Shh信號通路與腦梗死缺血區血管新生關系的研究進展

賈藍羽，杜元灝

(1天津中醫藥大學，天津300193；2 天津中醫藥大學第一附屬醫院)

·綜述·

Shh信號通路與腦梗死缺血區血管新生關系的研究進展

賈藍羽1，杜元灝2

(1天津中醫藥大學，天津300193；2 天津中醫藥大學第一附屬醫院)

腦梗死后血管新生對大腦神經功能恢復和腦組織損傷修復起著至關重要作用。Shh信號通路可通過誘導毛細血管內皮細胞分化、增殖和遷移以及促進毛細血管管腔形成，從而促使血管新生，形成長而彎曲、直徑較大、分支較多的復雜血管網。在腦梗死治療過程中，適當調控Shh信號通路有助于改善患者預后。因此，探究Shh信號通路與腦梗死缺血區血管新生的關系具有重要意義。

腦梗死；Sonic Hedgehog信號通路;血管新生

Sonic Hedgehog信號通路(簡稱Shh信號通路)是胚胎發育過程中必不可少的信號通路[1]，不僅參與胚胎神經系統模式發育，在成熟機體的穩態調節中也發揮重要作用，如在成人神經發生和血管新生等[2，3]。近年研究發現，Shh信號通路還可影響腦梗死缺血區血管新生[4]。腦梗死是一個極其復雜的病理生理過程，單一挽救神經元并非行之有效的方法，盡早改善缺血區血液供應是治療成敗的關鍵。因此，有學者提出了神經血管單元的概念[5]，通過調控Shh信號通路，促進腦梗死缺血區血管新生，重建側支循環，最大限度地減輕缺血性損傷和促進神經功能恢復，繼而改善患者預后。本文結合文獻就Shh信號通路與腦梗死缺血區血管新生關系的研究進展綜述如下。

1 Shh信號通路構成及其調控

1.1 Shh信號通路構成 Hedgehog(Hh)基因最初在黑腹果蠅中被發現，該基因突變后可導致果蠅胚胎呈多毛團狀，酷似受驚的刺猬而得名。后來在脊椎動物中又發現了3種Hh的同源染色體，即Shh、Dhh和Ihh。目前，在Hh家族中關于Shh的研究最多。Shh信號通路包括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，這兩種片段通過共價修飾形成C端膽固醇和N端十六酰基的Shh- N蛋白，通過多跨膜蛋白DispA和分泌蛋白Scube2的協同作用，促進Shh分泌到細胞外或作用于靶細胞[6]。Ptc為12次跨膜蛋白，包括Ptc1和Ptc2，但只有Ptc1參與Shh信號通路，與Shh結合后可解除對Smo的抑制。Smo為7次跨膜蛋白，是Shh信號傳遞必不可少的G蛋白偶聯受體。在缺乏配體時，Smo可被Ptc抑制，當Shh與Ptc結合時可解除對Smo的抑制，從而激活下游轉導通路并被轉錄至細胞核。Gli為Shh信號通路下游的鋅指蛋白轉錄因子，包括Gli1、Gli2、Gli3。Gli家族蛋白具有雙向轉錄作用，既可在胚胎時期促進肢體器官及神經血管生長，又可誘導腫瘤細胞生長和擴散[7]。故Shh信號通路可依靠Gli轉錄因子對下游靶基因進行調控。

1.2 Shh信號通路調控 Shh的分泌可激活經典信號通路和非經典信號通路。在經典信號通路中，Shh主要作用于Ptc1和Smo。Shh可與Ptc1受體結合，而Ptc1能抑制Shh蛋白從而解除對Smo的抑制，激活Shh信號通路，活化的Smo通過對蛋白激酶A的抑制，促使下游Gli家族轉錄至細胞核，從而發揮效應。非經典信號通路即Shh不通過激活Gli家族蛋白轉錄，主要包括兩類：①Shh可與Ptc結合，抑制Ptc誘導的細胞凋亡；亦可通過調節Ptc與磷酸化細胞周期蛋白B1的交互作用，調節細胞增殖[8]；②Shh通過Smo激活三磷酸鳥苷酶，促進內皮細胞的肌動蛋白應力纖維和小管樣結構形成；亦能激活Src家族激酶誘導軸突生長，Shh介導花生四烯酸上調與RhoA和Rac1蛋白的結合，從而促進成纖維細胞遷移和神經發生。

2 腦梗死缺血區血管形態變化

腦梗死后缺血區域的微血管結構受損，杜元灝等[9]研究發現，大鼠大腦中動脈阻斷3 h內，缺血區微血管高度痙攣，出現高速無效振蕩現象；阻斷6 h后，微血管處于麻痹的舒張狀態，微血管內的血流緩慢，不能滿足組織代謝的需要，同時組織器官中代謝產物不能及時排出；隨著時間延長，腦梗死中心區開始出現缺血缺氧甚至壞死。但在缺血半暗帶區細胞水腫與凋亡同時存在，故在急性腦梗死發生后，缺血壞死中心周邊的半暗帶能否及時恢復供血，是影響患者預后的重要因素。Krupinski等[10]研究發現，缺血半暗帶的微血管密度與患者的存活時間呈正比，而腦缺血后缺氧可誘導低氧誘導因子1α表達上調，進而調節下游的血管源性因子，即轉化生長因子β1(TGF- β1)、血小板源性生長因子(PDGF)與血管內皮生長因子(VEGF)、血管生成素(Ang)等在缺血半暗帶中高表達，半暗帶內存活的血管內皮細胞(VECs)在以上因子的作用下增殖、分裂，經過周細胞和血管平滑肌細胞的覆蓋形成新的毛細血管網，建立側支循環，經過塑形形成肌性動脈，并逐漸延伸至缺血中心區。腦缺血后期新生血管扭曲延長，側支循環建立，腦水腫減輕，說明血管功能恢復[11]。

3 Shh信號通路調控腦梗死缺血區血管新生的機制

腦缺血急性期Shh及其相關轉錄因子高表達，抑制Shh信號通路可加重腦損傷，說明Shh信號通路與腦梗死后血管新生有關。Shh可通過誘導成纖維細胞VEGF、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)表達，促進血小板衍生生長因子(PDGF- BB)、TGF- β1及Ang- 1、Ang- 2表達，間接誘導血管新生[12]。VEGF在血管新生的最早階段即可表達，并誘導內皮細胞分化、增殖和遷移；bFGF可促進VECs遷移和黏附，形成毛細血管芽，促進血管分支形成血管網。Shh可誘導Ang- 1表達，而bFGF可降低其表達，二者共同作用于Ang- 1，可增加成纖維細胞中VEGF和VECs中Ang- 2的表達，即Shh與bFGF具有協同作用，從而平衡血管新生過程中Ang- 1與Ang- 2的表達[13]。Ang- 1為強抗滲性因子，與內皮Tie2受體絡氨酸激酶結合可促進VECs與壁細胞結合，繼而形成穩定的成熟血管，上調緊密連接蛋白和閉合蛋白表達，改善腦水腫和血管屏障滲漏[14]。Ang- 2根據VEGF水平變化可產生雙向作用。當VEGF缺乏時，Ang- 2拮抗Ang- 1的表達，誘導內皮細胞與壁細胞分離，導致血管退化；當VEGF充足時，Ang- 2可調節血管分支[13]。有研究認為，持續血管新生依賴于VEGF的表達和血管結構的可塑性[15]。Berrios- Otero等[16]研究發現，Gli2突變可導致中后腦缺陷的小鼠腦血管和基底動脈嚴重缺失，敲除Gli2或施加Shh信號通路抑制劑均能抑制PDGF誘導的血管平滑肌細胞增殖，表明Shh可能通過誘導其下游Gli2的表達從而促進血管發育，此即經典信號通路促進腦梗死后缺血區血管新生，但其具體機制仍不明確。目前多數研究認為，Shh信號通路誘導血管新生也可能通過不依賴于Gli的非經典信號通路。

3.1 Shh/雞卵清蛋白上游啟動子轉錄因子Ⅱ(COUP- TFⅡ)通路 Pola等[17]研究發現，VEGF和Ang- 1誘導的血管新生中并無Gli的表達，推測其可能通過COUP- TFⅡ的介導激活下游生長因子。Shh反應元件與COUP- TFⅡ啟動子的結合增多導致去磷酸化，激活COUP- TFⅡ，導致COUP- TFⅡ缺乏，繼而使Ang- 1表達過低無法形成成熟血管網。Li等[18]研究發現，Shh通過介導COUP- TFⅡ調節VEGF及Ang- 1、Ang- 2的表達。COUP- TFⅡ亦可通過直接調節VEGFR在血管內皮細胞的表達獨立調控血管芽生。因此認為，Shh信號通路可能通過誘導COUP- TFⅡ表達，抑制Ang- 1表達、上調Ang- 2表達，從而促進內皮細胞增殖分化，激活血管新生。

3.2 Shh/Notch通路 Lawson等[19]研究發現，Shh缺乏的胚胎期斑馬魚發育過程中無法形成背主動脈或軸向靜脈，故認為Shh/VEGF/Notch信號通路可介導動脈分化；在胚胎發育過程中，Shh誘導的VEGF持續表達可激活Notch5，進而提高酪氨酸激酶配體B2a的表達水平，從而誘導動脈分化及下調VEGF受體flt4表達，調節動靜脈分化。內皮細胞中的Notch信號通過Noggin基因的表達促進內皮細胞增殖和血管生長[20]。因此推測，Shh信號通路所形成的復雜血管網可能與其早期上調VEGF表達，從而誘導下游Notch信號通路作用于下游靶因子有關。

3.3 Shh/PI3K通路 Kanda等[21]研究證實，Shh可促進毛細血管形態發生；Shh通過促進Smo的表達使靶基因c- Fes寡聚化激活，其與PI3K的亞基p85結合，導致下游c- Akt的亞基ser473發生磷酸化，證實Shh通過Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促進毛細血管內皮細胞形態發生。有研究還發現，c- Akt可參與內皮細胞引起的管狀結構形成[22]，故激活c- Akt通路亦可導致Shh誘導的毛細血管形態發生。說明Shh可能通過Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促進毛細血管形態發生和管狀形成。

3.4 Shh/RhoA通路 Renault等[23]研究證實，Shh誘導的血管新生由Smo直接激活RhoA/ROCK通路，Rho蛋白可使VECs遷移相關的細胞骨架重組，從而使埃茲蛋白、根蛋白、膜突蛋白磷酸化[24]，促進骨橋蛋白(OPN)和基質金屬蛋白酶9(MMP- 9)的表達。OPN是一種細胞外基質蛋白，可通過促進VECs的生存和遷移誘導血管新生，MMP- 9可通過降解血管膜基底的Ⅳ型膠原和細胞外基質促進細胞遷移。經過RhoA/ROCK抑制劑干預后VECs增殖、遷移等能力均被抑制[25]，說明Shh信號通路可通過激活RhoA/ROCK通路誘導VECs增殖、遷移以及毛細血管管腔形成，從而促進血管新生。

總之，Shh可誘導VECs分化、增殖和遷移，促進毛細血管管腔形成，從而形成長而彎曲、直徑較大、分支較多的復雜血管網[20]，這種高密度血管網對神經功能恢復極為有利。在腦梗死治療過程中，適當激活Shh信號通路有助于改善腦梗死患者預后。但目前對Shh促進腦梗死缺血區血管新生的具體機制并未完全清楚，且研究結論不完全一致，尚需進一步研究。

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國家自然科學基金資助項目(81473765)。

杜元灝(E- mail: jpjs_cn@sina.com)

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