Sonic hedgehog 信號通路在胃癌中的研究進展

何 艷 凌 暉

過去50 年里，盡管在診斷技術上取得了很大的進展，世界大多數地區胃癌的發病率和病死率已顯著減少，但大部分胃癌患者的預后依舊很差，在世界范圍內，每年胃癌新發病例約98 萬人，男性胃癌病死率位于癌癥死亡原因第2 位，女性則為第4 位［1］。因此胃癌仍是嚴重威脅人類健康的疾病。近年來研究發現Shh(Sonic hedgehog，Shh)信號通路不僅在胚胎發育、細胞增殖等過程中起著十分重要的作用，而且異?；罨腟hh 通路能夠激活癌基因，與多種惡性腫瘤的發生發展密切相關。在對胃癌與Shh 信號通路關系的研究中，與正常組織相比，胃癌組織Shh 的表達都有不同程度的升高，且升高程度與胃癌的發展轉移甚至預后皆呈正相關，因此了解Shh 信號通路與胃癌的關系能夠為胃癌的發生分子機制提供新的思路，也為胃癌的治療提供新的方向。

一、Shh 來源及其信號機制

Hedgehog (Hh)信號通路在胚胎發育過程中不僅對各種組織生長和發育起著重要作用，也是維持成人組織穩態必不可少的一個重要的信號通路。Hedgehog 基因是Nüsslein -Volhard 和Wieschaus 在1980 年發現，因其形似刺猬而得名，是一種分節的極性基因［2］。Hedgehog 家族基因編碼的是一種十分保守的具有分泌作用的糖蛋白，在細胞間起著信號傳遞作用。研究發現果蠅只存在一種Hh 基因，而在哺乳動物種內hedgehog 存在3 種同源基因，Sonic hedgehog(Shh)、Indian hedgehog(Ihh)和Desert hedgehog(Dhh)，這3 種基因分別編碼著Shh、Ihh 和Dhh 3 種蛋白［3］。Dhh 是與Hh 基因相關性最強的基因，而Shh 則是Hh 家族中研究脊椎動物的最好的配體，大部分有關Hh 信號通路的研究都是通過Shh 實現的。

Shh 的信號通路受體包括Ptch 家族受體和Smo兩種膜蛋白及下游轉錄因子Gli 構成，轉導主要是受相關細胞膜蛋白Ptch 和Smo 影響，受體Ptch 由抑癌基因Patched 編碼，Ptch 家族包括Ptch1 和Ptch2 兩種蛋白，而癌基因Smoothened 則編碼著Smo 受體，Gli家族包括Gli1、Gli2 和Gli3 3 種蛋白。當Shh 到達靶細胞并直接結合Ptch1 受體，Ptch1 與Shh 的結合可解除對Smo 的抑制，Smo 進入到細胞質內，細胞信號而得以下傳導致轉錄因子Gli 的激活:包括激動因子Gli1、Gli2 和阻遏因子Gli3，從而激活Shh 通路;而當Shh 沒有與配體Ptch1 結合時，Ptch1 能夠抑制Shh 通路的下游蛋白Smo，導致Shh 信號通路處于失活狀態從而抑制其表達［3］。

二、Shh 通路與腫瘤

研究發現，Shh 信號通路在多種來源于內胚層的組織器官腫瘤中常異常激活，與腫瘤的發生密切相關。研究者多次在神經膠質瘤、肺癌、乳腺癌、肝癌、前列腺癌等惡性腫瘤中檢測出了Shh 信號通路的異常表達。Li 等［4］通過對118 例原發性神經膠質瘤手術標本進行免疫組織化學法發現Shh-Ptch -Gli1 信號通路在原發性神經膠質瘤中處于激活狀態。Bermudez 等［5］通過介導Gli1、Gli2 抑制Shh 的表達能誘導肺癌細胞的增殖能力降低，使肺癌細胞的增殖速度明顯下降。在對乳腺癌的研究中，有研究者認為異常表達的Hh 信號通路對乳腺癌的預后有一定的指導意義，Im 等［6］制備了334 例乳腺癌組織芯片，對Hh信號通路介導蛋白Shh、Ptch、Smo 以及神經膠質瘤相關基因Gli1、Gli2 和Gli3 進行免疫組化分析，結果表明Shh 信號通路的激活程度與乳腺癌的臨床侵襲行為呈正相關，且Gli2 高表達的患者的總體生存率也顯著低于低表達者，因此，Shh 通路可能成為治療乳腺癌的一個有價值的靶標，Gli-2 可作為乳腺癌的一項預后指標。Che 等［7］通過RT -PCR 對46 例肝細胞癌患者手術后樣本腫瘤組織和癌旁正常組織進行Shh、Ptch1、Smo 及Gli1 蛋白的檢測，并探討這些基因與肝細胞癌臨床預后的關系，結果顯示這些蛋白在肝癌組織中的表達水平依次為60. 87%、50. 00%、32.61%和54.35%，而癌旁組織中的表達極低或無表達，這提示SHH 信號通路的激活與肝癌的發展有著密切的聯系，其中Gli1 的表達可能參與肝癌的進展，并有可能成為肝癌的一項預后指標。有研究證明Shh 通路的異常激活程度與前列腺癌的惡性程度呈正相關，Shh 的表達增強能加快腫瘤組織的生長速度［8］。諸多研究表明Shh 信號通路與多種腫瘤的發生有密切的關系，但其與腫瘤相關性的研究亦在進一步深入中。

三、Shh 通路與胃癌

1.Shh 通路與胃癌的發生發展:Shh 信號通路在消化道的發育過程中具有重要的作用。Shh 在人胃底腺中表達，胚胎期表達旺盛，而在成人中表達較少，Shh 信號通路在胃的早期發育調控細胞分化時起主要作用，若該信號在早期發育過程中缺失將導致腸轉化為胃。激活的Shh 信號通路參與多種腫瘤的侵襲和進展，包括消化道腫瘤中的胃癌。Suzuki 等［9］研究發現，Shh 信號通路的正常表達在維持胃黏膜的結構與功能的穩定中發揮著重要的作用。Shiotani 等［10］通過Shh 基因啟動子甲基化定量PCR 證實，根除幽門螺桿菌能增強Shh 及其下游調控蛋白表達，從而減弱Shh 的甲基化和反胃表型。Sherman 等［11］在對慢性胃炎向胃腫瘤轉化的研究中，發現在胃組織穩態調節炎癥過程中，Shh 表達的中斷將出現正常上皮細胞分化的損失從而導致幽門螺桿菌的感染和由此產生的胃癌的發生。有研究發現，Shh 缺失與腸上皮化生的發展密切相關，而腸上皮化生則是胃癌的一個早期病變，其缺失可能在致正常胃黏膜癌變過程中發揮重要作用［12］。Yoo 等［13］發現高濃度的N -Shh 能通過TGFβ 介導的ALK5 Smad 3 途徑增強胃癌細胞的運動和侵襲能力。雖然目前對Shh 信號通路的異常激活與胃癌發生發展的關系有一定的研究和了解，但Shh 信號通路的異常激活對胃癌患者的預后仍不是很清楚。Saze 等［14］收集了41 例胃癌組織，用免疫組織化學和RT - PCR 的方法對組織中的Shh、Ptch1、Smo 和Gli1 的表達進行檢測，發現Shh、Ptch1 的高表達水平與胃癌的預后不良有顯著關系，且Shh 通路中的Ptch1 高表達可能與胃癌的進展有關。然而，Kim等［15］對139 例胃癌手術標本用免疫組化法測定Shh蛋白的表達，結果發現Shh 蛋白的過度表達可能是胃癌預后良好的標志。這也是此觀點的第1 次提出，故Shh 與胃癌預后的關系仍需各方面的研究證實。

2.針對Shh 通路的靶向研究:Shh 信號通路的異常激活是人類許多癌癥的發病機制之一，它已被確定為抗腫瘤治療的一個有效的目標。蘿卜硫素(SFN)在西蘭花等蔬菜中含量較豐富，是目前發現的蔬菜中抗癌效果最好的物質。Rodova 等［16］通過Western blot、QRT-PCR 等試驗證實SFN 能通過靶向抑制Shh 信號通路的表達來抑制胰腺癌干細胞的自我更新和增殖，而SFN 也將有可能成為一種新的廉價的Shh 信號通路抑制劑。據研究發現SFN 能夠直接有效的抑制幽門螺桿菌，保護細胞免受幽門螺桿菌所引起的氧化應激損傷，增加胃黏膜修復，從而減少幽門螺桿菌導致的胃癌的發病，但其強大的抗癌作用和對胃癌的抑制作用是否與SFN 對Shh 信號通路的抑制有關，目前還沒有研究證實［17］。環杷明(CYC)作為Shh 信號通路抑制劑，能破壞膽固醇的生物合成，通過直接與Smo 結合的方式阻礙Shh 信號通路，是現在研究較多的一種Shh 通路阻滯劑。Yanai 等［18］將手術切除的胃癌和淋巴結標本進行免疫組織化學分析，使用癌細胞百分率與Gli1 核轉位作為Shh 信號通路的激活標記，結果發現在原發腫瘤中，Gli1 核染色深度與淋巴結轉移呈正相關，使用Shh 通路抑制劑CYC 后可抑制未分化型胃癌細胞的生長，因此Shh信號通路可能成為治療有淋巴結轉移的未分化型胃癌的一個新的靶點。

3.Shh 通路與胃癌干細胞:現有研究表明，腫瘤干細胞是惡性腫瘤復發、轉移、耐藥的根源［19］。自Dick 等急性髓細胞樣白血病研究中證明了腫瘤干細胞(cancer stem cells，CSCs)的存在后，研究者們又在實體瘤中發現了腫瘤干細胞。研究發現，Shh 信號通路在維持干細胞的生長和分化的過程中起著至關重要的作用，具有促使普通干細胞向腫瘤干細胞轉化，從而起到促進腫瘤生長的作用。Song 等［20］證實，在胃癌細胞系MGC803 中，干細胞樣胃癌細胞的Shh 信號通路靶基因Ptch 和Gli1 的表達水平均顯著高于普通的胃癌細胞，說明Shh 通路在維持人胃癌干細胞特征中起重要的作用。胃癌的復發、耐藥與胃癌腫瘤干細胞，只有徹底消除了腫瘤干細胞才能從根本上治療癌癥，如果能通過靶向阻斷Shh 信號通路而阻止其生長和分化，是否能從根源上阻止惡性腫瘤乃至胃癌的復發和轉移呢?

四、展 望

近年來，研究者們發現在多種癌癥的發生發展過程中，都有著Shh 信號通路的異常激活，Shh 信號通路與胃癌的發生發展及預后過程中的重要作用被不斷揭示。分子靶向治療作為當今癌癥治療的一個新興的主題，其研究正在不斷深入，研究者們希望通過非特異性的DNA 損傷，阻斷某些信號轉導通路，能夠比化療和放療更有效的抑制腫瘤細胞的生長和誘導腫瘤細胞凋亡，目前對于Shh 信號通路抑制劑的研究很多，但通過抑制Shh 通路的表達對胃癌的預后和復發的研究還很少，仍需要進一步的研究，相信在不久的將來，我們能研制出有效的靶向Shh 信號通路的抑制劑，能夠代替或輔助放療和化療，為胃癌的治療提供新的方向。

1 Jemal A，Bray F，Center MM，et al. Global cancer statistics［J］. CA Cancer J Clin，2011，61:69 -90

2 Nüsslein-Volhard C. Mutations affecting segment number and polarity in Drosophila［J］. Nature，1980，287(5785):795 -801

3 Cohen MM. The hedgehog signaling network［J］. American Journal of Medical Genetics，2003，123A:5 -28

4 Li Q，Zhang Y，Zhan H，et al. The hedgehog signalling pathway and its prognostic impact in human gliomas［J］. ANZ J Surg，2011，81(6):440 -445

5 Bermudez O，Hennen E，Koch I，et al. Gli1 mediates lung cancer cell proliferation and sonic hedgehog - dependent mesenchymal cell activation［J］. PLoS One，2013，8(5):e63226

6 Im S，Choi HJ，Yoo C，et al. Hedgehog related protein expression in breast cancer:gli-2 is associated with poor overall survival［J］. Korean J Pathol，2013，47(2):116 -123

7 Che L，Yuan YH，Jia J，et al. Activation of sonic hedgehog signaling pathway is an independent potential prognosis predictor in human hepatocellular carcinoma patients［J］. Chin J Cancer Res，2012，24(4):323 -331

8 McKee CM，Xu D，Cao Y，et al. Protease nexin 1 inhibits hedgehog signaling in prostate adenocarcinoma［J］. J Clin Invest，2012，122(11):4025 -4036

9 Suzuki H，Minegishi Y，Nomoto Y，et al. Downregulation of a morphogen(sonic hedgehog)gradient in the gastric epithelium of helieobaeter pylori - infected mongolian gethils［J］. J Pathol，2005，206:186 -197

10 Shiotani A，Murao T，Uedo N，et al. Eradication of H. pylori did not improve abnormal sonic hedgehog expression in the high risk group for gastric cancer［J］. Dig Dis Sci，2012，57(3):643 -649

11 Sherman AE，Zavros Y. Role of Sonic hedgehog signaling during progression from inflammation to cancer in the stomach［J］. World J Gastrointest Pathophysiol，2011，2(6):103 -108

12 Shiotani A，Iishi H，Uedo N，et al. Evidence that loss of sonic hedgehog is an indicator of Helicobater pylori-induced atrophic gastritis progressing to gastric cancer［J］. Am J Gastroenterol，2005，100(3):581 -587

13 Yoo YA，Kang MH，Kim JS，et al. Sonic hedgehog signaling promotes motility and invasiveness of gastric cancer cells through TGF -beta-mediated activation of the ALK5 -Smad 3 pathway［J］. Carcinogenesis，2008，29(3):480 -490

14 Saze Z，Terashima M，Kogure M，et al. Activation of the sonic hedgehog pathway and its prognostic impact in patients with gastric cancer［J］. Dig Surg，2012，29:115 -123

15 Kim JY，Ko GH，Lee YJ，et al. Prognostic value of sonic hedgehog protein expression in gastric cancer［J］. Jpn J Clin Oncol，2012，42(11):1054 -1059

16 Rodova M，Fu J，Watkins DN，et al. Sonic hedgehog signaling inhibition provides opportunities for targeted therapy by sulforaphane in regulating pancreatic cancer stem cell self-renewal［J］. PLoS One，2012，7(9):e46083

17 Yanaka A. Sulforaphane enhances protection and repair of gastric mucosa against oxidative stress in vitro，and demonstrates anti -inflammatory effects on helicobacter pylori-infected gastric mucosae in mice and human subjects［J］. Curr Pharm Des，2011，17(16):1532 -1540

18 Yanai K，Nagai S，Wada J，et al. Hedgehog signaling pathway is a possible therapeutic target for gastric cancer［J］.J Surg Oncol，2007，95(1):55 -62

19 Sullivan JP，Minna JD，Shay JW. Evidence for self -renewing lung cancer steam cells and their implications in tumor initiation，progression，and targeted therapy［J］. Cancer Metastasis Rev，2010，29(1):61 -72

20 Song Z，Yue W，Wei B，et al. Sonic hedgehog pathway is essential for maintenance of cancer stem - like cells in human gastric cancer［J］. PLoS One，2011，6(3):e17687