Hedgehog信號通路在風濕病中的研究進展

高雪琴　陳菲菲　唐芳　祝波　黃穎

【摘 要】 刺猬（Hedgehog，Hh）信號是一條在脊椎動物胚胎發育和組織調控中起重要作用的信號通路。綜述近年來相關研究發現，Hh信號通路失調與風濕病的發生發展密切相關，并在調節細胞功能、影響炎癥因子、調控骨代謝等方面取得了一定成效，為該信號在風濕病基礎研究及臨床應用方面提供一定思路。但深入研究及臨床應用仍十分有限，期待更進一步的研究。

【關鍵詞】 風濕病;Hedgehog信號通路;炎癥因子;骨代謝;研究進展

風濕病泛指累及骨、關節及周圍軟組織的一類疾病，涉及面廣，分類繁多，發病率高，危害性大。隨著研究的不斷進展，近年來發現刺猬（Hedgehog，Hh）信號通路在多種風濕病相關的炎癥因子及骨與軟骨代謝中發揮著重要作用，現介紹如下。

1 Hh信號通路概論

1.1 Hh信號通路成員 Hh信號通路最早在果蠅中被發現，包括Sonic hedgehog（SHh）、Indian hedgehog（IHh）、Desert hedgehog（DHh）等3種同源基因，分別編碼相對應蛋白SHh、IHh和DHh，該信號通路主要由4個核心部和1種支架蛋白組成：Hh蛋白家族、跨膜受體Patched受體（Ptch1，Ptch2，以Ptch1為主）、跨膜蛋白Smoothened（Smo）、下游轉錄因子Glioma（Gli）以及支架蛋白激酶C受體1（RACK1）。正常條件下，Ptch1與Smo結合，抑制Smo活性。但當Hh蛋白與Ptch1結合后，Ptch1對Smo的抑制作用解除，從而實現該通路活化，轉錄因子Gli1活化進入細胞核，調控下游靶基因的轉錄[1]。LI等[2]通過支架蛋白Rack1作為Hh信號的調節劑，發現在沒有Hh信號的情況下，Rack1可介導磷酸化轉錄因子（Ci）蛋白水解;在Hh信號存在的條件下，Rack1則導致Smo脫泛素化。纖毛與Hh信號通路的主要元件皆密切相關，它是由微管支撐，存活在細胞膜上的突出結構;纖毛在Hh信號通路中扮演著重要的角色，一方面為其分子提供特定的結合閾，對它們的分布和功能起著關鍵意義，另一方面則通過調節通路中分子的濃度實現調控對傳入信號的反應。最近有研究證實，纖毛中有脂質膜成分對纖毛功能和Hh信號通路十分重要[3-4]。

1.2 Hh信號通路生物學特點 Hh信號是一種分泌性蛋白，必須經過自身修飾才能發揮其活性。Hh蛋白包括2個部分：N端信號結構域和C端催化結構域。C端催化結構域可以構建共價結合的膽固醇并與N端信號域結合，然后通過Skinny Hedgehog酰基轉移酶對N端信號域進行半胱氨酸棕櫚酰化。SHh、Gli1是Hh信號通路的關鍵蛋白，Hh信號通路激活水平與二者呈正相關[5-6]。哺乳動物中的3個Gli蛋白是Hh信號通路的主要效應因子[7]，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;它們具有共同的DNA結合結構域，即5個串聯的C2H2鋅指結構和1個C端激活結構域。只有Gli2和Gli3含有N端抑制結構域。Gli1編碼一個前饋通路的激活劑來響應該通路的激活，而Hh信號通路的激活決定了Gli1的轉錄[8]。Gli的直接功能最終決定細胞的命運，它是對組織形態、細胞增殖和細胞存活調節劑的控制。Hh信號通路的不同組分也起到正反饋或負反饋調節的作用[7]。在Hh信號通路中，SHh研究相對較多，IHh和DHh研究較少;IHh調節軟骨等組織的發育;DHh調節精子細胞的發育[5]。Hh信號通路特殊結構鞭毛轉運蛋白80通過激活經典的Hh-Smo-ptch1-Gli信號和抑制非經典的Hh-Gαi-RhoA應激纖維信號調節成骨細胞分化[9]。SHh在脊椎動物中表達較DHh、IHh廣泛。

2 Hh信號通路與風濕病

2.1 Hh信號通路與骨質疏松 骨質疏松（osteoporosis，OP）是一種以骨量減少和骨組織微結構破壞為特征的代謝性骨病，易導致骨脆性增加和骨折[10]。早在1993年《美國風濕病學會對關節炎和風濕性疾病的命名和分類》已將OP歸屬于風濕病，但由于我國風濕病專業起步較晚，對其研究相對滯后[11]。近年來，隨著人口老齡化加劇，OP在我國的發病率呈明顯上升態勢，嚴重危害中老年人的身體健康以及生活質量[12]。骨骼生長需要骨形成和骨重塑兩個基本過程。成年人體內的骨骼不斷歷經著骨形成和骨吸收的動態平衡，稱為骨重塑[13]。此外，OP的形成與破骨細胞密切相關。破骨細胞是實現骨吸收功能的效應細胞。不管是破骨細胞的分化，還是破骨細胞的功能障礙將導致OP和多種相關性骨代謝疾病[14-15]。OP的發病機制尚未完全闡明，研究表明，Hh信號通路在OP的發生、發展中起著十分重要的作用[9]。Hh信號通路是調控骨形成和促進成骨分化的主要信號通路。鞭毛轉運蛋白80通過其特殊的結構，激活經典的Hh-Smo-Ptch1-Gli信號通路和抑制非經典的Hh-Gαi-RhoA應激纖維信號調節成骨細胞分化。Hh信號通路在胚胎發育和成年期的骨代謝中起重要作用，其中參與軟骨內成骨過程中成骨分化調控的主要是IHh。YANG等[16]發現，OP中的Hh信號通路表現為IHh含量降低。補腎、活血復方能激活IHh信號通路，促進骨形成，抑制骨吸收，預防骨質疏松。鄧洋洋等[17]通過實驗發現，出生后Hh信號通路對于骨代謝的維持也十分重要，在成熟的成骨細胞中敲除Hh信號通路受體Ptch1后，由于分化增強，促進了破骨活性的大幅提升，骨代謝平衡被打破導致出現明顯的OP表現。治療方面，目前臨床上常見的有性激素替代劑、二磷酸鹽、降鈣素、甲狀旁腺素等，但療效有限;隨著研究的不斷深入，干細胞移植也在OP的治療上取得一定成效。賈祎佳等[18]證明，Hh信號通路中的SHh可以上調血管內皮生長因子（VEGF）和堿性成纖維生長因子（bFGF）等蛋白的表達以間接增強SHh的成骨作用，增強治療效果。此外，高舉會等[19]研究發現，左歸丸可以影響Hh信號通路中Smo、Gli1的表達，對OP起到明顯的調控作用，表明可以通過激活Hh通路的靶基因治療OP。趙凈穎等[20-21]發現OP不單只受到一條信號通路的調控，Hh信號通路可與Wnt/β-連環蛋白（Wnt/β-catenin）信號通路、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路、骨形態發生蛋白（BMP）信號通路等協同作用，調節骨的增殖和分化。研究發現，Hh信號是成骨細胞分化的正向調節因子，其機制是通過抑制RNA與細胞多能性因子Msi1（MSI1）結合，進而抑制mRNA在Wnt1的表達實現對抗OP的作用[22]。OP的發展和診療受到多條信號通路共同調控，研究信號通路的傳導過程有利于OP的診斷和治療，以尋求更多積極的防治策略。

2.2 Hh信號通路與骨關節炎 骨關節炎（osteoarthritis，OA）涉及整個關節組織，主要表現為關節軟骨的損傷，最終關節軟骨退變、纖維化、斷裂、潰爛導致整個關節面的損傷。IHh在骨和軟骨發育中起關鍵作用，同時能影響成骨細胞分化。OA中存在活化的Hh信號通路參與了骨與關節的破壞[23]。在膝骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA）患者中，IHh蛋白和信使RNA的表達均高于正常組，且隨著軟骨破壞的加重，IHh蛋白和信使RNA的表達進一步升高[24]。OA是關節軟骨的特征性改變，IHh可通過上調相關基因表達和誘導軟骨細胞肥大促進OA的發生發展，表明可通過抑制Hh信號的表達實現保護關節，緩解OA的進展[25]。Hh配體的主要受體是Patched 1，如果不與Hh配體結合，則可抑制Hh信號途徑的活性。Ptch1對Hh通路的抑制作用是通過抑制Smo實現的。因此，在和Hh信號結合后，Smo擺脫了Ptch1的抑制，激活Gli的轉錄因子以進行特定的基因表達。軟骨細胞中特定的IHh缺失降低了小鼠手術誘導的OA的進展[26]。SIEKER等[27]通過具有IHh腺病毒表達的骨髓凝結物遞送至兔膝關節的軟骨缺損，證實了IHh在軟骨修復中的作用。所以，IHh是骨發育的主要調控因子之一，可通過IHh本身及甲狀旁腺激素（PTH）相關蛋白、骨形態發生蛋白、纖維生長因子等信號的作用調節軟骨細胞的增殖和分化。它在軟骨細胞和成骨細胞的增殖和分化中起著關鍵的調節作用[28]。因此，Hh信號的異常激活可能是OA的發病基礎，而Hh途徑的抑制作用則可能為OA的治療提供靶點，值得深入研究。

2.3 Hh信號通路與類風濕關節炎 類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）是一種全身性自身免疫病，主要表現為滑膜關節的慢性炎癥性病變。在臨床實踐中，大多數患者起病緩慢且隱蔽，主要累及全身小關節，導致關節結構破壞、畸形，最終功能喪失，后期還可累及心臟和肺等其他系統[29]。相關研究發現，成纖維樣滑膜細胞（FLSs）參與RA滑膜軟骨損傷，在參與炎性細胞因子的釋放中起輔助作用[30]。Hh信號通路抑制劑環巴胺可調節佐劑性關節炎（AA）大鼠關節軟骨細胞增殖，抑制關節軟骨細胞凋亡，表明Hh信號通路干預AA大鼠關節軟骨細胞可能具有保護RA受累關節的潛在應用價值。FLSs是導致RA中滑膜炎和關節破壞的效應細胞。部分研究表明，SHh通路在RA患者和動物模型中處于異常激活，可通過促進FLS過度增殖參與RA發病[31]。近來有文獻報道，SHh信號通路參與RA-FLSs的異常激活，抑制SHh通路會降低RA-FLSs的增殖和遷移[32]。SUN等[33]通過使用5-氮雜-2′-脫氧胞苷（5-氮雜三唑）作為DNA甲基化抑制劑，DNA甲基化可提供分子機制，甲基化水平可以通過敲低甲基CpG結合蛋白2（MeCP2）調節炎癥，從而防止炎性細胞因子的釋放。研究Ptch1基因甲基化水平介導的SHh信號通路在RA-FLSs中的表達可成為未來治療RA的新方向。

2.4 Hh信號通路與強直性脊柱炎 強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一種以中軸關節受累為特征的慢性炎癥性疾病，可伴有關節外表現。本病主要累及脊柱和骶髂關節，疾病進展到終末階段可出現脊柱僵硬或畸形，病理表現為附著點炎癥。研究發現，在檢測部分AS患者血清IHh水平時發現，AS患者血清IHh水平明顯高于RA患者和健康對照者，且經腫瘤壞死因子α（TNF-α）拮抗劑治療后IHh表達下調，提示IHh可能參與了AS的發病過程[34]。同時，以IHh為靶點進行干預，對延緩AS的發展有很大的價值，因此Hh信號通路在AS的病理生理機制及臨床應用中有良好的研究前景。

2.5 Hh信號通路與炎癥性腸病 炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是一組病因尚未完全闡明的慢性非特異性腸道炎癥疾病。Hh信號通路在調節腸神經、平滑肌和絨毛產生中起重要作用。隨著對本病與Hh信號通路關聯進一步研究發現，消化系統惡性腫瘤的產生、進展和轉移與Hh通路的異常激活關聯密切[35]。呂婷婷等[36]證實，腸道炎癥反應中的炎癥因子包括白細胞介素1（IL-1）、IL-6、TNF-α等，能導致局部的炎癥和免疫紊亂，藥物干預后細胞核中的Gli1蛋白水平升高，Hh信號通路通過固有免疫和適應性免疫降低上述炎癥水平，具有治療意義。同時，研究發現IHh基因功能喪失會導致嚴重腸炎的發展與廣泛纖維化，黏膜損傷，巨噬細胞和白細胞的浸潤。當轉錄因子Gli1基因中的單核苷酸多態性易患IBD時，Hh途徑已經與黏膜炎癥相關[37]。因此，可以證實Hh信號通路參與腸道病變的過程，但具體發生發展機制仍需要進一步深入研究。

3 總結與展望

Hh信號通路在胚胎發育、細胞增殖、組織修復、骨骼發育等多種生理和病理生理過程中發揮重要作用，近年來也被越來越多地運用于風濕病診療的臨床及基礎研究當中，主要是在該信號通路調節細胞功能、影響炎癥因子、調控骨代謝等方面，取得一定的成效，但深入的研究仍十分有限。針對該信號在風濕病中的作用潛能，進一步深入研究，將對多種風濕病的診療產生深遠影響。

參考文獻

[1] 李若菲，白云飛，王蕓姣，等.槲芪散可通過激活Hedgehog信號通路抑制大鼠肝癌前病變的形成[J].中國病理生理雜志，2017，33（4）：661-668.

[2] LI Y，SUN X，GAO D，et al.Dual functions of Rack1 in regulating Hedgehog pathway[J].Cell Death Differ，2020，27（11）：3082-3096.

[3] 劉志強，柳靜.Hedgehog信號通路與多發性骨髓瘤耐藥性的評述[J].西南醫科大學學報，2018，41（1）：1-5.

[4] CHAVEZ M，ENA S，VAN SANDE J，et al.Modulation of ciliary phosphoinositide content regulates trafficking and sonic hedgehog signaling output[J].Dev cell，2015，34（3）： 338-350.

[5] JIA J，MARTIN TA，YE L，et al.Fibroblast activation protein-α promotes the growth and migration of lung cancer cells via the PI3K and sonic hedgehog path-ways[J].Int J Mol Med，2018，41（1）：275-283.

[6] CARPENTER RL，RAY H.Safety and tolerability of sonic hedgehog pathway inhibitors in cancer[J].Drug Saf，2019，42（2）：263-279.

[7] 李慶.Hedgehog信號通路在腎纖維化中的研究進展[J].醫學研究生學報，2019，32（10）：1089-1093.

[8] JUNKER JP，PETERSON KA，NISHI Y，et al.A predictive model of bifunctional transcription factor signaling during embryonic tissue patterning[J].Dev Cell，2014，31（4）： 448-460.

[9] 遲博婧，劉光源，邢磊，等.Hedgehog信號通路調控骨形成及BMSCs成骨分化的研究進展[J].中國修復重建外科雜志，2016，30（12）：1545-1550.

[10] 葛均波.內科學[M].9版.北京：人民衛生出版社，2020：787.

[11] 盧敏輝，郭娟，張清，等.唑來膦酸治療風濕病合并骨質疏松患者70例臨床觀察[J].風濕病與關節炎，2021，10（8）：19-23，46.

[12] 白璧輝，謝興文，李鼎鵬，等.我國近5年來骨質疏松癥流行病學研究現狀[J].中國骨質疏松雜志，2018，24（2）：253-258.

[13] 鄧琦.間充質干細胞中hedgehog信號傳導通路對于骨發育及骨腫瘤形成的作用及機制研究[D].上海：上海交通大學，2019.

[14] YANG YL，CHUNG MR，ZHOU SR，et al.STAT3 controls osteoclast differentiation and bone homeostasis by regulating NFATc1 transcription[J].J Biol Chem，2019，294（42）：15395-15407.

[15] PENNA S，CAPO V，PALAGANO E，et al.One disease，many genes：implications for the treatment of osteopetroses[J].Front Endocrinol，2019，19（10）：85.

[16] YANG J，ANDRE PHILIPP，YE LING，et al.The Hedgehog signalling pathway in bone formation[J].Int J Oral sci，2015，7（2）：73.

[17] 鄧洋洋，孫鑫，李佳，等.補腎、活血中藥復方對去卵巢骨質疏松癥模型大鼠股骨和腎組織IHHmRNA及蛋白表達的影響[J].中華中醫藥雜志（原中國醫藥學報），2019，34（4）：1401-1404.

[18] 賈祎佳，羅春山，陸廷盛，等.音猬因子修飾的骨髓間充質干細胞治療大鼠骨質疏松的實驗研究[J].中華老年骨科與康復電子雜志，2019，5（4）：211-216.

[19] 高舉會，林庶如，尚德陽，等.左歸丸對卵巢致骨質疏松癥大鼠Hedgehog/Smo/GLI1表達的影響[J].時珍國醫國藥，2020，31（3）：549-551.

[20] 趙凈穎，段小花，王秋婷，等.動物骨代謝相關信號通路研究進展[J].遺傳，2020，42（10）：979-992.

[21] 金澤旭，唐芳，馬武開，等.Wnt信號通路抑制因子骨硬化蛋白在骨質疏松癥中的作用探討[J].風濕病與關節炎，2020，9（4）：45-48.

[22] 宋敏，鞏彥龍，劉濤，等.miR對骨質疏松骨代謝信號通路影響的研究進展[J].中國骨質疏松雜志，2016，22（9）：1195-1200.

[23] THORPE SD，GAMBASSI S，THOMPSON CL，et al.Reduced primary cilia length and altered Arl13b expression are associated with deregulated chondrocyte Hedgehog signaling in alkaptonuria[J].J Cell Physiol，2017，232（9）：2407-2417.

[24] 楊正青，宋麗琴.印度刺猬蛋白與人膝關節骨關節炎軟骨破壞度的關系[J].中華醫學雜志，2014，94（31）：2434-2437.

[25] 廖建利，章曉云，張璇，等.骨性關節炎發生發展中的分子信號通路[J].中國組織工程研究，2020，24（21）：3394-3400.

[26] HUANG J，ZHAO L，CHEN D.Growth factor signalling in osteoarthritis[J].Growth Factors，2018，36（5-6）：187-195.

[27] SIEKER JT，KUNZ M，WEISSENBERGER M，et al.Direct bone morphogenetic protein 2 and Indian hedgehog gene transfer for articular cartilage repair using bone marrow coagulates[J].Osteoarthritis Cartilage，2015，23（3）：433-442.

[28] 盧俊旭，王元博，胡亞暖，等.Kartogenin在軟骨再生修復中的應用及價值[J].中國組織工程研究，2020，24（32）：5221-5227.

[29] 張旭飛，李振彬，刁玉曉，等.類風濕關節炎共病的臨床特點及危險因素分析[J].風濕病與關節炎，2018，7（3）：13-17.

[30] 邵鑫，蔣先虹，王瑞，等.類風濕關節炎滑膜成纖維細胞增殖及巨自噬的表達水平[J].風濕病與關節炎，2021，10（1）：1-5，11.

[31] 蘇雅珍.人臍帶間充質干細胞微泡對類風濕關節炎患者滑膜成纖維細胞功能及Shh信號通路影響的研究[D].太原：山西醫科大學，2019.

[32] LIU F，FENG XX，ZHU SL，et al.Sonic Hedgehog Signaling Pathway Mediates Proliferation and Migration of Fibroblast-Like Synoviocytes in Rheumatoid Arthritis via MAPK/ERK Signaling Pathway[J].Front immunol，2018，5（9）：2847.

[33] SUN ZH，LIU YH，LIU JD，et al.MeCP2 Regulates PTCH1 Expression Through DNA Methylation in Rheumatoid Arthritis[J].Inflammation，2017，40（5）：1497-1508.

[34] DAOUSSIS D，FILIPPOPOULOU A，LIOSSIS SN，et al.Andonopoulos AP.Anti-TNFαtreatment decreases the previously increase serum Indian Hedgehog level in patients with ankylosing spondylitis and affects the expression of functional Hedgehog pathway target genes[J].Semin Arthritis Rheum，2015，44（6）：646-651.

[35] 張瑜，金建軍，白艷麗，等.Hh信號通路在大腸癌發生發展作用機制及臨床表達意義分析[J].實用癌癥雜志，2018，33（11）：1759-1762.

[36] 呂婷婷，楊雷，沈磊，等.虎杖苷對葡聚糖硫酸鈉誘導小鼠潰瘍性結腸炎的作用及其Hedgehog信號通路的影響[J].胃腸病學和肝病學雜志，2018，27（11）：1228-1232.

[37] WESTENDORP BF，BüLLER NVJA，KARPUS ON，et al.Indian Hedgehog Suppresses a Stromal Cell-Driven Intestinal Immune Response[J].Cell Mol Gastroenterol Hepatol，2017，5（1）：67-82.

收稿日期：2021-09-01;修回日期：2021-10-26