信号通路与乳腺发育及乳腺癌发生的关系

作者:张颖,张红卫  单位：山东大学生命科学学院  （山东  济南  250100） 

　【关键词】Hedgehog信号通路  乳房 乳腺肿瘤

     细胞间通讯是发育中的重要事件。大量的研究表明，Hedgehog信号通路对于动物的正常胚胎发育和器官形成具有重要作用。其调节异常可导致严重的疾病，包括各种发育缺陷和癌症等。本文就Hedgehog信号通路的组成及其与乳腺发育和乳腺癌发生的关系研究进展进行综述。

    1  Hedgehog信号通路

    Hedgehog基因编码一种分泌性信号蛋白，最早在果蝇中作为体节极性基因被发现，哺乳动物中发现其同源基因有3个，分别为Sonic hedgehog (Shh)、Indian hedgehog (Ihh)和Desert hedgehog (Dhh)。Hedgehog(Hh)蛋白家族成员均由2个结构域组成：氨基端（HhN）和羧基端（HhC），其中HhN具有Hh蛋白的信号活性，而HhC则具有自身蛋白水解酶活性及胆固醇转移酶功能。Hedgehog编码的前体蛋白合成后并无生物学活性，只有通过前体蛋白C未端的一部分氨基酸的自身磷酸化作用，切除了C末端后剩下的N末端片段经双重脂质修饰后才有活性［1、2］。修饰后的Hh配体在类似于转运子功能的跨膜蛋白Dispatched的帮助下，将其从胞内释放出来，作用于它的效应细胞［3］。效应细胞膜上有两种受体，即Patched(Ptc)和Smoothened(Smo)。受体Ptch由肿瘤抑制基因Patched编码，由12个跨膜区的单一肽链构成，能与配体直接结合，对Hedgehog信号通路起负调控作用。在脊椎动物中，Ptch有2种，Ptch1和Ptch2，它们均在Hh效应细胞中表达。受体Smo由原癌基因 Smoothened编码，与G蛋白偶联受体同源，由7个跨膜区的单一肽链构成，它的功能受 Ptch的影响。关于Ptch与 Smo的作用机制目前存在多种假说，总的来说，在缺少 Hh配体时， Ptch抑制 Smo的功能； Hh配体存在时， Ptch与 Hedgehog结合，从而解除Ptch对Smo的抑制，引起Hedgehog信号通路的激活［4］。在脊椎动物中，Hedgehog信号通路的胞内信号分子为Gli基因家族，目前已鉴定出3个成员，分别为Gli1、Gli2和Gli3。Gli蛋白是分子量较大的多功能转录因子（1000个氨基酸以上），它的家族成员只有在维持全长时才具有转录激活子的功能，启动下游靶基因的转录；当羧基端被蛋白酶水解后，就形成了转录抑制子，抑制下游靶基因的转录。Hedgehog信号传导直接影响Gli蛋白的命运。实验证明，在缺少配体时，Gli通过与Costal2、Fused、Su(fu)形成一个大的蛋白复合物，与微管组织结合，Gli蛋白经蛋白酶剪切，C端片段转运到细胞核内，执行转录抑制子功能；配体存在时，配体与 Ptch结合，从而解除对 Smo的抑制，Gli从大的复合物中释放出来，全长Gli转移到细胞核内，激活靶基因的转录［5］。

    2  Hedgehog信号通路与乳腺的发育

    乳腺是一种源于皮肤的器官，由一个管状系统组成，它的生长、发育与功能分化需要上皮上皮以及上皮间质基质的相互作用，而上皮间质的信号传导在器官形成过程中具有重要作用［6］。已有研究表明，上皮间质之间的Hedgehog信号传导在肺、肠、毛囊和牙的发育中具有重要作用。在此研究基础上，David等提出了一个Hedgehog信号传导模型，即Hedgehog信号源自上皮，其靶标为邻近的间质，通过在间质细胞中表达的Ptch受体和Gli转录因子，促进间质细胞的增殖和分化，同时又反过来驱动乳腺上皮细胞的增殖［6］。也有证据表明，妊娠期和泌乳期的乳腺中存在直接的上皮上皮间的Hedgehog信号传导。总之，在乳腺正常发育过程中，Hedgehog信号通路是介导上皮间质相互作用的一个重要信号系统。

    目前关于Hedgehog信号通路在乳腺发育中的作用的研究主要集中于Ihh、Shh、Ptch1与Gli2。从已有实验结果可以推断， Ihh、Ptch1与Gli2可能是调节乳腺发育的Hedgehog信号通路的主要成员。小鼠的实验结果表明［7］，Ptch1位点单体不足（基因功能缺失）会导致严重的乳腺导管的组织缺陷，主要表现为导管异常增生，出现增厚管壁，但这种缺陷在妊娠后期和泌乳期会得到恢复。这种表型逆转与Ihh的表达水平提高有关。妊娠早期和晚期Ihh在乳腺导管和发育的腺泡中表达量较高，泌乳期表达量最高。Ptch1与Ihh的表达基本一致，妊娠期和泌乳期表达量增加，而在乳腺进入衰退期的前几天检测不到，到乳腺重建期又开始表达。在整个乳腺发育过程中 Ptch1在上皮和周围间质（或围管基质）中表达，Ihh限定在上皮中表达，表明在乳腺发育过程中存在自分泌和旁分泌的Hedgehog信号传导机制［7、8］。原位杂交结果表明，在小鼠乳腺发育的任何时期Shh缺少表达，因而Ihh成为首要的激活Hedgehog信号通路的蛋白［7、9］。但另一实验发现，Shh和Ihh均不是小鼠乳腺形态建成和功能分化所必需的［10］。因此Shh、Ihh在乳腺发育中的作用有待于进一步研究。又有实验证明，小鼠乳腺中Gli2的表达具有时空特异性［8］。在处女期的小鼠乳腺中，Gli2限定在乳腺导管周围的基质中表达；妊娠期和泌乳期，Gli2在基质和上皮中均表达。Gli2缺陷型处女小鼠的乳腺表现为乳腺导管膨大及形状不规则，而Gli2功能缺失对妊娠期乳腺腺泡的发育并没有显著影响。总之，Ptch1和Gli2在基质中表达是正常乳腺导管形成所必需的，这可能提供了必需的间质来源的信号。

    3  Hedgehog信号通路与乳腺癌的发生

    在果蝇和脊椎动物中，Hedgehog信号通路控制上皮细胞的增殖，而肿瘤的发生是一个细胞增殖失控的过程。目前大量的研究表明，Hedgehog信号通路的激活与肿瘤发生有关，如在基底细胞瘤、脑瘤、前列腺及胰腺肿瘤等的发生和发展过程中起重要作用，并且参与肿瘤细胞的增殖、扩散的效应分子（如CyclinD、CyclinE、CyclinB、BMP等）已证明为Hedgehog信号通路的下游分子［11］。因此，研究Hedgehog信号通路对于从根本上控制肿瘤的发生和发展具有重要意义。目前，关于Hedgehog信号通路与乳腺癌发生的关系的研究也取得了一定进展。

    Hedgehog信号通路的激活包括配体依赖的激活和配体非依赖的激活。配体依赖的激活是指配体如Shh、Ihh与受体Ptch1结合，诱导原癌基因Smo的激活，引起Hedgehog信号通路的激活，这已在小细胞肺癌和消化道癌中得到证实；配体非依赖的激活主要指信号通路成员如Ptch1或Smo突变所启动的Hedgehog信号通路的激活，这已在脑瘤、皮肤瘤中得到证实。Ptch1突变可能导致缺少Caspase介导的细胞凋亡，允许一些细胞存活，起始肿瘤的形成［12］。

  在哺乳动物的Hedgehog信号通路中，多种基因已被鉴定为原癌基因和肿瘤抑制基因，在这些基因中，Ptch1、Smo、Shh、 Gli1和Gli2与皮肤癌特别是基底细胞癌的发生有关。考虑到乳腺是一种源于皮肤的器官，乳腺癌与皮肤癌的发生可能存在一种内在联系。Hedgehog突变诱导的小鼠乳腺导管异常与人类乳腺病理特征的相似性提示，Hedgehog信号通路的改变在乳腺癌的发生中起作用［13］。起初，关于Hedgehog信号通路在乳腺癌中的作用的研究主要集中于Shh、Ptch1、Smo的突变。最初的研究发现，7个乳腺癌病例中有2个（占29％）发现有Ptch1突变［14］。但在另一项研究中，利用SSCP进行突变分析，结果84个乳腺癌病例中并未发现HI33Y Shh突变，45个病例中未发现Ptch编码区的突变，48个病例中未发现Smo外显子2~6，9和10的突变［15］。由此可以看出，主要的散发性乳腺癌中编码Ptch1/Hh/Smo蛋白的基因并未表现出频繁的突变。因此，关于配体非依赖的Hedgehog信号通路的激活与乳腺癌发生的关系还有待于进一步研究。

    最近的一项研究提出，Hedgehog信号通路是一个新的乳腺癌候选治疗靶标。［16］通过对52例乳腺癌病例手术后病样中Hedgehog信号通路主要成员Shh、Ptch1和Gli1的表达状况进行免疫组化检测，发现在52例中有52、50和52例分别过表达Shh、Ptch1和Gli1，而在邻近正常乳腺上皮中并没有检测到这些蛋白。同时又对4个乳腺癌细胞系进行了研究，结果在3个细胞系中发现明显的Gli1的表达阳性，并且环杷明能抑制这3种乳腺癌细胞的增殖。在本研究的免疫组化实验中还发现，Gli1的阳性比例与雌激素受体表达状况呈正相关，Hedgehog信号通路可能参与激素诱导的乳腺癌的发生。在此之前，有人曾对口服避孕药与乳腺癌发生的关系进行了调查研究，结果表明，Shh/Ptch1信号通路可能参与激素诱导的乳腺癌的发生［17］。

    另外，CyclinD1是一个细胞周期调控子，在几种人类肿瘤包括乳腺肿瘤中过表达。雌激素和孕激素均能激活CyclinD1的表达，抗雌激素处理能降低其表达水平。CyclinD1过表达与分化完全、雌激素受体阳性的肿瘤有较大关系。同时CyclinD1是Hedgehog信号通路的一个靶基因［18］。因此较早应用口服避孕药有可能通过 Hedgehog 信号通路的激活及CyclinD1的过表达而与乳腺癌有关［19］。

    4  小  结

    Hedgehog信号通路与乳腺发育及乳腺癌的发生存在密切的联系。深入研究乳腺癌发生的分子机制，探寻Hedgehog信号通路与乳腺癌发生的内在联系，寻求有效的治疗靶标，通过化学药物或基因药物抑制或切断Hedgehog信号通路，最终达到抑制肿瘤发生和发展的目的，无疑为从根本上控制乳腺癌的发生和发展展示出广阔的应用前景。但是目前关于Hedgehog信号通路与乳腺癌发生的关系的研究还不够深入，通过对Hedgehog信号通路进行系统研究，全面揭示Hedgehog信号传导在乳腺癌发生与发展中的作用，可为乳腺癌的有效防治提供理论依据。

    参  考  文  献

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