Hedgehog信號(hào)通路與腫瘤放療敏感性關(guān)系的研究進(jìn)展

胡明斌，顧偉國(guó)，劉運(yùn)煒，陳少卿

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院腫瘤科，南昌330006)

根據(jù)國(guó)家癌癥中心2020年統(tǒng)計(jì)[1]，我國(guó)癌癥發(fā)病率及死亡率分別約占全球的22%及27%，5年生存率僅為40.5%，而據(jù)美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)(ACS)發(fā)布的《2021年癌癥統(tǒng)計(jì)年度報(bào)告》數(shù)據(jù)[2]顯示，美國(guó)所有已診斷癌癥5年總體生存率約為67%，兩者仍存在差距。惡性腫瘤已成為我國(guó)居民的主要死亡原因之一，尋找積極有效的治療手段，仍是腫瘤治療的首要方向。放射治療作為重要的治療方式之一，主要是利用電離輻射誘導(dǎo)產(chǎn)生的DNA損傷如DNA單、雙鏈斷裂以及DNA-DNA及蛋白質(zhì)交聯(lián)等，達(dá)到治療腫瘤的目的[3]。但是許多惡性腫瘤存在放療敏感性低、放療抵抗及放療不良反應(yīng)等，限制了放療的臨床廣泛應(yīng)用。

近年來(lái),有關(guān)腫瘤放療抵抗的研究不斷增加，PI3K/Akt、Wnt/β-catenin、ATM、NF-κB、MAPK、hedgehog(Hh)等信號(hào)通路異常均被報(bào)道與放療抵抗相關(guān)。深入研究這些信號(hào)通路，將為提高放療療效提供新的策略[4]。目前認(rèn)為利用放射增敏劑或者相關(guān)信號(hào)通路的靶向抑制劑增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的放射敏感性是提高放療療效的重要手段，而Hh信號(hào)通路抑制劑的出現(xiàn)無(wú)疑為腫瘤的治療提供了更多選擇。2012年美國(guó)食品藥品管理局批準(zhǔn)上市的Hh通路抑制劑vismodegib主要用于治療成人轉(zhuǎn)移性或晚期局限性皮膚基底細(xì)胞癌(BCC)、術(shù)后復(fù)發(fā)或不能手術(shù)和放療的BCC患者，并取得了良好的臨床療效[5]。目前有研究[6]發(fā)現(xiàn)，Hh信號(hào)通路抑制劑聯(lián)合放療可增加放療的敏感性，改善放療療效。本文就Hh信號(hào)通路的組成、激活機(jī)制及其在腫瘤放療敏感性中的作用及意義等方面進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為臨床腫瘤治療提供參考。

1 Hh信號(hào)通路的組成與激活機(jī)制

1980年在研究果蠅基因突變時(shí)Hh基因被發(fā)現(xiàn)，其在進(jìn)化中相對(duì)保守。在脊椎動(dòng)物及哺乳動(dòng)物體內(nèi)已發(fā)現(xiàn)3種Hh同源基因即SHh、IHh及DHh及其跨膜蛋白受體復(fù)合物Ptch和Smo。

經(jīng)典的Hh信號(hào)通路通過(guò)SHh配體結(jié)合細(xì)胞膜表面受體Ptch1發(fā)揮作用。但近來(lái)發(fā)現(xiàn)SHh的膜相關(guān)受體可能存在其他的細(xì)胞膜蛋白，如GAS1、CDO和BOC[7]，而其下游核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子包括Ci/Gli、SuFu、Kif7、PKA和cAMP等[8]。當(dāng)有活性的Hh蛋白存在時(shí)，Hh與Ptch結(jié)合，從而解除對(duì)Smo的抑制作用，信號(hào)下傳使得Cos2和Fu過(guò)度磷酸化，轉(zhuǎn)錄因子Gli家族(Gli1，Gli2，Gli3)等被激活，隨后Gli以全長(zhǎng)形式進(jìn)入細(xì)胞核，激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生物學(xué)特性。例如，有研究[9]發(fā)現(xiàn)Glil可通過(guò)改變細(xì)胞周期蛋白、誘導(dǎo)抗凋亡因子表達(dá)而促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，增強(qiáng)腫瘤的侵襲性。

2 Hh信號(hào)通路與腫瘤

有研究[10]證實(shí)，Hh信號(hào)通路的異常激活參與皮膚癌、乳腺癌、肺癌、腦膠質(zhì)瘤、結(jié)直腸癌和胃癌等多種惡性腫瘤的發(fā)生。例如，CHEN等[11]發(fā)現(xiàn)Hh信號(hào)通路相關(guān)蛋白SHh、Smo、Gli1等在肺癌組織中表達(dá)明顯升高，且與患者預(yù)后相關(guān)，提示Hh信號(hào)通路與肺癌的發(fā)生密切相關(guān)。XU等[12]發(fā)現(xiàn)Hh通路的異常活化與大腸癌的發(fā)生密切相關(guān)。

3 Hh信號(hào)通路與腫瘤放療敏感性

許多研究[13-15]顯示腫瘤的放療抵抗與Hh信號(hào)的過(guò)表達(dá)有密切的關(guān)系。該信號(hào)通路活性降低有利于増加某些腫瘤細(xì)胞的放射敏感性。2011年CHEN等[16]研究發(fā)現(xiàn)，放療可誘導(dǎo)SHh通路的激活，并通過(guò)影響DNA損傷修復(fù)反應(yīng)、細(xì)胞周期再分布而調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡，從而誘導(dǎo)放療抵抗。

3.1 Hh信號(hào)通路與頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的放療敏感性

SCHULZE等[17]首次臨床應(yīng)用Hh信號(hào)通路抑制劑Vismodegib聯(lián)合放療治療4例晚期頭頸部基底細(xì)胞癌，其放療劑量范圍在50.4～66 Gy，共放療20～33次，Vismodegib劑量150 mg·d-1，Vismodegib的反應(yīng)率為45%～60%，所有患者的中位隨訪時(shí)間為12.5個(gè)月，4例中有3例患者觀察期內(nèi)在臨床和組織學(xué)表現(xiàn)上顯示持續(xù)的完全緩解，其中1例病情穩(wěn)定維持至少6個(gè)月；Vismodegib與放療聯(lián)合未觀察到明顯的不良反應(yīng)，所有病例均耐受良好。GAN等[14]研究也發(fā)現(xiàn)，Hh信號(hào)通路抑制劑環(huán)靶明通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄因子Gli1活化能增加頭頸部鱗癌的放療敏感性。ENZENHOFER等[18]研究發(fā)現(xiàn)，Gli1和Gli2基因高表達(dá)的HPV陰性頭頸部鱗癌患者的放療后的總生存率較好，特別是Gli2基因的高表達(dá)可顯著延長(zhǎng)患者無(wú)病生存率，增加總生存率。HEHLGANS等[6]通過(guò)研究頭頸部鱗癌相關(guān)腫瘤細(xì)胞SCC-25也發(fā)現(xiàn)，Hh信號(hào)通路抑制劑Vismodegib聯(lián)合放療處理后，細(xì)胞DNA損傷顯著增加，細(xì)胞活力降低，凋亡增加，表明Hh信號(hào)通路抑制劑可以增加頭頸部鱗癌細(xì)胞的放療敏感性。有體外實(shí)驗(yàn)[14,19]顯示，Hh信號(hào)通路可能在頭頸部鱗癌細(xì)胞放療的腫瘤微環(huán)境中通過(guò)上調(diào)旁分泌信號(hào)，如導(dǎo)致基質(zhì)重塑及細(xì)胞因子釋放，在腫瘤生長(zhǎng)、生存、血管生成和腫瘤轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。同時(shí)GAN等[14]通過(guò)構(gòu)建頭頸鱗癌細(xì)胞的裸鼠異種移植瘤模型，觀察到SHh通路抑制劑環(huán)巴胺與放療聯(lián)合使用時(shí)腫瘤基質(zhì)的促進(jìn)作用較弱，腫瘤抑制效果明顯，而單獨(dú)放療時(shí)對(duì)異種移植體生長(zhǎng)的抑制作用最弱，這可能是由于Hh信號(hào)通路上調(diào)腫瘤微環(huán)境中的旁分泌信號(hào)，使腫瘤基質(zhì)重塑，細(xì)胞因子釋放增加導(dǎo)致。這與MA等[20]在消化道腫瘤細(xì)胞中觀察到的旁分泌效應(yīng)相似。

3.2 Hh信號(hào)通路與消化道腫瘤的放療敏感性

楊成梁[21]研究發(fā)現(xiàn)，抑制Smo基因表達(dá)或者增加miR-135的表達(dá)，可大大增加G0/G1期食管癌細(xì)胞，顯著降低S期細(xì)胞比例，使細(xì)胞阻滯于放療敏感的G2/M期。進(jìn)一步檢測(cè)凋亡相關(guān)基因Caspase-3的活性顯示，抑制Smo基因表達(dá)可促進(jìn)凋亡，增加食管癌鱗癌細(xì)胞對(duì)放療的敏感性。賀昱霖等[22]發(fā)現(xiàn)食管癌放射抵抗細(xì)胞株Eca109R較親本細(xì)胞Eca109中Gli1蛋白與SHh蛋白的表達(dá)更高。在分別接受不同劑量照射后，Eca109R細(xì)胞存活數(shù)明顯高于親本細(xì)胞Eca109，提示高表達(dá)Gli1的Eca109R產(chǎn)生明顯的放射抵抗。YAO等[23]也證實(shí)，敲除Gli1的放療抵抗細(xì)胞株Eca109R在經(jīng)不同劑量放療后，與親本細(xì)胞Eca109細(xì)胞相比存活率明顯降低。TEICHMAN等[24]通過(guò)研究小鼠人源腫瘤異種移植模型(PDX)評(píng)估加或不加Hh信號(hào)通路抑制劑對(duì)食管腫瘤常規(guī)放療/放化療的反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，SHh抑制劑使表達(dá)Hh的食管癌PDX模型放療敏感性增加，而未表達(dá)Hh信號(hào)通路蛋白的PDX模型，未見(jiàn)放療敏感性增加現(xiàn)象。這些研究表明Hh信號(hào)通路對(duì)食管癌的放療敏感性具有重要的影響。

另有研究[25]發(fā)現(xiàn)，胰腺癌細(xì)胞使用Hh通路阻斷劑環(huán)靶明后，該通路效應(yīng)蛋白Gli1的表達(dá)水平明顯降低，細(xì)胞的放射敏感性明顯增加。ZHAO等[26]的研究也顯示，環(huán)靶明作用后，Gli1表達(dá)明顯降低，經(jīng)照射后胰腺癌細(xì)胞的凋亡明顯增加，放射敏感性增強(qiáng)。CHEN等[16]研究顯示，放療可誘使肝癌細(xì)胞自分泌SHh配體，并激活Hh信號(hào)通路產(chǎn)生放療抵抗。用SHh肽預(yù)處理肝癌細(xì)胞系更能抵抗電離輻射，與未被照射的腫瘤細(xì)胞共培養(yǎng)可以保護(hù)該細(xì)胞不受放療的影響，同時(shí)在該培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)SHh蛋白，中和抗體逆轉(zhuǎn)了該培養(yǎng)基的保護(hù)作用。在HT29(結(jié)腸癌起源)和Panc1(胰腺起源)癌細(xì)胞中，X射線照射不僅在蛋白水平上增加了SHh和Gli1的表達(dá)，而且還誘導(dǎo)了Gli1的轉(zhuǎn)錄活性[20]。本研究采用了一種獨(dú)特的方法，即將未接受放療的細(xì)胞接種于已接受放療細(xì)胞頂部，然后檢測(cè)未接受放療細(xì)胞的生長(zhǎng)情況。結(jié)果顯示放療處理的細(xì)胞在X射線劑量下可以刺激未放療的細(xì)胞生長(zhǎng)，從而誘導(dǎo)SHh/Gli表達(dá)。照射細(xì)胞中SHh通路的抑制降低了未照射細(xì)胞的生長(zhǎng)。上述研究支持SHh對(duì)放療的反應(yīng)可能來(lái)自于旁分泌的效應(yīng)。

3.3 Hh信號(hào)通路與肺癌的放療敏感性

ZENG等[27]評(píng)估了Hh通路抑制劑(HhAntag)和放療對(duì)體外和體內(nèi)非小細(xì)胞肺癌模型的影響。雖然體外實(shí)驗(yàn)顯示HhAntag對(duì)放療的影響較弱，但在異種移植和轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，HhAntag增強(qiáng)了輻射效應(yīng)，而且該效應(yīng)的產(chǎn)生可能與腫瘤間質(zhì)中相關(guān)的信號(hào)通路被抑制有關(guān)。GOMEZ CASAL等[28]研究發(fā)現(xiàn)，放療可體外誘導(dǎo)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的腫瘤干細(xì)胞和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化表型，而這些表型與實(shí)體腫瘤的耐藥和耐輻射機(jī)制相關(guān)。

3.4 Hh信號(hào)通路與其他腫瘤的放療敏感性

在兒童髓母細(xì)胞中，DOS SANTOS等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在單獨(dú)使用三氧化二砷或聯(lián)合照射處理后，兒童髓母細(xì)胞出現(xiàn)SHh通路一個(gè)或多個(gè)基因(即PTCH1、SUFU或SMO)的突變，同時(shí)髓母細(xì)胞細(xì)胞的活性下降，凋亡增加，放射敏感性增強(qiáng)。在乳腺癌中，車俊[30]研究顯示，經(jīng)環(huán)巴胺衍生物SCJ處理的乳腺癌細(xì)胞聯(lián)合照射后，其凋亡蛋白Bax表達(dá)明顯上調(diào)，而周期蛋白cyclinD1表達(dá)明顯下調(diào)，同時(shí)放射相關(guān)蛋白Ku-70蛋白、FEN-1蛋白等表達(dá)下調(diào)。使用Hh通路抑制劑可顯著增加乳腺癌細(xì)胞MCF-7和MDA-MB-231的輻射敏感性，且該增敏作用可能與促凋亡的Bax蛋白表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白cyclinB1的表達(dá)下調(diào)相關(guān)，促使細(xì)胞阻滯于對(duì)輻射敏感的G2/M期，進(jìn)而增加輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，同時(shí)抑制輻射后的乳腺癌細(xì)胞的損傷修復(fù)，從而增加其放療的敏感性。KONINGS等[15]研究比較了Hh通路抑制劑GANT61與碳離子照射或X射線照射聯(lián)合處理的療效，發(fā)現(xiàn)GANT61與X射線或碳離子(能量：95 mev·n-1；線性能量轉(zhuǎn)移：73 kev·μm-1)聯(lián)合處理更能有效減少乳腺癌MCF-7細(xì)胞的遷移，提示GANT61具有增加MCF-7乳腺癌細(xì)胞放射敏感性及降低細(xì)胞遷移的能力。在宮頸癌中，CHAUDARY等[31]研究顯示，癌組織中Hh通路相關(guān)蛋白的表達(dá)較正常宮頸組織顯著上調(diào)，同時(shí)證實(shí)抑制Hh信號(hào)通路可影響宮頸癌細(xì)胞放化療后的再增殖作用。CHAUDARY等[32]通過(guò)建立宮頸癌原位異種移植模型OCICx發(fā)現(xiàn)，與單純放療組和放療+順鉑組比較，Hh通路抑制劑5E1+放療加順鉑組的腫瘤生長(zhǎng)明顯延緩。此外，SMO蛋白抑制劑聯(lián)合放化療也顯著延緩了OCICx的腫瘤生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移，延長(zhǎng)OCICx的總生存期。謝曉飛等[33]研究不同放療劑量分割方式對(duì)宮頸癌細(xì)胞HeLa-229中Hh通路相關(guān)分子SMO、Gli-1表達(dá)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，多次分割劑量放療可增加HeLa-229細(xì)胞株中SMO與Gli-1的表達(dá)，而且在放療總劑量均為24 Gy的情況下，小劑量多次分割放療激活SMO與Gli-1表達(dá)的效果要優(yōu)于較大劑量較少次放療的效果，但其相關(guān)機(jī)制尚未明確，且目前亦無(wú)梯度放療與Hh通路分子表達(dá)關(guān)系的類似報(bào)道，這可能是未來(lái)探討放療抵抗機(jī)制的的重要方向之一。在骨肉瘤中，MA等[20]發(fā)現(xiàn)，耐輻射的骨肉瘤細(xì)胞系中Hh通路相關(guān)蛋白的表達(dá)升高，SHh抑制劑的使用不僅削弱了細(xì)胞的增殖和侵襲能力，而且增加了該細(xì)胞的放療敏感性。在前列腺癌中，GONNISSEN等[34]的體外試驗(yàn)證實(shí)，Hh信號(hào)抑制劑GANT61可增加前列腺癌細(xì)胞系22Rv1的放射敏感性，但不增加PC3和DU145前列腺癌細(xì)胞的放射敏感性，其原因可能是因?yàn)镚ANT61主要通過(guò)抑制細(xì)胞周期和誘導(dǎo)凋亡來(lái)提高22Rv1細(xì)胞的放射敏感性，且該作用可能是P53信號(hào)介導(dǎo)的。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)[34]證實(shí)，在前列腺癌異種移植模型中GANT61與放療具有協(xié)同效應(yīng)，可增加放療的療效。

4 結(jié)語(yǔ)

Hh信號(hào)通路與多種腫瘤的放療敏感性相關(guān)，通過(guò)調(diào)控Hh信號(hào)通路，可改善腫瘤的放療敏感性，但其具體作用機(jī)制仍不明了，且目前大多數(shù)研究仍為實(shí)驗(yàn)性探索，缺乏更多前瞻性的臨床研究來(lái)評(píng)估SHh通路靶向治療在放療期間的協(xié)同增效作用，這可能未來(lái)研究的方向之一。但不管怎樣，隨著對(duì)Hh信號(hào)通路了解的不斷深入，該通路相關(guān)分子應(yīng)用在腫瘤的早期診斷、靶向治療及提高腫瘤放療敏感性等方面均具有較大潛能。