Hedgehog信號通路在腎臟纖維化中的研究進展

郭瑞麗，許春花

(延邊大學附屬醫院兒科，吉林 延吉 133000)

腎臟纖維化(renal fibrosis， RF)是慢性腎臟疾病(chronic kidney diseases，CKD)最終導致終末期腎功能衰竭(end-stage renal disease，ESRD)的共同病理生理改變的過程，也是最終形成ESRD的關鍵原因。這一發展過程中涉及疾病的炎性反應、纖維化以及瘢痕的形成。其病理變化的特征性主要表現為腎小球上皮毛細血管炎性反應導致腎小球硬化，腎小管間質成纖維細胞轉化為肌成纖維細胞形成腎間質纖維化(tubulointerstitial fibrosis，TIF)。

RF的發病機制較為復雜，診斷、治療方面仍存在困難。國際已有研究表明Hedgehog信號通路可在RF中被激活，但該信號通路在RF中發揮的作用仍不清楚。接下來通過探討Hedgehog信號通路在RF過程中如何作用為綜述，對RF的研究進一步提供思路。

1 Hedgehog信號通路概述

Hedgehog信號通路表達的基因，在突變時果蠅幼蟲體表出現多毛、刺突形狀，酷似刺猬，因此而被命名[1]。Hedgehog信號通路在組織細胞定向發育、促進細胞的有絲分裂、調節平衡、參與修復等過程，尤其在生殖系統的發育、癌癥等有密切關系。因此，該信號通路的失調會導致機體多器官的發育障礙和癌癥的發生，有研究表明該通路參與腎癌、胃癌、乳腺癌、肝癌等多種腫瘤的發病與唇腭裂的發生相關[2-3]。

Hedgehog的同源基因在哺乳動物中有三類：Sonic Hedgehog(Shh)、Indian Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh)，分別編碼Shh、Ihh和Dhh蛋白[4]。Shh表達最廣泛,信號通路上起主要作用;Ihh主要參與骨細胞的增殖、分化;Dhh 參與生殖細胞的發育。其中，Shh蛋白是由其受體跨膜蛋白Ptch(Patched homolog，Ptch)，及其下游的蛋白Smoothened(Smoothened，Smo) 和鋅指蛋白(Zinc finger protein，Gli) 組成[5]。Hedgehog信號通路的傳遞過程中，靶細胞膜上的受體Ptch和Smo可對其控制。目前認為該通路中Ptch是抑制性受體，Smo是激動性受體[6]。研究發現，受體Ptch是由多個跨膜區的單一肽鏈構成，通過與配體的直接結合,負調控信號通路；受體Smo在Hedgehog信號通路傳遞中必不可少[7]?；騍mo突變時的表現與Hedgehog基因突變時的表現極為相似。由此可知，當機體缺乏Hedgehog信號通路中的Ptch受體時，激活Smo即可出現Hedgehog靶基因活化。目前發現，核內因子如蛋白激酶A(PKA)、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶Fused(Fu)、Fu抑制劑(SuFu)、轉錄因子Ci/Gli、類運動蛋白 Costal-2(Cos2)等，可參與Hedgehog信號通路轉導。其中Ci/Gli、Fu起正調控作用，Cos2、PKA起負調控作用。Hedgehog信號通路的關鍵步驟是Gli的活化。Gli蛋白是多功能的轉錄因子，家族成員包括Gli1、Gli2、Gli3，而Gli1是Hedgehog信號通路的主要應答基因，該轉錄激活因子在通路激活過程中起正反饋調節的關鍵作用。

2 RF

RF微觀上講是腎臟固有細胞纖維化，各種破壞因子的作用使細胞受到損傷即出現細胞的纖維化。同時受損傷的細胞會釋放多種細胞因子，與炎性反應因子結合反作用于腎臟固有細胞，如腎小管上皮細胞、間質細胞、系膜細胞等細胞，使這些細胞的表型結構和細胞功能發生了改變，如轉化生長因子(TGF)等可產生該作用[8]。腎臟結構發生不可逆的破壞后，功能相繼受損，最終導致RF。綜上所述的改變，可通過一些生物信號通路調控，Hedgehog信號通路就是其中之一。 腎小管間質纖維化涉及細胞極為廣泛，如系膜細胞、腎小管上皮細胞、成纖維細胞、肌成纖維細胞、周細胞、肥大細胞等其他相關炎細胞。而成纖維細胞在RF中起主要作用，它的來源主要包括腎臟固有的成纖維細胞和通過其他細胞及腎小管上皮細胞間充質轉分化 (Epithelial Mesenchymal Transition, EMT)而來的成纖維細胞。成纖維細胞的不斷增殖、活化，通過旁分泌信號傳導轉變為肌成纖維細胞，此細胞表達的平滑肌肌動蛋白( smooth muscle actin，SMA)，與基底膜相連加速產生細胞外基質(Extracellular matrix，ECM)，導致其異常沉積，形成RF的基本特征。 腎小管上皮細胞在急性腎損傷的情況下可改變細胞內信號轉導和基因表達，如波形蛋白增多，Ⅰ型、Ⅲ型膠原增多。E-鈣黏蛋白( E-cadherin，E-ca) 表達減少,引起RF[9]，為TIF形成提供關鍵的信號。同樣，RF的病變可增加小管細胞壞死、凋亡，減少腎小管細胞增殖[10]。

3 Hedgehog信號通路與RF

Hedgehog信號通路編碼的Shh蛋白在胚胎發育時期，Shh基因表達于包括腎臟等眾多器官上皮細胞中[11-12]。并且，在腎臟損傷的早期即可出現表達，從而說明Hedgehog信號通路在組織損傷早期參與腎臟損傷后的組織修復過程。

3.1Hedgehog信號通路與腎間質細胞:由信號通路中Shh基因表達的腎間質細胞與RF息息相關。研究表明，慢性TIF大鼠模型中，成纖維細胞的過量增殖、活化和ECM的產生和沉積, 都有Shh基因過量表達參與其中，最終使大鼠發生RF繼而腎功能的惡化。TIF中的眾多細胞類型中，周細胞作為一種特殊細胞與成纖維細胞共同參與配體的作用，同為與Shh配體作用的重要細胞。因此，Shh信號通路除外影響成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化，同樣在周細胞轉化為肌成纖維細胞的過程中也扮演重要角色[13]。同樣該過程在Fabian等的研究中體現，Shh配體觸發細胞的增殖，使周細胞調控的肌成纖維細胞前體向肌成纖維細胞轉化。而肌成纖維細胞的激活，進一步受到Hedgehog信號通路、TGF-β、Wnt/β-catenin信號通路等多種促纖維化因子通過自分泌和旁分泌途徑調控各種來源的肌成纖維細胞，促進其活化，并產生大量的膠原蛋白，為RF的產生形成土壤[14]。

Hedgehog通路的配體與Ptch受體結合時，可解除Ptch對Smo的抑制作用，使Smo活化，間接促進了轉錄因子Hedgehog-Gli入核，并調控下游靶基因[15]。 在RF模型中，Hedgehog配體隨著下游Gli效應子表達的顯著激活而上調。Hedgehog信號通路反應性 Gli1 陽性間質細胞在纖維化過程中增殖擴增，Gli1 和 Gli2 陽性細胞分化為α-平滑肌肌動蛋白陽性肌成纖維細胞。Hedgehog 配體觸發了細胞增殖，提示該通路在RF發生過程中，可能在調節肌成纖維細胞祖細胞的細胞周期進程中發揮了作用。Hedgehog 拮抗劑在體內阻斷了Gli1 的誘導，但沒有減少RF。然而，Gli2 的轉錄誘導不受拮抗劑的影響，表明Hedgehog-Gli 信號在RF疾病中的可能作用。所以，Hedgehog信號通路的配體在參與肌成纖維細胞的產生中起重要作用。

3.2Hedgehog信號通路與腎小管上皮細胞:RF過程中，腎小管上皮細胞-間充質細胞的轉化也發揮著關鍵作用。

Hedgehog的同源基因編碼Shh蛋白，腎臟損傷后，Shh被誘導主要表達在腎小管上皮細胞，但它能特異地靶向作用于成纖維細胞，引起它們的活化和增殖。Bai等研究發現 UUO大鼠腎臟組織Shh信號通路激活會出現腎小管EMT,促進TIF,而解除輸尿管梗阻后，纖維化各項指標明顯下降,TIF化程度減輕[16]。白藜蘆醇可以抑制梗阻性腎病的腎組織 Shh 信號通路的過量表達，通過降低TGF-β1的表達，減少ECM的沉積，阻止細胞表型 EMT 的結構改變，減輕腎間質纖維化[17]。Shh信號通路通過參與增強細胞增殖、細胞分化等，從而與RF、腫瘤等發生緊密相關[18]。因此，Hedgehog信號通路能通過介導腎小管上皮細胞與間質成纖維細胞間的交流，從而促進成纖維細胞激活與增殖[19]。這些主要的促纖維化因子與其他相關因素共同參與了成纖維細胞的激活，如細胞活性氧(ROS)、炎性介質、結締組織生長因子(CTGF)、血管緊張素Ⅱ和某些ECM組分等。表明腎臟損傷后，來源于腎小管的 Shh 導致腎間質成纖維機制與EMT的形成過程相關，從而影響RF。

4 總結

本文對Hedgehog信號通路在腎間質細胞、EMT過程中的作用進行了探討，Hedgehog信號通路中表達的Shh蛋白以及其他相關的轉錄因子，參與周細胞和成纖維細胞、肌成纖維細胞的轉化表達，介導腎小管上皮細胞與間質成纖維細胞間的交流，從而促進了成纖維細胞的激活與增殖，導致了RF的形成。

通過Hedgehog信號通路對轉化過程中作用的探討，認為Hedgehog信號通路在TIF的過程中起到了重要作用，但是這個通路與其他的信號通路之間是否存在交叉調節影響通路的作用，目前仍不明確，仍需要進一步探討。

本次對于Hedgehog信號通路的探討，在一定程度上有助于進一步促進TIF發病機制、診斷、治療的研究，為今后的RF的研究以及對RF疾病的防治提供了一個新思路。