信號通路調(diào)控唾液腺發(fā)育、再生及疾病的研究進(jìn)展

薛博元 于成龍 左金華

唾液腺是口腔頜面部組織的重要組成部分，分支形態(tài)發(fā)生是唾液腺發(fā)育的重要步驟，需上皮和間質(zhì)的相互作用。炎癥、損傷、腫瘤、放療及增齡性變化等均可能導(dǎo)致腺體功能障礙，給患者生活帶來嚴(yán)重影響。目前隨著基因轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)、組織工程學(xué)的日益發(fā)展，以信號通路關(guān)鍵蛋白為靶點(diǎn)改變器官或組織的結(jié)構(gòu)與功能，從而治療相關(guān)疾病的醫(yī)學(xué)策略備受關(guān)注。已知唾液腺發(fā)育、唾液腺功能減退后恢復(fù)以及某些唾液腺疾病的侵襲和轉(zhuǎn)移是受多個信號分子相互作用共同調(diào)控的，本文將集中討論調(diào)控唾液腺生長發(fā)育、修復(fù)再生以及相關(guān)疾病中幾種主要信號通路的潛在機(jī)制及研究現(xiàn)狀。

一、層粘連蛋白-整合素信號通路

層粘連蛋白(laminin)是最廣泛表達(dá)的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,EMC)蛋白之一，在多種系統(tǒng)不同階段發(fā)揮重要功能。整合素(integrin)是存在于哺乳動物細(xì)胞表面由α、β亞基組成的跨膜受體。許多器官分支形態(tài)發(fā)生依賴EMC蛋白和整合素受體的相互作用，其中唾液腺上皮細(xì)胞也不例外。不同類型的層粘連蛋白和整合素受體共同維持唾液腺的穩(wěn)態(tài)，其中大部分包含整合素的β1亞基。Wu等[1]通過分離、擴(kuò)增人正常腮腺組織所分泌唾液中的干/祖細(xì)胞進(jìn)行研究證實(shí)，在唾液腺腺泡細(xì)胞重組過程中，層粘連蛋白以及整合素α1β1激活的力驅(qū)動的相互作用起著關(guān)鍵作用。有研究發(fā)現(xiàn)，層粘連蛋白α5通過整合素β1信號影響成纖維細(xì)胞生長因子受體(fibroblast growth factor receptor,FGFR)的表達(dá)，從而調(diào)控頜下腺上皮細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生，而整合素β1也可以反過來調(diào)節(jié)層粘連蛋白α5[2]。Thiemann等[3]研究證明，成纖維細(xì)胞生長因子2(FGF2)可以上調(diào)水通道蛋白-5及整合素α3β1和α6β1的表達(dá)，促進(jìn)小鼠下頜下腺(submandibular gland，SMG)的形態(tài)發(fā)生和分化。因此筆者推斷，整合素α1β1、α3β1、α6β1、層粘連蛋白α5以及它們之間的相互作用在唾液腺干/祖細(xì)胞的增殖和正常唾液腺發(fā)育過程中起重要作用。

層粘連蛋白-整合素(laminin-integrin)通路失調(diào)會導(dǎo)致多種唾液腺相關(guān)疾病的發(fā)生。層粘連蛋白α1/α2及其受體整合素α1β1/α2β1的相互作用在閏管祖細(xì)胞向腺泡細(xì)胞分化過程中起著關(guān)鍵的作用，當(dāng)其失調(diào)時會導(dǎo)致舍格倫綜合征(Sj?gren′s syndrome，SS)中腺泡細(xì)胞重組受損[4]。相反在唾液功能受損時，具有l(wèi)aminin-integrin信號的唾液腺干/祖細(xì)胞在其功能恢復(fù)過程中也起關(guān)鍵作用。整合素α3β1、α6β1可以通過細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2信號通路與層粘連蛋白α1衍生多肽SIKVAV相互作用來增強(qiáng)人唾液腺腺樣囊性癌(adenoid cystic carcinoma,ACC)細(xì)胞的蛋白酶活性[5]。作為特異性細(xì)胞黏附分子，層粘連蛋白受體整合素β4在涎腺腫瘤的細(xì)胞質(zhì)和未極化的膜上顯著表達(dá)[6]。

二、轉(zhuǎn)化生長因子-β信號通路

轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)家族在動物細(xì)胞中編碼有33個基因，其信號的失控會導(dǎo)致發(fā)育異常和疾病，而信號增強(qiáng)則會導(dǎo)致癌癥和纖維化。TGF-β和整合素在生殖系統(tǒng)、纖維化疾病、癌癥和損傷修復(fù)等生理和病理過程中有相互聯(lián)系，在某些外分泌腺包括肝臟及唾液腺的發(fā)育及相關(guān)疾病中也不例外[7]。有研究表明，整合素β1是肝臟發(fā)育和再生過程中的關(guān)鍵決定因素，具有調(diào)節(jié)TGF-β分泌的作用[8]。Louren?o等[9]研究證實(shí)，在TGF-β1刺激下，多形性腺瘤(pleomorphic adenoma，PA)細(xì)胞的整合素β表達(dá)增加。而在ACC細(xì)胞中這種刺激的反應(yīng)較弱。這很可能驗(yàn)證了良惡性細(xì)胞生物學(xué)行為的重要差異。在大鼠SMG再生過程中，TGF-β1參與了層粘連蛋白周圍的環(huán)境[10]。因此可以推斷，TGF-β與laminin-integrin信號通路在腺體發(fā)育和相關(guān)疾病中有著密切的聯(lián)系。

有研究證實(shí),在小鼠SMG的發(fā)育中，TGF-β可以激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶通路與上皮細(xì)胞表面受體結(jié)合調(diào)控唾液腺的發(fā)育[11]。唾液腺各種生理和病理狀態(tài)都可以表現(xiàn)為纖維化，TGF-β通路在以唾液腺在內(nèi)的多個器官纖維化中起著關(guān)鍵作用。TGF-β1和β2是促纖維化配體；而β3和一些骨形態(tài)發(fā)生蛋白是抗纖維化配體；而β1的異常過度表達(dá)導(dǎo)致唾液腺功能減退，因此，β1又被認(rèn)為與涎腺炎、放療后唾液腺功能障礙和SS的促纖維化發(fā)病機(jī)制有關(guān)[12]。在原發(fā)性干燥綜合征(primary Sj?gren′s syndrome,PSS)中，TGF-β在其中表達(dá)變化多樣并對控制淋巴浸潤、淋巴細(xì)胞和導(dǎo)管上皮的增殖可能有重要意義,Sisto等[13]研究證實(shí)，上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化在PSS和唾液腺纖維化中起著至關(guān)重要作用，而典型的TGF-β1/Smad通路又在白細(xì)胞介素-17誘導(dǎo)下參與上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。在ACC中，TGF-β1可以促進(jìn)癌的遷移和侵襲，Ⅲ型TGF-β受體在ACC中的表達(dá)受到明顯抑制，但其瞬時過表達(dá)可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，抑制癌細(xì)胞生長和遷移，這可能為治療ACC提供了一種新途徑[14]。綜上所述，TGF-β家族成員對調(diào)控唾液腺組織形態(tài)發(fā)生、細(xì)胞分化、增殖以及某些疾病侵襲和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。

三、Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路

Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)是整個動物界發(fā)育的主要調(diào)節(jié)因子，在胚胎發(fā)育和組織動態(tài)平衡過程中對干細(xì)胞更新、細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化都具有重要作用。但突變的Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑會導(dǎo)致與多種生長相關(guān)的病理和癌癥的發(fā)生[15]。其中Wnt/β-連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)為唾液腺發(fā)育再生和一些疾病核心的信號通路，通常被稱為“典型的”Wnt通路。在唾液腺發(fā)育中，上皮間充質(zhì)相互作用是至關(guān)重要的。Haara等[16]揭露了間充質(zhì)Wnt/β-catenin活性調(diào)節(jié)小鼠SMG的形態(tài)發(fā)生，間充質(zhì)Wnt/β-catenin誘導(dǎo)其下游的外胚層發(fā)育不良蛋白(ectodysplasin，EDA)通路表達(dá)從而激活上皮Edar/NF-κB信號通路。EDA既是Wnt通路的下游也是Hedgehog(Hh)通路的上游。Matsumoto等[17]研究證明，在SMG發(fā)育早期，Wnt信號通過上調(diào)Myb轉(zhuǎn)錄因子抑制末端芽的形態(tài)發(fā)生和向前腺的分化，并且抑制導(dǎo)管形成，從而控制SMG器官發(fā)生的時間。Wnt/β-catenin信號又是成年唾液腺干細(xì)胞的關(guān)鍵驅(qū)動因素,對恢復(fù)輻射誘導(dǎo)后唾液功能減退中起著重要的作用，其中有力的證據(jù)是，高表達(dá)的上皮細(xì)胞黏附分子和在納米纖維微孔中三維球形培養(yǎng)的唾液腺駐留干細(xì)胞通過激活Wnt信號促進(jìn)干細(xì)胞的特性,對治療放療后受損的唾液功能減退是有益的[18]。

Wnt/β-catenin信號通路既與唾液腺的發(fā)育以及驅(qū)動干細(xì)胞有關(guān)，也與唾液腺的一些疾病的發(fā)展密不可分。Fernández-Torres等[19]對Wnt/β-catenin信號通路中的14個基因的25個多態(tài)性進(jìn)行了基因分型，證實(shí)了Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)基因(LRP5、FRZB和ADIPOQ)增加了PSS的風(fēng)險。β-catenin和上皮細(xì)胞黏附分子(epithelial cell adhesionmolecules，EpCAM)與唾液腺黏液表皮樣癌(mucoepidermoid carcinoma，MEC)的生長及惡性化程度呈正相關(guān)，兩者為協(xié)同關(guān)系[20]。Wnt信號對于確定ACC中的腫瘤分級至關(guān)重要，在轉(zhuǎn)移性和侵襲性較強(qiáng)的ACC細(xì)胞中可見Wnt抑制因子1(WIF1)表達(dá)下調(diào)以及Wnt/β-catenin和Wnt1通路表達(dá)上調(diào)，這些結(jié)果提示，“典型的”Wnt通路相關(guān)成分的改變可能與ACC的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移有關(guān)[21]。不僅在ACC中存在Wnt通路相關(guān)成分的改變，在多個人類唾液腺良惡性腫瘤中也存在Wnt通路明顯的失調(diào)，包括PA、腺癌NOS和MEC等[22]。

四、Hedgehog信號通路

Hedgehog(Hh)信號通路在哺乳動物的面部發(fā)育及疾病中具有重要的作用，已被證實(shí)了有3種Hh信號通路：Sonic hedgehog (Shh)、Indian hedgehog (Ihh)和Desert hedgehog (Dhh)。其中Shh在面部和胚胎其他部位的功能范圍最廣，而Ihh和Dhh發(fā)揮的作用較有限。Shh配體和其受體Ptch相互作用可以部分地通過激活EGF/ErbB/ERK1/2信號系統(tǒng)來刺激胎鼠SMG的分支形態(tài)發(fā)生[23]。在唾液腺胚胎上皮中，Shh的表達(dá)是由Wnt通路下游的Edar/NF-κB通路誘導(dǎo)的，而Hh通路又是EDA/NF-κB的重要介導(dǎo)者[16]。因此可以認(rèn)為Hh通路與Wnt和EDA途徑有密切聯(lián)系且在唾液腺發(fā)育中具有重要的作用。

Hai等[24]通過研究證實(shí)，抑制細(xì)胞衰老可能通過短暫激活Hh信號，促進(jìn)DNA修復(fù)，降低氧化應(yīng)激，從而挽救輻射所致的唾液腺細(xì)胞功能低下來維持唾液腺干/祖細(xì)胞特性、副交感神經(jīng)支配和相關(guān)基因的表達(dá)等，具有促進(jìn)唾液腺再生的作用，并且Shh激活的SMG駐留巨噬細(xì)胞，其旁分泌因子與內(nèi)皮細(xì)胞、上皮祖細(xì)胞旁分泌因子間的相互作用，同樣在挽救放射性受損的唾液功能中起重要作用[25]。以上都提示上皮中的Hh信號瞬間激活是促進(jìn)放射治療后唾液腺再生的一種有前途的策略。Hh信號通路在相關(guān)疾病中也扮演著重要的角色。在人類味覺功能障礙中，腮腺唾液中存在的Shh明顯降低,因?yàn)镾hh與味蕾的生長和發(fā)育有關(guān)[26]。常見的涎腺腫瘤包括PA、MEC和ACC等，其組織病理學(xué)差異很大。Hh信號通路和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription,STAT3)在細(xì)胞增殖中起重要作用，有利于腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)，其中Hh信號通路在PA、MEC和ACC細(xì)胞構(gòu)筑模式的形成和維持中可能起作用，STAT3也參與了ACC的發(fā)育，但與神經(jīng)周浸潤無關(guān)[27]。

五、展 望

綜上所述，唾液腺的發(fā)育再生及相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展是一個復(fù)雜的過程，并非某一信號通路單獨(dú)參與調(diào)控，而是通過多個信號通路相互作用來完成的。在過去的20年里，國內(nèi)外研究者對唾液腺形態(tài)發(fā)生的分子控制等相關(guān)研究已取得顯著進(jìn)展，但目前對于各種信號通路參與調(diào)控唾液腺發(fā)育、生長、再生及疾病過程及其機(jī)制的研究仍處于早期階段。本文僅提及4種應(yīng)用較為廣泛的信號通路，尚有其他信號通路如成纖維細(xì)胞生長因子受體(FGFR)信號通路、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)信號通路以及Notch信號通路等在唾液腺組織及細(xì)胞中也起著重要作用。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，越來越多的信號通路及其調(diào)控機(jī)制將被揭示，進(jìn)而為臨床上治療唾液腺的損傷再生以及相關(guān)疾病提供指導(dǎo)與理論依據(jù)，也將為今后的研究提供新的思路。