周蘭琪 周建華

430030 武漢，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院兒科

Hedgehog(Hh)基因于1980年在篩選影響果蠅發(fā)育的基因突變體實(shí)驗(yàn)中首次被發(fā)現(xiàn)，其Hedgehog這個(gè)名字來(lái)源于果蠅基因突變胚胎的外形，呈多毛團(tuán)狀。12年后發(fā)現(xiàn)它是一種分泌型信號(hào)蛋白通路[1-2]，進(jìn)化上保守，在組織發(fā)育、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞修復(fù)中起重要作用，同時(shí)具有促有絲分裂的作用。所以，Hh信號(hào)通路的異常是多器官系統(tǒng)發(fā)育異常的基礎(chǔ)。在哺乳動(dòng)物中存在著3條Hh信號(hào)通路，即Sonic Hedgehog(SHh)、Desert Hedgehog(DHh)和Indian Hedgehog(IHh)信號(hào)通路[3-4]，其中研究最多且作用機(jī)制較為清楚的是SHh信號(hào)通路?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)SHh 信號(hào)通路對(duì)人體的作用廣泛，其異常激活影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育以及癌癥的發(fā)生[5-6]，且在消化管和支氣管樹(shù)的形成中具有重要作用[2]。此外，在臟器纖維化疾病如肺纖維化、肝纖維化、腎纖維化等的發(fā)生中也起重要作用。DHh信號(hào)通路表達(dá)主要限于性腺，包括睪丸中的睪丸支持細(xì)胞，對(duì)性細(xì)胞分化也起關(guān)鍵作用[7]。IHh 信號(hào)通路則與骨軟骨細(xì)胞的發(fā)育和軟骨內(nèi)骨的血管化有關(guān)[8]。本文就Hedgehog信號(hào)通路的研究進(jìn)展及對(duì)腎間質(zhì)纖維化的作用做一綜述。

一、Hedgehog信號(hào)通路的主要組成與調(diào)節(jié)

在哺乳動(dòng)物中，Hh信號(hào)通路主要由3種配體即Sonic hedgehog (Shh)、Desert hedgehog(Dhh)和Indian hedgehog (Ihh)，兩種跨膜受體即Ptch和Smo，下游的核轉(zhuǎn)錄因子(Gli)及Gli的核心調(diào)節(jié)蛋白Sufu和Kif7組成。Hh信號(hào)通路的傳導(dǎo)也有纖毛的參與。纖毛是突出于細(xì)胞表面、由微管構(gòu)成的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)沿著纖毛雙向運(yùn)輸，通過(guò)調(diào)節(jié)多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，影響細(xì)胞功能和細(xì)胞周期[9-11]。最近的證據(jù)表明，纖毛獨(dú)特的脂質(zhì)膜組成對(duì)纖毛的功能和Hh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有著重要作用，盡管原纖毛與Hh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)系密切，但目前關(guān)于Hh信號(hào)對(duì)常染色體顯性多囊腎病在內(nèi)的腎囊性疾病作用的信息仍然有限[12]。

在腎臟中，Shh在乳頭狀集合管和輸尿管上皮中表達(dá)，Ihh主要在髓內(nèi)皮質(zhì)和髓外皮質(zhì)交界處表達(dá)。Shh調(diào)控鄰近間質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化，生殖細(xì)胞Shh缺失或集合管細(xì)胞Shh缺失均可導(dǎo)致嚴(yán)重的腎臟發(fā)育不全或發(fā)育不良[13]。Ptch是12次跨膜蛋白受體，定位于纖毛。有Ptch1和Ptch2兩種亞型，Ptch1是該通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子，并且Ptch1表達(dá)增加是Hh通路激活的標(biāo)志[6，8]。有研究表明，小鼠發(fā)育過(guò)程中，Ptch1缺失使Hh信號(hào)通路激活，導(dǎo)致皮質(zhì)間質(zhì)細(xì)胞異位至輸尿管與腎盂交界處，引起尿流出受阻，腎盂擴(kuò)張[14]。Smo是7次跨膜蛋白受體，Ptch1通過(guò)抑制Smo 阻斷Hedgehog信號(hào)通路的激活。在有hh配體的情況下，hh與細(xì)胞表面Ptch1結(jié)合，Ptch1離開(kāi)纖毛，解除對(duì)Smo的抑制，使Smo在纖毛上聚集，激活Gli，Gli遷移到細(xì)胞核內(nèi)從而激活Hh靶基因的表達(dá)[9，15]。雖然Hh通路的激活與Smo、Gli在纖毛上定位相關(guān)，但尚缺乏明確的證據(jù)證明Hh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)需要他們?cè)诶w毛定位和其他途徑成分。最近的一項(xiàng)研究顯示，在某些條件下，Smo沒(méi)有在纖毛中積聚，也可以激活Hh信號(hào)通路[16]。

3種核轉(zhuǎn)錄因子(Gli)即Gli-1、Gli-2和Gli-3。Gli-1和Gli-2僅在腎臟的間質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，Gli-1是組成型激活物，主要作為轉(zhuǎn)錄激活因子，在通路激活后起正反饋?zhàn)饔茫珿li-2和Gli-3具有C端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域和N端轉(zhuǎn)錄阻遏結(jié)構(gòu)域，因此他們?cè)谕分屑扔姓蛘{(diào)控作用也有負(fù)向調(diào)控作用，主要取決于轉(zhuǎn)錄與翻譯的過(guò)程。Gli-2、Gli-3與調(diào)節(jié)蛋白Sufu分離后激活成為Gli-2A、Gli-3A，Gli-2A是Hh信號(hào)通路的主要激活物。泛素化和磷酸化后的Gli-2和Gli-3轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)錄抑制因子即Gli-2R、Gli-3R，其中Gli-3R是Hh信號(hào)通路的主要抑制物[17-19]。在最近的研究中，Rauhauser等[20]報(bào)道了對(duì)基因修飾后Gli-similar 2+/mut雜合子小鼠、Gli1lacZ/lacZ純合子小鼠以及對(duì)表達(dá)神經(jīng)元膠質(zhì)蛋白2(NG2)的周細(xì)胞敲除Hh信號(hào)通路Smo激活子的小鼠進(jìn)行單側(cè)輸尿管結(jié)扎，驗(yàn)證了Hedgehog -Gli1信號(hào)通路的激活加重了小鼠單側(cè)輸尿管梗阻后腎間質(zhì)纖維化和腎小管擴(kuò)張。Pallister-Hall綜合征是由Hh信號(hào)通路的Gli-3突變所致，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子Gli-3功能丟失，患者出現(xiàn)多指(趾)、下丘腦錯(cuò)構(gòu)瘤、呼吸道和腎臟發(fā)育異常，表明Hh信號(hào)通路異常與腎臟畸形有關(guān)，說(shuō)明Hh參與了人類腎臟的發(fā)生[13]。

Sufu和Kif7是哺乳動(dòng)物Gli核轉(zhuǎn)錄因子的兩個(gè)核心調(diào)節(jié)蛋白，Sufu通過(guò)與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的Gli-1、Gli-2、Gli-3轉(zhuǎn)錄因子相互作用負(fù)向調(diào)控Hh通路。在沒(méi)有配體的情況下，Sufu直接與Gli轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，將其錨定在細(xì)胞質(zhì)中從而抑制Gli相關(guān)靶基因的激活[15]。Sufu也可形成一種復(fù)雜的抑制物與DNA結(jié)合的Gli-1相互作用從而抑制Gli-1誘導(dǎo)基因表達(dá)。Kif7是一種驅(qū)動(dòng)蛋白，定位在纖毛的基部，在纖毛未受刺激的狀態(tài)下，起順向轉(zhuǎn)運(yùn)的作用，可防止Gli-2與Gli-3在纖毛上聚集[9]。在通路激活過(guò)程中，纖毛中Ptch1的豐度降低，Smo聚集使Gli蛋白與Sufu分離，在Kif7的轉(zhuǎn)運(yùn)作用下，使Gli-2和Gli-3遷移到纖毛的頂端，抑制Gli-2R和Gli-3R的形成，促進(jìn)Gli-2A和Gli-3A激活。他們轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核內(nèi)啟動(dòng)Hh信號(hào)通路靶基因的轉(zhuǎn)錄[21]。

二、Hedgehog信號(hào)通路與腎間質(zhì)纖維化

信號(hào)傳導(dǎo)通路在胚胎發(fā)育過(guò)程中控制著細(xì)胞的增殖、遷移、分化，當(dāng)腎臟受損時(shí)信號(hào)通路被激活，參與腎臟損傷的修復(fù)，而上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是管狀上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞/間質(zhì)細(xì)胞串?dāng)_影響腎臟生理和病理的重要機(jī)制。一般來(lái)說(shuō)，雖然上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化短期內(nèi)對(duì)腎臟起保護(hù)作用，但在慢性進(jìn)行性損傷中，也可能促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化和慢性腎臟病(CKD)的發(fā)展[22]。Hh信號(hào)通路導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化過(guò)程如下：當(dāng)配體如Shh與膜受體Ptch1結(jié)合時(shí)，使得Smo釋放產(chǎn)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終將轉(zhuǎn)錄因子Gli轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)纖維化基因的表達(dá)如α-SMA，激活肌纖維母細(xì)胞，導(dǎo)致過(guò)量的細(xì)胞外基質(zhì)的沉積和成纖維細(xì)胞的聚集[23]。Fabian等[13]通過(guò)對(duì) Ptch1-nLacZ、Gli1-nLacZ、Gli2-nLacZ、Shh-GFPCre基因敲入的小鼠進(jìn)行單側(cè)輸尿管結(jié)扎及單側(cè)缺血再灌注，發(fā)現(xiàn)α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)、I型膠原蛋白(Collagen1)、Ptch1、Gli-1 、Gli-2、Ihh表達(dá)均增加，證明了Hh信號(hào)通路在腎纖維化中被激活，并且Ihh是慢性腎損傷誘導(dǎo)的主要Hh配體。

SHh信號(hào)通路的失調(diào)和腎纖維化的發(fā)生有著內(nèi)在聯(lián)系，在Hh信號(hào)通路的3種配體中，Shh被認(rèn)為與腎臟的發(fā)育和各種損傷后組織修復(fù)有關(guān)。有研究表明，單側(cè)輸尿管結(jié)扎術(shù)后的小鼠，其Shh在腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，Gli-1的表達(dá)也上調(diào)，并通過(guò)Gli1-LacZ小鼠，驗(yàn)證了Shh作用于間質(zhì)成纖維細(xì)胞，體外實(shí)驗(yàn)中用重組Shh蛋白孵育正常大鼠腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞(NRK-49F)，發(fā)現(xiàn)Gli-1、α-SMA、CollagenI表達(dá)上調(diào)，這些結(jié)果表明SHh信號(hào)直接促進(jìn)腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞的活化和基質(zhì)的生成。腎小管來(lái)源的Shh作為間質(zhì)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子，控制纖維化相關(guān)基因的表達(dá)，這就導(dǎo)致了過(guò)多的細(xì)胞外基質(zhì)在腎間質(zhì)沉積[24-25]。但是Shh在腎臟疾病中表達(dá)有改變還存在著爭(zhēng)議。Zhou等[26]報(bào)道在缺血/再灌注、阿霉素和腎部分切除術(shù)誘導(dǎo)的慢性腎臟病的動(dòng)物模型中，驗(yàn)證了腎小管上皮細(xì)胞Shh表達(dá)有增加，并且在膜性腎病、IgA腎病、局灶節(jié)段性腎小球硬化的CKD患者腎活檢標(biāo)本中，Shh蛋白主要表達(dá)于腎小管上皮細(xì)胞，腎小管腔內(nèi)的液體Shh呈陽(yáng)性染色比較少見(jiàn)，提示Shh可由腎小管細(xì)胞分泌；除腎小管細(xì)胞外，部分腎小球足細(xì)胞Shh染色陽(yáng)性。然而，腎間質(zhì)細(xì)胞Shh染色幾乎為陰性，表明小管來(lái)源的Shh選擇性靶向作用于間質(zhì)成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致它們的增殖和活化，并且在CKD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，很大比例的腎成纖維細(xì)胞可能起源于分化的腎小管上皮細(xì)胞即上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[27]。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化是腎小管上皮細(xì)胞對(duì)腎臟持續(xù)性損害一種調(diào)節(jié)性應(yīng)答。有多種信號(hào)通路參與，包括Wnt/β-catenin、Notch、TGF-β和Hh信號(hào)通路等均參與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，這些信號(hào)通路間可以相互作用促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化[28]。Hh信號(hào)通路和TGF-β1在參與腎小管上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化上或許存在著某種聯(lián)系。Lu等[23]在對(duì)單側(cè)輸尿管結(jié)扎和缺血再灌注誘導(dǎo)的腎纖維化小鼠模型的研究中比較了梗阻損傷后不同時(shí)間點(diǎn)Shh分泌量與TGF-β1水平的差異，分析顯示梗阻損傷后Shh水平隨時(shí)間升高，與TGF-β1水平呈正相關(guān)。采用基因芯片技術(shù)分析單側(cè)輸尿管結(jié)扎組與假手術(shù)組的基因表達(dá)差異，表明Hh信號(hào)通路和TGF-β1均參與了損傷誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化和腎間質(zhì)纖維化，并且激活Hh信號(hào)通路可以誘導(dǎo)TGF-β1的表達(dá)，TGF-β1也可以通過(guò)誘導(dǎo)Smo和Gli-1表達(dá)來(lái)激活Hh信號(hào)通路。這些結(jié)果表明，Hh信號(hào)通路與TGF-β1之間存在著相互作用，可以形成一個(gè)正反饋環(huán)，并協(xié)同誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生。激活的Hh信號(hào)通路通過(guò)誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，參與腎間質(zhì)纖維化，抑制該通路可抑制腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化和腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生[22-23]。此外，SHh信號(hào)可以上調(diào)Wnt2b[29]和Wnt5a[30]表達(dá)，成纖維細(xì)胞或周細(xì)胞中的Shh/Gli激活也可能直接誘導(dǎo)這些細(xì)胞中Wnt的表達(dá)和釋放，Wnt分泌增加會(huì)反過(guò)來(lái)作用于腎小管細(xì)胞，刺激腎小管細(xì)胞分泌更多的Shh以激活成纖維細(xì)胞，造成促纖維化信號(hào)周而復(fù)始的惡性循環(huán)，阻斷這種循環(huán)可能是治療慢性病的有效途徑，有待進(jìn)一步研究。Hh信號(hào)能夠增加癌細(xì)胞中的Wnt，但在腎臟成纖維細(xì)胞中這種作用尚待驗(yàn)證[28]。

三、展望

Hedgehog信號(hào)通路有望成為腎間質(zhì)纖維化乃至其他臟器纖維化及相關(guān)疾病的新的治療靶點(diǎn)。調(diào)控Hedgehog信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)提供了治療纖維化疾病的思路，Hedgehog信號(hào)通路抑制劑可能對(duì)腎間質(zhì)纖維化起到一定的治療作用，從Gli 水平上抑制該通路能影響纖維化過(guò)程。有研究表明，直接抑制Gli蛋白可抑制細(xì)胞增殖和肌成纖維細(xì)胞分化，改善器官纖維化。但抑制Hedgehog-Gli上游信號(hào)傳導(dǎo)(例如通過(guò)抑制Smo)未能改善肺纖維化和腎纖維化，Gli拮抗劑61對(duì)Gli蛋白的抑制能改善兩個(gè)器官的纖維化[31]，不過(guò)這些抑制劑仍停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平，還有許多問(wèn)題有待解決，Hedgehog信號(hào)通路傳導(dǎo)詳細(xì)的機(jī)制和以及這些抑制劑對(duì)腎間質(zhì)纖維化的有效性仍需進(jìn)一步的研究。