Hedgehog信號(hào)通路調(diào)控肝癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展

邵香香,潘旭紅,王永英,馬未節(jié),李紅玲

(1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省人民醫(yī)院,甘肅 蘭州 730000)

肝癌是我國(guó)最常見的惡性腫瘤之一，嚴(yán)重威脅著患者的生命和健康[1]，危險(xiǎn)因素主要包括乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(HCV)感染，酒精性肝炎等，HBV、HCV感染導(dǎo)致的肝硬化是肝細(xì)胞癌(HCC)的主要病因[2]。由于缺乏有效的治療、早期診斷失敗、預(yù)后不良，HCC患者的生存時(shí)間非常有限[3]，不可切除的HCC的5年總生存率低于10%，這些患者的所有藥物治療都顯示出非常差的療效，因此對(duì)肝癌的有效治療也存在一定挑戰(zhàn)，探討肝癌的發(fā)病機(jī)制對(duì)肝癌的早期診斷、治療和預(yù)后有更深入地了解。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，肝癌的發(fā)生發(fā)展與信號(hào)通路的激活有一定的聯(lián)系，其中包括PI3K/Akt 信號(hào)通路[4],Wnt/β-catenin信號(hào)通路[5]，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β1/Smad信號(hào)通路[6],NF-κB信號(hào)通路[7]和Hedgehog(Hh)信號(hào)通路[8]等，對(duì)于Hh信號(hào)通路的研究較少，一些研究表明，Hh信號(hào)通路在基底細(xì)胞癌[9]、外陰鱗狀細(xì)胞癌[10]等中被重新激活。在這些癌癥中，重新激活的Hh信號(hào)參與了惡性表型的誘導(dǎo)。并參與著細(xì)胞增殖、凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移及上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)等過(guò)程，鑒于異常的Hh通路信號(hào)已在許多惡性腫瘤中被發(fā)現(xiàn)，該通路已成為藥物開發(fā)的一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)。其中最典型的方法是靶向Smo受體，其他抑制Hh途徑的方法包括抑制下游成分或直接結(jié)合Hh配體。2012年1月，Smo拮抗劑vismodegib成為第一個(gè)靶向Hh信號(hào)通路的藥物[11]。本文總結(jié)對(duì)人類癌癥中Hh信號(hào)激活的理解、Hh信號(hào)對(duì)EMT的調(diào)節(jié)及Hh信號(hào)抑制的潛在拮抗劑及其對(duì)人類癌癥治療的臨床意義等方面的重大進(jìn)展。

1 Hh信號(hào)通路

Hh信號(hào)通路在胚胎發(fā)育、器官成熟和形態(tài)維持[12]中起著重要作用。當(dāng)胚胎成熟時(shí)，這一途徑就會(huì)失活。Hh信號(hào)通路的異常激活與惡性腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Hh通路的激活需要Hh配體，Hh系統(tǒng)包括三種Hh配體：Ihh、Shh和Dhh[13-15]，其中Shh是研究最多的一個(gè)。Hh配體的產(chǎn)生、分泌、加工和運(yùn)輸是激活Hh信號(hào)[13,15-16]的必要條件。Patched家族成員Ptch1和Ptch2是Hh受體，具有多跨膜結(jié)構(gòu)域和空間感應(yīng)結(jié)構(gòu)域[17-18]。Ptch1和Ptch2并不直接將Hh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)中，而是通過(guò)Smo的七跨膜型受體[19]間接傳遞。Gli1基因最初被認(rèn)為是惡性膠質(zhì)瘤中擴(kuò)增的致癌基因，最終成為Hh信號(hào)效應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子[20-21]，Gli1作為Hh靶基因的轉(zhuǎn)錄激活因子，而Gli2和Gli3作為轉(zhuǎn)錄激活因子或抑制因子，當(dāng)Hh配體存在時(shí)，配體與Ptch的結(jié)合形成Hh-Ptch 復(fù)合物，進(jìn)入細(xì)胞后在溶酶體中被降解，Smo的抑制作用進(jìn)而被解除[13,15-16]。隨后，激活的Smo干擾Gli的蛋白水解過(guò)程，并促進(jìn)它們與融合抑制因子(SUFU)分離，允許它們易位到核[22]。通過(guò)它們的DNA結(jié)合域，Gli激活子(GLIAs)與靶基因啟動(dòng)子內(nèi)的GLI結(jié)合共識(shí)序列5′-gaccaccca-3′結(jié)合，啟動(dòng)其基因轉(zhuǎn)錄，如細(xì)胞周期蛋白(CCND1、CCND2)、抗凋亡因子(Bcl2、BCLX)、遷移基因(Snail、ZEB1)及其自身的通路基因(Ptch1、Gli1)[16,23]。當(dāng)配體缺失時(shí)，Ptch就抑制了Smo[13,15-16]的活性。蛋白激酶(PK)A、糖原合成酶激酶-3(GSK3)和CK1α[14]磷酸化全長(zhǎng)膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因(Gli-FL)導(dǎo)致膠質(zhì)-FL裂解為膠質(zhì)抑制因子(Gli-R)[13,15-16]。該Gli抑制因子反過(guò)來(lái)抑制Hh靶基因的表達(dá)，從而負(fù)調(diào)控Hh信號(hào)通路[15-16,24]。

2 肝細(xì)胞癌中的Hh信號(hào)通路

Hh通路的激活是肝胚胎細(xì)胞分化、增殖和極性所必需的，并在肝癌發(fā)生[25-27]中發(fā)揮作用。Hh信號(hào)通路成分(Smo、Shh、Gli1和Gli2)在HCC細(xì)胞系和腫瘤組織中均較高[28-30]。通過(guò)Smo拮抗劑、KAAD-環(huán)巴胺或與Shh中和抗體特異性抑制HCC細(xì)胞系中的Hh信號(hào)，可抑制細(xì)胞生長(zhǎng)并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[28]。Hh抑制通過(guò)上調(diào)Bnip3誘導(dǎo)自噬，該機(jī)制有助于細(xì)胞凋亡[31]。在Gli轉(zhuǎn)錄因子中，Gli2在HCC細(xì)胞的增殖中起主導(dǎo)作用，靶向Gli2可導(dǎo)致多種HCC細(xì)胞系的增殖下降[29],Ptch1，作為一種腫瘤抑制因子抑制Smo，據(jù)報(bào)道在中分化的HCC中表達(dá)較高，但在低分化的HCC中表達(dá)較低[32]。Smo的激活介導(dǎo)了c-myc的過(guò)表達(dá)，這在肝癌的發(fā)生中起著關(guān)鍵作用[33]。

3 EMT概述

EMT是一種細(xì)胞生物學(xué)程序，在此過(guò)程中，上皮細(xì)胞逐漸失去其細(xì)胞的身份和形態(tài)，并越來(lái)越多地獲得間充質(zhì)特征[34-35]。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，EMT與腫瘤的起始、侵襲、轉(zhuǎn)移和對(duì)治療的耐藥性有關(guān)[36]。上皮細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞-細(xì)胞連接、頂端-基底極性和有限的遷移潛能，它們可以通過(guò)多種細(xì)胞表面標(biāo)志物進(jìn)行識(shí)別，最顯著的是E-鈣黏蛋白，但也有細(xì)胞角蛋白、咬合和閉合蛋白[37-38]。相比之下，間充質(zhì)細(xì)胞具有前后極性和遷移表型的特征，這有利于它們向遠(yuǎn)處的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移的形成。此外，在癌癥發(fā)展過(guò)程中，它們表現(xiàn)出對(duì)凋亡、干細(xì)胞特性和組織侵襲性[34,39-40]的抵抗。間充質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)N-鈣黏蛋白、纖維連接蛋白和波形蛋白細(xì)胞表面標(biāo)志物[37]進(jìn)行鑒定。在EMT激活后，從E-鈣黏蛋白到N-鈣黏蛋白的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致上皮表型的丟失和間充質(zhì)表型的獲得。這導(dǎo)致上皮細(xì)胞典型的多邊形、鵝卵石形態(tài)的丟失，而獲得梭形的間充質(zhì)形態(tài)[41]，各種信號(hào)分子可以激活EMT過(guò)程，包括表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)β，Wnt信號(hào)通路，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)，Sonic Hedgehog(Shh)和Notch信號(hào)通路[42-47]等,鑒于EMT在癌癥干性和侵襲方面的關(guān)鍵作用，它可能是抗癌藥物發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新靶點(diǎn)[48]。通過(guò)抑制EMT相關(guān)信號(hào)通路進(jìn)而抑制EMT是抗癌藥物研究的主要途徑，Lee和他的同事們使用了idelalisib和LY294002，前者在2013年被美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)用于治療不同類型的白血病，后者是一種著名的PI3K化學(xué)抑制劑[49]，均通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路抑制白血病的進(jìn)展。idelalisib是一種ATP競(jìng)爭(zhēng)激酶抑制劑，以高選擇性靶向pI3Kp110亞型δ。近年來(lái)已被臨床測(cè)試用于實(shí)體腫瘤，如轉(zhuǎn)移性胰腺導(dǎo)管腺癌和肺癌[50-51]。研究發(fā)現(xiàn)COL8A1與胃癌患者的預(yù)后相關(guān)，可能通過(guò)EMT通路影響胃癌的進(jìn)展[52]。Song等人[53]認(rèn)為代謝相關(guān)EMT標(biāo)志物(MEMTS)可作為預(yù)測(cè)胃癌輔助治療和免疫治療的預(yù)后和反應(yīng)的潛在生物標(biāo)志物。基于MEMTS的單個(gè)腫瘤評(píng)估使未來(lái)胃癌患者的個(gè)性化治療成為可能。

4 HCC中的EMT研究

EMT賦予細(xì)胞很強(qiáng)的遷移和侵襲能力，這也決定了EMT在HCC的發(fā)展和轉(zhuǎn)移的整個(gè)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)let7-g通過(guò)調(diào)節(jié)EMT相關(guān)的上皮樣蛋白-E-鈣黏蛋白在HCC的發(fā)展中起腫瘤抑制的作用[54]。Frizzled2(FZD2)促進(jìn)EMT過(guò)程，增強(qiáng)干細(xì)胞樣特性，賦予HCC細(xì)胞血管生成擬態(tài)能力，進(jìn)而促進(jìn)HCC的進(jìn)展和復(fù)發(fā)，這是HCC轉(zhuǎn)移和早期復(fù)發(fā)的關(guān)鍵步驟[55]。侵襲足的形成是HCC[56]侵襲轉(zhuǎn)移的一個(gè)關(guān)鍵早期事件，在EMT過(guò)程中，上皮細(xì)胞伸展其偽足轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)樣細(xì)胞，進(jìn)一步證明了EMT在HCC早期重要事件中的作用。Liu等人發(fā)現(xiàn)[57]，lncRNA-TPTE2P1在HCC中發(fā)揮致癌基因作用，可通過(guò)促進(jìn)HCC早期的EMT來(lái)刺激HCC細(xì)胞的遷移和侵襲。以上證據(jù)表明，許多因素可以通過(guò)介導(dǎo)EMT過(guò)程來(lái)影響HCC，這進(jìn)一步證明了EMT是HCC調(diào)控的關(guān)鍵步驟。

5 Hh信號(hào)通路對(duì)HCC的EMT的調(diào)控

最近對(duì)肝癌研究集中在尋找新的靶向基因，可以靶向抑制EMT,進(jìn)而抑制其增殖、轉(zhuǎn)移、侵襲和進(jìn)展。在所有參與HCC發(fā)展的通路中，Hh信號(hào)通路在肝癌發(fā)生和HCC進(jìn)展中發(fā)揮了重要作用。Hh通過(guò)誘導(dǎo)肝細(xì)胞從內(nèi)胚層祖細(xì)胞分化，在胚胎發(fā)生中發(fā)揮生理作用。慢性受損肝臟中Hh通路的重新激活是纖維化變性的一種機(jī)制，并與HCC發(fā)展的各個(gè)階段有關(guān)。Hh的激活維持著未成熟的肝上皮細(xì)胞亞群，這些細(xì)胞參與了肝硬化和HCC的發(fā)病機(jī)制，在HCC中，Hh通路的重新激活負(fù)責(zé)維持具有間充質(zhì)表型的癌癥干細(xì)胞，肝癌組織中Hh蛋白標(biāo)志物的高水平表達(dá)與侵襲性的組織學(xué)和生物學(xué)特征以及較差的臨床結(jié)果相關(guān)。Hh通路的體外和體內(nèi)抑制模型證實(shí)，Hh在維持腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移和間充質(zhì)表型中至關(guān)重要。研究表明，CCL2通過(guò)激活Hh信號(hào)通路誘導(dǎo)HCC細(xì)胞侵襲和EMT[58]，在未分化的肝癌細(xì)胞系中，EMT和增強(qiáng)的Hh信號(hào)活性可能是其化療耐藥性和侵襲的原因[59]。針對(duì)EMT和Hh信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄因子的新型分子治療可能在根除HCC中化療耐藥低分化亞群，穩(wěn)定敲除CK2可以顯著抑制HCC細(xì)胞的遷移和侵襲，Hh信號(hào)通路失活的同時(shí)下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白(MMP)抑制EMT過(guò)程[60]。大量的臨床前數(shù)據(jù)表明，Hh在肝癌發(fā)生和EMT中發(fā)揮作用[27,61-63]。

因此，Hh通路在肝癌的癌變和發(fā)展過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，然而，Hh通路蛋白標(biāo)志物在HCC患者組織中的表達(dá)的預(yù)后價(jià)值有待進(jìn)一步研究。在未來(lái)，靶向HCC中的Hh通路可能是臨床前和臨床研究的有意義的課題。