Hedgehog信號通路在腫瘤治療中的研究進展▲

高倩雯 劉陶文

(1 桂林醫學院研究生學院，廣西桂林市 541004，電子郵箱：616271443@qq.com；2 廣西壯族自治區南溪山醫院暨桂林醫學院附屬南溪山醫院腫瘤科，桂林市 541002)

【提要】 Hedgehog信號通路是一條在脊椎動物胚胎發育和腫瘤發生過程中起重要作用的信號通路。近年來，已研發不少Hedgehog通路的靶向藥物，并應用于臨床試驗，但也因多重因素影響出現耐藥。本文就Hedgehog信號通路的作用機制及其在腫瘤治療中的研究進展進行綜述。

Hedgehog信號通路是最先在黑腹果蠅中發現的一條高度保守的信號通路，其在促進細胞胚胎發育、組織調控和干細胞的功能維持中起關鍵性作用。該通路的自身失調、突變或與其他通路的相互作用會誘導多種侵襲性腫瘤(如膀胱癌、前列腺癌、乳腺癌)的發生[1-2]。本文就Hedgehog信號通路的作用機制及其在腫瘤治療中的研究進展進行綜述。

1 Hedgehog信號通路

Hedgehog配體最早是由Nüsslein-Volhard和Wieschaus于1980年[3]通過定向誘變試驗研究果蠅胚胎發育期間的致死基因時發現的。目前，已知有3種Hedgehog蛋白同源物[Sonic hedgehog(Shh)、Desert hedgehog(Dhh)、Indian hedgehog(Ihh)]存在于哺乳動物中。Shh主要影響神經祖細胞自我更新和分化為各種類型細胞的能力；Ihh主要在骨骼發育尤其是軟骨內骨化中起重要作用；Dhh功能僅限于性腺，包括卵巢顆粒細胞和睪丸支持細胞[4-5]。

經典的Hedgehog信號傳導途徑為：Hedgehog蛋白與12-跨膜蛋白Patched(Ptch)結合后，減輕對7-跨膜蛋白(Smo)的抑制，Smo在初級纖毛處累積，激活下游信號通路，使轉錄因子膠質瘤相關癌基因蛋白(glioma-associated oncogene protein，Gli)從細胞質中釋放并移位至細胞核，以調節靶基因的轉錄。非經典Hedgehog信號傳導途徑機制包括兩種類型[6]：Ⅰ型非經典Hedgehog信號傳導途徑不受Smo調控，當配體缺失時，Ptch與細胞周期蛋白B1和促凋亡復合物相互作用，導致細胞凋亡；而當配體存在時，配體與Ptch結合并破壞上述交聯作用，促進細胞增殖；Ⅱ型非經典Hedgehog信號傳導途徑中Smo下游因子不受Gli調控，當Hedgehog蛋白結合Ptch時，Smo通過三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate，GTP)酶Rho GTP酶亞家族A(Ras homolog gene family member A，RhoA)和Rac GTP酶激活蛋白1(Rac GTPase activating protein1,Rac1)調節Ca2+和肌動蛋白細胞骨架，還通過Gli蛋白和磷脂酶C-γ(phospholipase C gamma，PLC-γ)催化1，4，5-三磷酸肌醇(inositol1，4，5-triphosphate，IP3)依賴性通道的開放，刺激內質網的鈣釋放，從而調節其他生理過程。

脊椎動物的3種Gli轉錄因子(Gli1、Gli2和Gli3)存在配體依賴性，其中只有Gli1作為全長轉錄激活因子活化，而Gli2和Gli3均有正負兩種調節形式[7-8]。在通路活化過程中，Gli2主要起激活轉錄作用，而Gli3的調節形式取決于Hedgehog配體的存在與否[9]。當Shh失活時，Gli3起阻遏作用(Gli3 repressor，Gli3R)；當Shh與Ptch結合并激活Smo時，Smo將Gli3R轉化為活化形式的Gli3激活因子。細胞環境的影響使Gli蛋白的激活和阻遏狀態處于不斷動態變化中，這對維持體內平衡至關重要。

Shh信號通路也受到腫瘤抑制蛋白Supressor of Fused(SUFU)調控[10]，包括阻止核穿梭、向基因啟動子募集組蛋白脫乙酰化復合物以及調節Gli2與Gli3蛋白轉變成阻遏物形式[11]。目前，關于SUFU導致Gli失活的具體機制尚不完全清楚，但其能轉化全長Gli蛋白為C末端縮短阻遏物形式Gli-R。當Shh途徑失活時，部分Gli-R會在糖原合酶激酶3β、酪蛋白激酶I和蛋白激酶A的磷酸化作用下降解[9]，當Gli-R移動到細胞核時會抑制通路靶基因。而因SUFU作用而保留在細胞質中的Gli蛋白也被降解或加工，從而抑制Shh信號傳導[12]。當Shh途徑被活化時，只有超磷酸化的SUFU才能實現對Gli的抑制[13]。

Hedgehog信號傳導的最終結果是靶基因的激活，參與細胞周期調節和增殖、細胞黏附及存活、上皮-間質轉化、自我更新、血管生成和通路自我調節等[14-16]。

2 Hedgehog信號通路與腫瘤的關系

Hedgehog信號通路異常激活可導致癌癥發生的范例最初發現于Gorlin綜合征中，該病癥以致畸性和癌癥易感性為特征[17]。許多臨床研究及實驗證實，Hedgehog信號通路異常激活與腫瘤發生、發展、預后及耐藥密切相關[18]。目前有4種可能的激活模式導致癌癥中Hedgehog途徑的過度活化。(1)配體非依賴性激活：依賴于突變的激活。Hedgehog信號通路成員Ptch和SUFU的功能缺失性突變或Smo的功能獲得性突變致使該通路發生異常激活[19]。Gorlin綜合征[20]主要由Ptch單倍體不足及體細胞突變引起，當存在Ptch突變或表達水平降低時，可能導致基底細胞癌、黑色素瘤、成神經管細胞瘤以及來自外胚層的其他實體腫瘤。(2)配體依賴性激活：自分泌模式。腫瘤細胞自身合成Hedgehog配體通過自分泌模式激活Hedgehog信號通路。有研究表明，超過50%的小細胞肺癌患者中存在Shh和Gli1通過自分泌模式的過表達[21]，并且自分泌模式激活也可導致上皮源性腫瘤(乳腺癌、卵巢癌等)的發生[22]。(3)配體依賴性激活：旁分泌模式。源自腫瘤微環境的Hedgehog配體通過旁分泌模式激活Hedgehog信號通路，并再次分泌相關因子作用于微環境細胞，維持Hedgehog配體的產生和促瘤因子的分泌。研究發現，來源于骨基質細胞、骨髓、脾臟及淋巴結的Hedgehog配體，可對腫瘤細胞產生激活分泌作用，從而引發B細胞淋巴瘤和多發性骨髓瘤[23]。在胰腺癌、結腸癌以及異種移植的細胞系中，也存在該激活模式[19]。(4)與其他信號途徑相互作用：Hedgehog信號通路通過與其他信號途徑的相互交聯作用促進腫瘤的發生發展。異常活化的Hedgehog信號通路通過Wnt信號通路中β-連環蛋白的蓄積來促進子宮內膜癌發生發展[24-25]；因Hedgehog配體與絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號的活性相互依存，Shh信號可以使胰腺細胞降低對持續激活的MAPK信號的依賴性，因此大大增加了Ras基因的表達， 增加胰腺腫瘤的發生概率[26]；Hedgehog信號的叉頭框F1基因可誘導成纖維因子調節肺癌的上皮間質轉化[27-28]；抑制Notch信號通路后，在突變的超氧化物歧化酶小鼠脊髓運動神經元中Gli蛋白表達也隨之減少[28]。

3 Hedgehog信號通路的抑制劑

目前，已有多種Hedgehog信號通路的抑制劑應用于不同類型腫瘤的臨床試驗，主要包括Smo、Gli1及Shh通路抑制劑。(1)Smo抑制劑：環巴胺是一種天然甾體生物堿，來源于藜蘆屬植物，其通過拮抗原癌基因Smo來抑制細胞對Shh信號的反應，最初應用于治療基底細胞癌的復發和轉移[29-30]。雖然Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗均未評估環巴胺對人類的潛在副作用，但動物實驗表明，環巴胺不僅口服溶解性差，且大劑量使用可導致畸形、體重減輕、脫水甚至死亡等一系列副作用[31]。因此，其他一些經改良的環巴胺的半合成衍生物和不同的合成化合物被投入臨床試驗，例如口服活性IPI-926、GDC-0449(維莫德吉)等[32-33]。GDC-0449通過靶向作用于Ptch和Smo而發揮抑制Hedgehog信號通路作用。研究發現成神經管細胞瘤中Shh通路被激活，Hedgehog通路靶基因Gli1、Ptch 1、Ptch 2及分泌型卷曲相關蛋白1高表達， GDC-0449可致腫瘤迅速消退并減輕其癥狀[33]。GDC-0449具有低毒性、高特異性和耐受性的特點[34],且在2012年被美國食品和藥物管理局批準作為局部晚期和轉移性基底細胞癌患者的標準療法[35]，但因GDC-0449會引發植骨融合，導致青春期前兒童身材矮小和生長異常[36]，因此骨骼未成熟患者慎用。(2)Gli抑制劑：Smo抑制劑治療惡性腫瘤容易產生耐藥性[19]，因此，直接作用于Gli的拮抗劑已逐漸被開發，其對經典及非經典途徑都具有阻斷作用，可克服Smo抑制劑的耐藥性。故Gli抑制劑與Smo抑制劑聯合應用可抑制Hedgehog信號通路從而治療惡性腫瘤。(3)聯合靶向Hedgehog通路和其他途徑的抑制劑：Hedgehog通路通常與其他致癌信號傳導途徑相互作用，研究表明，在對Smo抑制劑耐藥的成神經管細胞瘤中，存在磷脂酰肌醇3-激酶-雷帕霉素靶蛋白信號通路的活化和過表達，Hedgehog和磷脂酰肌醇3-激酶-雷帕霉素靶蛋白之間的相互干擾會引起耐藥，通過聯合應用GDC-0449與BEZ235靶向抑制Hedgehog/磷脂酰肌醇3-激酶-雷帕霉素靶蛋白信號通路，可顯著降低神經管細胞瘤的生長[37]。近年來，已有多項臨床試驗采用聯合藥物通過靶向抑制Hedgehog通路與其他途徑的相互作用治療惡性腫瘤[38-40]，擬為抑制腫瘤和克服耐藥性的治療提供新策略，但其療效仍需大量研究證實。

4 小 結

靶向抑制Hedgehog信號通路是研究腫瘤治療的重要部分，盡管目前Hedgehog信號通路經典抑制劑對基底細胞癌及成神經管細胞瘤的治療效果較好，但新興拮抗劑對Hedgehog信號通路的影響及其在腫瘤中的作用機制還需進一步研究。近年來，表觀遺傳學研究也為靶向Hedgehog信號通路的治療提供新的方向，也是癌癥治療的新突破。