Hedgehog信號通路在腫瘤治療中的研究進展▲

高倩雯 劉陶文

(1 桂林醫(yī)學院研究生學院，廣西桂林市 541004，電子郵箱：616271443@qq.com；2 廣西壯族自治區(qū)南溪山醫(yī)院暨桂林醫(yī)學院附屬南溪山醫(yī)院腫瘤科，桂林市 541002)

【提要】 Hedgehog信號通路是一條在脊椎動物胚胎發(fā)育和腫瘤發(fā)生過程中起重要作用的信號通路。近年來，已研發(fā)不少Hedgehog通路的靶向藥物，并應(yīng)用于臨床試驗，但也因多重因素影響出現(xiàn)耐藥。本文就Hedgehog信號通路的作用機制及其在腫瘤治療中的研究進展進行綜述。

Hedgehog信號通路是最先在黑腹果蠅中發(fā)現(xiàn)的一條高度保守的信號通路，其在促進細胞胚胎發(fā)育、組織調(diào)控和干細胞的功能維持中起關(guān)鍵性作用。該通路的自身失調(diào)、突變或與其他通路的相互作用會誘導(dǎo)多種侵襲性腫瘤(如膀胱癌、前列腺癌、乳腺癌)的發(fā)生[1-2]。本文就Hedgehog信號通路的作用機制及其在腫瘤治療中的研究進展進行綜述。

1 Hedgehog信號通路

Hedgehog配體最早是由Nüsslein-Volhard和Wieschaus于1980年[3]通過定向誘變試驗研究果蠅胚胎發(fā)育期間的致死基因時發(fā)現(xiàn)的。目前，已知有3種Hedgehog蛋白同源物[Sonic hedgehog(Shh)、Desert hedgehog(Dhh)、Indian hedgehog(Ihh)]存在于哺乳動物中。Shh主要影響神經(jīng)祖細胞自我更新和分化為各種類型細胞的能力；Ihh主要在骨骼發(fā)育尤其是軟骨內(nèi)骨化中起重要作用；Dhh功能僅限于性腺，包括卵巢顆粒細胞和睪丸支持細胞[4-5]。

經(jīng)典的Hedgehog信號傳導(dǎo)途徑為：Hedgehog蛋白與12-跨膜蛋白Patched(Ptch)結(jié)合后，減輕對7-跨膜蛋白(Smo)的抑制，Smo在初級纖毛處累積，激活下游信號通路，使轉(zhuǎn)錄因子膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因蛋白(glioma-associated oncogene protein，Gli)從細胞質(zhì)中釋放并移位至細胞核，以調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。非經(jīng)典Hedgehog信號傳導(dǎo)途徑機制包括兩種類型[6]：Ⅰ型非經(jīng)典Hedgehog信號傳導(dǎo)途徑不受Smo調(diào)控，當配體缺失時，Ptch與細胞周期蛋白B1和促凋亡復(fù)合物相互作用，導(dǎo)致細胞凋亡；而當配體存在時，配體與Ptch結(jié)合并破壞上述交聯(lián)作用，促進細胞增殖；Ⅱ型非經(jīng)典Hedgehog信號傳導(dǎo)途徑中Smo下游因子不受Gli調(diào)控，當Hedgehog蛋白結(jié)合Ptch時，Smo通過三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate，GTP)酶Rho GTP酶亞家族A(Ras homolog gene family member A，RhoA)和Rac GTP酶激活蛋白1(Rac GTPase activating protein1,Rac1)調(diào)節(jié)Ca2+和肌動蛋白細胞骨架，還通過Gli蛋白和磷脂酶C-γ(phospholipase C gamma，PLC-γ)催化1，4，5-三磷酸肌醇(inositol1，4，5-triphosphate，IP3)依賴性通道的開放，刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣釋放，從而調(diào)節(jié)其他生理過程。

脊椎動物的3種Gli轉(zhuǎn)錄因子(Gli1、Gli2和Gli3)存在配體依賴性，其中只有Gli1作為全長轉(zhuǎn)錄激活因子活化，而Gli2和Gli3均有正負兩種調(diào)節(jié)形式[7-8]。在通路活化過程中，Gli2主要起激活轉(zhuǎn)錄作用，而Gli3的調(diào)節(jié)形式取決于Hedgehog配體的存在與否[9]。當Shh失活時，Gli3起阻遏作用(Gli3 repressor，Gli3R)；當Shh與Ptch結(jié)合并激活Smo時，Smo將Gli3R轉(zhuǎn)化為活化形式的Gli3激活因子。細胞環(huán)境的影響使Gli蛋白的激活和阻遏狀態(tài)處于不斷動態(tài)變化中，這對維持體內(nèi)平衡至關(guān)重要。

Shh信號通路也受到腫瘤抑制蛋白Supressor of Fused(SUFU)調(diào)控[10]，包括阻止核穿梭、向基因啟動子募集組蛋白脫乙?；瘡?fù)合物以及調(diào)節(jié)Gli2與Gli3蛋白轉(zhuǎn)變成阻遏物形式[11]。目前，關(guān)于SUFU導(dǎo)致Gli失活的具體機制尚不完全清楚，但其能轉(zhuǎn)化全長Gli蛋白為C末端縮短阻遏物形式Gli-R。當Shh途徑失活時，部分Gli-R會在糖原合酶激酶3β、酪蛋白激酶I和蛋白激酶A的磷酸化作用下降解[9]，當Gli-R移動到細胞核時會抑制通路靶基因。而因SUFU作用而保留在細胞質(zhì)中的Gli蛋白也被降解或加工，從而抑制Shh信號傳導(dǎo)[12]。當Shh途徑被活化時，只有超磷酸化的SUFU才能實現(xiàn)對Gli的抑制[13]。

Hedgehog信號傳導(dǎo)的最終結(jié)果是靶基因的激活，參與細胞周期調(diào)節(jié)和增殖、細胞黏附及存活、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、自我更新、血管生成和通路自我調(diào)節(jié)等[14-16]。

2 Hedgehog信號通路與腫瘤的關(guān)系

Hedgehog信號通路異常激活可導(dǎo)致癌癥發(fā)生的范例最初發(fā)現(xiàn)于Gorlin綜合征中，該病癥以致畸性和癌癥易感性為特征[17]。許多臨床研究及實驗證實，Hedgehog信號通路異常激活與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后及耐藥密切相關(guān)[18]。目前有4種可能的激活模式導(dǎo)致癌癥中Hedgehog途徑的過度活化。(1)配體非依賴性激活：依賴于突變的激活。Hedgehog信號通路成員Ptch和SUFU的功能缺失性突變或Smo的功能獲得性突變致使該通路發(fā)生異常激活[19]。Gorlin綜合征[20]主要由Ptch單倍體不足及體細胞突變引起，當存在Ptch突變或表達水平降低時，可能導(dǎo)致基底細胞癌、黑色素瘤、成神經(jīng)管細胞瘤以及來自外胚層的其他實體腫瘤。(2)配體依賴性激活：自分泌模式。腫瘤細胞自身合成Hedgehog配體通過自分泌模式激活Hedgehog信號通路。有研究表明，超過50%的小細胞肺癌患者中存在Shh和Gli1通過自分泌模式的過表達[21]，并且自分泌模式激活也可導(dǎo)致上皮源性腫瘤(乳腺癌、卵巢癌等)的發(fā)生[22]。(3)配體依賴性激活：旁分泌模式。源自腫瘤微環(huán)境的Hedgehog配體通過旁分泌模式激活Hedgehog信號通路，并再次分泌相關(guān)因子作用于微環(huán)境細胞，維持Hedgehog配體的產(chǎn)生和促瘤因子的分泌。研究發(fā)現(xiàn)，來源于骨基質(zhì)細胞、骨髓、脾臟及淋巴結(jié)的Hedgehog配體，可對腫瘤細胞產(chǎn)生激活分泌作用，從而引發(fā)B細胞淋巴瘤和多發(fā)性骨髓瘤[23]。在胰腺癌、結(jié)腸癌以及異種移植的細胞系中，也存在該激活模式[19]。(4)與其他信號途徑相互作用：Hedgehog信號通路通過與其他信號途徑的相互交聯(lián)作用促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。異?；罨腍edgehog信號通路通過Wnt信號通路中β-連環(huán)蛋白的蓄積來促進子宮內(nèi)膜癌發(fā)生發(fā)展[24-25]；因Hedgehog配體與絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號的活性相互依存，Shh信號可以使胰腺細胞降低對持續(xù)激活的MAPK信號的依賴性，因此大大增加了Ras基因的表達， 增加胰腺腫瘤的發(fā)生概率[26]；Hedgehog信號的叉頭框F1基因可誘導(dǎo)成纖維因子調(diào)節(jié)肺癌的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[27-28]；抑制Notch信號通路后，在突變的超氧化物歧化酶小鼠脊髓運動神經(jīng)元中Gli蛋白表達也隨之減少[28]。

3 Hedgehog信號通路的抑制劑

目前，已有多種Hedgehog信號通路的抑制劑應(yīng)用于不同類型腫瘤的臨床試驗，主要包括Smo、Gli1及Shh通路抑制劑。(1)Smo抑制劑：環(huán)巴胺是一種天然甾體生物堿，來源于藜蘆屬植物，其通過拮抗原癌基因Smo來抑制細胞對Shh信號的反應(yīng)，最初應(yīng)用于治療基底細胞癌的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移[29-30]。雖然Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗均未評估環(huán)巴胺對人類的潛在副作用，但動物實驗表明，環(huán)巴胺不僅口服溶解性差，且大劑量使用可導(dǎo)致畸形、體重減輕、脫水甚至死亡等一系列副作用[31]。因此，其他一些經(jīng)改良的環(huán)巴胺的半合成衍生物和不同的合成化合物被投入臨床試驗，例如口服活性IPI-926、GDC-0449(維莫德吉)等[32-33]。GDC-0449通過靶向作用于Ptch和Smo而發(fā)揮抑制Hedgehog信號通路作用。研究發(fā)現(xiàn)成神經(jīng)管細胞瘤中Shh通路被激活，Hedgehog通路靶基因Gli1、Ptch 1、Ptch 2及分泌型卷曲相關(guān)蛋白1高表達， GDC-0449可致腫瘤迅速消退并減輕其癥狀[33]。GDC-0449具有低毒性、高特異性和耐受性的特點[34],且在2012年被美國食品和藥物管理局批準作為局部晚期和轉(zhuǎn)移性基底細胞癌患者的標準療法[35]，但因GDC-0449會引發(fā)植骨融合，導(dǎo)致青春期前兒童身材矮小和生長異常[36]，因此骨骼未成熟患者慎用。(2)Gli抑制劑：Smo抑制劑治療惡性腫瘤容易產(chǎn)生耐藥性[19]，因此，直接作用于Gli的拮抗劑已逐漸被開發(fā)，其對經(jīng)典及非經(jīng)典途徑都具有阻斷作用，可克服Smo抑制劑的耐藥性。故Gli抑制劑與Smo抑制劑聯(lián)合應(yīng)用可抑制Hedgehog信號通路從而治療惡性腫瘤。(3)聯(lián)合靶向Hedgehog通路和其他途徑的抑制劑：Hedgehog通路通常與其他致癌信號傳導(dǎo)途徑相互作用，研究表明，在對Smo抑制劑耐藥的成神經(jīng)管細胞瘤中，存在磷脂酰肌醇3-激酶-雷帕霉素靶蛋白信號通路的活化和過表達，Hedgehog和磷脂酰肌醇3-激酶-雷帕霉素靶蛋白之間的相互干擾會引起耐藥，通過聯(lián)合應(yīng)用GDC-0449與BEZ235靶向抑制Hedgehog/磷脂酰肌醇3-激酶-雷帕霉素靶蛋白信號通路，可顯著降低神經(jīng)管細胞瘤的生長[37]。近年來，已有多項臨床試驗采用聯(lián)合藥物通過靶向抑制Hedgehog通路與其他途徑的相互作用治療惡性腫瘤[38-40]，擬為抑制腫瘤和克服耐藥性的治療提供新策略，但其療效仍需大量研究證實。

4 小 結(jié)

靶向抑制Hedgehog信號通路是研究腫瘤治療的重要部分，盡管目前Hedgehog信號通路經(jīng)典抑制劑對基底細胞癌及成神經(jīng)管細胞瘤的治療效果較好，但新興拮抗劑對Hedgehog信號通路的影響及其在腫瘤中的作用機制還需進一步研究。近年來，表觀遺傳學研究也為靶向Hedgehog信號通路的治療提供新的方向，也是癌癥治療的新突破。