Hedgehog信號通路在常見肝臟疾病中的基礎研究進展

栗 昀，賀勁松

(廣州中醫(yī)藥大學第四臨床醫(yī)學院 深圳市中醫(yī)院肝病科，廣東 深圳 518033)

Hedgehog信號通路是一條在脊椎科動物胚胎發(fā)育、組織更新及損傷修復過程中均發(fā)揮重要作用的高度保守的信號通路。異常的Hedgehog信號通路參與了多種疾病(腫瘤、視網膜病變、神經系統(tǒng)疾病等)的發(fā)展過程。在胃癌、胰腺癌及卵巢癌中均發(fā)現(xiàn)了異常突變的Hedgehog信號通路，并參與了腫瘤的轉移和化學抵抗過程[1-3]。肝臟是能天然更新失去組織的消化器官，而Hedgehog信號通路在肝臟的生理及發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。研究證明，Hedgehog信號通路的異常激活與非酒精性脂肪肝、肝纖維化、肝癌有密切聯(lián)系[4]。激活Hedgehog信號通路不僅可以調節(jié)肝祖細胞數(shù)量，促進肝臟再生，還可以增加肝臟內的炎癥反應，促進肝纖維化及血管重構，加快肝硬化進程。此外，Hedgehog信號通路還可以促進腫瘤細胞增殖，抑制凋亡，促進肝癌發(fā)生?，F(xiàn)就Hedgehog信號通路在非酒精性脂肪肝、肝纖維化及肝癌中發(fā)生的作用予以綜述，以為肝臟疾病的基礎研究、臨床治療及特異性藥物研發(fā)提供依據(jù)。

1 Hedgehog信號通路

Hedgehog信號通路是一條參與了多種細胞生物調節(jié)，促進細胞增殖、凋亡、遷移等生理過程的信號通路。Hedgehog信號通路首次在果蠅中被發(fā)現(xiàn)，在果蠅到哺乳動物的生命進化過程中，該信號通路一直具有高度的保守性[5]。

與其他信號通路一樣，Hedgehog信號通路激活需要其自身配體和受體的特異性結合。Hedgehog信號通路主要由分泌性糖蛋白配體[SHH(Sonic Hedgehog)、IHH(Indian Hedgehog)及DHH(Desert Hedgehog)]和跨膜蛋白受體Patched組成，Patched有兩個亞型(PTCH-1和PTCH-2)；在哺乳動物中，經典的Hedgehog信號通路主要由PTCH-1、跨膜蛋白受體Smoothened及下游的轉錄因子Gli(Glioma)家族組成[6]。其中，SHH是最常見的突變配體。當Hedgehog信號效應細胞接收到Hedgehog信號時，細胞表面表達的配體PTCH-1會和SHH特異性結合，解除PTCH-1對SMO(Smoothened)的抑制，釋放SMO到纖毛，激活Gli，促進Gli由細胞質轉移到細胞核，激活Hedgehog信號通路。而Gli由細胞質進入細胞核后，激活下游靶基因是Hedgehog信號通路發(fā)揮作用的關鍵[7]。Gli家族由3個亞單位組成，分別為Gli-1、Gli-2及Gli-3。Gli-1和Gli-2是Hedgehog信號通路激活的標志，而Gli-3是Hedgehog信號通路的抑制因子[8]?；蚪M學分析發(fā)現(xiàn)，除Hedgehog信號通路自身的Gli-1和Gli-2基因外，大量的常見靶基因也被確定，主要涉及以下幾種基因：①調節(jié)細胞增殖的基因，包括細胞周期素D、MYCN、胰島素樣生長因子結合蛋白6及叉頭框蛋白M1；②生存基因(B細胞淋巴瘤/白血病-2基因)；③參與血管生成的基因，如血管內皮生長因子、類血管生長因子基因[ANGPTL(angiopoietin-like)1/2]；④參與上皮間質轉化的基因，如骨形成蛋白1、人黏蛋白5AC、Snail及Jagged2基因[9-11]。

Hedgehog信號通路幾乎參與了哺乳動物的整個生命過程。在胚胎發(fā)育及嬰幼兒時期，Hedgehog信號通路表現(xiàn)活躍[12]。其可以調節(jié)神經系統(tǒng)的發(fā)育。SHH作為促有絲分裂的形態(tài)發(fā)生素，可以調節(jié)多種細胞的增殖和分化[13]。在神經管中，由脊索產生的SHH可以形成不同的濃度梯度，并通過影響神經前體細胞的命運來決定腹側的分化。當SHH信號缺失時，由于腹側分化缺陷和前腦雙葉分離失敗引起前腦無裂畸形[14]。在胚胎發(fā)育時期，Hedgehog信號通路還可以調節(jié)神經前體及干細胞發(fā)育。此外，Hedgehog信號通路在胚胎發(fā)育過程也可以調節(jié)骨、肺及消化系統(tǒng)的發(fā)育。胃和小腸等中空器官在出生后仍可以表達Hedgehog配體，但肝臟和胰腺等實質器官僅在修復損傷時才表達Hedgehog配體[15]。在成人中，Hedgehog信號通路除在毛發(fā)、皮膚等表達活躍外，在其他組織低表達甚至不表達。因此，正常的Hedgehog信號可以調控生命過程，而異常的Hedgehog信號會引起多種病理性改變，包括組織纖維化及腫瘤[16]。

2 Hedgehog信號通路與肝臟疾病

劉智文等[17]通過8標同位素標記相對和絕對定量及結合二維液相色譜串聯(lián)質譜技術，檢測肝部分切除大鼠模型中肝臟蛋白質的表達，結果發(fā)現(xiàn)Hedgehog信號通路異常激活，且在肝臟再生過程中作用顯著，其中SHH、Gli-2可以通過影響細胞凋亡及能量供給等方式參與肝再生調控過程。另有研究證實，Hedgehog信號通路可以調節(jié)肝臟免疫微環(huán)境，參與炎癥反應，影響肝臟疾病的發(fā)生和發(fā)展[18]。因此，Hedgehog信號通路在肝臟疾病中具有重要研究價值，且可能成為肝臟疾病治療的潛在靶點。

2.1Hedgehog信號通路與脂肪肝 脂肪肝是指由各種原因引起的肝細胞內脂肪堆積過多的病變，是一種常見的肝臟炎癥。雖然肥胖和飲酒是引起脂肪肝的兩大主要因素，但其發(fā)病機制尚不完全清楚。脂質代謝失常是脂肪肝的主要發(fā)病機制之一。正常情況下，SHH信號通路轉錄因子Gli-1、Gli-2及Gli-3可以抑制固醇調節(jié)元件結合蛋白1及過氧化物酶體增殖物激活受體表達，調節(jié)正常的脂質代謝過程，一旦肝臟中正常的SHH信號通路被打亂，固醇調節(jié)元件結合蛋白1及過氧化物酶體增殖物激活受體被激活，上調脂肪生成的相關蛋白及酶，促進脂肪變性，則會導致脂肪肝的發(fā)生[19]。

在非酒精性脂肪肝患者中，SHH的表達量增加并與非酒精性脂肪肝的嚴重程度相關[20]。且通過激活Gli-1介導的Hedgehog信號通路，可以促進骨橋蛋白表達，進一步招募骨髓衍生的單核細胞進入肝內，刺激巨噬細胞產生促炎癥因子，從而加快非酒精性脂肪肝的進程。同時，抑制Hedgehog信號通路表達，還可以減輕非酒精性脂肪肝小鼠的肝臟炎癥反應[21]。 在大鼠非酒精性脂肪肝模型中，SHH信號通路被異常激活，肝組織發(fā)生上皮間質轉化導致肝纖維化。Patched+/-小鼠中，Hedgehog信號通路的靶基因及上皮間質轉化分子的表達量和肌成纖維細胞的數(shù)量遠遠高于野生型小鼠[22]。在肝纖維化伴非酒精性脂肪肝的患者中，Hedgehog信號通路的產生細胞和效應細胞的比例明顯增加[23]。

2.2Hedgehog信號通路與肝纖維化 肝纖維化是由各種致病因子所致的肝內結締組織異常增生。大量研究表明，免疫細胞介導的肝纖維化微環(huán)境與Hedgehog信號通路的激活密切相關[24-26]。自然殺傷T細胞(natural killer T cell, NKT細胞)是機體重要的免疫細胞，具有抗腫瘤、抗病毒感染及參與免疫調節(jié)等多種生物作用。有研究證實，Hedgehog信號通路能夠調節(jié)NKT細胞的生理功能[27]。在大鼠和人中，NKT細胞既能表達Hedgehog信號通路配體SHH，也能表達受體PTCH-1及轉錄因子Gli-1和Gli-2[28]。細胞表面CXC趨化因子受體6-CXC趨化因子配體16軸能夠調節(jié)外周血中的NKT細胞到達受損的肝組織，而CXC趨化因子受體6的產生依靠Hedgehog信號通路。此外，NKT細胞還能產生SHH，促進膠原蛋白分泌，使靜止的肝纖維化細胞轉化成肌成纖維細胞，發(fā)生肝纖維化[29]。

庫普弗細胞是存在于肝血竇的巨噬細胞，其能吞噬來自血液循環(huán)中的抗原抗體復合物，以消除這些物質對機體產生的有害作用。肝損傷引起庫普弗細胞激活，能夠釋放SHH和IHH[30]。而外周血中的單核細胞也能表達Hedgehog信號通路中的主要基因，包括IHH、DHH、PTCH-1、SMO及Gli-3，表明單核細胞對Hedgehog信號通路具有易感性。在肝纖維化中，激活的Hedgehog信號通路不僅能招募外周血中的單核細胞進入肝損傷部位，同時也能增加肝內巨噬細胞的表達和調節(jié)巨噬細胞的表型[31]。有研究表明，促凋亡作用可以促進成熟的肝細胞產生Hedgehog信號通路配體SHH和IHH，這些配體通過旁分泌的形式作用于周圍細胞，包括肌成纖維細胞、肝祖細胞、肝星狀細胞等，參與肝重構過程[32]。

骨橋蛋白是由包括免疫細胞在內的多種細胞分泌的細胞外基質蛋白，其分布在機體多種組織中并參與組織修復。有研究證實，骨橋蛋白是Hedgehog信號通路激活的靶基因，且可作為調節(jié)因子參與Hedgehog信號通路調節(jié)的肝纖維過程[33]。Rac1可以激活Ⅳ型基質金屬蛋白酶2，上調Ⅰ型膠原酶表達，促進細胞外基質降解，減輕肝纖維化程度。此外，Rac1還可以促進Hedgehog信號通路介導的肌成纖維細胞和肝星狀細胞的表型改變[34]。Yes相關蛋白1是Hippo激酶信號通路的轉錄因子，可以調節(jié)肝星狀細胞的生理功能。在大鼠肝再生過程中，Hedgehog信號通路可以調節(jié)Yes相關蛋白1，參與肝再生過程[35]。

人Hedgehog相互作用蛋白是Hedgehog信號通路的內源性抑制因子，在靜止的肝星狀細胞中人Hedgehog相互作用蛋白高表達，且?guī)缀鯔z測不到Hedgehog信號通路中的關鍵基因(Gli-1、Gli-2)。但在體外培養(yǎng)肝星狀細胞24 h后，人Hedgehog相互作用蛋白的表達量下降90%，同時Hedgehog信號通路的配體SHH及Gli-1大量增加，Hedgehog信號通路被激活[36]。黃大偉等[37]將抗纖軟肝顆粒作用于活化的肝星狀細胞，結果發(fā)現(xiàn)抗纖軟肝顆?？梢韵抡{Hedgehog信號通路中關鍵分子(SHH、PTCH-1、SMO、Gli-1)的表達，抑制肝星狀細胞的活化，減少轉化生長因子-β、血小板源性生長因子B的合成。激活的Hedgehog信號通路低表達上皮細胞表面標志物，而高表達肌成纖維細胞的表面標志物，包括α平滑肌肌動蛋白、coll1α1、纖連蛋白、S100A4蛋白及snail，其中snail是Hedgehog信號通路激活的下游靶基因，能夠調節(jié)轉化生長因子-β，參與上皮間質轉化過程[38]。

2.3Hedgehog信號通路與肝癌 細胞凋亡是機體為維持內環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞程序性死亡。細胞凋亡不是病理條件下的損傷，是細胞為更好適應環(huán)境而主動采取的死亡形式。其是多基因嚴格控制的過程。截至目前，參與調控細胞凋亡的基因家族主要有B細胞淋巴瘤/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。細胞凋亡的紊亂是腫瘤發(fā)生的機制之一。膽管細胞是Hedgehog信號通路的效應細胞。已有研究表明，在膽管癌中，正常的細胞凋亡過程被抑制，主要涉及腫瘤壞死因子相關的凋亡誘導配體及其死亡受體(death receptor，DR)(DR4、DR5和B細胞淋巴瘤/白血病-2家族)。研究表明，Hedgehog信號通路中的轉錄因子Gli-3可以結合DR4的啟動部位，抑制DR4的轉錄功能，減少膽管細胞的凋亡[39]。而髓細胞白血病基因-1(myeloid cell leukemia-1，Mcl-1)是抗凋亡的關鍵因子。Hedgehog信號通路可以調節(jié)Mcl-1的表達，但其具體作用機制尚不清楚。在膽管癌細胞中，信使RNA-29b通過結合到Mcl-1的3′非翻譯區(qū)而抑制Mcl-1 的翻譯過程。研究證實，Gli的功能位點在信使RNA-29b的啟動部位，且Gli可以抑制信使RNA-29b的轉錄活性，增加細胞內Mcl-1蛋白的表達。所以，Hedgehog信號通路可能通過抑制DR4和增加抗凋亡因子Mcl-1影響膽管癌的發(fā)生[40]。

在肝細胞癌中，Hedgehog信號通路高度活化，是肝細胞癌的發(fā)生機制之一[41]。而使用SMO拮抗劑環(huán)巴胺可以阻斷Hedgehog信號通路，減少其下游靶基因的表達，同時可以引起細胞凋亡[42]。Eichenmüller等[43]在肝母細胞瘤中發(fā)現(xiàn)，Hedgehog信號通路異常激活。Hedgehog信號通路內源性抑制劑人Hedgehog相互作用蛋白的甲基化是激活Hedgehog信號通路的主要原因。肝母細胞瘤是兒童常見的惡性肝臟腫瘤。在肝母細胞瘤患者的肝組織樣本中，SMO和Gli-1高表達，且與腫瘤分級、腫瘤大小、病理類型呈正相關，與患者的預后密切相關；同時，Gli-1還是肝母細胞瘤的獨立預后因子[44]。

在正常肝組織中，Hedgehog信號通路中的相關基因低表達或者不表達，Hedgehog信號通路被抑制。當肝臟出現(xiàn)損傷和修復時，Hedgehog信號通路才會被激活。Hedgehog信號通路不僅參與了肝癌的發(fā)生和發(fā)展，還與肝癌患者的預后有關。多項研究證實，Hedgehog信號通路中的關鍵因子SHH及Gli-1在肝癌中高表達，并參與了肝癌的轉移和侵襲過程[44-45]。同時，在肝內膽管細胞癌患者中，PTCH-1和Gli-1的表達水平也與腫瘤的TNM分期、轉移、浸潤、分化程度和存活時間相關[46]。這表明，高度活化的Hedgehog信號通路在肝內膽管細胞癌中發(fā)揮重要的調控作用。

在我國，乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)感染是肝癌發(fā)生的主要原因之一。HBV X基因編碼的HBV X蛋白在HBV相關性肝癌中發(fā)揮重要作用。HBV X蛋白作為反式激活因子，不僅可以抑制細胞凋亡，促進肝癌細胞增殖，還可以改變抑癌基因的表型，促進肝細胞癌的發(fā)生[47]。已有研究證實，HBV X蛋白可以和Gli-1結合，激活Hedgehog信號通路，促進肝細胞癌的發(fā)生和發(fā)展[48]。但有關Hedgehog信號通路在HBV相關性肝癌中的研究較少，仍需進一步研究。

目前，關于Hedgehog信號通路的研究多集中于在特異性激活后與疾病發(fā)生發(fā)展的關系上，而對于其調控因素研究較少。因此，探尋Hedgehog信號通路上游的調控因子對抑制其激活具有重要意義。沉默信息調節(jié)因子1 (silent information regulator 1,SIRT1)是去乙?；讣易?個成員中研究最廣泛的一個，其可以調節(jié)蛋白的活性，影響細胞增殖、分化和凋亡等生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1激活劑白藜蘆醇可以激活Hedgehog信號通路，促進神經突出的生長[49]。這表明，SIRT1可能是Hedgehog信號通路的調控因子，但在肝纖維化、脂肪肝及肝癌中，SIRT1是否同樣參與了Hedgehog信號通路的調控及是否是潛在的治療靶點，仍需進一步研究。

3 小 結

近年來，Hedgehog信號通路受到廣泛關注。其可以通過調節(jié)肝臟免疫微環(huán)境、調控細胞周期等生理過程來參與肝臟疾病的發(fā)展和預后，是治療肝臟疾病的靶點之一。因此，綜合分析臨床及實驗中的Hedgehog信號通路的靶向治療藥物，對肝臟疾病的治療具有重要意義。同時，Hedgehog信號通路也可以與Notch、Ras/Raf/促分裂原活化的蛋白激酶激酶/胞外信號調節(jié)激酶及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白等信號通路相互作用，故針對多靶點的綜合用藥也許能提高藥物療效及降低抵抗作用。但對于Hedgehog信號通路在肝臟生理及病理中的作用還沒有完全闡明，需進一步研究。