沈 冰 劉陶文

(1 桂林醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，桂林市 541004，E-mail：363390634@qq.com；2 廣西壯族自治區(qū)南溪山醫(yī)院暨桂林醫(yī)學(xué)院附屬南溪山醫(yī)院腫瘤科，桂林市 541002)

Hedgehog信號通路Gli家族成員及其在惡性腫瘤中的作用研究進(jìn)展▲

沈 冰1劉陶文2

(1 桂林醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，桂林市 541004，E-mail：363390634@qq.com；2 廣西壯族自治區(qū)南溪山醫(yī)院暨桂林醫(yī)學(xué)院附屬南溪山醫(yī)院腫瘤科，桂林市 541002)

Gli(包括Gli1、Gli2及Gli3)是Hedgehog(Hh)信號通路下游分子，其作為核轉(zhuǎn)錄因子與啟動子結(jié)合而激活靶基因轉(zhuǎn)錄。Gli蛋白在腫瘤發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程起重要作用。目前已開展以Gli為靶點的腫瘤干預(yù)臨床試驗。本文對Gli家族在腫瘤中的作用及針對Gli靶向干預(yù)腫瘤的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

Gli家族；Hedgehog信號通路；惡性腫瘤；靶向治療；綜述

Hedgehog(Hh)信號通路在哺乳動物胚胎發(fā)育和胚胎形成后細(xì)胞的生長和分化過程中具有重要作用。Hh信號通路異常激活幾乎參與人體各系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)生[1-2]。Gli(包括Gli1、Gli2及Gli3)是Hh信號通路下游分子，其作為核轉(zhuǎn)錄因子與啟動子結(jié)合而激活靶基因轉(zhuǎn)錄。近年來，有關(guān)Hh信號通路在腫瘤發(fā)病學(xué)中發(fā)揮重要作用的證據(jù)不斷增多及針對該通路抗癌藥物的研發(fā)成功，使該信號通路與腫瘤的關(guān)系備受關(guān)注。目前，眾多研究已肯定Gli蛋白在腫瘤發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程起重要作用。本文對Gli家族在腫瘤中的作用及針對Gli靶向干預(yù)腫瘤的研究進(jìn)展作一綜述。

1 Hh信號通路簡介

Hh信號通路最早在果蠅中發(fā)現(xiàn)，以往研究者普遍認(rèn)為該通路在脊柱動物成體階段處于沉默狀態(tài)，但逐漸有學(xué)者發(fā)現(xiàn)Hh信號的非持續(xù)激活對干細(xì)胞的維持和組織的再生及修復(fù)具有重要意義[3-4]。Hh信號傳導(dǎo)通路由Hh配體(Shh、Ihh、Dhh)、12次跨膜蛋白Patched(Ptch)和7次跨膜蛋白Smoothed(Smo)組成的受體復(fù)合物、核轉(zhuǎn)錄因子Gli家族、下游靶基因4部分組成。Ptch基因包括Ptch1和Ptch2兩種同源基因，兩者表達(dá)的蛋白都可與Hh配體結(jié)合。當(dāng)缺乏Hh配體時，Ptch可通過催化作用抑制Smo的活性；當(dāng)存在Hh配體時，Hh與Ptch結(jié)合，解除了Ptch對Smo的抑制作用，Smo激活后活化Gli家族成員，使其進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)并通過結(jié)合啟動子以控制靶基因的轉(zhuǎn)錄。Gli的活化途徑主要分為配體依賴性途徑和配體非依賴性途徑。配體依賴性途徑是指Hh信號通路的激活依賴Hh配體與膜受體Ptch結(jié)合，活化Smo從而激活下游信號通路。配體非依賴性途徑的激活不依賴Hh配體，見于該通路成員的基因突變，如Ptch(如基底細(xì)胞癌)基因、SUFU(屬于Gli蛋白抑制因子)基因的功能喪失性突變；Smo(如髓母細(xì)胞瘤)基因、Gli(如平滑肌肉瘤)基因的功能獲得性突變等情況下導(dǎo)致激活該信號通路[1]。此外，Hh信號通路與腫瘤的其他信號通路交聯(lián)也可直接激活Gli，這也屬于配體非依賴途徑[5]。以上研究均提示Hh信號通路的異常激活與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有密切關(guān)系。

2 Gli家族成員的生物學(xué)特性

Gli屬于鋅指蛋白，位于染色體q13～q14.3，由5個串聯(lián)的鋅指結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，除鋅指結(jié)構(gòu)域1不與靶基因結(jié)合外，其余鋅指結(jié)構(gòu)均可與靶基因結(jié)合。Gli家族成員包括Gli1、Gli2和Gli3，這3種蛋白質(zhì)均有高度保守的DNA結(jié)合區(qū)，Gli2、Gli3與Gli1在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別在于后者不具有N末端抑制區(qū)域。因此，雖然這3種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，但其功能卻有所差異。Gli1以激活功能為主，而Gli2既有激活功能也有抑制功能，Gli3以抑制功能為主。當(dāng)缺乏Hh配基時，Gli2和Gli3以抑制的形態(tài)(Gli-R)進(jìn)入細(xì)胞核與靶基因結(jié)合，抑制靶基因轉(zhuǎn)錄；而Gli1則被泛醌蛋白酶體系統(tǒng)迅速降解。當(dāng)存在Hh配基時，Gli1和Gli2以活化的形態(tài)(Gli-A)與靶基因啟動子結(jié)合，激活靶基因的轉(zhuǎn)錄；而Gli3則被DNA蛋白水解酶降解。

Gli2、Gli3在胚胎發(fā)育過程具有重要作用，其基因突變可導(dǎo)致機體發(fā)生畸形，而Gli1在這方面的重要性不及Gli2、Gli3。大多學(xué)者認(rèn)為Gli(包括Gli1、Gli2及Gli3)在致瘤過程中也起著重要作用。Gli可能通過以下幾種途徑調(diào)控哺乳動物腫瘤的發(fā)生發(fā)展：誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞相關(guān)因子表達(dá)；誘導(dǎo)細(xì)胞周期相關(guān)蛋白表達(dá)，促進(jìn)癌細(xì)胞增長；直接與抗凋亡因子啟動子結(jié)合，抑制腫瘤細(xì)胞凋亡；上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Smad蛋白相互作用蛋白1的表達(dá)，后者可促進(jìn)2個上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，從而發(fā)揮Hh-EMT信號在腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移中的重要作用；磷脂酰肌醇3激酶(phosph atidylinositol 3 kinase，PI-3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)(PI3K/AKT)、Ras、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等信號的相互活化作用[6-8]。最終，經(jīng)過Gli家族各成員的激活和抑制功能的平衡而導(dǎo)致靶基因的表達(dá)，包括Gli1、Ptch1、myc、B淋巴細(xì)胞瘤-2和細(xì)胞周期蛋白D1等。

3 Gli家族成員在腫瘤中的表達(dá)及作用

Gli最初在腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤中被發(fā)現(xiàn)而得名。Chang等[9]報告Hh-Gli信號可通過PI3K/AKT通路上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白2和基質(zhì)金屬蛋白9表達(dá)，促進(jìn)腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移。有學(xué)者應(yīng)用小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)干預(yù)膠質(zhì)瘤U251細(xì)胞系，以使Gli1 mRNA沉默，導(dǎo)致細(xì)胞的增殖受到抑制，細(xì)胞的凋亡卻得到促進(jìn)[10]。多種腫瘤如消化道腫瘤、髓母細(xì)胞瘤、橫紋肌肉瘤、肝癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌、生殖及泌尿系腫瘤等患者均存在Gli1過表達(dá)，而且Gli1的高表達(dá)與腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移有關(guān)。尤其是Gli1可調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞的存活、生物學(xué)行為及腫瘤的生長、侵襲等過程。早期研究表明Hh配體的存在是Gli1激活的關(guān)鍵，隨后研究發(fā)現(xiàn)其他腫瘤相關(guān)信號通路也能激活Gli1蛋白，如Ras、PI3K/AKT、Wnt、TGF-β、MAPK等[2，11]。

至今大部分學(xué)者都是致力于研究Gli1，而對Gli2及Gli3在腫瘤中的作用研究較少。Hh信號通路激活時，Gli1和Gli2可以相互重疊激活，Gli1除了是其自身蛋白的靶基因外，也是Gli2的直接靶基因；同時Gli2又作為Gli1的間接靶基因。值得注意的是，Gli1與Gli2在腫瘤中發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)與其他信號通路的相互交聯(lián)密不可分。目前普遍認(rèn)為Gli1與Gli2在腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有重疊效應(yīng)，而關(guān)于Gli3與前兩者之間的關(guān)系尚未清楚。在對晚期肺腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)Gli1 mRNA和Gli3 mRNA表達(dá)量與患者的5年生存率較低有關(guān)，而Gli2 mRNA的表達(dá)量與臨床病理特征無相關(guān)性[12]。而近期有關(guān)惡性黑色素瘤的研究結(jié)果提示TGFβ在非經(jīng)典途徑激活Gli2的過程中具有重要作用，Gli2高表達(dá)可以促進(jìn)該腫瘤轉(zhuǎn)移[13]。Zhou等[11]報告PI3K/AKT可通過非經(jīng)典Hh信號途徑激活Gli1和Gli2，增強腎細(xì)胞癌的增殖與克隆能力，通過Gli1、Gli2靶向抑制劑GANT61與AKT抑制劑哌立福辛(Perifosine)聯(lián)合干預(yù)能抑制癌細(xì)胞的生長，并促進(jìn)其凋亡。Gli2表達(dá)水平上調(diào)被認(rèn)為是引起骨肉瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的重要因素，有學(xué)者通過體外細(xì)胞培養(yǎng)和骨肉瘤移植動物模型的研究，觀察到干擾Gli2的表達(dá)可抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[14]。Xu等[15]發(fā)現(xiàn)單加氧酶激活蛋白Zeta通過抑制Gli2與泛素連接酶β-TrCP的結(jié)合可增加Gli2蛋白的穩(wěn)定性，同時可以破壞P53-Smad復(fù)合物的穩(wěn)定性；此時，Gli2與游離的Smad蛋白結(jié)合后通過反式激活甲狀旁腺激素相關(guān)蛋白，從而促進(jìn)乳腺癌骨轉(zhuǎn)移。Steg等[16]報告胰腺癌中Gli3表達(dá)上調(diào)能增加癌細(xì)胞對環(huán)靶明的敏感性，若應(yīng)用siRNA干擾Gli3的表達(dá)則可減弱癌細(xì)胞的活力。應(yīng)用氯化鉀抑制糖原合成酶激酶-3β，可以促進(jìn)Gli加工成抑制形態(tài)和減少直腸癌細(xì)胞增殖，并可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[17]。目前，國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用微小RNA-143轉(zhuǎn)染鼻咽癌細(xì)胞株后發(fā)現(xiàn)，癌細(xì)胞穿膜細(xì)胞數(shù)明顯低于未轉(zhuǎn)染組；進(jìn)一步應(yīng)用siGli3干擾Gli3的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞遷移能力明顯下降，提示Gli3蛋白的表達(dá)能促進(jìn)癌細(xì)胞遷移[18]。液泡膜蛋白1(vacuole membrane protein 1，Vmp1)為蛋白質(zhì)分泌、細(xì)胞發(fā)育及器官形成過程所必需,在諸多腫瘤發(fā)展過程有重要作用，如細(xì)胞膜運輸、生長增殖和自噬等。在腫瘤中，腫瘤基因KRAS可通過AKT-Gli3-Vmp1通路的誘導(dǎo)Vmp1表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬行為，促進(jìn)腫瘤的生長[19]。

4 Gli靶向治療腫瘤

目前，臨床試驗中所采用阻斷Hh信號的制劑的作用靶點幾乎都是針對Smo蛋白，例如Sonidegib、BMS-833923和IPI-926，它們在基底細(xì)胞癌及成神經(jīng)管細(xì)胞瘤治療中的療效已經(jīng)臨床得到肯定；Smo抑制劑在配體依賴型的腫瘤中獲得療效明顯，但在一些實體腫瘤中的效果卻并不滿意[20-21]。由于Hh信號通路Smo水平以下的分子異常以及因其他通路與Hh信號通路交聯(lián)激活[22]等情況不受上述靶向抑制劑所抑制，造成Smo抑制劑在臨床的應(yīng)用范圍受限而應(yīng)用價值降低。因此，近年相繼出現(xiàn)針對鋅指蛋白Gli1和Gli2的靶向抑制劑如HPI1-4、ATO、GANT58、GANT61、GlaB、JQ1及I-BET151等，相關(guān)體內(nèi)外實驗結(jié)果表明這些制劑抑制腫瘤生長的效果明顯優(yōu)于環(huán)巴胺[23]。目前，GANT58、GANT61被認(rèn)為是針對Gli1和Gli2的最佳抑制劑，其通過與Gli鋅指結(jié)構(gòu)域2與鋅指結(jié)構(gòu)域3之間溝槽區(qū)域結(jié)合，影響Gli與靶基因結(jié)合，從而達(dá)到抑制Gli的激活轉(zhuǎn)錄功能,其生物學(xué)效應(yīng)明顯大于環(huán)巴胺對Smo的抑制。目前已明確Gli抑制劑對Gli1/Gli2的抑制作用機制主要有4個方面[23]：抑制Gli的合成和轉(zhuǎn)運；抑制Gli與靶基因特定序列結(jié)合；抑制轉(zhuǎn)錄輸出；間接抑制Gli表達(dá)。Port等[24]應(yīng)用GANT61和GANT58干預(yù)鼻咽癌細(xì)胞株C666.1，結(jié)果顯示CD133、CD44v6、SOX2、BMI1等干細(xì)胞性相關(guān)基因的表達(dá)下調(diào)。國內(nèi)學(xué)者也觀察到應(yīng)用GANT61干預(yù)后，髓母細(xì)胞瘤Doay細(xì)胞株對Gli2 mRNA表達(dá)明顯下調(diào)、癌細(xì)胞增殖受到明顯抑制[25]。近年，以GANT61靶向Gli蛋白的試驗已在多種惡性腫瘤如肺癌、橫紋肌肉瘤、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、肝癌、胰腺癌及前列腺癌等動物模型中開展，結(jié)果表明該制劑可有效縮小腫瘤體積[23]。由于這種干預(yù)策略幾乎對所有惡性腫瘤有效，因此GANT61聯(lián)合傳統(tǒng)化療放療有望成為治療腫瘤的新模式[26]。

5 小 結(jié)

Hh信號的異常激活涉及腫瘤的發(fā)生發(fā)展。鋅指蛋白Gli家族不僅通過Hh/Smo/Gli信號通路激活一系列靶基因的表達(dá)，同時還可與其他信號通路交聯(lián)發(fā)揮其他相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。然而，鑒于Hh信號通路的復(fù)雜性，該通路成員間的關(guān)系及Gli在腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子學(xué)機制等尚未完全闡明。對各種腫瘤中Hh信號通路分子差異表達(dá)的深入分析，尤其是開展對腫瘤實驗?zāi)Ｐ偷母深A(yù)試驗，以篩選針對抑制Gli家族的有效制劑，將有助于為臨床應(yīng)用Hh信號通路靶向抑制劑及(或)聯(lián)合傳統(tǒng)模式治療惡性腫瘤提供重要參考。

[1] Sahebjam S,Siu LL,Razak AA.The utility of hedgehog signaling pathway inhibition for cancer[J].Oncologist,2012,17(8):1 090-1 099.

[2] Jia Y,Wang Y,Xie J.The hedgehog pathway:role in cell differentiation,polarity and proliferation[J].Arch Toxicol,2015,89(2):179-191.

[3] Ingham PW,Nakano Y,Seger C.Mechanisms and functions of Hedgehog signalling across the metazoa[J].Nat Rev Genet,2011,12(6):393-406.

[4] Arwert EN,Hoste E,Watt FM.Epithelial stem cells,wound healing and cancer[J].Nat Rev Cancer,2012,12(3):170-180.

[6] Rodova M,Fu J,Watkins DN,et al.Sonic hedgehog signaling inhibition provides opportunities for targeted therapy by sulforaphane in regulating pancreatic cancer stem cell self-renewal[J].PLoS One,2012,7(9):e46 083.

[7] Huang L,Walter V,Hayes DN,et al.Hedgehog-GLI signaling inhibition suppresses tumor growth in squamous lung cancer[J].Clin Cancer Res,2014,20(6):1 566-1 575.

[8] Ma Z,Liu W,Zeng J,et al.Silibinin induces apoptosis through inhibition of the mTOR-GLI1-BCL2 pathway in renal cell carcinoma[J].Oncol Rep,2015,34(5):2 461-2 468.

[9] Chang L,Zhao D,Liu HB,et al.Activation of sonic hedgehog signaling enhances cell migration and invasion by induction of matrix metalloproteinase-2 and-9 via the phosphoinositide-3 kinase/AKT signaling pathway in glioblastoma[J].Mol Med Rep,2015,12(5):6 702-6 710.

[10]Guo W,Tian H,Dong X,et al.Knockdown of Gli1 by small-interfering RNA enhances the effects of BCNU on the proliferation and apoptosis of glioma U251 cells[J].Int J Clin Exp Pathol,2015,8(7):7 762-7 773.

[11]Zhou J,Zhu G,Huang J,et al.Non-canonical GLI1/2 activation by PI3K/AKT signaling in renal cell carcinoma:A novel potential therapeutic target[J].Cancer Lett,2016,370(2):313-323.

[12]Ishikawa M,Sonobe M,Imamura N,et al.Expression of the GLI family genes is associated with tumor progression in advanced lung adenocarcinoma[J].World J Surg Oncol,2014,12:253.

[13]Sadam H,Liivas U,Kazantseva A,et al.GLI2 cell-specific activity is controlled at the level of transcription and RNA processing:Consequences to cancer metastasis[J].Biochim Biophys Acta,2016,1862(1):46-55.

[14]Nagao-Kitamoto H,Nagata M,Nagano S,et al.GLI2 is a novel therapeutic target for metastasis of osteosarcoma[J].Int J Cancer,2015,136(6):1 276-1 284.

[15]Xu J,Acharya S,Sahin O,et al.14-3-3ζ turns TGF-β′s function from tumor suppressor to metastasis promoter in breast cancer by contextual changes of Smad partners from p53 to Gli2[J].Cancer Cell,2015,27(2):177-192.

[16]Steg A,Amm HM,Novak Z,et al.Gli3 mediates cell survival and sensitivity to cyclopamine in pancreatic cancer[J].Cancer Biol Ther,2010,10(9):893-902.

[17]Trnski D,Sabol M,Gojevic A,et al.GSK3β and Gli3 play a role in activation of Hedgehog-Gli pathway in human colon cancer-Targeting GSK3β downregulates the signaling pathway and reduces cell proliferation[J].Biochim Biophys Acta,2015,1852(12):2 574-2 584.

[18]鐘 文,何本夫,朱成全,等.MiR-143通過負(fù)調(diào)控GLI3基因來抑制鼻咽癌細(xì)胞的遷移[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2013,33(7):1 057-1 061.

[19]Lo Ré AE,Fernández-Barrena MG,Almada LL,et al.Novel AKT1-GLI3-VMP1 pathway mediates KRAS oncogene-induced autophagy in cancer cells[J].J Biol Chem,2012,287(30):25 325-25 334.

[20]Rodon J,Tawbi HA,Thomas AL,et al.A phase I,multicenter,open-label,first-in-human,dose-escalation study of the oral smoothened inhibitor Sonidegib(LDE225) in patients with advanced solid tumors[J].Clin Cancer Res,2014,20(7):1 900-1 909.

[21]Jimeno A,Weiss GJ,Miller WH Jr,et al.Phase I study of the Hedgehog pathway inhibitor IPI-926 in adult patients with solid tumors[J].Clin Cancer Res,2013,19(10):2 766-2 774.

[22]Aberger F,Ruiz I,Altaba A.Context-dependent signal integration by the GLI code:the oncogenic load,pathways,modifiers and implications for cancer therapy[J].Semin Cell Dev Biol,2014,33:93-104.

[23]Gonnissen A,Isebaert S,Haustermans K.Targeting the Hedgehog signaling pathway in cancer:beyond Smoothened[J].Oncotarget,2015,6(16):13 899-13 913.

[24]Port RJ,Pinheiro-Maia S,Hu C,et al.Epstein-Barr virus induction of the Hedgehog signalling pathway imposes a stem cell phenotype on human epithelial cells[J].J Pathol,2013,231(3):367-377.

[25]林中嘯,蔡 銘,虞曉明,等.Gli2在髓母細(xì)胞瘤中的表達(dá)及其靶向抑制劑的作用與意義[J].醫(yī)學(xué)研究雜志,2015,44(4):66-70.

[26]Infante P,Alfonsi R,Botta B,et al.Targeting GLI factors to inhibit the Hedgehog pathway[J].Trends Pharmacol Sci,2015,36(8):547-558.

廣西醫(yī)療衛(wèi)生適宜技術(shù)研究與開發(fā)項目(S201408-01)

沈冰(1989～)，男，在讀碩士研究生，研究方向：腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)。

劉陶文(1965～)，男，博士，教授，研究方向：腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，E-mail：liu80838689@126.com。

R 73

A

0253-4304(2016)02-0237-03

10.11675/j.issn.0253-4304.2016.02.26

2015-11-17

2016-01-28)