Shh信號(hào)通路與腦梗死缺血區(qū)血管新生關(guān)系的研究進(jìn)展

賈藍(lán)羽，杜元灝

(1天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津300193；2 天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院)

·綜述·

Shh信號(hào)通路與腦梗死缺血區(qū)血管新生關(guān)系的研究進(jìn)展

賈藍(lán)羽1，杜元灝2

(1天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津300193；2 天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院)

腦梗死后血管新生對(duì)大腦神經(jīng)功能恢復(fù)和腦組織損傷修復(fù)起著至關(guān)重要作用。Shh信號(hào)通路可通過(guò)誘導(dǎo)毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞分化、增殖和遷移以及促進(jìn)毛細(xì)血管管腔形成，從而促使血管新生，形成長(zhǎng)而彎曲、直徑較大、分支較多的復(fù)雜血管網(wǎng)。在腦梗死治療過(guò)程中，適當(dāng)調(diào)控Shh信號(hào)通路有助于改善患者預(yù)后。因此，探究Shh信號(hào)通路與腦梗死缺血區(qū)血管新生的關(guān)系具有重要意義。

腦梗死；Sonic Hedgehog信號(hào)通路;血管新生

Sonic Hedgehog信號(hào)通路(簡(jiǎn)稱Shh信號(hào)通路)是胚胎發(fā)育過(guò)程中必不可少的信號(hào)通路[1]，不僅參與胚胎神經(jīng)系統(tǒng)模式發(fā)育，在成熟機(jī)體的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中也發(fā)揮重要作用，如在成人神經(jīng)發(fā)生和血管新生等[2，3]。近年研究發(fā)現(xiàn)，Shh信號(hào)通路還可影響腦梗死缺血區(qū)血管新生[4]。腦梗死是一個(gè)極其復(fù)雜的病理生理過(guò)程，單一挽救神經(jīng)元并非行之有效的方法，盡早改善缺血區(qū)血液供應(yīng)是治療成敗的關(guān)鍵。因此，有學(xué)者提出了神經(jīng)血管單元的概念[5]，通過(guò)調(diào)控Shh信號(hào)通路，促進(jìn)腦梗死缺血區(qū)血管新生，重建側(cè)支循環(huán)，最大限度地減輕缺血性損傷和促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)，繼而改善患者預(yù)后。本文結(jié)合文獻(xiàn)就Shh信號(hào)通路與腦梗死缺血區(qū)血管新生關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1 Shh信號(hào)通路構(gòu)成及其調(diào)控

1.1 Shh信號(hào)通路構(gòu)成 Hedgehog(Hh)基因最初在黑腹果蠅中被發(fā)現(xiàn)，該基因突變后可導(dǎo)致果蠅胚胎呈多毛團(tuán)狀，酷似受驚的刺猬而得名。后來(lái)在脊椎動(dòng)物中又發(fā)現(xiàn)了3種Hh的同源染色體，即Shh、Dhh和Ihh。目前，在Hh家族中關(guān)于Shh的研究最多。Shh信號(hào)通路包括Shh、Patched(Ptc)、Smoothened(Smo)及Glioblastoma(Gli)等因子。Shh是一種分泌蛋白，通過(guò)自我蛋白酶解作用水解為C- 片段和N- 片段，這兩種片段通過(guò)共價(jià)修飾形成C端膽固醇和N端十六酰基的Shh- N蛋白，通過(guò)多跨膜蛋白DispA和分泌蛋白Scube2的協(xié)同作用，促進(jìn)Shh分泌到細(xì)胞外或作用于靶細(xì)胞[6]。Ptc為12次跨膜蛋白，包括Ptc1和Ptc2，但只有Ptc1參與Shh信號(hào)通路，與Shh結(jié)合后可解除對(duì)Smo的抑制。Smo為7次跨膜蛋白，是Shh信號(hào)傳遞必不可少的G蛋白偶聯(lián)受體。在缺乏配體時(shí)，Smo可被Ptc抑制，當(dāng)Shh與Ptc結(jié)合時(shí)可解除對(duì)Smo的抑制，從而激活下游轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并被轉(zhuǎn)錄至細(xì)胞核。Gli為Shh信號(hào)通路下游的鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子，包括Gli1、Gli2、Gli3。Gli家族蛋白具有雙向轉(zhuǎn)錄作用，既可在胚胎時(shí)期促進(jìn)肢體器官及神經(jīng)血管生長(zhǎng)，又可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和擴(kuò)散[7]。故Shh信號(hào)通路可依靠Gli轉(zhuǎn)錄因子對(duì)下游靶基因進(jìn)行調(diào)控。

1.2 Shh信號(hào)通路調(diào)控 Shh的分泌可激活經(jīng)典信號(hào)通路和非經(jīng)典信號(hào)通路。在經(jīng)典信號(hào)通路中，Shh主要作用于Ptc1和Smo。Shh可與Ptc1受體結(jié)合，而Ptc1能抑制Shh蛋白從而解除對(duì)Smo的抑制，激活Shh信號(hào)通路，活化的Smo通過(guò)對(duì)蛋白激酶A的抑制，促使下游Gli家族轉(zhuǎn)錄至細(xì)胞核，從而發(fā)揮效應(yīng)。非經(jīng)典信號(hào)通路即Shh不通過(guò)激活Gli家族蛋白轉(zhuǎn)錄，主要包括兩類：①Shh可與Ptc結(jié)合，抑制Ptc誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡；亦可通過(guò)調(diào)節(jié)Ptc與磷酸化細(xì)胞周期蛋白B1的交互作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖[8]；②Shh通過(guò)Smo激活三磷酸鳥(niǎo)苷酶，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白應(yīng)力纖維和小管樣結(jié)構(gòu)形成；亦能激活Src家族激酶誘導(dǎo)軸突生長(zhǎng)，Shh介導(dǎo)花生四烯酸上調(diào)與RhoA和Rac1蛋白的結(jié)合，從而促進(jìn)成纖維細(xì)胞遷移和神經(jīng)發(fā)生。

2 腦梗死缺血區(qū)血管形態(tài)變化

腦梗死后缺血區(qū)域的微血管結(jié)構(gòu)受損，杜元灝等[9]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠大腦中動(dòng)脈阻斷3 h內(nèi)，缺血區(qū)微血管高度痙攣，出現(xiàn)高速無(wú)效振蕩現(xiàn)象；阻斷6 h后，微血管處于麻痹的舒張狀態(tài)，微血管內(nèi)的血流緩慢，不能滿足組織代謝的需要，同時(shí)組織器官中代謝產(chǎn)物不能及時(shí)排出；隨著時(shí)間延長(zhǎng)，腦梗死中心區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)缺血缺氧甚至壞死。但在缺血半暗帶區(qū)細(xì)胞水腫與凋亡同時(shí)存在，故在急性腦梗死發(fā)生后，缺血壞死中心周邊的半暗帶能否及時(shí)恢復(fù)供血，是影響患者預(yù)后的重要因素。Krupinski等[10]研究發(fā)現(xiàn)，缺血半暗帶的微血管密度與患者的存活時(shí)間呈正比，而腦缺血后缺氧可誘導(dǎo)低氧誘導(dǎo)因子1α表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)下游的血管源性因子，即轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF- β1)、血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、血管生成素(Ang)等在缺血半暗帶中高表達(dá)，半暗帶內(nèi)存活的血管內(nèi)皮細(xì)胞(VECs)在以上因子的作用下增殖、分裂，經(jīng)過(guò)周細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞的覆蓋形成新的毛細(xì)血管網(wǎng)，建立側(cè)支循環(huán)，經(jīng)過(guò)塑形形成肌性動(dòng)脈，并逐漸延伸至缺血中心區(qū)。腦缺血后期新生血管扭曲延長(zhǎng)，側(cè)支循環(huán)建立，腦水腫減輕，說(shuō)明血管功能恢復(fù)[11]。

3 Shh信號(hào)通路調(diào)控腦梗死缺血區(qū)血管新生的機(jī)制

腦缺血急性期Shh及其相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子高表達(dá)，抑制Shh信號(hào)通路可加重腦損傷，說(shuō)明Shh信號(hào)通路與腦梗死后血管新生有關(guān)。Shh可通過(guò)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞VEGF、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(bFGF)表達(dá)，促進(jìn)血小板衍生生長(zhǎng)因子(PDGF- BB)、TGF- β1及Ang- 1、Ang- 2表達(dá)，間接誘導(dǎo)血管新生[12]。VEGF在血管新生的最早階段即可表達(dá)，并誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞分化、增殖和遷移；bFGF可促進(jìn)VECs遷移和黏附，形成毛細(xì)血管芽，促進(jìn)血管分支形成血管網(wǎng)。Shh可誘導(dǎo)Ang- 1表達(dá)，而bFGF可降低其表達(dá)，二者共同作用于Ang- 1，可增加成纖維細(xì)胞中VEGF和VECs中Ang- 2的表達(dá)，即Shh與bFGF具有協(xié)同作用，從而平衡血管新生過(guò)程中Ang- 1與Ang- 2的表達(dá)[13]。Ang- 1為強(qiáng)抗?jié)B性因子，與內(nèi)皮Tie2受體絡(luò)氨酸激酶結(jié)合可促進(jìn)VECs與壁細(xì)胞結(jié)合，繼而形成穩(wěn)定的成熟血管，上調(diào)緊密連接蛋白和閉合蛋白表達(dá)，改善腦水腫和血管屏障滲漏[14]。Ang- 2根據(jù)VEGF水平變化可產(chǎn)生雙向作用。當(dāng)VEGF缺乏時(shí)，Ang- 2拮抗Ang- 1的表達(dá)，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞與壁細(xì)胞分離，導(dǎo)致血管退化；當(dāng)VEGF充足時(shí)，Ang- 2可調(diào)節(jié)血管分支[13]。有研究認(rèn)為，持續(xù)血管新生依賴于VEGF的表達(dá)和血管結(jié)構(gòu)的可塑性[15]。Berrios- Otero等[16]研究發(fā)現(xiàn)，Gli2突變可導(dǎo)致中后腦缺陷的小鼠腦血管和基底動(dòng)脈嚴(yán)重缺失，敲除Gli2或施加Shh信號(hào)通路抑制劑均能抑制PDGF誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞增殖，表明Shh可能通過(guò)誘導(dǎo)其下游Gli2的表達(dá)從而促進(jìn)血管發(fā)育，此即經(jīng)典信號(hào)通路促進(jìn)腦梗死后缺血區(qū)血管新生，但其具體機(jī)制仍不明確。目前多數(shù)研究認(rèn)為，Shh信號(hào)通路誘導(dǎo)血管新生也可能通過(guò)不依賴于Gli的非經(jīng)典信號(hào)通路。

3.1 Shh/雞卵清蛋白上游啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄因子Ⅱ(COUP- TFⅡ)通路 Pola等[17]研究發(fā)現(xiàn)，VEGF和Ang- 1誘導(dǎo)的血管新生中并無(wú)Gli的表達(dá)，推測(cè)其可能通過(guò)COUP- TFⅡ的介導(dǎo)激活下游生長(zhǎng)因子。Shh反應(yīng)元件與COUP- TFⅡ啟動(dòng)子的結(jié)合增多導(dǎo)致去磷酸化，激活COUP- TFⅡ，導(dǎo)致COUP- TFⅡ缺乏，繼而使Ang- 1表達(dá)過(guò)低無(wú)法形成成熟血管網(wǎng)。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)，Shh通過(guò)介導(dǎo)COUP- TFⅡ調(diào)節(jié)VEGF及Ang- 1、Ang- 2的表達(dá)。COUP- TFⅡ亦可通過(guò)直接調(diào)節(jié)VEGFR在血管內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)獨(dú)立調(diào)控血管芽生。因此認(rèn)為，Shh信號(hào)通路可能通過(guò)誘導(dǎo)COUP- TFⅡ表達(dá)，抑制Ang- 1表達(dá)、上調(diào)Ang- 2表達(dá)，從而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖分化，激活血管新生。

3.2 Shh/Notch通路 Lawson等[19]研究發(fā)現(xiàn)，Shh缺乏的胚胎期斑馬魚(yú)發(fā)育過(guò)程中無(wú)法形成背主動(dòng)脈或軸向靜脈，故認(rèn)為Shh/VEGF/Notch信號(hào)通路可介導(dǎo)動(dòng)脈分化；在胚胎發(fā)育過(guò)程中，Shh誘導(dǎo)的VEGF持續(xù)表達(dá)可激活Notch5，進(jìn)而提高酪氨酸激酶配體B2a的表達(dá)水平，從而誘導(dǎo)動(dòng)脈分化及下調(diào)VEGF受體flt4表達(dá)，調(diào)節(jié)動(dòng)靜脈分化。內(nèi)皮細(xì)胞中的Notch信號(hào)通過(guò)Noggin基因的表達(dá)促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管生長(zhǎng)[20]。因此推測(cè)，Shh信號(hào)通路所形成的復(fù)雜血管網(wǎng)可能與其早期上調(diào)VEGF表達(dá)，從而誘導(dǎo)下游Notch信號(hào)通路作用于下游靶因子有關(guān)。

3.3 Shh/PI3K通路 Kanda等[21]研究證實(shí)，Shh可促進(jìn)毛細(xì)血管形態(tài)發(fā)生；Shh通過(guò)促進(jìn)Smo的表達(dá)使靶基因c- Fes寡聚化激活，其與PI3K的亞基p85結(jié)合，導(dǎo)致下游c- Akt的亞基ser473發(fā)生磷酸化，證實(shí)Shh通過(guò)Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促進(jìn)毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)發(fā)生。有研究還發(fā)現(xiàn)，c- Akt可參與內(nèi)皮細(xì)胞引起的管狀結(jié)構(gòu)形成[22]，故激活c- Akt通路亦可導(dǎo)致Shh誘導(dǎo)的毛細(xì)血管形態(tài)發(fā)生。說(shuō)明Shh可能通過(guò)Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促進(jìn)毛細(xì)血管形態(tài)發(fā)生和管狀形成。

3.4 Shh/RhoA通路 Renault等[23]研究證實(shí)，Shh誘導(dǎo)的血管新生由Smo直接激活RhoA/ROCK通路，Rho蛋白可使VECs遷移相關(guān)的細(xì)胞骨架重組，從而使埃茲蛋白、根蛋白、膜突蛋白磷酸化[24]，促進(jìn)骨橋蛋白(OPN)和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP- 9)的表達(dá)。OPN是一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，可通過(guò)促進(jìn)VECs的生存和遷移誘導(dǎo)血管新生，MMP- 9可通過(guò)降解血管膜基底的Ⅳ型膠原和細(xì)胞外基質(zhì)促進(jìn)細(xì)胞遷移。經(jīng)過(guò)RhoA/ROCK抑制劑干預(yù)后VECs增殖、遷移等能力均被抑制[25]，說(shuō)明Shh信號(hào)通路可通過(guò)激活RhoA/ROCK通路誘導(dǎo)VECs增殖、遷移以及毛細(xì)血管管腔形成，從而促進(jìn)血管新生。

總之，Shh可誘導(dǎo)VECs分化、增殖和遷移，促進(jìn)毛細(xì)血管管腔形成，從而形成長(zhǎng)而彎曲、直徑較大、分支較多的復(fù)雜血管網(wǎng)[20]，這種高密度血管網(wǎng)對(duì)神經(jīng)功能恢復(fù)極為有利。在腦梗死治療過(guò)程中，適當(dāng)激活Shh信號(hào)通路有助于改善腦梗死患者預(yù)后。但目前對(duì)Shh促進(jìn)腦梗死缺血區(qū)血管新生的具體機(jī)制并未完全清楚，且研究結(jié)論不完全一致，尚需進(jìn)一步研究。

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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81473765)。

杜元灝(E- mail: jpjs_cn@sina.com)

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A

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2016- 10- 10)