高倩雯 劉陶文

(1 桂林醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，廣西桂林市 541004，電子郵箱：616271443@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)

【提要】 Hedgehog信號通路作為調(diào)控胚胎組織發(fā)育、系統(tǒng)形成的關(guān)鍵信號傳導(dǎo)系統(tǒng)，也影響著惡性腫瘤的發(fā)生。除外通路成員的突變及異?；罨?，啟動子甲基化引起成員中的腫瘤抑制基因失活及(或)去甲基化使表觀遺傳學(xué)改變，可產(chǎn)生致瘤作用。研究發(fā)現(xiàn)，多種常見的惡性腫瘤中存在該信號通路的表觀遺傳學(xué)改變，研究其機制可為治療Hedgehog通路驅(qū)動的癌癥提供參考。本文就常見惡性腫瘤中Hedgehog信號通路的表觀遺傳學(xué)研究現(xiàn)狀進行綜述。

表觀遺傳學(xué)是指通過DNA序列變化以外的方式調(diào)節(jié)基因表達，也可以被認為是惡性腫瘤的標志。Knudson[1]于1971年提出了關(guān)于腫瘤發(fā)生的二次打擊學(xué)說，認為腫瘤的發(fā)生是一種隱形事件，即野生型基因產(chǎn)物可以抑制腫瘤產(chǎn)生；當這一野生型基因所在的等位基因失活時則可導(dǎo)致惡性腫瘤，因此將該野生型基因稱為腫瘤抑制基因。二次打擊學(xué)說中抑癌基因的表現(xiàn)遺傳沉默，與基因突變或缺失同為惡性腫瘤發(fā)生的相關(guān)因素。通過去甲基化可激活沉默的基因組區(qū)域，因這些區(qū)域包含沉默的癌基因、插入的病毒基因或重復(fù)序列且具有逆轉(zhuǎn)座子樣結(jié)構(gòu)的元件，這些沉默基因的異常表達可導(dǎo)致惡性腫瘤。Hedgehog信號通路是促進胚胎分化、系統(tǒng)發(fā)育和組織調(diào)控的重要信號傳導(dǎo)系統(tǒng)，對癌癥的產(chǎn)生具有重要作用。研究表明，表觀遺傳學(xué)改變對該通路調(diào)控起著極其重要的作用，為Hedgehog通路靶向治療惡性腫瘤提供新的可行策略[2]。本文就常見惡性腫瘤中Hedgehog信號通路的表觀遺傳學(xué)研究現(xiàn)狀進行綜述。

1 Hedgehog通路及其功能

Hedgehog通路最早是由Nüsslein-Volhard和Wieschaus[3]在研究果蠅胚胎發(fā)育期間的致死基因時發(fā)現(xiàn)的。哺乳動物Hedgehog信號通路由三種Hedgehog配體[Sonic hedgehog(SHH)、Indian hedgehog(IHH)和desert hedgehog(DHH)]、十二次跨膜蛋白Patched(Ptch)和七次跨膜蛋白Smoothed(Smo)組成的受體復(fù)合物、核轉(zhuǎn)錄因子Gli家族(Gli1、Gli2和Gli3，Glis)和下游靶基因等4部分組成。其中SHH的表達最為廣泛，SHH調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育過程中的神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚和消化道等器官組織分化，IHH參與骨及軟骨發(fā)育，DHH則與生殖腺相關(guān)[4]。人類Ptch含有的兩種同源基因(Ptch1和Ptch2)，均具有結(jié)合Hedgehog配體和抑制Smo蛋白的作用。任何一種Hedgehog配體蛋白都可以與Ptch受體結(jié)合，結(jié)合后減輕Ptch對Smo的抑制作用，Gli與融合阻遏因子(suppressor of Fuse,SuFu)分離，導(dǎo)致Gli激活并進入細胞核從而啟動靶基因轉(zhuǎn)錄[5]。在缺乏Hedgehog信號時，SuFu作為信號傳導(dǎo)途徑的負調(diào)節(jié)因子，通過向Gli靶基因募集組蛋白脫乙酰化復(fù)合物來抑制Gli介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄，將Gli隔離到細胞質(zhì)中[6]。

Hedgehog信號通路不僅特異性調(diào)節(jié)神經(jīng)干細胞在海馬與腦室區(qū)的功能，促進骨髓中造血的分化，還會上調(diào)惡性腫瘤中Gli轉(zhuǎn)錄因子的表達，從而提高腫瘤自我更新、侵襲和轉(zhuǎn)移的能力[7]。目前已發(fā)現(xiàn)Hedgehog通路的激活具有4種可能的模式，即由于自分泌和旁分泌信號的加強導(dǎo)致Hedgehog配體產(chǎn)生過量、體細胞系中Hedgehog通路上游成員Smo及Ptch1的突變、Hedgehog通路成員(Ptch1、Smo及Gli1)的過度表達及存在截短形式的Gli1變異體[8]。盡管不同組織起源的惡性腫瘤中Hedgehog激活機制存在差異，但有關(guān)信號都在Gli水平匯合并執(zhí)行Hedgehog信號對靶基因的轉(zhuǎn)錄效應(yīng)[8-9]。Hedgehog通路的異?；罨娪诟鞣N散發(fā)性疾病中，包括良性和惡性疾病[8-11]。

2 Hedgehog成員表觀遺傳變化

Hedgehog信號通路高度保守，在促進多細胞動物的胚胎發(fā)育、系統(tǒng)發(fā)育、組織調(diào)控以及干細胞的維持中起關(guān)鍵性作用。人類Hedgehog信號通路的重要功能首先被發(fā)現(xiàn)于痣樣基底細胞癌綜合征(基底細胞痣綜合征)中，該綜合征以致畸性和癌癥易感性為特征[12]。通常Hedgehog信號通路在機體發(fā)育成熟后處于失活狀態(tài),但其成員的突變或錯誤表達會異常激活該通路,導(dǎo)致多種惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。研究顯示，表觀遺傳學(xué)異常涉及三種不同機制，即脫氧核糖核酸甲基化、組蛋白修飾和不同長度的非編碼鏈RNA，如微小RNA(microRNA,miRNA)和長非編碼RNA干擾基因。Hedgehog通路的表觀遺傳學(xué)改變主要發(fā)生在細胞膜和細胞膜外的分子(如Hedgehog、Ptch)、細胞內(nèi)分子(如Smo、Gli)及Hedgehog通路的靶基因，這對于各種惡性腫瘤的發(fā)生和畸形發(fā)育具有重要意義[13-14]。

3 幾種常見癌癥的Hedgehog通路表觀遺傳調(diào)控

Hedgehog信號傳導(dǎo)途徑與多種類型的腫瘤相關(guān)。由于該通路對胃、肝、胰腺和肺等器官的形成起重要作用，故Hedgehog信號傳導(dǎo)的異常活化與這些器官腫瘤密切有關(guān)。目前研究已證實，胃癌、非小細胞肺癌(non-small-cell lung cancer，NSCLC)、肝細胞癌、胰腺導(dǎo)管腺癌以及乳腺癌均與Hedgehog通路的表觀遺傳學(xué)異常有關(guān)[14]。

3.1 胃癌 SHH配體在正常胃組織中不表達，但在腫瘤性胃病變中的表達水平升高，該表達變化與SHH基因啟動子甲基化的減少有關(guān)[15]。此外，胃癌細胞系和胃癌組織中Ptch1和Hedgehog結(jié)合蛋白(hedgehog-interacting protein，HHIP)基因啟動子通常呈高度甲基化，導(dǎo)致這些基因表達缺失[16-21]，進一步說明異常Hedgehog信號傳導(dǎo)對胃癌發(fā)生的重要性。Zuo等[16-17]研究發(fā)現(xiàn)，胃癌腺細胞系A(chǔ)GS中Ptch1a是高甲基化的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)，經(jīng)5-氮雜胞苷處理后，幾乎所有位點都發(fā)生去甲基化，繼而Ptch1表達上調(diào)并誘導(dǎo)細胞凋亡。此外，他們還在部分胃癌組織中發(fā)現(xiàn)Ptch1啟動子存在過度甲基化，而在相鄰的正常組織中未發(fā)生甲基化，這種甲基化與Ptch1基因表達呈負相關(guān)，而與胃癌的臨床特征無關(guān)，這表明Ptch1a轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)的高度甲基化是胃癌發(fā)生的早期事件。miRNA-218可使Smo發(fā)生表觀遺傳改變，其通過下調(diào)Smo的表達抑制胃癌細胞的耐藥性[22]。研究顯示，Wnt信號通路在胃癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[23]，而SuFu作為Hedgehog和Wnt信號傳導(dǎo)的負調(diào)節(jié)因子，是miRNA-194的靶標。因此，miRNA-194通過抑制SuFu、激活Wnt信號傳導(dǎo)來促進胃癌細胞的增殖和遷移[24]。

3.2 NSCLC 雖然Hedgehog信號在NSCLC中的作用尚未明確，但已有研究表明NSCLC存在異常Hedgehog信號傳導(dǎo)和表觀遺傳調(diào)控[25]。由于miRNA-212和miRNA-214上調(diào)而分別使Ptch1和SuFu表達沉默，從而促進NSCLC轉(zhuǎn)移[26-27]。研究表明，miRNA-326可顯著抑制NSCLC細胞的生長、遷移、侵襲并誘導(dǎo)該細胞凋亡，miRNA-326及其宿主基因Arrestin β1的表達在胚胎肺間充質(zhì)細胞中選擇性富集并特異性地受SHH活性的影響，并通過靶向Smo和Gli2而抑制SHH信號傳導(dǎo)的活性[28-29]。雖然表皮細胞生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)-酪氨酸激酶抑制劑 (tyrosine kinase inhibitor，TKI)對NSCLC患者遠期生存有益，但無法避免耐藥，研究發(fā)現(xiàn)其對Hedgehog信號傳導(dǎo)途徑的抑制是最有效的，表明該癌基因靶點已從EGFR轉(zhuǎn)變?yōu)镠edgehog信號，這可能為治療耐受EGFR-TKI的NSCLC提供新靶點[30]。

3.3 肝癌 慢性肝損傷導(dǎo)致肝細胞死亡，瀕死的肝細胞通過分泌SHH配體而活化鄰近細胞(包括肝細胞和非肝細胞)的Hedgehog信號傳導(dǎo)并促進其增殖，Kanda等[31]研究顯示，HHIP啟動子甲基化可減少肝癌和肝母細胞瘤細胞系亞群中的HHIP mRNA轉(zhuǎn)錄，并且在超過50%的肝細胞癌組織中該啟動子發(fā)生超甲基化，但在相應(yīng)的正常肝組織中未檢測到該基因甲基化，HHIP啟動子甲基化可造成HHIP轉(zhuǎn)錄下調(diào)，并由此導(dǎo)致Gli1和Ptch的表達水平升高，提示HHIP的表達下調(diào)可導(dǎo)致Hedgehog信號通路異常激活。此外，經(jīng)過去甲基化藥物處理的肝癌細胞系可恢復(fù)HHIP表達并減弱Hedgehog信號[32]。因此，HHIP轉(zhuǎn)錄失活誘發(fā)的Hedgehog信號激活可能與肝細胞癌的發(fā)生有關(guān)。幾種miRNA在肝細胞癌祖細胞中的差異表達也有助于促進腫瘤的發(fā)生，例如miRNA-148a表達下調(diào)導(dǎo)致其直接靶標-生長抑制特異性分子1表達上調(diào)[33]，在肝細胞癌形成期間因缺失miRNA-200而減輕對Gli2的抑制作用[34-35]，缺失miRNA-378a-3p而導(dǎo)致Gli3表達上調(diào)[36]。這些表觀遺傳變化與原發(fā)性腫瘤驅(qū)動基因共同在肝細胞癌的形成中起作用。

3.4 胰腺導(dǎo)管腺癌 胰腺導(dǎo)管腺癌中的Hedgehog通路激活發(fā)生在腫瘤細胞周圍的基質(zhì)細胞中。胰腺導(dǎo)管腺癌細胞通過分泌SHH而刺激基質(zhì)產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長因子等而間接形成腫瘤，并在腫瘤周圍形成纖維結(jié)構(gòu)的細胞外基質(zhì)成分和促炎生長因子，這些因素共同削弱藥物對癌細胞的作用。在胰腺導(dǎo)管腺癌P癌細胞中Hedgehog信號傳導(dǎo)途徑也具有表觀遺傳學(xué)異常改變。Gli1通過結(jié)合DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因的啟動子區(qū)域，導(dǎo)致甲基轉(zhuǎn)移酶過表達，而該甲基轉(zhuǎn)移酶可促進HHIP啟動子高度甲基化而下調(diào)HHIP的表達[37-38]。由于組蛋白去乙?；?可消除基因中組蛋白上的激活標記，因此該酶的表達上調(diào)進一步促進HHIP水平降低[39]。此外，miRNA-212水平上升可抑制Ptch1表達[40]。上述因素的綜合作用促進胰腺癌細胞生長，并誘導(dǎo)腫瘤耐藥。

3.5 卵巢癌和乳腺癌 與正常卵巢組織相比，卵巢皮樣瘤和纖維瘤中Ptch1啟動子區(qū)域發(fā)生高度甲基化。后者在Gli1表達升高的情況下，Ptch1和Ptch2均未被活化[41]。研究表明，卵巢腫瘤組織中Gli結(jié)合位點附近的Ptch1啟動子區(qū)域CpG島大多存在甲基化，而在正常組織中上述位點未觀察到甲基化發(fā)生。因此，Ptch啟動子的Gli結(jié)合位點超甲基化可以通過阻礙Gli1而刺激Ptch表達，促進卵巢纖維瘤和皮樣瘤增生。此外，多種抑癌基因的啟動子高度甲基化、組蛋白修飾和眾多非編碼鏈RNA參與調(diào)控卵巢癌的病理過程[12]。研究顯示，乳腺癌干細胞中SHH通常發(fā)生低度甲基化，導(dǎo)致Hedgehog通路異常激活[42]，且乳腺癌組織中Ptch1啟動子高度甲基化較常見[43]。此外，乳腺癌中缺失賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶Setd7可使Gli1表達上調(diào)，其機制是由于Setd7可激化Gli1啟動子中的抑制性組蛋白，而這些抑制性組蛋白的缺失導(dǎo)致Gli1超表達[44]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，維生素D受體及其配體1α,25-二羥基維生素D3通過抑制SuFu可導(dǎo)致乳腺癌中miRNA-214的表達上調(diào)[45]。這些因素均可導(dǎo)致Hedgehog通路異常激活并與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

3.6 血液腫瘤 受體Ptch的缺失或Smo的活化突變在基底細胞癌和成神經(jīng)管細胞瘤中常見，但急性髓性白血病中Hedgehog信號通路的活化很大程度上與Smo無關(guān)。人類癌癥基因組圖譜中關(guān)于急性髓性白血病數(shù)據(jù)集的表觀遺傳學(xué)和基因表達分析顯示，大多數(shù)急性髓性白血病患者中Gli3異常甲基化且表達沉默；Hedgehog信號通路活性調(diào)節(jié)Gli2/Gli3的加工，并且在不存在Hedgehog配體時，Gli2和Gli3都存在轉(zhuǎn)錄抑制因子(Gli2R和Gli3R)；Gli3R是Smo拮抗劑治療急性髓性白血病所必需的，并且Gli3R的表達恢復(fù)可抑制急性髓性白血病細胞生長；Gli3R通過下調(diào)蛋白激酶B表達而抑制急性髓性白血病細胞生長[46]。鑒于Gli3R在Smo依賴性Hedgehog信號傳導(dǎo)的急性髓性白血病細胞中起重要作用，因此認為其可作為Smo拮抗劑治療急性髓性白血病患者的潛在生物標志物。

4 小 結(jié)

啟動子超甲基化引起Hedgehog通路成員中的腫瘤抑制基因失活及(或)啟動子去甲基化而驅(qū)動腫瘤發(fā)生。對Hedgehog途徑的表觀遺傳學(xué)認識僅是近年的研究成果，尚缺乏可用于臨床的針對表觀遺傳學(xué)控制的Hedgehog通路驅(qū)動癌癥的理想治療方法。充分闡明常見惡性腫瘤中該通路的表觀遺傳學(xué)改變，可望發(fā)現(xiàn)更有效的治療靶點。