亡因子(Bcl2、BCLX)、迁移基因(Snail、ZEB1)及其自身的通路基因(Ptch1、Gli1)[16,23]。当配体缺失时,Ptch就抑制了Smo[13,15-16]的活性。蛋白激酶(PK)A、糖原合成酶激酶-3(GSK3)和CK1α[14]磷酸化全长胶质瘤相关癌基因(Gli-FL)导致胶质-FL裂解为胶质抑制因子(Gli-R)[13,15-16]。该Gli抑制因子反过来抑制Hh靶基因的表达,从而负调控Hh信号通路[15-16,24]。
2 肝细胞癌中的Hh信号通路
Hh通路的激活是肝胚胎细胞分化、增殖和极性所必需的,并在肝癌发生[25-27]中发挥作用。Hh信号通路成分(Smo、Shh、Gli1和Gli2)在HCC细胞系和肿瘤组织中均较高[28-30]。通过Smo拮抗剂、KAAD-环巴胺或与Shh中和抗体特异性抑制HCC细胞系中的Hh信号,可抑制细胞生长并导致细胞凋亡[28]。Hh抑制通过上调Bnip3诱导自噬,该机制有助于细胞凋亡[31]。在Gli转录因子中,Gli2在HCC细胞的增殖中起主导作用,靶向Gli2可导致多种HCC细胞系的增殖下降[29],Ptch1,作为一种肿瘤抑制因子抑制Smo,据报道在中分化的HCC中表达较高,但在低分化的HCC中表达较低[32]。Smo的激活介导了c-myc的过表达,这在肝癌的发生中起着关键作用[33]。
3 EMT概述
EMT是一种细胞生物学程序,在此过程中,上皮细胞逐渐失去其细胞的身份和形态,并越来越多地获得间充质特征[34-35]。在肿瘤发生发展过程中,EMT与肿瘤的起始、侵袭、转移和对治疗的耐药性有关[36]。上皮细胞表现出细胞-细胞连接、顶端-基底极性和有限的迁移潜能,它们可以通过多种细胞表面标志物进行识别,最显著的是E-钙黏蛋白,但也有细胞角蛋白、咬合和闭合蛋白[37-38]。相比之下,间充质细胞具有前后极性和迁移表型的特征,这有利于它们向远处的扩散和转移的形成。此外,在癌症发展过程中,它们表现出对凋亡、干细胞特性和组织侵袭性[34,39-40]的抵抗。间充质细胞可通过N-钙黏蛋白、纤维连接蛋白和波形蛋白细胞表面标志物[37]进行鉴定。在EMT激活后,从E-钙黏蛋白到N-钙黏蛋白的转换导致上皮表型的丢失和间充质表型的获得。这导致上皮细胞典型的多边形、鹅卵石形态的丢失,而获得梭形的间充质形态[41],各种信号分子可以激活EMT过程,包括表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、肝细胞生长因子(HGF)、转化生长因子(TGF)β,Wnt信号通路,骨形态发生蛋白(BMP),Sonic Hedgehog(Shh)和Notch信号通路[42-47]等,鉴于EMT在癌症干性和侵袭方面的关键作用,它可能是抗癌药物发现的一个新靶点[48]。通过抑制EMT相关信号通路进而抑制EMT是抗癌药物研究的主要途径,Lee和他的同事们使用了idelalisib和LY294002,前者在2013年被美国食品和药物管理局批准用于治疗不同类型的白血病,后者是一种著名的PI3K化学抑制剂[49],均通过PI3K/Akt信号通路抑制白血病的进展。idelalisib是一种ATP竞争激酶抑制剂,以高选择性靶向pI3Kp110亚型δ。近年来已被临床测试用于实体肿瘤,如转移性胰腺导管腺癌和肺癌[50-51]。研究发现COL8A1与胃癌患者的预后相关,可能通过EMT通路影响胃癌的进展[52]。Song等人[53]认为代谢相关EMT标志物(MEMTS)可作为预测胃癌辅助治疗和免疫治疗的预后和反应的潜在生物标志物。基于MEMTS的单个肿瘤评估使未来胃癌患者的个性化治疗成为可能。
4 HCC中的EMT研究
EMT赋予细胞很强的迁移和侵袭能力,这也决定了EMT在HCC的发展和转移的整个过程中起着关键作用。研究发现let7-g通过调节EMT相关的上皮样蛋白-E-钙黏蛋白在HCC的发展中起肿瘤抑制的作用[54]。Frizzled2(FZD2)促进EMT过程,增强干细胞样特性,赋予HCC细胞血管生成拟态能力,进而促进HCC的进展和复发,这是HCC转移和早期复发的关键步骤[55]。侵袭足的形成是HCC[56]侵袭转移的一个关键早期事件,在EMT过程中,上皮细胞伸展其伪足转化为间充质样细胞,进一步证明了EMT在HCC早期重要事件中的作用。Liu等人发现[57],lncRNA-TPTE2P1在HCC中发挥致癌基因作用,可通过促进HCC早期的EMT来刺激HCC细胞的迁移和侵袭。以上证据表明,许多因素可以通过介导EMT过程来影响HCC,这进一步证明了EMT是HCC调控的关键步骤。
5 Hh信号通路对HCC的EMT的调控
最近对肝癌研究集中在寻找新的靶向基因,可以靶向抑制EMT,进而抑制其增殖、转移、侵袭和进展。在所有参与HCC发展的通路中,Hh信号通路在肝癌发生和HCC进展中发挥了重要作用。Hh通过诱导肝细胞从内胚层祖细胞分化,在胚胎发生中发挥生理作用。慢性受损肝脏中Hh通路的重新激活是纤维化变性的一种机制,并与HCC发展的各个阶段有关。Hh的激活维持着未成熟的肝上皮细胞亚群,这些细胞参与了肝硬化和HCC的发病机制,在HCC中,Hh通路的重新激活负责维持具有间充质表型的癌症干细胞,肝癌组织中Hh蛋白标志物的高水平表达与侵袭性的组织学和生物学特征以及较差的临床结果相关。Hh通路的体外和体内抑制模型证实,Hh在维持肿瘤生长、转移和间充质表型中至关重要。研究表明,CCL2通过激活Hh信号通路诱导HCC细胞侵袭和EMT[58],在未分化的肝癌细胞系中,EMT和增强的Hh信号活性可能是其化疗耐药性和侵袭的原因[59]。针对EMT和Hh信号通路转录因子的新型分子治疗可能在根除HCC中化疗耐药低分化亚群,稳定敲除CK2可以显著抑制HCC细胞的迁移和侵袭,Hh信号通路失活的同时下调基质金属蛋白(MMP)抑制EMT过程[60]。大量的临床前数据表明,Hh在肝癌发生和EMT中发挥作用[27,61-63]。
因此,Hh通路在肝癌的癌变和发展过程中起着至关重要的作用,然而,Hh通路蛋白标志物在HCC患者组织中的表达的预后价值有待进一步研究。在未来,靶向HCC中的Hh通路可能是临床前和临床研究的有意义的课题。