Hedgehog信號通路與大腸癌的研究進(jìn)展

白鷺鷺,盧振霞,代恩勇,孫步彤

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院腫瘤血液科,吉林長春130000)

1 HH通路概述

1.1 概念 HH信號通路為一個(gè)高度保守的細(xì)胞間信號傳導(dǎo)系統(tǒng),果蠅的該通路基因突變可導(dǎo)致幼蟲蟲體出現(xiàn)許多刺突,形似刺猬,故命名為Hedgehog(HH)通路[1]。

1.2 HH通路在脊椎動物中主要由以下成員組成 配體sonic HH(Shh)、desert HH(Dhh)、indian HH(Ihh);膜受 體patched(PTCH1、PTCH2)、smoothened(Smo);cos2、SuFu 等胞漿內(nèi)極性蛋白;鋅指轉(zhuǎn)錄因子Gli(glioma associated oncogene)(Gli1、Gli2、Gli3),Gli1、Gli2是轉(zhuǎn)錄促進(jìn)因子,Gli3是轉(zhuǎn)錄抑制因子;下游靶基因[2,3]。HH通路的激活在細(xì)胞的初級纖毛中完成。位于初級纖毛內(nèi)中心體附近細(xì)胞膜表面的PTCH膜受體缺乏相應(yīng)配體時(shí),Smo不能由胞漿囊泡內(nèi)進(jìn)入初級纖毛,從而Smo活性被抑制,核轉(zhuǎn)錄因子GLi(主要為GLi3)與SuFu、cos2等胞漿內(nèi)極性蛋白結(jié)合,與微管形成復(fù)合體,在GSK3β、PKA、CKI激酶作用下磷酸化后被蛋白酶降解,GLi C端片段釋放并轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核內(nèi),作為轉(zhuǎn)錄抑制子(GLi R)抑制下游靶基因轉(zhuǎn)錄(圖1A)。當(dāng)配體與PTCH結(jié)合后,PTCH移動至初級纖毛以外膜表面,失去對Smo的抑制作用,Smo從胞漿囊泡內(nèi)遷移至初級纖毛附近膜表面后激活,引起下游SuFu、cos2過度磷酸化,Gli(主要為GLi1、Gli2)從復(fù)合體中釋放,以全長形式進(jìn)入細(xì)胞核,調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄(圖1B)。這些基因包括血小板衍生因子(PDGF)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、細(xì)胞周期蛋白D1(CyclineD1)、SNAIL、(HH-相互作用蛋白)HHIP、BCL-2等。此外,HH通路的靶基因也包括HH本身成員PTCH和Gli[4,5,6]。在整個(gè)信號通路中,HH、Smo起到了正調(diào)節(jié)作用,而PTCH、cos2、SuFu起著負(fù)調(diào)節(jié)的作用。

1.3 HH通路的功能

HH信號通路與哺乳動物胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞增殖、分裂、極性分化、遷移密切相關(guān),信號傳導(dǎo)途徑成員突變可以導(dǎo)致發(fā)育缺陷[7];大部分成體細(xì)胞HH通路通常處于休眠狀態(tài);一些組織的干細(xì)胞HH信號通路卻仍然活躍,調(diào)節(jié)干細(xì)胞靜止與增殖;某些組織受損時(shí),HH可被激活參與組織的修復(fù)。

2 hedgehog與大腸癌

2.1 有研究結(jié)果顯示大腸腺瘤細(xì)胞系如AA/C1、RG/C2及大腸癌細(xì)胞系如CaCo2,HT29 and SW480中可檢測到hedgehog通路成員及蛋白的表達(dá)[8]。大腸癌組織中Shh、Gli1及下游靶基因FOX M1、PDGFR α mRNA及蛋白表達(dá)高于正常腸道上皮細(xì)胞[3,9-11],這些研究結(jié)果均提示hedgehog通路與大腸癌之間存在相關(guān)性。外源給予HT-29及CaCo2大腸癌細(xì)胞系Shh可以促進(jìn)大腸癌細(xì)胞增殖,同時(shí)加入抗Shh抗體時(shí)其促進(jìn)大腸癌細(xì)胞增殖作用消失。Hedgehog通路阻斷劑cyclopamine可抑制多種大腸腺瘤及大腸癌細(xì)胞系如HT-29的增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。外源性Shh可以部分逆轉(zhuǎn)cyclopamine對細(xì)胞的抑制作用[9,10]。這些研究結(jié)果均提示HH通路對大腸癌細(xì)胞的增殖有促進(jìn)作用。

但有研究結(jié)果顯示HH通路成員在一些大腸癌細(xì)胞系中沒有表達(dá)或僅有Gli表達(dá),HH上游關(guān)鍵成員Smo抑制劑Cyclopamine作用于某些大腸癌細(xì)胞系后,對細(xì)胞的增殖無明顯影響,因此這些研究認(rèn)為HH通路并不參與大腸癌的發(fā)生、發(fā)展[12,13]。

隨著HH通路研究的逐漸深入,推測這種矛盾結(jié)果的原因可能與以下因素有關(guān):①部分無Shh、Smo表達(dá)的大腸癌細(xì)胞系或組織中,仍可檢測到 Gli1的表達(dá)[12,13]。OSAMU[14]等研究包括大腸癌在內(nèi)的多種腫瘤中,Wnt通路可以增強(qiáng)Gli1的轉(zhuǎn)錄后活性,對Gli1有旁路激活作用。Felicite K等[15]研究證實(shí),Wnt可以上調(diào)Gli1 mRNA及蛋白質(zhì)的表達(dá),其機(jī)制是Wnt誘導(dǎo)產(chǎn)生mR NA結(jié)合蛋白CRD-BP(c-myc mRNA coding region determinant binding protein),CRD-BP和Gli1 mRNA結(jié)合后增強(qiáng)Gli1 mRNA穩(wěn)定性,抑制其mRNA降解,增強(qiáng)Gli1轉(zhuǎn)錄后活性。由此可見在Wnt/β-catenin相關(guān)的大腸癌中,Hedgehog通路可被Wnt調(diào)控,后者使Gli1表達(dá)上調(diào)。②大腸癌組織、細(xì)胞系的異質(zhì)性:不是所有的大腸癌的發(fā)展均受hedgehog通路的調(diào)控,hedgehog通路只參與一部分大腸癌細(xì)胞的發(fā)展。hedgehog通路在不同大腸癌細(xì)胞系中被激活的機(jī)制也不同,某些細(xì)胞系中是經(jīng)典的激活途徑,在另外一些細(xì)胞系中則與HH旁路激活有關(guān)。

2.2 2009年Warnat F等克服了以往關(guān)于Shh在大腸癌中作用研究僅針對少數(shù)幾種細(xì)胞系而非原代大腸癌細(xì)胞及Shh成員在單細(xì)胞中定位不明確的不足,首次證實(shí)Shh通路與大腸癌相關(guān)。對40例原位或轉(zhuǎn)移性大腸癌組織以及LS174T、HT29、Caco2大腸癌細(xì)胞系進(jìn)行系統(tǒng)檢測,結(jié)果表明①在大腸癌上皮細(xì)胞中及肝轉(zhuǎn)移組織中Shh成員高表達(dá),而大腸癌間質(zhì)細(xì)胞中未檢測到Shh成員表達(dá),證明HH通路與大腸癌之間存在相關(guān)性 。②下調(diào)GLi1、GLi2、Smo的表達(dá)或環(huán)靶明處理可抑制人類原代大腸癌細(xì)胞或人大腸癌細(xì)胞系的增殖,促進(jìn)細(xì)胞凋亡;干擾GLi3則對大腸癌細(xì)胞增殖無明顯影響,反之,下調(diào)PTCH1或加入外源性GLI1后可促進(jìn)大腸癌細(xì)胞的增殖,抑制細(xì)胞凋亡。將表達(dá)Gli1、shPTCH1的原代大腸癌細(xì)胞或細(xì)胞系種植于裸鼠皮下,與對照組(轉(zhuǎn)染空載體)相比成瘤能力明顯增強(qiáng),而表達(dá)ShSmO、GLi3原代大腸癌細(xì)胞或細(xì)胞系種植于裸鼠皮下后,不能形成瘤塊。上述體外實(shí)驗(yàn)及體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明大腸癌在體內(nèi)、外增殖存活有賴于HH通路的激活。③大腸癌細(xì)胞HT-29接種于裸鼠皮下后,待皮下形成肉眼可見瘤塊,給予環(huán)靶明治療至腫塊消失后再分別給予5、10、20天,a.繼續(xù)給藥5天、10天組所有裸鼠均重新形成瘤塊;b.繼續(xù)給予環(huán)靶明20天組所有裸鼠1年后仍無復(fù)發(fā),證實(shí)Hedegehog通路參與大腸癌復(fù)發(fā)。④在早期(TNM1、2)大腸癌組織中Gli1僅低表達(dá),而進(jìn)展期(TNM3、4)其表達(dá)明顯增加。鼠尾靜脈注射大腸癌細(xì)胞后,在肺部形成少量轉(zhuǎn)移灶,注射表達(dá)Gli1、shPTCH1的大腸癌細(xì)胞肺部轉(zhuǎn)移灶明顯增多,而注射表達(dá)ShSmo的大腸癌細(xì)胞則不能形成肺轉(zhuǎn)移灶,證明HH通路參與調(diào)控大腸癌的進(jìn)展、轉(zhuǎn)移。⑤以CD133(大腸癌干細(xì)胞表面標(biāo)志抗原)為表面標(biāo)志分選CD133+大腸癌干細(xì)胞,Gli1、Gli2在CD133+大腸癌干細(xì)胞中表達(dá)明顯高于CD133-大腸癌細(xì)胞。干擾Smo表達(dá)后CD133+/CD133-細(xì)胞比例明顯減少,反之,干擾PTCH1表達(dá)后CD133+/CD133-細(xì)胞比例明增多,表明Shh通路參與維持大腸癌干細(xì)胞的存活和自我更新。該研究為Shh在大腸癌的發(fā)生、發(fā)展、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移中的作用提供了直接的證據(jù)[16]。

2.3 目前為止,Shh通路過度激活后通過哪些機(jī)制促進(jìn)大腸癌的增殖、轉(zhuǎn)移,研究還不十分透徹,但一些研究提出了可能的機(jī)制:

2.3.1 Shh過度激活后促進(jìn)大腸癌增殖的機(jī)制 血小板衍生因子受體α(PDGFR α)已經(jīng)被證實(shí)與腫瘤細(xì)胞的增殖和腫瘤血管形成有關(guān)[3]。Xie等研究顯示PTCH1失活突變的基底細(xì)胞癌細(xì)胞系A(chǔ)SZ001重新表達(dá)PTCH1后,PDGFR α表達(dá)下調(diào),細(xì)胞的DNA合成及增殖被抑制,提示上調(diào)PDGFR α表達(dá)是Shh通路促進(jìn)腫瘤增殖的機(jī)制之一[17]。Gli高表達(dá)的大腸癌組織中也可檢測到PDGFR α的表達(dá),表明在大腸癌的發(fā)展中,也存在與基底細(xì)胞癌類似的機(jī)制,即Shh信號通路通過上調(diào)PDGFR α促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤血管形成[3]。

2.3.2 Shh通路過度激活后促進(jìn)大腸癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移可能是誘導(dǎo)大腸癌上皮細(xì)胞發(fā)生上皮細(xì)胞間充質(zhì)化(EMT),轉(zhuǎn)染了能表達(dá)Gli1或shPTCH1載體的大腸癌細(xì)胞不但失去了上皮細(xì)胞形態(tài),且高表達(dá) EMT標(biāo)志蛋白如 FOXC2、VIMENTN、SNAIL1、ZFHX1B[16]。

2.4 除了Shh信號通路,目前認(rèn)為Ihh通路在大學(xué)腸癌中的作用主要是通過下調(diào) TCF4-βcatenin復(fù)合物,對抗wnt通路從而刺激上皮細(xì)胞分化,抑制大腸癌細(xì)胞增殖[18,19]。

綜上所述,HH是調(diào)節(jié)大腸癌發(fā)生、發(fā)展、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的重要信號痛路,其與其它通路存在交叉作用,深入了解HH信號通路的分子作用機(jī)制將為大腸癌的診斷、治療及預(yù)后提供新的思路。

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