hedgehog信號(hào)途徑調(diào)控因子及抑制物在腫瘤治療中的意義

1、<p>　　Hedgehog信號(hào)途徑調(diào)控因子及抑制物在腫瘤治療中的意義</p><p>　　【摘要】 Hedgehog(Hh)基因首先在果蠅中發(fā)現(xiàn)，人類存在Sonic Hedgehog(Shh)、India Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh) 3種Hh同源基因，它們?cè)谂咛グl(fā)育中起著重要的作用，控制著許多組織和器官形成。最近，對(duì)許多常見惡性腫瘤的研究發(fā)現(xiàn)，此途徑的反常在

2、惡性腫瘤的生長(zhǎng)和維持中起到重要作用。本文就此途徑的調(diào)控因子及抑制物在腫瘤治療中的作用進(jìn)行綜述。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】 Hedgehog(Hh);腫瘤，抑制劑</p><p>　　Hedgehog(Hh)基因首先在果蠅中發(fā)現(xiàn)，人類存在Sonic Hedgehog(Shh)、India Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh) 3種Hh同源基因，它們?cè)?/p>

3、胚胎發(fā)育中起著重要的作用，控制著許多組織和器官形成。最近，對(duì)許多常見惡性腫瘤的研究發(fā)現(xiàn)，此途徑的反常在惡性腫瘤的生長(zhǎng)和維持中起到重要作用[1]。本文就此途徑的調(diào)控因子及抑制物在腫瘤治療中的作用進(jìn)行綜述。</p><p>　　1 Hh信號(hào)途徑及其調(diào)控</p><p>　　在脊椎動(dòng)物中，Hh信號(hào)途徑主要由Hh蛋白家族，Hh蛋白受體：Patched(Ptc)蛋白或Patched/Smoothen

4、ed(Smo)蛋白復(fù)合物，Glioma(Gli)蛋白家族等成員構(gòu)成。</p><p>　　1. 1 Hh蛋白家族</p><p>　　Hh基因首先編碼45kDa的Hh前體蛋白，前體蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中通過自身催化分裂成HhN及HhC兩部分。HhN具有足夠的Hh蛋白信號(hào)活性，膽固醇可共價(jià)連接于HhN端。HhC末端具有自身蛋白水解酶活性及膽固醇轉(zhuǎn)移酶活性，它決定Hh蛋白的裂解及N端肽的分布

5、[2]。Hh蛋白分泌后形成復(fù)合體，在臨近細(xì)胞及距離約30個(gè)細(xì)胞直徑的位置均可執(zhí)行功能。膽固醇對(duì)于信號(hào)活性的傳遞起至關(guān)重要的作用。Lewis等將缺乏膽固醇修飾的Shh取代內(nèi)源性的Shh，構(gòu)建老鼠Shh雜合子的模型，發(fā)現(xiàn)Shh雜合型明顯抑制了遠(yuǎn)程信號(hào)作用，推測(cè)Shh的膽固醇修飾對(duì)于遠(yuǎn)程信號(hào)傳遞是相當(dāng)重要的[3]。另外有一些蛋白質(zhì)，包括Dispatched(Disp)和Toutvelu(Ttv)，對(duì)Shh釋放和彌散具有調(diào)節(jié)作用。Disp是一

6、種膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，含有Shh釋放所必須的對(duì)固醇類敏感的片段;Ttv調(diào)節(jié)蛋白多糖合成及其功能以利于Shh的運(yùn)輸[2]。</p><p>　　1. 2 Hh蛋白受體</p><p>　　1. 2. 1 Ptc受體家族 在人類存在Ptc1和Ptc2兩個(gè)Ptc的同源基因，Ptc1蛋白是Hh蛋白主要的受體。Ptc1基因受Hh信號(hào)上調(diào)，它缺失時(shí)將失去對(duì)Smo的抑制作用而激活下游基因的轉(zhuǎn)錄?？寺〉腜tc2也

7、能夠與Hh和Smo相互作用，但是它的功能卻不是十分清楚[4]。Ptc為含12次跨膜結(jié)構(gòu)域的膜蛋白，它包含兩個(gè)大的胞外結(jié)構(gòu)域袢，其中第二個(gè)大的胞外結(jié)構(gòu)域袢對(duì)于結(jié)合Hh蛋白是必不可少的，當(dāng)該區(qū)域發(fā)生突變時(shí)，Ptc蛋白不能結(jié)合Hh，但并不影響它抑制Smo的功能;當(dāng)發(fā)生Ptc突變產(chǎn)生羧基端截?cái)嗟鞍讜r(shí)，Ptc蛋白不能抑制Smo，但是它結(jié)合Hh的能力并不受影響。當(dāng)Ptc1表達(dá)上調(diào)時(shí)，大量Ptc1蛋白在細(xì)胞膜上將Hh包繞起來，限制Hh的擴(kuò)散，對(duì)Hh信

8、號(hào)途徑起著負(fù)調(diào)控作用，形成一個(gè)負(fù)反饋的調(diào)控環(huán)。Ptc1也參與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)并將Hh胞內(nèi)吞使Hh內(nèi)在化。目前尚不清楚這種內(nèi)在化是否從膜上清除這些蛋白質(zhì)或是從囊泡激發(fā)信號(hào)過程的一部分[2]。</p><p>　　1. 2. 2 Smo蛋白 Smo基因也是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的。在人類Smo基因編碼115KDa的Smo蛋白，該蛋白包含7次跨膜的a螺旋、1個(gè)Frizzled (Fz)結(jié)構(gòu)域。Smo蛋白高度保守的氨基端胞外區(qū)以及第二到四

9、個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域與Ptc蛋白調(diào)節(jié)其活性相關(guān)，而第三個(gè)胞內(nèi)區(qū)袢及第七個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域是激活下游途徑必需的[5]。Ptc與Smo的作用模式有三種假說：①Ptc與Smo形成復(fù)合物直接抑制Smo活性，當(dāng)Hh與Ptc/Smo復(fù)合物結(jié)合引起構(gòu)象改變或分離而激活Smo。研究越來越不支持這種模式。②游離Ptc作為一種催化劑抑制Smo的活性。實(shí)驗(yàn)顯示低于化學(xué)劑量Ptc(1：45的Ptc：Smo)導(dǎo)致80%的Smo活性降低[6]。③在Ptc和Smo之間可能存在一種

10、Smo的小分子配體，Ptc可能通過調(diào)節(jié)小分子的定位抑制Smo[7]。在Smo的下游存在一個(gè)龐大的胞內(nèi)多分子網(wǎng)絡(luò)傳遞Hh信號(hào)，其中主要包括Cos2，F(xiàn)u， Fused抑制子(Sufu)，PKA，CK1，GSK3，DYRK1和FBOXc等[2]。信號(hào)傳遞最終修飾Gli蛋白調(diào)節(jié)目的基因表達(dá)。</p><p>　　1. 3 Gli蛋白家族</p><p>　　Ci是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的，人類存在三個(gè)C

11、i的同源基因：Gliomaassociated oncogene homolog(Glil)、GLIKruppel family member 2(Gli2)和GLIKruppel family member 3(Gli3)，編碼的蛋白家族是雙功能轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。Hh缺如時(shí)，Gli蛋白被加工成缺乏C端序列的抑制形式，抑制下游靶基因轉(zhuǎn)錄;一旦Hh結(jié)合Ptc，Gli蛋白全長(zhǎng)修飾為激活形式，啟動(dòng)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄[8]。三種Gli蛋白功能并

12、不完全一致，目前的研究表明Gli2、Gli3包含抑制子的結(jié)構(gòu)域，所以既可以充當(dāng)抑制子又具有激動(dòng)子的功能;而Gli1主要是轉(zhuǎn)錄激動(dòng)子。核內(nèi)Gli蛋白抑制子及激活子的水平可能是由核內(nèi)外的運(yùn)輸平衡決定的[9]。Gli1是Hh信號(hào)途徑的直接靶基因，對(duì)Gli1的調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄水平上。Gli1對(duì)Hh蛋白的應(yīng)答需要有功能的Gli2/3存在。在人類，Gli2/3通過直接連接到與Gli連接位點(diǎn)同源的序列來激活Gli1啟動(dòng)子?；驍?shù)據(jù)證實(shí)，Gli2突變

13、小鼠展現(xiàn)了極大的Gli1 mRNA水平減退，而把Gli3敲入Gli2位點(diǎn)能恢復(fù)Gli</p><p>　　2 Hh信號(hào)途徑的調(diào)控因子和抑制物</p><p>　　目前研究發(fā)現(xiàn)一些Hh途徑的調(diào)控因子和抑制物，可以抑制細(xì)胞對(duì)Hh途徑應(yīng)答引起的增殖、分化并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，為腫瘤的治療提供了線索。</p><p>　　2.1 Hh相互作用蛋白l(Hedgehog intera

14、cting protein l，Hip1) Hip1是Hh途徑抑制物。目前發(fā)現(xiàn)分泌Hip1的細(xì)胞僅存在于哺乳類動(dòng)物中，且與分泌Hh的細(xì)胞相鄰。正確的Hh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受Hip1調(diào)節(jié)，Hip1通過它的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域與Hh蛋白家族三個(gè)成員結(jié)合來抑制它們的功能。小鼠Hh過表達(dá)刺激分泌的Hip1與Hh緊密結(jié)合，從而抑制Hh與受體結(jié)合。當(dāng)Hh發(fā)生突變則Hip1的調(diào)節(jié)功能就失活，故Hip1是Hh誘導(dǎo)效應(yīng)細(xì)胞內(nèi)的負(fù)性調(diào)節(jié)因子。同時(shí)，Hip1又是Hh途徑下游的

15、靶基因，所以Hip1構(gòu)成了Hh信號(hào)途徑的負(fù)反饋環(huán)[10]。</p><p>　　2.2 生長(zhǎng)阻滯特異基因1(growth arrest specific gene 1，GAS1) 最近,GAS被證實(shí)可抑制Shh途徑，GAS1是Wnt信號(hào)途徑下游的靶基因，老鼠胚胎發(fā)育中在Shh不表達(dá)的區(qū)域表達(dá)，但能對(duì)Shh作出應(yīng)答，抑制Shh的下游途徑。GAS1抑制Shh的機(jī)制并不清楚，可能并不影響Shh的產(chǎn)生及擴(kuò)散，只是削

16、弱它的效應(yīng)[2]。</p><p>　　2.3 小泡轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白R(shí)AB23 這是一種細(xì)胞自發(fā)的Shh負(fù)性調(diào)節(jié)因子，它作用于Gli/Cli轉(zhuǎn)錄因子的上游。神經(jīng)管發(fā)育的雙重突變型研究發(fā)現(xiàn)RAB23是GU2的激動(dòng)劑。RAB23還能促進(jìn)Gu3蛋白產(chǎn)生，其作用與Ptc或Smo無關(guān)。它阻遏Shh下游信號(hào)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而阻斷Shh的生理功能[11]。</p><p>　　2.4 Sufu 研究發(fā)現(xiàn)S

17、ufu可以直接與Gli1相結(jié)合，將Glil滯留在胞漿內(nèi);同時(shí)進(jìn)入核內(nèi)與Gli1共同結(jié)合在靶基因的DNA上抑制其轉(zhuǎn)錄，所以Sufu通過抑制Gli1在核漿中的穿梭，抑制Hh信號(hào)途徑。Michael等在46個(gè)髓母細(xì)胞瘤(medulloblastoma，MB)樣本中發(fā)現(xiàn)有4個(gè)樣本中的Sufu有種系的和體細(xì)胞性的突變，伴隨等位基因的雜合性缺失。序列分析及RT–PCR分析顯示這些突變可以編碼截?cái)嗟牡鞍?，這種產(chǎn)物不能把Gli轉(zhuǎn)錄因子從細(xì)胞核輸送到胞漿

18、導(dǎo)致了Shh信號(hào)途徑激活。因此，Sufu應(yīng)該是個(gè)新的腫瘤抑制基因[12]。</p><p>　　2.5 FGF FGF信號(hào)途徑在神經(jīng)系統(tǒng)的許多區(qū)域中調(diào)節(jié)生長(zhǎng)和分化。研究發(fā)現(xiàn)，顆粒前體細(xì)胞(GCPs)中Shh誘導(dǎo)的增殖能被FGF阻止。FGF介導(dǎo)的Shh應(yīng)答要求激活FGFR和ERK及 JNK激 酶，因?yàn)檫@個(gè)效應(yīng)能被這些酶的抑制物所抑制。FGF在體內(nèi)和體外能促進(jìn)GCP分化，并且能夠阻止由Ptc突變產(chǎn)生的MB模型小鼠的腫

19、瘤細(xì)胞的增殖。在MB病例中，F(xiàn)GFR表達(dá)比正常小腦組織低。這些發(fā)現(xiàn)顯示FGF是潛在的Shh途徑抑制物，可能對(duì)Shh信號(hào)途徑激活的腫瘤的治療有作用[13]。</p><p>　　2.6 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP) BMP是Tgfb1超家族成員，在小腦發(fā)育的命運(yùn)決定、發(fā)育模式、細(xì)胞分化和細(xì)胞存活中起關(guān)鍵作用。BMP對(duì)抗Shh依賴的GNP增殖和誘導(dǎo)凋亡。通過快速的蛋白酶體介導(dǎo)的Math1 (Atoh1)降解，BMP2/

20、BMP4抑制GNP和GNP樣MB細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)他們分化。異位表達(dá)Atoh1可以消除BMP介導(dǎo)的效應(yīng)并恢復(fù)Shh依賴的GNP和GNP樣MB細(xì)胞在體內(nèi)外的增殖[14]。</p><p>　　2.7 其它 固醇類化合物是Hh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)所必須的。有研究者發(fā)現(xiàn)在MB細(xì)胞中，固醇類化合物抑制劑降低Shh靶基因轉(zhuǎn)錄并阻止Shh途徑依賴的增殖。此抑制作用能被外源性的膽固醇或特殊的氧固醇所解除。某種氧固醇通過Smo蛋白能最大的激活

21、Shh靶基因轉(zhuǎn)錄,其效應(yīng)和已知的Smo全激動(dòng)藥SAG是一樣。這些結(jié)果顯示氧固醇可能是Smo的關(guān)鍵性的調(diào)節(jié)因子，通過固醇類化合物抑制Shh可能是一個(gè)新穎的處理腫瘤的方法[15]。Cyclopamine是一種植物性甾體類生物堿，作為Hh信號(hào)途徑的拮抗劑，可以通過對(duì)抗Smo來抑制Hh信號(hào)途徑。在卵巢癌的體外實(shí)驗(yàn)中，Cyclopamine可以抑制癌細(xì)胞的增殖，同時(shí)誘導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞凋亡，顯示了Cyclopamine是一種有前景的癌癥治療藥物[16]

22、。Shh途徑的小分子抑制劑HhAntag可以阻止MB小鼠的Smo功能，使得幾個(gè)在MB中高表達(dá)的基因被抑制，同時(shí)，細(xì)胞增殖被抑制，細(xì)胞死亡被提高，在高劑量時(shí)可以完全去除腫瘤。長(zhǎng)期用HhAntag處理延長(zhǎng)了MB的存活率[17]。</p><p><b>　　3 展望</b></p><p>　　多年來，對(duì)腫瘤的研究使人們注意到某些腫瘤的生長(zhǎng)與胚胎發(fā)育很類似。Hh信號(hào)途徑參

23、與體內(nèi)多種發(fā)育的過程，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)它與多種腫瘤的發(fā)生相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，途徑中的多個(gè)結(jié)點(diǎn)的抑制物可以影響腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，具有潛在的治療價(jià)值，這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)臨床工作中腫瘤的防治具有積極的意義。</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】</b></p><p>　　1 Kasper M, Regl G, Frischauf AM, et a1. GLI transcriptio

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