Sonic Hedgehog-Gli1信號通路在腎纖維化中的研究進展

黎 穎 鐘 錦 熊維建 劉 洪 龍 梅 熊燕影 雷 蕾

（重慶市中醫院腎病科，重慶 400021）

目前全球慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）發病率為10%～12%，并呈逐漸上升趨勢。腎纖維化是CKD進展至終末期腎病的共同途徑和病理特征。信號通路在腎纖維化中發揮重要作用，在以往的研究中已證實TGF-β1、Notch、Wnt/β-catenin、RAS等信號通路主要通過促進腎小管上皮細胞表型轉化參與腎纖維化過程，SHH成為近年來研究熱點。研究證實SHH信號通路不僅與腎臟的發育和成熟密切相關，更是積極參與了腎纖維化發生發展。本文將總結SHH信號通路組成及在CKD中的調控作用，探討SHH的激活模式及作用靶標。

1 Sonic Hedgehog（SHH）信號通路組成和表達調控

Hedgehog（HH）基因于1992年由Lee等在研究果蠅無翅突變中首次發現，人類HH基因在1995年被首次克隆[1]。脊柱動物HH家族分為3個亞群，分別為Desert Hedgehog（DHH）、India Hedgehog（IHH）、Sonic Hedgehog（SHH），其中SHH在人類組織中表達廣泛，與人類關系最為密切[2-3]。

SHH信號通路主要由SHH配體，細胞膜受體Patched（Ptch）、Smoothened（SM0）及下游的轉錄因子Gli家族（Gli1、Gli2和Gli3）組成。Ptch1是一12個跨膜蛋白，具有高度物種保守性，而Ptch1是SMO的抑制劑，Smo是一7個跨膜蛋白，Smo下游是有3～4個胞質蛋白組成的復合物 （Hedghog signaling complex，HSC），包括轉錄因子Cubitus interruptus （Ci），絲蘇氨酸激酶Fused（Fu），驅動蛋白樣分子（Costal2，Cos2），Fu抑制劑Sufu，其中Cos2作為骨架蛋白與其蛋白相結合。Cos2同時與其他3個激酶連接。分別是PKA、CK1和GSK3β，這個形式對SHH通路的調節至關重要[4-5]。Gli1即是SHH信號通路的轉錄調節因子，也是目的基因，Gli1的表達增加是SHH信號通路激活的可靠指標[6]。經典的SHH信號通路活化途徑是SHH經過自動的催化裂解后與其膜受體Ptch1結合，解除對SMO的抑制，PKA和CK1磷酸化Smo的C末端，HSC從微管和膜上釋放，與磷酸化的Smo結合形式發生改變，從而使PKA、CK1和GSK3β與Cos2解離，Sufu失去對Ci的抑制，解除了Gli1磷酸化等過程，從而使Gli1以全長形式入核啟動對靶基因的轉錄。當配體SHH缺乏時，Ptch1與SMO結合形成復合物，SMO活性受抑制，HSC與微管或膜結合，Smo處于非磷酸化狀態，通過Smo與Cos2相互作用，Ci與Sufu和Cos2結合，PKA、CK1和GSK3β磷酸化Ci，轉錄因子Gli1被磷酸化、泛素化及蛋白酶體截斷，從而抑制對靶基因的轉錄[7-8]。

SHH信號通路盡管高度保守，脊椎動物的SHH信號通路與非脊椎動物還是存在差別。脊椎動物Smo蛋白C末端結構域明細比非脊椎動物短，缺少主要磷酸化位點，且脊椎動物由GRK2而不是PKA和CK1磷酸化Smo，在脊椎動物Cos2的2個同源體Kif27和Kif7不具備Cos2作為功能性驅動蛋白分子發揮作用，僅僅Fu的N末端激酶結構域具有高度保守性，且研究表明人類Fu增強Gli1的表達不依賴其激酶活性，Sufu在抑制脊椎動物Gli1的活性中發揮重要作用[9]。

2 SHH信號通路在上皮細胞間質通信（epithelial-mesenchymal communication，EMC）中的作用

SHH信號通路與EMC密切相關[10]。研究發現在食道癌、胃癌、前列腺癌、乳腺癌等腫瘤中SHH信號通路可通過EMC促進腫瘤的侵襲、轉移，給予SMO阻斷劑Cyclopamine（CPN）可抑制胰腺腫瘤細胞侵襲和EMC，Gli1缺失時，髓母細胞瘤發生、發展受抑制，Gli1過表達可使腫瘤惡性度提高[11-14]。

近年來越來越多的研究發現在肝、肺、膽管、腎等組織纖維化過程中SHH-Gli1信號通路異常活躍，SHH-Gli1通路通過促進細胞增殖和EMC參與腎纖維化發生發展[15]。肝肺纖維化過程中，SHH表達水平明顯上調，阻斷SHH信號通路后，α-SMA、S100A4、膠原蛋白等活性物質下降；而上皮標志物E-cad等表達上調[16-17]；在心肌缺血再灌注損傷小鼠動物模型中，SHH表達增加，應用SMO阻斷劑CPN可明顯減輕心肌纖維的增生[18]。

SHH信號通路與多種通路如TGF-β、Wnt、Notch等相互作用調節EMC過程，SHH通過目的基因JAG2激活Notch信號通路，與細胞核上的調節因子CSL結合上調Snail的表達[19-21]。Gli1還能通過上調受體絡氨酸激酶（receptor tyrosine kiase，RTK）誘導TGF-β等自分泌生長因子的產生，其中TGF-β通過Smad信號通路促進間質細胞標志蛋白的表達，也可通過NF-κB刺激EMC調節因子ZEB1和ZEB的表達，他們在EMC過程中均起著重要作用，能有效抑制凋亡和促進侵襲，RTK還可通過PI3K-AKI通路上調Gli1蛋白的表達。

3 SHH信號通路是促進腎纖維化的新途徑

腎纖維化是各種慢性腎臟疾病進展到終末期腎病的共同途徑和病理特征，腎纖維化嚴重程度與腎功能下降程度密切相關，是一項決定預后的有效指標[21]。腎纖維化以高表達α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）的肌成纖維細胞激活、細胞外基質異常沉積和纖維瘢痕進行性增多為主要病理改變。研究證實腎臟成纖維細胞增殖活化是肌成纖維細胞的主要來源[22]。故減緩和逆轉CKD的進程，改善腎纖維化是非常必要的。

在胚胎發育早期，SHH基因表達與腎臟上皮細胞。正常成熟個體的腎臟組織中SHH幾乎無表達，而在各種原因所致CKD患者中SHH在腎小管上皮細胞表達明顯上調；這一結果在FA、UUO、IRI、ADR等各種大鼠腎纖維化模型中也被證實，同時Ptch1和Gli1在腎組織中也顯著表達，這提示SHH信號通路激活是各種腎臟疾病的共同病理結果[20]。國內學者侯凡凡等研究發現在大鼠UUO模型中，SHH高表達于早期受損腎小管上皮細胞，而SHH下游重要信號分子Gli1則高表達于腎間質成纖維細胞，證明間質成纖維細胞是SHH的主要效應細胞，在纖維化早期腎小管上皮細胞高表達SHH，激活SHH信號通路導致成纖維細胞增殖活化，使大量的細胞外基質沉積，促進腎纖維化[4,6]。其研究團隊進一步通過Gli1-LacZ基因敲除大鼠和SHH抑制劑CPN，發現SHH/Gli1通路可激活下游轉錄因子Snail1促進RIF；國外學者也研究發現活化SHH可通過調控Snail1表達，精密調控EMC發生，證實SHH/Gli1信號通路是EMC過程中導致腎纖維化必不可少的信號通路。

4 結語

SHH信號通路對腎組織的發育成熟非常重要，SHH促進胚胎期腎間質細胞的分化和成熟。Gli1是該通路直接調控靶基因的轉錄因子，是該通路不同水平被激活后的共同通路。越來越多的研究逐步證實SHHGli1信號通路在腎纖維化的發生發展中起重要作用。因此，進一步探討SHH信號通路與腎纖維化的關系有助于闡明腎纖維化發病機制及提高診療水平。近年來，EMC在腎纖維化中的作用越來越受到關注。SHH-Gli1信號通路與其他相關信號通路和細胞因子等共同參與腎間質纖維化，針對不同機制和不同靶點的SHH抑制劑將為治療CKD提供思路。