音猬因子在心肌缺血再灌注損傷中的研究新進展

黃緯凌　楊　俊

(三峽大學心血管病研究所　三峽大學第一臨床醫學院心內科，湖北　宜昌　443003)

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音猬因子在心肌缺血再灌注損傷中的研究新進展

黃緯凌楊俊

(三峽大學心血管病研究所三峽大學第一臨床醫學院心內科，湖北宜昌443003)

缺血再灌注損傷；音猬因子

早期血運重建是急性心肌梗死(AMI)首選治療方法，然而，同時引起的心肌缺血再灌注損傷(MIRI)是影響遠期預后的重要因素〔1〕。音猬因子(SHH)最初是在研究果蠅體內產生的導致幼蟲刺突突變的蛋白時被發現的，形似刺猬，故名刺猬因子(HH)因子。之前的研究主要是圍繞其在治療各種癌癥中的作用。最近研究發現SHH信號通路在MIRI中的某些炎癥反應過程和冠脈血管發育中發揮了重要作用。SHH主要通過上調血管生長因子促進新生血管形成發揮對抗MIRI作用〔2〕。本文主要對SHH信號轉導途徑以及在MIRI治療中機制的研究新進展進行綜述。

1　SHH的結構與分布

1.1SHH分子特征SHH是一個進化上相對保守但是在全身各個系統的發育及組織形態發生中起關鍵作用的因子。SHH前體蛋白由三個結構域組成，起始段由23個氨基酸組成的多肽，中段由174個氨基酸組成的成熟區，尾段由266個氨基酸組成的自動處理區域。催化切割使自動處理區和起始段的多肽脫落，成熟區則形成有活性功能的SHH蛋白〔3〕。

1.2SHH表達與分布SHH是在胚胎發育過程中調節上皮-間質相互作用的關鍵因子，但它的信號通路在正常情況下一般保持沉默。最近Wang等〔4〕發現，在心肌受損后SHH配體可在球根動脈內表達，促進心外膜再生。不僅如此，其在針對多種神經系統腫瘤細胞的發生發展以及骨髓間充質干細胞和成骨細胞的早期愈合并促進骨小梁形成中也是研究熱點〔5〕。此外SHH可以刺激人基質金屬蛋白酶(MMP)-13的產生，刺激軟骨細胞信號傳導，在骨性關節炎的產生中有重要作用〔6〕。

2　SHH的配體識別及信號轉導途徑

SHH跨膜蛋白信號通路主要分為依賴GLI轉錄因子家族經典的SHH信號轉導途徑和其他非經典的SHH信號轉導途徑。

2.1經典的SHH信號轉導途徑經典的SHH信號通路是通過影響SHH蛋白與跨膜受體Patched1(PTCH1，一種12跨膜蛋白，有兩個細胞外結合域和1個胞內結合域)的結合。配體結合PTCH1后，解除了對SMO(一種7跨膜蛋白，G蛋白耦聯受體超家族成員，在細胞內信號傳導和靶基因的激活中發揮作用)的抑制作用〔7〕。SMO活化細胞核內的GLI家族轉錄因子GLI1、GLI2、GLI3，活化后的轉錄因子與目的基因結合啟動轉錄。GLI3基因表達上調白細胞介素-8和趨化因子受體2的配體。白細胞介素-8促進內皮細胞遷移和管腔形成，而趨化因子受體2配體動員造血干細胞有助于誘導缺血后的血管再生。GLI3表達內皮細胞同時上調血小板衍化內皮細胞生長因子表達促血管生成的細胞因子〔8〕。在SHH配體缺乏時，PTCH1抑制SMO蛋白遷移及其活化致SMO蛋白失活，GLI蛋白對SHH負調控可以阻止SHH核轉位、靶基因的表達與細胞反應的誘導〔2〕。有研究表明，GLI是被細胞質中抑制SHH信號通路蛋白(SuFu)結合并分解。存在SHH的時候，SHH因子在細胞膜上跟PTCH結合，導致PTCH1功能退化，從而釋放SMO去激活下游的GLI2/GLI3復合體活化〔9〕。GLI活化后被SuFu釋放成為活性形式進入細胞核，促進SHH信號通路基因的轉錄〔10〕。

2.2其他信號轉導途徑大量證據表明，SHH的信號通路除了經典的轉導途徑，還有其他不依賴GLI轉錄因子的信號轉導途徑。最近Lee等〔11〕研究發現尿嘧啶也是SHH信號通路的下游激活特異性配體。尿嘧啶誘導內涵體形成，然后在細胞內通過內涵體的形式傳遞信息。目前對尿嘧啶如何誘導SHH通道表達尚不明確。

3　SHH在MIRI治療中的相關進展

之前Johnson等〔12〕的研究已經發現SHH可以上調血管生長因子家族中的各種血管生長因子，Palladino等〔13〕對哺乳動物的SHH基因治療表明SHH能顯著增加多種生長因子以促進骨骼肌新生血管形成，有效增加了缺血部位細胞和血管數。Renault等〔14〕對SHH直接促進血管生成的研究也發現，SHH可以通過Rho/ROCK信號通路直接影響血管生成和誘導下游靶基因的表達，如矩陣MMP-9和骨橋蛋白(OPN)。Rho蛋白是Ras超家族中最早被克隆出來的蛋白，它們是一組相對分子質量20～25 kD的具有GTP酶活性的GTP結合蛋白，在細胞骨架重組調控方面起重要作用。由于Rho蛋白參與細胞骨架重排，SHH快速激活內皮細胞Rho/Rho激酶通路導致細胞骨架的變化和內皮細胞運動。SHH信號通路會導致MIRI后心肌細胞存活率明顯上升〔15〕。Lavine等〔8〕發現，針對SHH-GLI3信號通路的治療會導致老鼠心肌新生血管顯著增多，提示這可能是臨床上治療心肌缺血合適的調節血管生成的新方法。成年哺乳動物心肌中的SHH由間質和血管外膜成纖維細胞表達，具有刺激體內和體外促血管生成因子的作用〔16〕。Mackie等〔17〕臨床試驗也發現在心肌缺血再灌注后4 w，CD34+聯用SHH明顯減少了心肌梗死后的面積，說明人骨髓來源的CD34+干細胞治療難治性心肌缺血、AMI有較好療效，同時也暗示鈣黏蛋白家族因子與SHH聯合可能成為AMI后減少心肌梗死面積、挽救邊緣區心肌細胞的一種治療新方向。細胞外基質蛋白如硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPGs)，可以改變信號分子在細胞間的移動能力。SHH激活HSPGs導致纖維細胞生長因子的激活，在心肌缺血損傷過程中發揮保護心肌的作用〔18〕。HSPGs可以降低β-鏈蛋白(一種黏附因子，廣泛存在于各種類型的細胞，阻止成纖維細胞遷移，抑制血管再生〔19〕)。綜上所述，SHH對MIRI的作用機制主要從三個方面：①從已經存在的血管里生出新的血管;②保護氧化應激狀態下的心肌細胞;③招募心肌祖細胞，增加骨髓來源的內皮祖細胞，同時上調血管生成因子。以上研究均表明，SHH的產生及其活性在新生血管形成中具有多重復合作用，可以明顯改善MIRI后血運重建的難題，提供許多有前途的治療方法。但由于其在患者體內半衰期短，如何延長其治療MIRI藥效成為SHH類藥物投入臨床亟待解決的難題。令人欣喜的是，已經有研究人員描述了一個凝聚層系統〔12〕，可以保護SHH免受降解，并維持其釋放至少3 w，這一發現可能會加快推進SHH藥物的開發。

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〔2015-12-19修回〕

(編輯曲莉)

國家自然科學基金項目(81170133，81200088)

楊俊(1962-)，男，教授，碩士生導師，主要從事心血管疾病的臨床及基礎研究。

黃緯凌(1991-)，男，在讀碩士，主要從事心血管系統研究。

R542.2

A

1005-9202(2016)18-4644-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.18.119