Hedgehog-Gli信號通路在組織器官纖維化中作用的研究進展

李嫚華，許 威，向曉輝，夏時海

Hedgehog-Gli信號通路在組織器官纖維化中作用的研究進展

李嫚華，許 威，向曉輝，夏時海

研究發現Hedgehog-Gli信號通路不僅參與胚胎發育和組織發生，也參與機體多個組織器官纖維化。阻斷Hedgehog-Gli信號通路時，組織器官纖維化程度減輕。Gli作為該通路直接調控靶基因的核心轉錄因子，在組織器官纖維化過程中起關鍵作用。因此，研究Hedgehog-Gli信號通路可能為治療組織器官纖維化提供新的治療靶點。該文就Hedgehog- Gli信號通路在組織器官纖維化研究進展作一綜述，以期為深入理解其發生、發展機制提供參考。

Hedgehog-Gli信號通路；Gli轉錄因子；器官纖維化；文獻綜述

組織器官纖維化是指在炎癥反復刺激下，導致組織器官內纖維結締組織異常增生，實質細胞減少的病理現象，持續進展可導致組織器官結構破壞和功能減退，以致組織器官功能衰竭。增生的纖維結締組織雖然在空間上修復了原來的缺損，但卻不具備原來組織的結構和功能，這種修復反應過度就會引起組織器官纖維化，導致功能下降。組織器官纖維化常發生與肝臟、肺、腎臟、胰腺等器官。組織器官纖維化成為一類危害人類健康的慢性疾病，嚴重時可危及生命。近年研究發現，Hedgehog(Hh)-Glioma-associated oncogene homolog(Gli)信號通路參與了肝臟、胰腺、肺、腎臟、心臟等多種組織器官纖維化的發生、發展(表1)，本文擬對其進展作一簡要綜述。

1 Hh-Gli信號通路

Hh是一種共價結合膽固醇的分泌性蛋白，參與胚胎發育、毛發周期和多種腫瘤的發生[1-4]。Hh信號通路的組成部分有Hh配體、膜蛋白受體復合物、核轉錄因子和下游靶基因。在脊椎動物中，Hh有3個同源基因Sonic hedgehog(Shh)、Indian hedgehog(Ihh)、Desert hedgehog(Dhh)，這3個基因可編碼相應的分泌蛋白—Hh配體。Hh信號通路有兩個跨膜受體Ptched(Ptch)和Smoothened(Smo)介導信號向胞內傳遞。Ptch在人類有2個同源基因Ptch1和Ptch2；Smo負責細胞內信號傳導及靶基因的活性。胞質蛋白復合體主要由絲氨酸/蘇氨酸激酶(Fused, Fu)、Fu抑制物[(Suppressor of fused, Su(Fu)]、類運動蛋白(Costal-2, Cos2)和鋅指轉錄因子Gli共同構成。在Hh信號通路中，下游轉錄因子為Gli1、Gli2、Gli3，分別編碼相應蛋白，這些蛋白定位于胞核及細胞基質。Gli1只具有轉錄激活功能，Gli2主要執行轉錄激活功能，而Gli3主要執行轉錄抑制功能。Hh信號通路途徑在正常情況下，Ptch抑制Smo蛋白活性，從而抑制下游通路，這時Hh信號處于抑制狀態。當Ptch和Hh結合以后，解除Ptch對Smo的抑制作用，Smo會將信號傳遞給由驅動蛋白Cos2和Fu組成的蛋白復合體，使Gli家族成員中的穩定轉錄因子(cubitus interruptus，Ci)轉移至核內，激活下游靶基因轉錄。該信號通路傳遞過程簡單總結為Hh-Ptch-Smo-Gli鋅指蛋白過程。在整個信號通路中Hh、Smo、Fu起正向調節作用，而Ptch、Cosd2、Su(Fu)起負向調節作用(圖1)。

圖1 Hh-Gli信號通路

cyclopamine(Cyc),LDE223為Smo抑制劑，GANT6-1為Gli1、Gli2抑制劑

2 Hh信號通路參與肝臟纖維化

肝臟纖維化的重要特點是過量的細胞外基質(extracellular matrix, ECM)沉積，其纖維化過程的關鍵環節是肝星狀細胞(hepatic stellate cell，HSC)的激活。Swiderska-Syn等[5]將小鼠進行肝部分切除術，術后選擇性敲除Smo，與對照組相比，在新生肝臟中靜止期的HSC大量增多，但是在肝纖維化過程中起到重要作用的肌成纖維細胞(myofibroblasts, MFs)大量減少，并且肝纖維化程度降低；同時在分子水平Gli1和Gli2的表達量也下降。在人和嚙齒類動物的肝纖維化中，在體實驗和HSC細胞激活實驗發現SOX9和骨橋蛋白(osteopontin, OPN)在纖維化組織中的表達量均有所增加[6]，而SOX9和OPN是ECM的重要組成成分，能夠促進肝臟纖維化，因此兩者可以作為評價肝臟纖維化進程的指標之一。Pritchett等[7]通過人體和動物實驗發現，當給予小鼠Smo阻斷劑環靶明(cyclopamine, Cyc)時，Gli1、Gli2、Gli3表達量均下降，同時SOX9、OPN表達下降，反應肝纖維化程度的Ⅰ型膠原蛋白(collagen-1，Col-1)也下降。Xie等[8]研究發現，當培養的HSC轉化為MFs時，Ptch、Gli2表達量上升因而激活了Hh信號通路，同時 Notch信號通路Notch-2、Jagged-1的表達增加，α-SMA等纖維化成分分泌增多；當使用Smo抑制劑GDC-0449時，不僅Shh受體和Gli2表達受到抑制，Notch信號通路中的Notch-2、Jagged-1表達也受到抑制，ECM(如α-SMA)沉積減少；說明Notch和Hh信號通路具有相互作用，可調控肝臟修復過程中的關鍵細胞HSC。Kumar等[9]通過使用Smo抑制劑GDC-0449和miR-29b1(抑制HSC激活及肝臟纖維化進展的一類mircoRNA)發現，Shh、Gli-1、Col-1、α-SMA、纖維粘連蛋白(fibronection，FN)的表達量降低，同時組織學檢測發現纖維化程度降低。Philips等[10]敲除Mdr2基因造成纖維化小鼠模型后給予Smo抑制劑GDC-0449后發現，Gli1、Gli2的表達量降低，免疫組化檢測發現肝纖維化程度減輕。瘦素是由脂肪細胞分泌的蛋白質類激素，是一種促EMT因子；瘦素的分泌又反作用于HSC，促進其轉分化和肝纖維化，形成正反饋作用。Choi等[11]提取db/db鼠與野生鼠中的HSC進行對比，發現db/db鼠 的HSC細胞表面表達瘦素。與對照組相比，瘦素高表達細胞Shh、Gli1、Gli2、α-SMA、FN、Col-1的mRNA表達增加，該實驗還發現Hh信號通路與JAK/STAT信號通路相互作用，促進肝纖維化。

表1 Hh-Gli通路在組織器官纖維化中的作用

3 Hh信號通路參與肺纖維化

肺纖維化是多種肺部疾病的最終轉歸和病理特征。Hh信號通路在胚胎時期肺的發育中有很重要的作用。更重要的是，許多研究在肺纖維化患者的肺組織中發現異常表達的Hh信號通路分子。TGF-β1在肺纖維化中是很重要的調節因子。Cigna等[12]對診斷為特發性肺間質纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)患者的肺組織進行研究發現，Shh、Ptch和Gli1在Ⅱ型肺泡上皮細胞表達明顯增加。為了更深一步研究，研究者給予Hh信號通路抑制劑處理時，也發現了該通路信號分子的表達異常。李利華等[13]使用TGF-β1刺激肺成纖維細胞時發現，TGF-β1處理組細胞Shh、Gli1、α-SMA、FN、Col-1表達增加。Moshai等[14]通過氣管內注射博來霉素(bleomycin, BLM)誘導C57BL/6小鼠特發性肺間質纖維化模型，Shh的表達有所增加，Gli1和Gli2在細胞基質及細胞核上表達均有所增加；然后分別給予Smo抑制劑GDC-0449和Gli1與Gli2抑制劑GANT6-1處理。在GDC-0449組中，雖然Col-1a1、Col-3a1、α-SMA以及Gli1的 mRNA 水平減少，但是Gli2的mRNA水平并未下降，同時肺纖維化程度并未減輕；GANT6-1處理過的小鼠Gli1和Gli2降低，肺纖維化程度降低。Hu等[15]通過對IPF患者肺成纖維細胞給予Shh，發現Smo和Gli1蛋白及mRNA表達量增加；對大鼠轉染Gli1高表達質粒后發現，α-SMA、Gli1在蛋白及mRNA水平表達量均增加，肺纖維化程度增加。Bolaos等[16]發現IPF患者肺組織Shh、Ptch、Smo及Gli1、Gli2的蛋白和mRNA表達量高于正常肺組織；通過測定人肺成纖維細胞生長率發現，與對照組以及Cyc組相比，Shh組成纖維細胞增長明顯上升，同時Shh組Col-1和FN的mRNA及蛋白表達明顯增高；該實驗證明Shh還能從減輕TNF-α/INF-γ/FAS的促凋亡作用來保護成纖維細胞，從而起到促進纖維化的作用。

4 Hh信號通路參與腎纖維化

腎纖維化是多種不同病因所致的慢性腎臟病發展的最終共同通路，其主要病理改變主要為正常腎單位的破壞，同時出現大量成纖維細胞增生，ECM(如FN、膠原纖維)堆積，從而導致腎小球硬化和腎間質纖維化，終而影響正常腎功能。Fabian等[21]發現在慢性腎纖維化患者腎小管細胞中Hh信號分子Shh、Ihh、Gli1、Gli2表達量增加。通過單側輸尿管閉塞(unilateral ureteral occlusion, UUO)造成腎臟纖維化模型，當使用Hh拮抗劑IPI-926阻斷該信號通路時，上述分子表達量降低，同時小鼠腎臟纖維化程度降低，證明Hh信號通路在調節腎纖維化方面的重要性。 Bai等[17]通過UUO造成小鼠腎臟纖維化實驗發現，TGF-β1、Shh、Ptch1、Gli1的蛋白及mRNA的表達量均增加，研究者進一步研究用于治療組織器官纖維化的療效，將小鼠分為對照組、TGF-β1組、TGF-β1及白藜蘆醇聯合給藥組，檢測發現含白藜蘆醇組細胞中TGF-β1受體、Shh、Ptch、Gli1的基因及mRNA水平均下降，同時FN、Col-1、α-SMA水平也明顯降低；由此證明Hh信號通路參與慢性腎臟纖維化。Ding等[18]將腎纖維化組與對照組小鼠對比發現，Shh、Gli1以及α-SMA表達量均增加；使用Cyc發現Shh、Gli1、Col-1、FN和α-SMA的表達量均降低，腎臟纖維化程度降低。Latchoumycandane等[19]通過給小鼠注射乙醇實驗發現，腎纖維化程度增加，分子生物學檢測腎臟皮質細胞Shh、Gli1的表達量也增加。Kramann等[20]將Gli1+(Gli1過表達)的小鼠沉默Gli2基因，實驗結果發現腎纖維化程度降低，通過將UUO小鼠沉默Gli2基因，與對照組比較發現Gli1、Gli2、FN、Col-1、α-SMA均降低，組織檢測發現纖維化程度明顯降低；進一步研究發現沉默組小鼠MFs增生活躍。當給予UUO小鼠Gli阻滯劑Darinaparsin時，上述分子表達降低的同時纖維化水平也明顯改善。上述研究說明Gli信號通路在腎臟纖維化過程中起重要作用。

5 Hh信號通路與胰腺纖維化的關系

胰腺纖維化也同樣是多種胰腺疾病的重要病理特征和發病機制。研究表明在胰腺組織中存在一種與HSC生物學特性相近的類成纖維細胞，即胰腺星狀細胞(pancreatic stellate cell，PSC)。Shinozaki等[22]用人工合成的Ihh體外干預大鼠PSC，發現PSC被激活，并且Ptch1、Smo和Gli1的表達量增加，說明Hh信號通路能激活PSC。Tsang等[23]在蛙皮素誘導的小鼠胰腺纖維化模型中，使用大黃酸抑制PSC激活，與模型組比較發現，α-SMA、FN 和Col-1等ECM成分表達量降低，Shh、Gli1表達量也降低，通過組織學檢查發現胰腺纖維化明顯改善，說明Hh-Gli信號通路參與胰腺纖維化；在進一步的細胞實驗中以LTC-14即永生化PSC細胞為研究對象發現，給予siRNA-Shh處理后Shh、Gli1表達下降，給予TGF-β1處理后Shh、Gli1表達下降，給予TGF-β1、大黃酸聯合給藥后Shh、Gli1表達量下降，進一步說明了大黃酸通過抑制Shh信號通路來調節胰腺纖維化。Wang等[28]使用通過二丁基二氯化錫(dibutyltin dichloride，DDC)誘導大鼠慢性胰腺炎，模型組出現明顯纖維化的同時Shh、Ptch1、Smo、Gli1以及Col-1在胰腺組織中的表達顯著增加。

6 Hh信號通路參與其他組織器官纖維化

心臟、脊髓、皮膚等組織器官的纖維化過程中也發現了Hh通路的作用。Horn等[24]通過對小鼠使用Smo抑制劑LDE223阻斷Hh信號通路，檢測表皮和真皮細胞發現Gli1和Gli2的表達量降低，同時皮膚纖維化程度降低。Sasaki等[25]對骨髓纖維化患者給予環巴胺類似物IPI-926(Smo小分子抑制劑)，發現患者Gli1的mRNA及蛋白表達均降低，同時骨髓纖維化程度減輕。Kusano等[26]發現缺血性心肌炎大鼠中Shh、Ptch-1表達量增加。Kramann等[27]發現通過將Gli1基因轉入血管周類成纖維細胞，骨髓、肺、腎纖維化程度加重，相反，減弱Gli1表達，上述組織器官纖維化程度減輕。

7 展望

研究表明，多個信號通路參與組織器官纖維化過程。除TGF-β1/Smad信號通路、JAK/STAT信號通路、Wnt信號通路、Notch信號通路外，Hh信號通路參與多個組織器官纖維化，并起到關鍵性的作用，使用Hh-Gli信號通路分子抑制劑以及沉默質粒，能夠有效減少α-SMA、FN、Col等纖維標志物，減輕纖維化程度，抑制組織器官纖維化進程。顯然，進一步研究Hh信號通路在組織器官纖維化的發生機制對于治療組織器官纖維化有著十分廣闊的前景。

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李嫚華，女，碩士研究生。E-mail: lmh910924@163.com

夏時海，男，博士，教授，通訊作者。Tel:(022)60578765，E-mail: xshhcx@sina.com