賈藍羽，杜元灝

(1天津中醫(yī)藥大學，天津300193；2 天津中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院)

·綜述·

Shh信號通路與腦梗死缺血區(qū)血管新生關系的研究進展

賈藍羽1，杜元灝2

(1天津中醫(yī)藥大學，天津300193；2 天津中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院)

腦梗死后血管新生對大腦神經(jīng)功能恢復和腦組織損傷修復起著至關重要作用。Shh信號通路可通過誘導毛細血管內皮細胞分化、增殖和遷移以及促進毛細血管管腔形成，從而促使血管新生，形成長而彎曲、直徑較大、分支較多的復雜血管網(wǎng)。在腦梗死治療過程中，適當調控Shh信號通路有助于改善患者預后。因此，探究Shh信號通路與腦梗死缺血區(qū)血管新生的關系具有重要意義。

腦梗死；Sonic Hedgehog信號通路;血管新生

Sonic Hedgehog信號通路(簡稱Shh信號通路)是胚胎發(fā)育過程中必不可少的信號通路[1]，不僅參與胚胎神經(jīng)系統(tǒng)模式發(fā)育，在成熟機體的穩(wěn)態(tài)調節(jié)中也發(fā)揮重要作用，如在成人神經(jīng)發(fā)生和血管新生等[2，3]。近年研究發(fā)現(xiàn)，Shh信號通路還可影響腦梗死缺血區(qū)血管新生[4]。腦梗死是一個極其復雜的病理生理過程，單一挽救神經(jīng)元并非行之有效的方法，盡早改善缺血區(qū)血液供應是治療成敗的關鍵。因此，有學者提出了神經(jīng)血管單元的概念[5]，通過調控Shh信號通路，促進腦梗死缺血區(qū)血管新生，重建側支循環(huán)，最大限度地減輕缺血性損傷和促進神經(jīng)功能恢復，繼而改善患者預后。本文結合文獻就Shh信號通路與腦梗死缺血區(qū)血管新生關系的研究進展綜述如下。

1 Shh信號通路構成及其調控

1.1 Shh信號通路構成 Hedgehog(Hh)基因最初在黑腹果蠅中被發(fā)現(xiàn)，該基因突變后可導致果蠅胚胎呈多毛團狀，酷似受驚的刺猬而得名。后來在脊椎動物中又發(fā)現(xiàn)了3種Hh的同源染色體，即Shh、Dhh和Ihh。目前，在Hh家族中關于Shh的研究最多。Shh信號通路包括Shh、Patched(Ptc)、Smoothened(Smo)及Glioblastoma(Gli)等因子。Shh是一種分泌蛋白，通過自我蛋白酶解作用水解為C- 片段和N- 片段，這兩種片段通過共價修飾形成C端膽固醇和N端十六酰基的Shh- N蛋白，通過多跨膜蛋白DispA和分泌蛋白Scube2的協(xié)同作用，促進Shh分泌到細胞外或作用于靶細胞[6]。Ptc為12次跨膜蛋白，包括Ptc1和Ptc2，但只有Ptc1參與Shh信號通路，與Shh結合后可解除對Smo的抑制。Smo為7次跨膜蛋白，是Shh信號傳遞必不可少的G蛋白偶聯(lián)受體。在缺乏配體時，Smo可被Ptc抑制，當Shh與Ptc結合時可解除對Smo的抑制，從而激活下游轉導通路并被轉錄至細胞核。Gli為Shh信號通路下游的鋅指蛋白轉錄因子，包括Gli1、Gli2、Gli3。Gli家族蛋白具有雙向轉錄作用，既可在胚胎時期促進肢體器官及神經(jīng)血管生長，又可誘導腫瘤細胞生長和擴散[7]。故Shh信號通路可依靠Gli轉錄因子對下游靶基因進行調控。

1.2 Shh信號通路調控 Shh的分泌可激活經(jīng)典信號通路和非經(jīng)典信號通路。在經(jīng)典信號通路中，Shh主要作用于Ptc1和Smo。Shh可與Ptc1受體結合，而Ptc1能抑制Shh蛋白從而解除對Smo的抑制，激活Shh信號通路，活化的Smo通過對蛋白激酶A的抑制，促使下游Gli家族轉錄至細胞核，從而發(fā)揮效應。非經(jīng)典信號通路即Shh不通過激活Gli家族蛋白轉錄，主要包括兩類：①Shh可與Ptc結合，抑制Ptc誘導的細胞凋亡；亦可通過調節(jié)Ptc與磷酸化細胞周期蛋白B1的交互作用，調節(jié)細胞增殖[8]；②Shh通過Smo激活三磷酸鳥苷酶，促進內皮細胞的肌動蛋白應力纖維和小管樣結構形成；亦能激活Src家族激酶誘導軸突生長，Shh介導花生四烯酸上調與RhoA和Rac1蛋白的結合，從而促進成纖維細胞遷移和神經(jīng)發(fā)生。

2 腦梗死缺血區(qū)血管形態(tài)變化

腦梗死后缺血區(qū)域的微血管結構受損，杜元灝等[9]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠大腦中動脈阻斷3 h內，缺血區(qū)微血管高度痙攣，出現(xiàn)高速無效振蕩現(xiàn)象；阻斷6 h后，微血管處于麻痹的舒張狀態(tài)，微血管內的血流緩慢，不能滿足組織代謝的需要，同時組織器官中代謝產(chǎn)物不能及時排出；隨著時間延長，腦梗死中心區(qū)開始出現(xiàn)缺血缺氧甚至壞死。但在缺血半暗帶區(qū)細胞水腫與凋亡同時存在，故在急性腦梗死發(fā)生后，缺血壞死中心周邊的半暗帶能否及時恢復供血，是影響患者預后的重要因素。Krupinski等[10]研究發(fā)現(xiàn)，缺血半暗帶的微血管密度與患者的存活時間呈正比，而腦缺血后缺氧可誘導低氧誘導因子1α表達上調，進而調節(jié)下游的血管源性因子，即轉化生長因子β1(TGF- β1)、血小板源性生長因子(PDGF)與血管內皮生長因子(VEGF)、血管生成素(Ang)等在缺血半暗帶中高表達，半暗帶內存活的血管內皮細胞(VECs)在以上因子的作用下增殖、分裂，經(jīng)過周細胞和血管平滑肌細胞的覆蓋形成新的毛細血管網(wǎng)，建立側支循環(huán)，經(jīng)過塑形形成肌性動脈，并逐漸延伸至缺血中心區(qū)。腦缺血后期新生血管扭曲延長，側支循環(huán)建立，腦水腫減輕，說明血管功能恢復[11]。

3 Shh信號通路調控腦梗死缺血區(qū)血管新生的機制

腦缺血急性期Shh及其相關轉錄因子高表達，抑制Shh信號通路可加重腦損傷，說明Shh信號通路與腦梗死后血管新生有關。Shh可通過誘導成纖維細胞VEGF、堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)表達，促進血小板衍生生長因子(PDGF- BB)、TGF- β1及Ang- 1、Ang- 2表達，間接誘導血管新生[12]。VEGF在血管新生的最早階段即可表達，并誘導內皮細胞分化、增殖和遷移；bFGF可促進VECs遷移和黏附，形成毛細血管芽，促進血管分支形成血管網(wǎng)。Shh可誘導Ang- 1表達，而bFGF可降低其表達，二者共同作用于Ang- 1，可增加成纖維細胞中VEGF和VECs中Ang- 2的表達，即Shh與bFGF具有協(xié)同作用，從而平衡血管新生過程中Ang- 1與Ang- 2的表達[13]。Ang- 1為強抗?jié)B性因子，與內皮Tie2受體絡氨酸激酶結合可促進VECs與壁細胞結合，繼而形成穩(wěn)定的成熟血管，上調緊密連接蛋白和閉合蛋白表達，改善腦水腫和血管屏障滲漏[14]。Ang- 2根據(jù)VEGF水平變化可產(chǎn)生雙向作用。當VEGF缺乏時，Ang- 2拮抗Ang- 1的表達，誘導內皮細胞與壁細胞分離，導致血管退化；當VEGF充足時，Ang- 2可調節(jié)血管分支[13]。有研究認為，持續(xù)血管新生依賴于VEGF的表達和血管結構的可塑性[15]。Berrios- Otero等[16]研究發(fā)現(xiàn)，Gli2突變可導致中后腦缺陷的小鼠腦血管和基底動脈嚴重缺失，敲除Gli2或施加Shh信號通路抑制劑均能抑制PDGF誘導的血管平滑肌細胞增殖，表明Shh可能通過誘導其下游Gli2的表達從而促進血管發(fā)育，此即經(jīng)典信號通路促進腦梗死后缺血區(qū)血管新生，但其具體機制仍不明確。目前多數(shù)研究認為，Shh信號通路誘導血管新生也可能通過不依賴于Gli的非經(jīng)典信號通路。

3.1 Shh/雞卵清蛋白上游啟動子轉錄因子Ⅱ(COUP- TFⅡ)通路 Pola等[17]研究發(fā)現(xiàn)，VEGF和Ang- 1誘導的血管新生中并無Gli的表達，推測其可能通過COUP- TFⅡ的介導激活下游生長因子。Shh反應元件與COUP- TFⅡ啟動子的結合增多導致去磷酸化，激活COUP- TFⅡ，導致COUP- TFⅡ缺乏，繼而使Ang- 1表達過低無法形成成熟血管網(wǎng)。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)，Shh通過介導COUP- TFⅡ調節(jié)VEGF及Ang- 1、Ang- 2的表達。COUP- TFⅡ亦可通過直接調節(jié)VEGFR在血管內皮細胞的表達獨立調控血管芽生。因此認為，Shh信號通路可能通過誘導COUP- TFⅡ表達，抑制Ang- 1表達、上調Ang- 2表達，從而促進內皮細胞增殖分化，激活血管新生。

3.2 Shh/Notch通路 Lawson等[19]研究發(fā)現(xiàn)，Shh缺乏的胚胎期斑馬魚發(fā)育過程中無法形成背主動脈或軸向靜脈，故認為Shh/VEGF/Notch信號通路可介導動脈分化；在胚胎發(fā)育過程中，Shh誘導的VEGF持續(xù)表達可激活Notch5，進而提高酪氨酸激酶配體B2a的表達水平，從而誘導動脈分化及下調VEGF受體flt4表達，調節(jié)動靜脈分化。內皮細胞中的Notch信號通過Noggin基因的表達促進內皮細胞增殖和血管生長[20]。因此推測，Shh信號通路所形成的復雜血管網(wǎng)可能與其早期上調VEGF表達，從而誘導下游Notch信號通路作用于下游靶因子有關。

3.3 Shh/PI3K通路 Kanda等[21]研究證實，Shh可促進毛細血管形態(tài)發(fā)生；Shh通過促進Smo的表達使靶基因c- Fes寡聚化激活，其與PI3K的亞基p85結合，導致下游c- Akt的亞基ser473發(fā)生磷酸化，證實Shh通過Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促進毛細血管內皮細胞形態(tài)發(fā)生。有研究還發(fā)現(xiàn)，c- Akt可參與內皮細胞引起的管狀結構形成[22]，故激活c- Akt通路亦可導致Shh誘導的毛細血管形態(tài)發(fā)生。說明Shh可能通過Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促進毛細血管形態(tài)發(fā)生和管狀形成。

3.4 Shh/RhoA通路 Renault等[23]研究證實，Shh誘導的血管新生由Smo直接激活RhoA/ROCK通路，Rho蛋白可使VECs遷移相關的細胞骨架重組，從而使埃茲蛋白、根蛋白、膜突蛋白磷酸化[24]，促進骨橋蛋白(OPN)和基質金屬蛋白酶9(MMP- 9)的表達。OPN是一種細胞外基質蛋白，可通過促進VECs的生存和遷移誘導血管新生，MMP- 9可通過降解血管膜基底的Ⅳ型膠原和細胞外基質促進細胞遷移。經(jīng)過RhoA/ROCK抑制劑干預后VECs增殖、遷移等能力均被抑制[25]，說明Shh信號通路可通過激活RhoA/ROCK通路誘導VECs增殖、遷移以及毛細血管管腔形成，從而促進血管新生。

總之，Shh可誘導VECs分化、增殖和遷移，促進毛細血管管腔形成，從而形成長而彎曲、直徑較大、分支較多的復雜血管網(wǎng)[20]，這種高密度血管網(wǎng)對神經(jīng)功能恢復極為有利。在腦梗死治療過程中，適當激活Shh信號通路有助于改善腦梗死患者預后。但目前對Shh促進腦梗死缺血區(qū)血管新生的具體機制并未完全清楚，且研究結論不完全一致，尚需進一步研究。

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國家自然科學基金資助項目(81473765)。

杜元灝(E- mail: jpjs_cn@sina.com)

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2016- 10- 10)