作者：曾维城1 罗波2    作者单位：(1.泸州医学院机能实验室;2.泸州医学院生物化学教研室，四川 泸州 646000)

【摘要】  Hedgehog(Hh)基因首先在果蝇中发现，人类存在Sonic Hedgehog(Shh)、India Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh) 3种Hh同源基因，它们在胚胎发育中起着重要的作用，控制着许多组织和器官形成。最近，对许多常见恶性肿瘤的研究发现，此途径的反常在恶性肿瘤的生长和维持中起到重要作用。本文就此途径的调控因子及抑制物在肿瘤治疗中的作用进行综述。

【关键词】  Hedgehog(Hh);肿瘤，抑制剂

Significance of hedgehog signal pathway inhibitors in the therapy of tumors

　　Zeng Weicheng1, Luo Bo2

　　(1.Functional Laboratory of Luzhou Medical College;

　　2.Department of Biochemistry of Luzhou medical college.Luzhou Sichuan 646000)

Hedgehog(Hh)基因首先在果蝇中发现，人类存在Sonic Hedgehog(Shh)、India Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh) 3种Hh同源基因，它们在胚胎发育中起着重要的作用，控制着许多组织和器官形成。最近，对许多常见恶性肿瘤的研究发现，此途径的反常在恶性肿瘤的生长和维持中起到重要作用[1]。本文就此途径的调控因子及抑制物在肿瘤治疗中的作用进行综述。

　　1 Hh信号途径及其调控

　　在脊椎动物中，Hh信号途径主要由Hh蛋白家族，Hh蛋白受体：Patched(Ptc)蛋白或Patched/Smoothened(Smo)蛋白复合物，Glioma(Gli)蛋白家族等成员构成。

　　1. 1 Hh蛋白家族

　　Hh基因首先编码45kDa的Hh前体蛋白，前体蛋白在内质网中通过自身催化分裂成HhN及HhC两部分。HhN具有足够的Hh蛋白信号活性，胆固醇可共价连接于HhN端。HhC末端具有自身蛋白水解酶活性及胆固醇转移酶活性，它决定Hh蛋白的裂解及N端肽的分布[2]。Hh蛋白分泌后形成复合体，在临近细胞及距离约30个细胞直径的位置均可执行功能。胆固醇对于信号活性的传递起至关重要的作用。Lewis等将缺乏胆固醇修饰的Shh取代内源性的Shh，构建老鼠Shh杂合子的模型，发现Shh杂合型明显抑制了远程信号作用，推测Shh的胆固醇修饰对于远程信号传递是相当重要的[3]。另外有一些蛋白质，包括Dispatched(Disp)和Toutvelu(Ttv)，对Shh释放和弥散具有调节作用。Disp是一种膜转运蛋白，含有Shh释放所必须的对固醇类敏感的片段;Ttv调节蛋白多糖合成及其功能以利于Shh的运输[2]。

　　1. 2 Hh蛋白受体

　　1. 2. 1 Ptc受体家族 在人类存在Ptc1和Ptc2两个Ptc的同源基因，Ptc1蛋白是Hh蛋白主要的受体。Ptc1基因受Hh信号上调，它缺失时将失去对Smo的抑制作用而激活下游基因的转录。克隆的Ptc2也能够与Hh和Smo相互作用，但是它的功能却不是十分清楚[4]。Ptc为含12次跨膜结构域的膜蛋白，它包含两个大的胞外结构域袢，其中第二个大的胞外结构域袢对于结合Hh蛋白是必不可少的，当该区域发生突变时，Ptc蛋白不能结合Hh，但并不影响它抑制Smo的功能;当发生Ptc突变产生羧基端截断蛋白时，Ptc蛋白不能抑制Smo，但是它结合Hh的能力并不受影响。当Ptc1表达上调时，大量Ptc1蛋白在细胞膜上将Hh包绕起来，限制Hh的扩散，对Hh信号途径起着负调控作用，形成一个负反馈的调控环。Ptc1也参与囊泡转运并将Hh胞内吞使Hh内在化。目前尚不清楚这种内在化是否从膜上清除这些蛋白质或是从囊泡激发信号过程的一部分[2]。

　　1. 2. 2 Smo蛋白 Smo基因也是在果蝇中发现的。在人类Smo基因编码115KDa的Smo蛋白，该蛋白包含7次跨膜的a螺旋、1个Frizzled (Fz)结构域。Smo蛋白高度保守的氨基端胞外区以及第二到四个跨膜结构域与Ptc蛋白调节其活性相关，而第三个胞内区袢及第七个跨膜结构域是激活下游途径必需的[5]。Ptc与Smo的作用模式有三种假说：①Ptc与Smo形成复合物直接抑制Smo活性，当Hh与Ptc/Smo复合物结合引起构象改变或分离而激活Smo。研究越来越不支持这种模式。②游离Ptc作为一种催化剂抑制Smo的活性。实验显示低于化学剂量Ptc(1：45的Ptc：Smo)导致80%的Smo活性降低[6]。③在Ptc和Smo之间可能存在一种Smo的小分子配体，Ptc可能通过调节小分子的定位抑制Smo[7]。在Smo的下游存在一个庞大的胞内多分子网络传递Hh信号，其中主要包括Cos2，Fu， Fused抑制子(Sufu)，PKA，CK1，GSK3，DYRK1和FBOXc等[2]。信号传递最终修饰Gli蛋白调节目的基因表达。

　　1. 3 Gli蛋白家族

　　Ci是在果蝇中发现的，人类存在三个Ci的同源基因：Gliomaassociated oncogene homolog(Glil)、GLIKruppel family member 2(Gli2)和GLIKruppel family member 3(Gli3)，编码的蛋白家族是双功能转录调节因子。Hh缺如时，Gli蛋白被加工成缺乏C端序列的抑制形式，抑制下游靶基因转录;一旦Hh结合Ptc，Gli蛋白全长修饰为激活形式，启动下游靶基因的转录[8]。三种Gli蛋白功能并不完全一致，目前的研究表明Gli2、Gli3包含抑制子的结构域，所以既可以充当抑制子又具有激动子的功能;而Gli1主要是转录激动子。核内Gli蛋白抑制子及激活子的水平可能是由核内外的运输平衡决定的[9]。Gli1是Hh信号途径的直接靶基因，对Gli1的调节主要体现在转录水平上。Gli1对Hh蛋白的应答需要有功能的Gli2/3存在。在人类，Gli2/3通过直接连接到与Gli连接位点同源的序列来激活Gli1启动子。基因数据证实，Gli2突变小鼠展现了极大的Gli1 mRNA水平减退，而把Gli3敲入Gli2位点能恢复Gli1的表达[1]。

　　2 Hh信号途径的调控因子和抑制物

　　目前研究发现一些Hh途径的调控因子和抑制物，可以抑制细胞对Hh途径应答引起的增殖、分化并诱导细胞凋亡，为肿瘤的治疗提供了线索。

　　2.1 Hh相互作用蛋白l(Hedgehog interacting protein l，Hip1) Hip1是Hh途径抑制物。目前发现分泌Hip1的细胞仅存在于哺乳类动物中，且与分泌Hh的细胞相邻。正确的Hh信号转导受Hip1调节，Hip1通过它的细胞外结构域与Hh蛋白家族三个成员结合来抑制它们的功能。小鼠Hh过表达刺激分泌的Hip1与Hh紧密结合，从而抑制Hh与受体结合。当Hh发生突变则Hip1的调节功能就失活，故Hip1是Hh诱导效应细胞内的负性调节因子。同时，Hip1又是Hh途径下游的靶基因，所以Hip1构成了Hh信号途径的负反馈环[10]。

　　2.2 生长阻滞特异基因1(growth arrest specific gene 1，GAS1) 最近,GAS被证实可抑制Shh途径，GAS1是Wnt信号途径下游的靶基因，老鼠胚胎发育中在Shh不表达的区域表达，但能对Shh作出应答，抑制Shh的下游途径。GAS1抑制Shh的机制并不清楚，可能并不影响Shh的产生及扩散，只是削弱它的效应[2]。

　　2.3 小泡转运蛋白RAB23 这是一种细胞自发的Shh负性调节因子，它作用于Gli/Cli转录因子的上游。神经管发育的双重突变型研究发现RAB23是GU2的激动剂。RAB23还能促进Gu3蛋白产生，其作用与Ptc或Smo无关。它阻遏Shh下游信号在细胞内的转导，进而阻断Shh的生理功能[11]。

　　2.4 Sufu 研究发现Sufu可以直接与Gli1相结合，将Glil滞留在胞浆内;同时进入核内与Gli1共同结合在靶基因的DNA上抑制其转录，所以Sufu通过抑制Gli1在核浆中的穿梭，抑制Hh信号途径。Michael等在46个髓母细胞瘤(medulloblastoma，MB)样本中发现有4个样本中的Sufu有种系的和体细胞性的突变，伴随等位基因的杂合性缺失。序列分析及RT–PCR分析显示这些突变可以编码截断的蛋白，这种产物不能把Gli转录因子从细胞核输送到胞浆导致了Shh信号途径激活。因此，Sufu应该是个新的肿瘤抑制基因[12]。

　　2.5 FGF FGF信号途径在神经系统的许多区域中调节生长和分化。研究发现，颗粒前体细胞(GCPs)中Shh诱导的增殖能被FGF阻止。FGF介导的Shh应答要求激活FGFR和ERK及 JNK激 酶，因为这个效应能被这些酶的抑制物所抑制。FGF在体内和体外能促进GCP分化，并且能够阻止由Ptc突变产生的MB模型小鼠的肿瘤细胞的增殖。在MB病例中，FGFR表达比正常小脑组织低。这些发现显示FGF是潜在的Shh途径抑制物，可能对Shh信号途径激活的肿瘤的治疗有作用[13]。

　　2.6 骨形态发生蛋白(BMP) BMP是Tgfb1超家族成员，在小脑发育的命运决定、发育模式、细胞分化和细胞存活中起关键作用。BMP对抗Shh依赖的GNP增殖和诱导凋亡。通过快速的蛋白酶体介导的Math1 (Atoh1)降解，BMP2/ BMP4抑制GNP和GNP样MB细胞的增殖并诱导他们分化。异位表达Atoh1可以消除BMP介导的效应并恢复Shh依赖的GNP和GNP样MB细胞在体内外的增殖[14]。

　　2.7 其它 固醇类化合物是Hh信号转导所必须的。有研究者发现在MB细胞中，固醇类化合物抑制剂降低Shh靶基因转录并阻止Shh途径依赖的增殖。此抑制作用能被外源性的胆固醇或特殊的氧固醇所解除。某种氧固醇通过Smo蛋白能最大的激活Shh靶基因转录,其效应和已知的Smo全激动药SAG是一样。这些结果显示氧固醇可能是Smo的关键性的调节因子，通过固醇类化合物抑制Shh可能是一个新颖的处理肿瘤的方法[15]。Cyclopamine是一种植物性甾体类生物碱，作为Hh信号途径的拮抗剂，可以通过对抗Smo来抑制Hh信号途径。在卵巢癌的体外实验中，Cyclopamine可以抑制癌细胞的增殖，同时诱导卵巢癌细胞凋亡，显示了Cyclopamine是一种有前景的癌症治疗药物[16]。Shh途径的小分子抑制剂HhAntag可以阻止MB小鼠的Smo功能，使得几个在MB中高表达的基因被抑制，同时，细胞增殖被抑制，细胞死亡被提高，在高剂量时可以完全去除肿瘤。长期用HhAntag处理延长了MB的存活率[17]。

　　3 展望

　　多年来，对肿瘤的研究使人们注意到某些肿瘤的生长与胚胎发育很类似。Hh信号途径参与体内多种发育的过程，同时也发现它与多种肿瘤的发生相关。研究发现，途径中的多个结点的抑制物可以影响肿瘤细胞的生长，具有潜在的治疗价值，这些实验发现对临床工作中肿瘤的防治具有积极的意义。

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