Hedgehog信號通路在腎纖維化中的研究進(jìn)展

李 慶綜述，李 均審校

0 引 言

腎纖維化是導(dǎo)致終末期腎病的重要病理變化。多種信號通路參與腎纖維化的發(fā)展，如JNK/SAPK信號通路、TGF-β/Smad 信號通路、Wnt/β-catenin 信號通路、Notch/Jagged 信號通路、Hedgehog（Hh）信號通路、TLR4 及其信號通路等［1］。本文主要就Hh 信號通路和腎纖維化之間的關(guān)系作一綜述。

1 腎纖維化

腎纖維化是大多數(shù)慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）的共同病理表現(xiàn)，也是導(dǎo)致終末期腎臟病的主要病理變化。CKD 的進(jìn)展受持續(xù)炎癥刺激，離子紊亂以及高糖環(huán)境等諸多因素影響［2-3］，有50%的70 歲以上成年人以及10%的世界人口受CKD 和腎纖維化的影響［4］。腎纖維化是因腎在受到慢性且持續(xù)性損傷后，原組織細(xì)胞不能得到完全修復(fù)所致，而腎纖維化的進(jìn)展速度決定了腎功能喪失的速度，延緩腎纖維化進(jìn)展是保護(hù)腎功能的關(guān)鍵。腎纖維化在CKD 進(jìn)展中的機(jī)制與蛋白尿，氧自由基，血管活性物質(zhì)，腎小管纖維化，內(nèi)皮功能障礙，基質(zhì)大量沉積有關(guān)［5］。

2 Hh信號通路

2.1 Hh 信號通路的結(jié)構(gòu)Hh 信號通路是一種較為復(fù)雜的信號通路，在胚胎發(fā)育和組織再生中起重要作用，其主要由Hh 配體、Patched 受體（Ptch 受體）、共受體（Cdon/Ihog，Boc/Boi，Gas1）、換能器Smoothened（Smo）及下游轉(zhuǎn)錄因子Gli 組成。1980年Nusslein 等［6］首次發(fā)現(xiàn)Hh 基因，后來研究發(fā)現(xiàn)，Hh 在脊椎動物中有SHH、DHH、IHH 等3 種同源基因，分別編碼相對應(yīng)蛋白，即Shh、Dhh、Ihh，在脊椎動物中研究較多的為SHH。Hh 蛋白是目前已知的唯一一個同時具有棕櫚酰和膽固醇基部共價修飾，且此種共價修飾可自發(fā)進(jìn)行的蛋白，這種特性在功能的表達(dá)上起到重要作用。Ptch 蛋白由Patched 基因編碼，具有12 個跨膜結(jié)構(gòu)域并且為RND 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族的成員，是Hh 信號通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子，其有2 種亞型，分別為Ptch1 與Ptch2，其中Ptch1 是主要受體類型，而Pach2 在信號傳導(dǎo)中起到次要的補(bǔ)充作用。Smo 蛋白由Smoothened 基因編碼，是Hh 信號通路中的重要激活因子，為七次跨膜蛋白且屬于G蛋白偶聯(lián)家族，其特征在于氨基末端具有富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域，這可能與Ptch 相互作用的過程中起到關(guān)鍵作用。Gli 蛋白由GLI 基因編碼且具有鋅指結(jié)構(gòu)，是Hh 信號通路的主要效應(yīng)因子，在脊椎動物中有Gli1，Gli2，Gli3 等3 種亞型，其中Gli2 是主要的激活因子，Gli1可能是Gli2的信號放大器，兩者在功能上可能有相似之處，Gli3為抑制因子。

2.2 Hh 信號通路的調(diào)節(jié)腎損傷及高糖環(huán)境均可激活Hh信號通路［7］，該通路激活可分為經(jīng)典模式與非經(jīng)典模式。經(jīng)典激活途徑依賴于Hh 配體。在缺乏Hh 信號情況下，Ptch 抑制Smo 從而抑制Gli 以全長形式入核進(jìn)行相應(yīng)靶基因的轉(zhuǎn)錄，同時β-TrCP 也可介導(dǎo)蛋白激酶A、糖原合成酶激酶3β 和酪蛋白激酶1 磷酸化Gli 蛋白，導(dǎo)致Gli1 降解或使Gli2 和Gli3水解成其對應(yīng)的阻遏形式（Gli2R 和Gli3R）而產(chǎn)生相同效應(yīng)。當(dāng)存在Hh 時，Hh 在共受體輔助下與Ptch 結(jié)合后下調(diào)Ptch 的膜表達(dá)，從而使Smo 在膜表面富集。Smo 進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)使Gli 與其抑制蛋白sufu 及Cos2 分離，從而開始活化與核轉(zhuǎn)位，最終激活靶基因，如細(xì)胞周期蛋白D、E 和N-Myc。而非經(jīng)典模式Hh 信號通路激活則不依賴于Hh，甚至不依賴于Smo，通過TGF-β、Wnt、EGF等多信號的調(diào)節(jié)直接激活Gli使其轉(zhuǎn)錄。

3 Hh信號通路與腎纖維化

Hh 信號通路可通過促進(jìn)腎肌成纖維細(xì)胞的活化、增殖與轉(zhuǎn)化，串話多條參與纖維化形成的通路，參與細(xì)胞凋亡調(diào)控等作用于腎纖維化，見圖1。

圖1 Hh信號通路在腎纖維化中的作用Figure 1 The role of Hh signaling pathway in renal fibrosis

3.1 Hh 信號通路促進(jìn)腎肌成纖維細(xì)胞的活化、增殖與轉(zhuǎn)化腎纖維化發(fā)展的特征在于肌成纖維細(xì)胞的活化，其過度激活可造成細(xì)胞外基質(zhì)過量產(chǎn)生及沉積，最終導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化［8］。上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)換（epithelial-mesenchymal transition，EMT）在腎肌成纖維細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮重要作用。在大鼠單側(cè)輸尿管梗阻（unilateral ureteral obstruction，UUO）模型中發(fā)現(xiàn)Shh 表達(dá)的明顯升高，解除輸尿管梗阻后Shh 濃度降低，EMT 現(xiàn)象明顯減弱［9］，同時在HIV 相關(guān)腎病的EMT 研究中也發(fā)現(xiàn)Hh 通路的激活，在用Hh 信號通路特異性阻斷劑阻斷此通路后EMT 得以緩解［10］。Gli1 可還誘導(dǎo)EMT 關(guān)鍵因子Snail1 以及Twist1 上調(diào)，參與EMT 的發(fā)生［11］。而最近也有研究表明大部分肌成纖維細(xì)胞可能來源于腎間充質(zhì)干細(xì)胞樣細(xì)胞和血管周圍Gli+細(xì)胞以及周細(xì)胞，這些細(xì)胞均表達(dá)Hh 信號通路轉(zhuǎn)錄因子Gli［12-15］，這暗示了Hh 信號通路與肌成纖維細(xì)胞活化之間具有相關(guān)性。當(dāng)腎受到刺激，如損傷及高糖環(huán)境，腎小管上皮細(xì)胞可分泌Hh 信號，經(jīng)過旁分泌方式作用于腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞并激活Gli，使之活化為肌成纖維細(xì)胞［8，16］。抑制Hh 通路可使Gli+細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化顯著減少，并且還會抑制Gli+細(xì)胞的增殖［17］。此外，Hh 信號可直接調(diào)控腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞中α-SMA，纖連蛋白，膠原蛋白Ⅰ和結(jié)蛋白的表達(dá)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞的活化［18］。在對大鼠肝肺腎纖維化的研究中發(fā)現(xiàn)，Hh信號可通過調(diào)節(jié)ITGA 11（一種膠原蛋白Ⅰ結(jié)合受體），誘導(dǎo)腎肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，加重纖維化的發(fā)生，而且在此實驗中檢測到Gli 和α-SMA 共定位于肌成纖維細(xì)胞［19］，同時，另一項研究表明，Gli2在肌成纖維細(xì)胞祖細(xì)胞中表達(dá)，并在間充質(zhì)干細(xì)胞樣祖細(xì)胞中加快細(xì)胞周期進(jìn)展，在腎纖維化發(fā)生后，特異性敲除肌成纖維細(xì)胞中Gli2 或過表達(dá)Gli3 可減輕纖維化程度［16］，以此可知，Hh 信號通路不同于TGF-β 等其他通路，其可直接作用于肌成纖維細(xì)胞，但具體作用機(jī)制尚未清楚，需要進(jìn)一步研究?；贖h 通路可直接作用于腎肌成纖維細(xì)胞，與其他通路如TGF-β，Wnt 信號通路等不同之處以及優(yōu)勢點(diǎn)，推測深入對Hh 信號通路的研究可能在腎纖維化治療中更加有效。

3.2 Hh 信號通路的串話Hh 信號通路與Wnt/βcatenin 信號通路、TGF-β/Smad 信號通路相互串話，共同影響腎纖維化進(jìn)展，現(xiàn)分別將Hh 信號通路與此兩通路之間串話進(jìn)行概括，見圖2。

圖2 Hh、Wnt、TGF-β信號通路間簡要關(guān)系Figure 2 Brief relationship between Hh，Wnt，and TGFβ signaling pathways

3.2.1 Hh 與Wnt/β-catenin 信號通路Wnt 通路對腎纖維化起到誘導(dǎo)作用已廣受認(rèn)可。Hh 可直接誘導(dǎo)β-catenin 上調(diào)［20］，并且Gli 可直接激活Wnt2B 和Wnt5A［21］，而β-catenin 和Wnt2B 均為Wnt 信號通路激活的重要因子，因此Hh信號通路可直接激活Wnt信號通路。此外，糖原合成酶激酶3β和酪蛋白激酶1α 可同時磷酸化β-catenin 與全長Gli3，使β-catenin被β-TrCP識別降解，而Gli3的C-末端肽被降解產(chǎn)生Gli3R，抑制Gli1活性［22］。Gli3R和Gli1相互拮抗，過表達(dá)Gli1 可降低Gli3R 的mRNA 水平，且其與βcatenin 的C 末端反式激活結(jié)構(gòu)域相互作用抑制βcatenin 活性，因此，Gli3R 在兩種途徑間起橋梁作用，Hh 可通過上調(diào)Gli1 抑制Gli3R 活性，降低Gli3R對β-catenin 的抑制作用，增強(qiáng)Wnt 通路傳導(dǎo)。但值得注意的是，Wnt和Hh之間的通路串?dāng)_還通過內(nèi)源性分泌卷曲蛋白相關(guān)蛋白1 介導(dǎo)，內(nèi)源性分泌卷曲蛋白相關(guān)蛋白1 可被Gli1 誘導(dǎo)，是Wnt 信號傳導(dǎo)途徑的負(fù)調(diào)節(jié)因子。此外，Gli1 還可誘導(dǎo)Snail 表達(dá)，然后與β-catenin 相互作用并刺激其轉(zhuǎn)錄。在對囊性纖維病的研究中發(fā)現(xiàn)，β-catenin可調(diào)節(jié)Hh信號通路，β-catenin的體外和體內(nèi)激活實驗中，Gli1均可被上調(diào)［23］。Wnt 與Hh 信號通路之間通過直接與間接的方式相互作用，通過各種因子的相互交流存在密切聯(lián)系，共同作用于腎纖維化的發(fā)生與發(fā)展。

3.2.2 Hh 與TGF-β/Smad 信號通路腎纖維化過程中，TGF-β/Smad 作為其核心通路，通過調(diào)控TGFβ 與分泌物的產(chǎn)生、激活潛在的TGF-β、調(diào)控下游信號Smad以促進(jìn)纖維化的發(fā)生［24］。Hh可誘導(dǎo)整合素αvβ6 上調(diào)，激活潛在TGF-β 信號，而TGF-β 信號通路進(jìn)一步激活成纖維細(xì)胞，同時整合素αvβ6也可直接激活成纖維細(xì)胞［25-26］，并且Shh 還可直接誘導(dǎo)TGF-β1 上調(diào)［9］。TGF-β 也可在不依賴Smo 和Hh 信號的情況下通過Smad3 和β-catenin 誘導(dǎo)Gli2 表達(dá)。已有研究表明，Gli2 和Gli1 可在PKA 被TGF-β 抑制的情況下被誘導(dǎo)［27］，并且Gli2 基因是多種細(xì)胞類型中TGF-β 通路的直接轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)，其中包括成纖維細(xì)胞。在缺乏Gli2 的成纖維細(xì)胞中，TGF-β 誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞活化敏感性下降，肌成纖維細(xì)胞的增殖減少。此外，Gli2 也可通過直接結(jié)合TGF-β 的靶基因Ctgf和Pai-1促進(jìn)TGF-β通路靶基因的轉(zhuǎn)錄［28］。

4 Hh信號通路在細(xì)胞凋亡中的作用

Hh信號通路在組織受到損傷時可被重新激活，參與組織修復(fù)。而其主要的靶向細(xì)胞為間質(zhì)細(xì)胞，如成纖維細(xì)胞，肌成纖維細(xì)胞，周細(xì)胞等。通常情況下，腎在損傷修復(fù)后，成纖維細(xì)胞及肌成纖維細(xì)胞會逐漸凋亡減少，而在腎纖維化的發(fā)展中并非如此，一方面是由于腎的慢性損傷遷延不愈，另一方面，可能是由于Hh 信號通路的抗細(xì)胞凋亡作用。Hh 信號通路可通過上調(diào)Trail 凋亡信號途徑抑制劑XIAP［29］、抗凋亡因子Caspase8 抑制劑cFlip［30］、PDGFR-α 和Bcl-2［31］以及下調(diào)Fas 受體、TRAIL 同源受體死亡受體4、死亡受體5、Caspase3 和PARP［31］來抑制間質(zhì)細(xì)胞凋亡。但值得注意的是，在藥物實驗中可觀察到抑制Hh 信號通路后腎小管上皮細(xì)胞凋亡增加，而成纖維細(xì)胞與肌成纖維細(xì)胞減少［20］。

5 Hh信號通路抑制劑

Smo抑制劑Vismodegib 和Sonidegib 先后被FAD批準(zhǔn)用于臨床。除此之外，還有Gli 抑制劑，如GLI間接抑制劑，包括CMAPs、JQ1和I-BET151、HDACi、Pyrvinium。GLI直接抑制劑有GANT61、三氧化二砷（ATO）、MEKK2/3 以及大環(huán)肽抑制劑（HL2-m5）等，而以上抑制劑在腎纖維化中的作用有待證明。另外，一些植物提取物也可抑制Hh 通路，如臥莖景天提取物［32］、白藜蘆醇以及第一個被發(fā)現(xiàn)的Hh 抑制劑天然生物堿環(huán)巴胺［33］等。

6 結(jié) 語

Hh 信號通路在腎的發(fā)育與損傷中均發(fā)揮顯著作用，是一條重要的通路，其異?；顒涌梢l(fā)多種疾病，包括癌癥，先天性疾病以及纖維化疾病等。近年來Hh 信號通路在腎纖維化中的作用受到越來越多學(xué)者的關(guān)注，但是此通路在腎纖維化中的具體作用機(jī)制至今尚未明確，需要更多研究進(jìn)行解釋。而此條通路在腎纖維化中不同于其他通路之處在于其更主要的是直接作用于腎纖維化發(fā)生的中心事件——肌成纖維細(xì)胞的活化、增殖與轉(zhuǎn)化，且在肌成纖維細(xì)胞生成后抑制此通路仍可減輕腎纖維化。以往研究較多的信號通路如TGF-β 通路、Wnt通路等其主要作用靶點(diǎn)在于腎小管上皮細(xì)胞，即EMT，與之相比，Hh 通路對腎纖維化的作用更為重要，這說明深入對Hh 通路的研究在防治腎纖維化時更為有效。