生物治療通過(guò)Hedgehog通路抑制非小細(xì)胞肺癌研究進(jìn)展

宣成睿,蘇秀蘭,蘇依拉其木格

(1. 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理教研室, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059;2. 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)研究中心)

肺癌已成為全球成年人最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率、死亡率分別為11.6 %、18.4 %[1]。在我國(guó)，肺癌的5年生存率僅僅為17.7 %[2]。肺癌可分為非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)和小細(xì)胞肺癌(NSCLC)兩類(lèi)，其中NSCLC占85 %。近年來(lái)，隨著分子靶向治療、免疫抑制劑和抗血管生成劑的使用，對(duì)肺癌的治療效果顯著，但疾病復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移、耐藥等仍是亟待解決的問(wèn)題，這些涉及了Hedgehog(Hh)、Wnt、EGFR/PI3K/AKT等多個(gè)信號(hào)通路的調(diào)控過(guò)程。其中Hh通路作為靶向治療中關(guān)鍵的信號(hào)通路， 其異常激活促進(jìn)了肺癌的發(fā)生。研究表明，阻斷Hh通路可能成為靶向藥物治療的關(guān)鍵。本文就Hh通路及其關(guān)鍵靶基因及生物制劑治療NSCLC的研究進(jìn)展進(jìn)行概述，從而為靶向治療非小細(xì)胞肺癌提供可能的依據(jù)。

1 Hh 信號(hào)通路的生物學(xué)概況

Hh通路從果蠅到人類(lèi)都高度保守，是胚胎發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，參與中樞神經(jīng)管、消化管和支氣管發(fā)育的調(diào)節(jié)作用，也可參與骨、軟骨、肺等多種器官的發(fā)育過(guò)程[3]。在哺乳動(dòng)物中，Hh通路包括三種配體: Indian Hedgehog (Ihh)、Desert hedgehog (Dhh)和 Sonic hedgehog (Shh)，其中SHh是最有效的配體，在成人組織中分布最廣泛[4]。Hh通路的受體包括分布于靶細(xì)胞膜上的Patched (Ptch) 受體、Smoothened (Smo) 受體，轉(zhuǎn)錄因子(Gli)蛋白家族，主要校正器 (Sufu) 蛋白及下游的驅(qū)動(dòng)蛋白 (Kif7)、蛋白激酶A (PKA)等，其中Smo受體是Hh信號(hào)通路中的重要調(diào)控因子[3]。

1.1Patch受體 Ptch受體是12跨膜蛋白，屬于腫瘤抑制蛋白。哺乳動(dòng)物中包含兩種，Ptch1和Ptch2，Ptch2 蛋白是 Ptch1 蛋白的旁系同源，可以彌補(bǔ) Ptch1蛋白的部分功能。Ptch1由1 447個(gè)氨基酸組成，包含兩個(gè)相互作用的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域ECD1和ECD2，其可以與Hh信號(hào)蛋白結(jié)合；有十二個(gè)跨膜片段(TMs)，其中TMs 2-6構(gòu)成了固醇感應(yīng)域(SSD)，可以結(jié)合膽固醇，抑制Smo蛋白的功能[9]。目前針對(duì)抑制Smo蛋白的機(jī)制，研究者發(fā)現(xiàn)， Ptch1可作為膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)體，當(dāng)Shh結(jié)合到Ptch上后，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞膜中的膽固醇，使膽固醇結(jié)合到Smo受體N端的CRD結(jié)構(gòu)域，使Hh通路激活[9]。

1.2Smo受體 Smo受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族的一員，由1 024個(gè)氨基酸組成，結(jié)構(gòu)上的7次跨膜(7TM)α螺旋結(jié)構(gòu)與A類(lèi)GPCR蛋白相類(lèi)似[5]。Smo的結(jié)構(gòu)包括含有N末端富含半胱氨酸結(jié)構(gòu)域的胞外結(jié)構(gòu)域(CRD)，一個(gè)鉸鏈結(jié)構(gòu)域(HD)、一個(gè)七次跨膜α螺旋(TM1-TM7)結(jié)構(gòu)域(TMD)和一個(gè)胞內(nèi)C末端結(jié)構(gòu)域[6]。從結(jié)構(gòu)上看，CRD位于TMD的正上方，一側(cè)為胞外環(huán)3(ECL3)，另一側(cè)由連接環(huán)構(gòu)成，CRD和TMD通過(guò)HD連接[7-8]。Smo受體是Hh通路中重要的轉(zhuǎn)換器，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中起著中心調(diào)控作用。

圖1A Smo結(jié)構(gòu)示意圖(參考文獻(xiàn)[8])

1.3Smo 受體下游因子 Hh通路的Smo膜蛋白下游因子包括Gli、SuFu、Kif7、PKA 和 TULP3 等。

1.3.1Gli轉(zhuǎn)錄因子 Kinzler KW等人從膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中分離出來(lái)Gli蛋白，包括Gli1、Gli 2和Gli3[10]，Gli包含5個(gè)保守的鋅指DNA結(jié)合序列，以序列特異性方式與DNA結(jié)合。Ruiz i Altaba團(tuán)隊(duì)提出的”Gli code”模型中，Gli1僅僅作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活因子，Gli3是主要的抑制因子。Tolosa發(fā)現(xiàn)Gli1/Gli2可以形成復(fù)合物，并揭示了Gli1也具有轉(zhuǎn)錄抑制因子的能力，而且證明了Gli1和Gli2的功能可以相互替換，但在維持癌細(xì)胞表型和維持干細(xì)胞狀態(tài)方面，Gli1發(fā)揮重要的作用，Gli2還不能完全取代[11-12]。這一新的論點(diǎn)為研發(fā)Gli抑制劑提供了新的線索，有利于新藥的研發(fā)。

1.3.2SuFu、PKA和Kif7等下游因子 Sufu在Hh通路中起負(fù)性調(diào)控作用，可直接與Gli蛋白結(jié)合，同時(shí)磷酸酶A( PKA)和糖原合酶激酶3β(GSK3β)作用于Sufu的Ser-346和Ser-342處，使Sufu磷酸化，抑制Sufu - Gli解離[13]。蛋白磷酸酶4調(diào)節(jié)亞基2(Ppp4r2)與Sufu蛋白相互作用，促使Sufu蛋白去磷酸化，促進(jìn)Sufu - Gli解離[14]。驅(qū)動(dòng)蛋白Kif7既能促進(jìn)也能抑制Hh信號(hào)傳導(dǎo)，脂蛋白A1(PPFIA1)和蛋白磷酸酶PP2A共同作用，可促進(jìn)Kif7去磷酸化，使Kif7定位到纖毛的末端，促進(jìn)Gli的轉(zhuǎn)錄[15]。Hh 通路的下游，還有很多參與調(diào)控Hh信號(hào)傳導(dǎo)的基因，在誘導(dǎo)細(xì)胞增殖及腫瘤發(fā)生等方面發(fā)揮著重要的作用。

2 Hh通路的激活

Hh通路在成年人體內(nèi)參與傷口的愈合和組織修復(fù)，一般情況下處于休眠狀態(tài)。Eduardo D等[16]研究發(fā)現(xiàn) Shh 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)依賴(lài)于纖毛核心中的運(yùn)輸。在 Gigante ED 等[17]研究證實(shí)，Hh通路與初級(jí)纖毛密切相關(guān)，初級(jí)纖毛不僅為通路組件的分布提供了至關(guān)重要的空間，而且還能參與通路各元件的調(diào)節(jié)作用，從多方面保證了 Hh 通路發(fā)揮功能。

在不存在SHh配體的情況下，纖毛膜中可以檢測(cè)到Ptch1蛋白，Ptch1結(jié)合膽固醇，使Smo的結(jié)構(gòu)域CRD空置，Smo處于抑制狀態(tài)。Sufu-Gli復(fù)合物的形成也是通路中重要的抑制因素，并且蛋白激酶A(PKA)、酪蛋白激酶I(CKI)、糖原合酶激酶3β(GSK3β)具有穩(wěn)定Sufu蛋白的作用，以上復(fù)合物通過(guò)驅(qū)動(dòng)蛋白家族7(KIF7)構(gòu)成復(fù)合物支架，將其運(yùn)送到纖毛遠(yuǎn)端，Gli不能從復(fù)合物中解離，從而抑制GLI1/2進(jìn)入細(xì)胞核[18]。再有Tubby家族蛋白3(TULP3)還負(fù)責(zé)將G蛋白偶聯(lián)受體GPR161募集到纖毛中，負(fù)調(diào)節(jié)劑GPR161激活腺苷酸環(huán)化酶3(AC3)，促進(jìn)PKA激活，從而直接促進(jìn)Sufu-Gli復(fù)合物的形成，使Hh通路處于抑制狀態(tài)[19]。

當(dāng)存在Shh配體時(shí)，它會(huì)結(jié)合到Ptch1受體上，使膽固醇從Ptch1上解離，連接到Smo 蛋白，激活Smo蛋白[9]。一方面Smo解除Sufu對(duì)Gli1/2的抑制作用，并發(fā)現(xiàn)蛋白磷酸酶4調(diào)節(jié)亞基2(Ppp4r2)可以結(jié)合到Sufu蛋白上，導(dǎo)致Sufu蛋白降解[14]；另一方面Smo蛋白抑制TULP3的活性，并促進(jìn)了Gli2-Sufu復(fù)合物的解離，使Gli2磷酸化為其激活劑形式(GLIA)，然后將其從纖毛中穿梭出來(lái)，進(jìn)入細(xì)胞核中。影響Hh基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程[16]。

3 非小細(xì)胞肺癌研究中與Hh通路有關(guān)的潛在的生物標(biāo)記物

肺癌出現(xiàn)的耐藥現(xiàn)象與Hh通路激活有關(guān)。激活Hh通路的因素具有復(fù)雜多樣化，因此探索NSCLC相關(guān)的治療靶點(diǎn)至關(guān)重要，并研發(fā)藥物的任務(wù)仍需進(jìn)行。表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR，也稱(chēng)為ERBB1)、間變性淋巴瘤激酶(ALK)、ROS1原癌基因受體酪氨酸激酶(ROS1)和絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶b - raf(BRAF)的激活性基因突變或融合現(xiàn)在已成為NSCLC中激酶抑制劑治療的靶標(biāo)，并且目前正在評(píng)估其他靶向性NSCLC3致癌驅(qū)動(dòng)子亞型的靶向治療[20-21]。盡管靶向治療可以改善NSCLC患者的預(yù)后，但對(duì)這些藥物的反應(yīng)通常是不完全的和暫時(shí)的，靶向治療容易產(chǎn)生耐藥復(fù)發(fā)現(xiàn)象，故預(yù)測(cè)并探索相關(guān)生物標(biāo)記物將有助于患者的個(gè)體化治療方案的實(shí)施。

在眾多的預(yù)測(cè)靶向治療的靶點(diǎn)中，一些靶點(diǎn)與非小細(xì)胞肺癌密切相關(guān)，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，可能成為非小細(xì)胞肺癌個(gè)體化靶向治療的靶點(diǎn)。Jia Pan等人發(fā)現(xiàn)造血前B細(xì)胞白血病轉(zhuǎn)錄因子(PBX)相互作用蛋白(HPIP)在NSCLC組織和細(xì)胞株中表達(dá)更高，敲低NSCLC細(xì)胞中HPIP，可顯著抑制A549細(xì)胞中Shh、Smo、Ptc和Gli-1蛋白的表達(dá)，并抑制A549的增殖、遷移和侵襲能力[22]。E3泛素連接酶HERC4在NSCLC中呈低表達(dá)，與Smo負(fù)相關(guān)，具體機(jī)制是通過(guò)破壞Smo的穩(wěn)定性而發(fā)揮抑制腫瘤作用，當(dāng)敲除HERC4基因則會(huì)激活Hh通路，進(jìn)而促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的增殖[23]。再有實(shí)驗(yàn)證明磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白4(PEBP4)在人肺癌組織、A549、H1299和H460非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系中均高表達(dá)，PEBP4過(guò)表達(dá)顯著促進(jìn)了非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中Shh信號(hào)的轉(zhuǎn)錄活性，使用環(huán)丙胺抑制Shh信號(hào)可以顯著改善PEBP4過(guò)表達(dá)，抑制NSCLC細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移[24]。以上幾種因子都可激活Hh通路。肝激酶B1(LKB1)可以有效的抑制Hh通路的激活，通過(guò)構(gòu)建質(zhì)粒發(fā)現(xiàn)LKB1可以抑制Hh信號(hào)通路的激活，抑制肺癌的增殖，使用環(huán)丙胺可使LKB1表達(dá)增加，進(jìn)一步抑制肺癌細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)其凋亡，進(jìn)而證明了LKB1在非小細(xì)胞肺癌中抑制腫瘤的重要性[25]。非小細(xì)胞肺癌的增殖、轉(zhuǎn)移和耐藥均與Hh通路的激活密切相關(guān)，因此迫切需要驗(yàn)證新的與Hh通路相關(guān)的生物標(biāo)記物，來(lái)進(jìn)一步揭示Hh通路在NSCLC中的調(diào)控機(jī)制。

4 NSCLC生物治療進(jìn)展

NSCLC的治療已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。化學(xué)療法和目前針對(duì)EGFR的靶向治療相結(jié)合的方法大大提高了NSCLC患者對(duì)藥物的反應(yīng)率，但耐藥和復(fù)發(fā)的發(fā)生仍使得患者5年生存率很低[26]。有一項(xiàng)針對(duì)3 042例NSCLC患者調(diào)查顯示，68 %的患者對(duì)卡鉑產(chǎn)生耐藥，63 %對(duì)順鉑耐藥。另有研究證明，分別有75 %、63 %、72 %、42 %、40 %、52 %和31 %的患者對(duì)阿霉素、依托泊苷、吉西他濱、長(zhǎng)春瑞濱、紫杉醇、多西他賽和托泊替康產(chǎn)生耐藥性[27]。故而探索潛在的靶向藥物和新的化合物是非常重要的。

環(huán)巴胺是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)可以抑制Smo的植物堿，實(shí)驗(yàn)表明可以有效抑制Hh通路上游組分，具有抑制非小細(xì)胞肺癌增殖并誘導(dǎo)其凋亡的作用[28]。隨著研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，一方面Hh通路具有調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞增殖和分化作用，在CSCs的致癌性和耐藥性中起關(guān)鍵作用。Yang B等人發(fā)現(xiàn)阿帕替尼可通過(guò)抑制Hedgehog和Wnt等信號(hào)通路，從而抑制肺癌的腫瘤干細(xì)胞，從而抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[28]。環(huán)索奈德是FDA批準(zhǔn)的一種糖皮質(zhì)激素(GC)，用于治療哮喘和過(guò)敏性鼻炎。最近研究發(fā)現(xiàn)環(huán)索奈德通過(guò)調(diào)節(jié)Hh通路進(jìn)而起到抑制肺癌細(xì)胞的增殖和CSCs的生長(zhǎng)。環(huán)索奈德可降低肺癌細(xì)胞中Gli1、Gli2和平滑 (Smo) 的蛋白表達(dá)，同時(shí)也可以降低SOX2的轉(zhuǎn)錄和蛋白水平，為靶向Hh信號(hào)和SOX2預(yù)防肺CSC的形成提供了新的藥物方案[28]。Bora-Singhal等人研究發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙酰化酶11(HDAC11)受到抑制或者缺失可顯著減少非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)來(lái)源的腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力，并發(fā)現(xiàn)在肺癌組織中HDAC11呈高表達(dá)[29]。

另一方面，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)聯(lián)合用藥可以有效改善非小細(xì)胞肺癌出現(xiàn)的耐藥現(xiàn)象。研究學(xué)者通過(guò)培養(yǎng)EGFR-TKI 耐藥非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系，并在體外通過(guò)吉非替尼、阿法替尼或奧西美替尼維持體外耐藥，從耐藥細(xì)胞株中可檢測(cè)到Hh通路的異常激活，使用 Smo抑制劑sonidegib和EGFR聯(lián)合用藥，使細(xì)胞系恢復(fù)對(duì) EGFR-TKI 的敏感性[30]，進(jìn)而有效的抑制非小細(xì)胞肺癌的增殖。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)奧西替尼可以有效的治療EGFR突變的NSCLC患者，但也不可避免的發(fā)生耐藥現(xiàn)象。在探討其耐藥機(jī)制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，從產(chǎn)生耐藥患者腫瘤離體原代培養(yǎng)細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)Hh通路處于活化狀態(tài)，在使用奧西替尼的同時(shí)，加用Smo抑制劑可顯著抑制耐藥細(xì)胞的增殖以及侵襲性，為臨床提供了一種新型有效的治療選擇[31]。

經(jīng)過(guò)不斷的研究發(fā)現(xiàn)，生物治療也可以減輕化療引起的不良反應(yīng)，并能有效的抑制耐藥性的出現(xiàn)。作為傳統(tǒng)中草藥之一，黃芩提取液(SBE)在單獨(dú)或與常規(guī)化療方案聯(lián)合使用，對(duì)多種惡性腫瘤有抑制作用。Wei-Wei Chen等人通過(guò)對(duì)非小細(xì)胞肺癌的研究發(fā)現(xiàn)，SBE通過(guò)下調(diào)Hh通路，從而增加NSCLC細(xì)胞對(duì)順鉑(DDP)敏感性，并通過(guò)干擾SOX2/SMO/GLI1互作環(huán)，進(jìn)而抑制NSCLC腫瘤干細(xì)胞的增殖，對(duì)NSCLC的增殖具有明顯的抑制作用[32]。白藜蘆堿(Jervine)簡(jiǎn)稱(chēng)Jer，是從藜蘆根莖提取的生物堿，具有抗炎和抗癌作用。據(jù)報(bào)道，Jer可通過(guò)阻斷Hedgehog信號(hào)通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞自噬性，對(duì)鼻咽癌具有抗腫瘤作用[33]。Lei W發(fā)現(xiàn)Jer還可抑制SHh、Ptch1、Smo和Gli1的表達(dá)，抑制NSCLC細(xì)胞的增殖，同時(shí)降低形成集落能力。此結(jié)果也通過(guò)構(gòu)建A549荷瘤小鼠模型得到了驗(yàn)證，進(jìn)一步證明Jer可以有效抑制Hh通路，進(jìn)而抑制NSCLC腫瘤的生長(zhǎng)[34]。Jo E等人發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)草提取物可降低NSCLC細(xì)胞的活力。蟲(chóng)草是一種寄生真菌，在我國(guó)視為珍貴的草藥，具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎和抗癌的作用，其機(jī)制是蟲(chóng)草抑制SMO/PTCH1信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)而抑制Gli1轉(zhuǎn)錄活性，導(dǎo)致Bcl-2和Bcl-xl下調(diào)，誘導(dǎo)NSCLC細(xì)胞凋亡。蟲(chóng)草有望成為治療NSCLC的潛在靶向藥物[35]。隨著對(duì)生物制劑的不斷探索與發(fā)現(xiàn)，生物制劑有望成為治療NSCLC的潛在藥物。

5 展望

綜上所述，肺癌的治療仍是當(dāng)今的腫瘤科醫(yī)生的巨大挑戰(zhàn)，特別是其中發(fā)病率較高的NSCLC。NSCLC在疾病的早期治療效果好，但因具有隱匿性特點(diǎn)，使患者診斷出肺癌時(shí)腫瘤已經(jīng)處于進(jìn)展期。目前診療NSCLC的方式主要包括外科手術(shù)、放射治療、化學(xué)療法和靶向藥物治療，特別是近年來(lái)靶向藥物治療療效取得了很大的進(jìn)展，但耐藥性的出現(xiàn)又一次增加了治療難度，故仍需在 Hh 通路中尋找可能的NSCLC預(yù)測(cè)因子和治療位點(diǎn)，不斷揭示Hh通路在NSCLC中的分子機(jī)制。隨著生物治療的不斷發(fā)展，因具有調(diào)節(jié)Hh通路的特點(diǎn)，在NSCLC的治療中以其抑制腫瘤和減毒增敏的特點(diǎn)，逐漸體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)提供個(gè)體化治療提出又一新的方案，同時(shí)也為患者提供了希望。