Hedgehog信号通路Gli家族成员及其在恶性肿瘤中的作用研究进展▲

沈 冰 刘陶文

(1 桂林医学院研究生学院，桂林市 541004，E-mail：363390634@qq.com；2 广西壮族自治区南溪山医院暨桂林医学院附属南溪山医院肿瘤科，桂林市 541002)

Hedgehog信号通路Gli家族成员及其在恶性肿瘤中的作用研究进展▲

沈 冰1刘陶文2

(1 桂林医学院研究生学院，桂林市 541004，E-mail：363390634@qq.com；2 广西壮族自治区南溪山医院暨桂林医学院附属南溪山医院肿瘤科，桂林市 541002)

Gli(包括Gli1、Gli2及Gli3)是Hedgehog(Hh)信号通路下游分子，其作为核转录因子与启动子结合而激活靶基因转录。Gli蛋白在肿瘤发生、侵袭和转移等过程起重要作用。目前已开展以Gli为靶点的肿瘤干预临床试验。本文对Gli家族在肿瘤中的作用及针对Gli靶向干预肿瘤的研究进展进行综述。

Gli家族；Hedgehog信号通路；恶性肿瘤；靶向治疗；综述

Hedgehog(Hh)信号通路在哺乳动物胚胎发育和胚胎形成后细胞的生长和分化过程中具有重要作用。Hh信号通路异常激活几乎参与人体各系统恶性肿瘤的发生[1-2]。Gli(包括Gli1、Gli2及Gli3)是Hh信号通路下游分子，其作为核转录因子与启动子结合而激活靶基因转录。近年来，有关Hh信号通路在肿瘤发病学中发挥重要作用的证据不断增多及针对该通路抗癌药物的研发成功，使该信号通路与肿瘤的关系备受关注。目前，众多研究已肯定Gli蛋白在肿瘤发生、侵袭和转移等过程起重要作用。本文对Gli家族在肿瘤中的作用及针对Gli靶向干预肿瘤的研究进展作一综述。

1 Hh信号通路简介

Hh信号通路最早在果蝇中发现，以往研究者普遍认为该通路在脊柱动物成体阶段处于沉默状态，但逐渐有学者发现Hh信号的非持续激活对干细胞的维持和组织的再生及修复具有重要意义[3-4]。Hh信号传导通路由Hh配体(Shh、Ihh、Dhh)、12次跨膜蛋白Patched(Ptch)和7次跨膜蛋白Smoothed(Smo)组成的受体复合物、核转录因子Gli家族、下游靶基因4部分组成。Ptch基因包括Ptch1和Ptch2两种同源基因，两者表达的蛋白都可与Hh配体结合。当缺乏Hh配体时，Ptch可通过催化作用抑制Smo的活性；当存在Hh配体时，Hh与Ptch结合，解除了Ptch对Smo的抑制作用，Smo激活后活化Gli家族成员，使其进入细胞核内并通过结合启动子以控制靶基因的转录。Gli的活化途径主要分为配体依赖性途径和配体非依赖性途径。配体依赖性途径是指Hh信号通路的激活依赖Hh配体与膜受体Ptch结合，活化Smo从而激活下游信号通路。配体非依赖性途径的激活不依赖Hh配体，见于该通路成员的基因突变，如Ptch(如基底细胞癌)基因、SUFU(属于Gli蛋白抑制因子)基因的功能丧失性突变；Smo(如髓母细胞瘤)基因、Gli(如平滑肌肉瘤)基因的功能获得性突变等情况下导致激活该信号通路[1]。此外，Hh信号通路与肿瘤的其他信号通路交联也可直接激活Gli，这也属于配体非依赖途径[5]。以上研究均提示Hh信号通路的异常激活与恶性肿瘤的发生发展具有密切关系。

2 Gli家族成员的生物学特性

Gli属于锌指蛋白，位于染色体q13～q14.3，由5个串联的锌指结构域构成，除锌指结构域1不与靶基因结合外，其余锌指结构均可与靶基因结合。Gli家族成员包括Gli1、Gli2和Gli3，这3种蛋白质均有高度保守的DNA结合区，Gli2、Gli3与Gli1在结构上的区别在于后者不具有N末端抑制区域。因此，虽然这3种蛋白质结构相似，但其功能却有所差异。Gli1以激活功能为主，而Gli2既有激活功能也有抑制功能，Gli3以抑制功能为主。当缺乏Hh配基时，Gli2和Gli3以抑制的形态(Gli-R)进入细胞核与靶基因结合，抑制靶基因转录；而Gli1则被泛醌蛋白酶体系统迅速降解。当存在Hh配基时，Gli1和Gli2以活化的形态(Gli-A)与靶基因启动子结合，激活靶基因的转录；而Gli3则被DNA蛋白水解酶降解。

Gli2、Gli3在胚胎发育过程具有重要作用，其基因突变可导致机体发生畸形，而Gli1在这方面的重要性不及Gli2、Gli3。大多学者认为Gli(包括Gli1、Gli2及Gli3)在致瘤过程中也起着重要作用。Gli可能通过以下几种途径调控哺乳动物肿瘤的发生发展：诱导肿瘤干细胞相关因子表达；诱导细胞周期相关蛋白表达，促进癌细胞增长；直接与抗凋亡因子启动子结合，抑制肿瘤细胞凋亡；上调转录因子Smad蛋白相互作用蛋白1的表达，后者可促进2个上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)相关转录因子表达，从而发挥Hh-EMT信号在肿瘤侵袭和转移中的重要作用；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、转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等信号的相互活化作用[6-8]。最终，经过Gli家族各成员的激活和抑制功能的平衡而导致靶基因的表达，包括Gli1、Ptch1、myc、B淋巴细胞瘤-2和细胞周期蛋白D1等。

3 Gli家族成员在肿瘤中的表达及作用

Gli最初在脑胶质细胞瘤中被发现而得名。Chang等[9]报告Hh-Gli信号可通过PI3K/AKT通路上调基质金属蛋白2和基质金属蛋白9表达，促进脑胶质细胞瘤的侵袭及转移。有学者应用小干扰RNA(small interfering RNA，siRNA)干预胶质瘤U251细胞系，以使Gli1 mRNA沉默，导致细胞的增殖受到抑制，细胞的凋亡却得到促进[10]。多种肿瘤如消化道肿瘤、髓母细胞瘤、横纹肌肉瘤、肝癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌、生殖及泌尿系肿瘤等患者均存在Gli1过表达，而且Gli1的高表达与肿瘤的侵袭及转移有关。尤其是Gli1可调节肿瘤干细胞的存活、生物学行为及肿瘤的生长、侵袭等过程。早期研究表明Hh配体的存在是Gli1激活的关键，随后研究发现其他肿瘤相关信号通路也能激活Gli1蛋白，如Ras、PI3K/AKT、Wnt、TGF-β、MAPK等[2，11]。

至今大部分学者都是致力于研究Gli1，而对Gli2及Gli3在肿瘤中的作用研究较少。Hh信号通路激活时，Gli1和Gli2可以相互重叠激活，Gli1除了是其自身蛋白的靶基因外，也是Gli2的直接靶基因；同时Gli2又作为Gli1的间接靶基因。值得注意的是，Gli1与Gli2在肿瘤中发挥生物学效应与其他信号通路的相互交联密不可分。目前普遍认为Gli1与Gli2在肿瘤的发生发展具有重叠效应，而关于Gli3与前两者之间的关系尚未清楚。在对晚期肺腺癌的研究中发现Gli1 mRNA和Gli3 mRNA表达量与患者的5年生存率较低有关，而Gli2 mRNA的表达量与临床病理特征无相关性[12]。而近期有关恶性黑色素瘤的研究结果提示TGFβ在非经典途径激活Gli2的过程中具有重要作用，Gli2高表达可以促进该肿瘤转移[13]。Zhou等[11]报告PI3K/AKT可通过非经典Hh信号途径激活Gli1和Gli2，增强肾细胞癌的增殖与克隆能力，通过Gli1、Gli2靶向抑制剂GANT61与AKT抑制剂哌立福辛(Perifosine)联合干预能抑制癌细胞的生长，并促进其凋亡。Gli2表达水平上调被认为是引起骨肉瘤远处转移的重要因素，有学者通过体外细胞培养和骨肉瘤移植动物模型的研究，观察到干扰Gli2的表达可抑制肿瘤转移[14]。Xu等[15]发现单加氧酶激活蛋白Zeta通过抑制Gli2与泛素连接酶β-TrCP的结合可增加Gli2蛋白的稳定性，同时可以破坏P53-Smad复合物的稳定性；此时，Gli2与游离的Smad蛋白结合后通过反式激活甲状旁腺激素相关蛋白，从而促进乳腺癌骨转移。Steg等[16]报告胰腺癌中Gli3表达上调能增加癌细胞对环靶明的敏感性，若应用siRNA干扰Gli3的表达则可减弱癌细胞的活力。应用氯化钾抑制糖原合成酶激酶-3β，可以促进Gli加工成抑制形态和减少直肠癌细胞增殖，并可诱导肿瘤细胞凋亡[17]。目前，国内学者应用微小RNA-143转染鼻咽癌细胞株后发现，癌细胞穿膜细胞数明显低于未转染组；进一步应用siGli3干扰Gli3的表达，发现癌细胞迁移能力明显下降，提示Gli3蛋白的表达能促进癌细胞迁移[18]。液泡膜蛋白1(vacuole membrane protein 1，Vmp1)为蛋白质分泌、细胞发育及器官形成过程所必需,在诸多肿瘤发展过程有重要作用，如细胞膜运输、生长增殖和自噬等。在肿瘤中，肿瘤基因KRAS可通过AKT-Gli3-Vmp1通路的诱导Vmp1表达上调，诱导细胞自噬行为，促进肿瘤的生长[19]。

4 Gli靶向治疗肿瘤

目前，临床试验中所采用阻断Hh信号的制剂的作用靶点几乎都是针对Smo蛋白，例如Sonidegib、BMS-833923和IPI-926，它们在基底细胞癌及成神经管细胞瘤治疗中的疗效已经临床得到肯定；Smo抑制剂在配体依赖型的肿瘤中获得疗效明显，但在一些实体肿瘤中的效果却并不满意[20-21]。由于Hh信号通路Smo水平以下的分子异常以及因其他通路与Hh信号通路交联激活[22]等情况不受上述靶向抑制剂所抑制，造成Smo抑制剂在临床的应用范围受限而应用价值降低。因此，近年相继出现针对锌指蛋白Gli1和Gli2的靶向抑制剂如HPI1-4、ATO、GANT58、GANT61、GlaB、JQ1及I-BET151等，相关体内外实验结果表明这些制剂抑制肿瘤生长的效果明显优于环巴胺[23]。目前，GANT58、GANT61被认为是针对Gli1和Gli2的最佳抑制剂，其通过与Gli锌指结构域2与锌指结构域3之间沟槽区域结合，影响Gli与靶基因结合，从而达到抑制Gli的激活转录功能,其生物学效应明显大于环巴胺对Smo的抑制。目前已明确Gli抑制剂对Gli1/Gli2的抑制作用机制主要有4个方面[23]：抑制Gli的合成和转运；抑制Gli与靶基因特定序列结合；抑制转录输出；间接抑制Gli表达。Port等[24]应用GANT61和GANT58干预鼻咽癌细胞株C666.1，结果显示CD133、CD44v6、SOX2、BMI1等干细胞性相关基因的表达下调。国内学者也观察到应用GANT61干预后，髓母细胞瘤Doay细胞株对Gli2 mRNA表达明显下调、癌细胞增殖受到明显抑制[25]。近年，以GANT61靶向Gli蛋白的试验已在多种恶性肿瘤如肺癌、横纹肌肉瘤、神经母细胞瘤、肝癌、胰腺癌及前列腺癌等动物模型中开展，结果表明该制剂可有效缩小肿瘤体积[23]。由于这种干预策略几乎对所有恶性肿瘤有效，因此GANT61联合传统化疗放疗有望成为治疗肿瘤的新模式[26]。

5 小 结

Hh信号的异常激活涉及肿瘤的发生发展。锌指蛋白Gli家族不仅通过Hh/Smo/Gli信号通路激活一系列靶基因的表达，同时还可与其他信号通路交联发挥其他相应的生物学效应。然而，鉴于Hh信号通路的复杂性，该通路成员间的关系及Gli在肿瘤发生发展的分子学机制等尚未完全阐明。对各种肿瘤中Hh信号通路分子差异表达的深入分析，尤其是开展对肿瘤实验模型的干预试验，以筛选针对抑制Gli家族的有效制剂，将有助于为临床应用Hh信号通路靶向抑制剂及(或)联合传统模式治疗恶性肿瘤提供重要参考。

[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]钟 文,何本夫,朱成全,等.MiR-143通过负调控GLI3基因来抑制鼻咽癌细胞的迁移[J].南方医科大学学报,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]林中啸,蔡 铭,虞晓明,等.Gli2在髓母细胞瘤中的表达及其靶向抑制剂的作用与意义[J].医学研究杂志,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.

广西医疗卫生适宜技术研究与开发项目(S201408-01)

沈冰(1989～)，男，在读硕士研究生，研究方向：肿瘤转移和复发。

刘陶文(1965～)，男，博士，教授，研究方向：肿瘤转移和复发，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)