Shh信号通路与脑梗死缺血区血管新生关系的研究进展

贾蓝羽，杜元灏

(1天津中医药大学，天津300193；2 天津中医药大学第一附属医院)

·综述·

Shh信号通路与脑梗死缺血区血管新生关系的研究进展

贾蓝羽1，杜元灏2

(1天津中医药大学，天津300193；2 天津中医药大学第一附属医院)

脑梗死后血管新生对大脑神经功能恢复和脑组织损伤修复起着至关重要作用。Shh信号通路可通过诱导毛细血管内皮细胞分化、增殖和迁移以及促进毛细血管管腔形成，从而促使血管新生，形成长而弯曲、直径较大、分支较多的复杂血管网。在脑梗死治疗过程中，适当调控Shh信号通路有助于改善患者预后。因此，探究Shh信号通路与脑梗死缺血区血管新生的关系具有重要意义。

脑梗死；Sonic Hedgehog信号通路;血管新生

Sonic Hedgehog信号通路(简称Shh信号通路)是胚胎发育过程中必不可少的信号通路[1]，不仅参与胚胎神经系统模式发育，在成熟机体的稳态调节中也发挥重要作用，如在成人神经发生和血管新生等[2，3]。近年研究发现，Shh信号通路还可影响脑梗死缺血区血管新生[4]。脑梗死是一个极其复杂的病理生理过程，单一挽救神经元并非行之有效的方法，尽早改善缺血区血液供应是治疗成败的关键。因此，有学者提出了神经血管单元的概念[5]，通过调控Shh信号通路，促进脑梗死缺血区血管新生，重建侧支循环，最大限度地减轻缺血性损伤和促进神经功能恢复，继而改善患者预后。本文结合文献就Shh信号通路与脑梗死缺血区血管新生关系的研究进展综述如下。

1 Shh信号通路构成及其调控

1.1 Shh信号通路构成 Hedgehog(Hh)基因最初在黑腹果蝇中被发现，该基因突变后可导致果蝇胚胎呈多毛团状，酷似受惊的刺猬而得名。后来在脊椎动物中又发现了3种Hh的同源染色体，即Shh、Dhh和Ihh。目前，在Hh家族中关于Shh的研究最多。Shh信号通路包括Shh、Patched(Ptc)、Smoothened(Smo)及Glioblastoma(Gli)等因子。Shh是一种分泌蛋白，通过自我蛋白酶解作用水解为C- 片段和N- 片段，这两种片段通过共价修饰形成C端胆固醇和N端十六酰基的Shh- N蛋白，通过多跨膜蛋白DispA和分泌蛋白Scube2的协同作用，促进Shh分泌到细胞外或作用于靶细胞[6]。Ptc为12次跨膜蛋白，包括Ptc1和Ptc2，但只有Ptc1参与Shh信号通路，与Shh结合后可解除对Smo的抑制。Smo为7次跨膜蛋白，是Shh信号传递必不可少的G蛋白偶联受体。在缺乏配体时，Smo可被Ptc抑制，当Shh与Ptc结合时可解除对Smo的抑制，从而激活下游转导通路并被转录至细胞核。Gli为Shh信号通路下游的锌指蛋白转录因子，包括Gli1、Gli2、Gli3。Gli家族蛋白具有双向转录作用，既可在胚胎时期促进肢体器官及神经血管生长，又可诱导肿瘤细胞生长和扩散[7]。故Shh信号通路可依靠Gli转录因子对下游靶基因进行调控。

1.2 Shh信号通路调控 Shh的分泌可激活经典信号通路和非经典信号通路。在经典信号通路中，Shh主要作用于Ptc1和Smo。Shh可与Ptc1受体结合，而Ptc1能抑制Shh蛋白从而解除对Smo的抑制，激活Shh信号通路，活化的Smo通过对蛋白激酶A的抑制，促使下游Gli家族转录至细胞核，从而发挥效应。非经典信号通路即Shh不通过激活Gli家族蛋白转录，主要包括两类：①Shh可与Ptc结合，抑制Ptc诱导的细胞凋亡；亦可通过调节Ptc与磷酸化细胞周期蛋白B1的交互作用，调节细胞增殖[8]；②Shh通过Smo激活三磷酸鸟苷酶，促进内皮细胞的肌动蛋白应力纤维和小管样结构形成；亦能激活Src家族激酶诱导轴突生长，Shh介导花生四烯酸上调与RhoA和Rac1蛋白的结合，从而促进成纤维细胞迁移和神经发生。

2 脑梗死缺血区血管形态变化

脑梗死后缺血区域的微血管结构受损，杜元灏等[9]研究发现，大鼠大脑中动脉阻断3 h内，缺血区微血管高度痉挛，出现高速无效振荡现象；阻断6 h后，微血管处于麻痹的舒张状态，微血管内的血流缓慢，不能满足组织代谢的需要，同时组织器官中代谢产物不能及时排出；随着时间延长，脑梗死中心区开始出现缺血缺氧甚至坏死。但在缺血半暗带区细胞水肿与凋亡同时存在，故在急性脑梗死发生后，缺血坏死中心周边的半暗带能否及时恢复供血，是影响患者预后的重要因素。Krupinski等[10]研究发现，缺血半暗带的微血管密度与患者的存活时间呈正比，而脑缺血后缺氧可诱导低氧诱导因子1α表达上调，进而调节下游的血管源性因子，即转化生长因子β1(TGF- β1)、血小板源性生长因子(PDGF)与血管内皮生长因子(VEGF)、血管生成素(Ang)等在缺血半暗带中高表达，半暗带内存活的血管内皮细胞(VECs)在以上因子的作用下增殖、分裂，经过周细胞和血管平滑肌细胞的覆盖形成新的毛细血管网，建立侧支循环，经过塑形形成肌性动脉，并逐渐延伸至缺血中心区。脑缺血后期新生血管扭曲延长，侧支循环建立，脑水肿减轻，说明血管功能恢复[11]。

3 Shh信号通路调控脑梗死缺血区血管新生的机制

脑缺血急性期Shh及其相关转录因子高表达，抑制Shh信号通路可加重脑损伤，说明Shh信号通路与脑梗死后血管新生有关。Shh可通过诱导成纤维细胞VEGF、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)表达，促进血小板衍生生长因子(PDGF- BB)、TGF- β1及Ang- 1、Ang- 2表达，间接诱导血管新生[12]。VEGF在血管新生的最早阶段即可表达，并诱导内皮细胞分化、增殖和迁移；bFGF可促进VECs迁移和黏附，形成毛细血管芽，促进血管分支形成血管网。Shh可诱导Ang- 1表达，而bFGF可降低其表达，二者共同作用于Ang- 1，可增加成纤维细胞中VEGF和VECs中Ang- 2的表达，即Shh与bFGF具有协同作用，从而平衡血管新生过程中Ang- 1与Ang- 2的表达[13]。Ang- 1为强抗渗性因子，与内皮Tie2受体络氨酸激酶结合可促进VECs与壁细胞结合，继而形成稳定的成熟血管，上调紧密连接蛋白和闭合蛋白表达，改善脑水肿和血管屏障渗漏[14]。Ang- 2根据VEGF水平变化可产生双向作用。当VEGF缺乏时，Ang- 2拮抗Ang- 1的表达，诱导内皮细胞与壁细胞分离，导致血管退化；当VEGF充足时，Ang- 2可调节血管分支[13]。有研究认为，持续血管新生依赖于VEGF的表达和血管结构的可塑性[15]。Berrios- Otero等[16]研究发现，Gli2突变可导致中后脑缺陷的小鼠脑血管和基底动脉严重缺失，敲除Gli2或施加Shh信号通路抑制剂均能抑制PDGF诱导的血管平滑肌细胞增殖，表明Shh可能通过诱导其下游Gli2的表达从而促进血管发育，此即经典信号通路促进脑梗死后缺血区血管新生，但其具体机制仍不明确。目前多数研究认为，Shh信号通路诱导血管新生也可能通过不依赖于Gli的非经典信号通路。

3.1 Shh/鸡卵清蛋白上游启动子转录因子Ⅱ(COUP- TFⅡ)通路 Pola等[17]研究发现，VEGF和Ang- 1诱导的血管新生中并无Gli的表达，推测其可能通过COUP- TFⅡ的介导激活下游生长因子。Shh反应元件与COUP- TFⅡ启动子的结合增多导致去磷酸化，激活COUP- TFⅡ，导致COUP- TFⅡ缺乏，继而使Ang- 1表达过低无法形成成熟血管网。Li等[18]研究发现，Shh通过介导COUP- TFⅡ调节VEGF及Ang- 1、Ang- 2的表达。COUP- TFⅡ亦可通过直接调节VEGFR在血管内皮细胞的表达独立调控血管芽生。因此认为，Shh信号通路可能通过诱导COUP- TFⅡ表达，抑制Ang- 1表达、上调Ang- 2表达，从而促进内皮细胞增殖分化，激活血管新生。

3.2 Shh/Notch通路 Lawson等[19]研究发现，Shh缺乏的胚胎期斑马鱼发育过程中无法形成背主动脉或轴向静脉，故认为Shh/VEGF/Notch信号通路可介导动脉分化；在胚胎发育过程中，Shh诱导的VEGF持续表达可激活Notch5，进而提高酪氨酸激酶配体B2a的表达水平，从而诱导动脉分化及下调VEGF受体flt4表达，调节动静脉分化。内皮细胞中的Notch信号通过Noggin基因的表达促进内皮细胞增殖和血管生长[20]。因此推测，Shh信号通路所形成的复杂血管网可能与其早期上调VEGF表达，从而诱导下游Notch信号通路作用于下游靶因子有关。

3.3 Shh/PI3K通路 Kanda等[21]研究证实，Shh可促进毛细血管形态发生；Shh通过促进Smo的表达使靶基因c- Fes寡聚化激活，其与PI3K的亚基p85结合，导致下游c- Akt的亚基ser473发生磷酸化，证实Shh通过Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促进毛细血管内皮细胞形态发生。有研究还发现，c- Akt可参与内皮细胞引起的管状结构形成[22]，故激活c- Akt通路亦可导致Shh诱导的毛细血管形态发生。说明Shh可能通过Smo/c- Fes/PI3K/Akt通路促进毛细血管形态发生和管状形成。

3.4 Shh/RhoA通路 Renault等[23]研究证实，Shh诱导的血管新生由Smo直接激活RhoA/ROCK通路，Rho蛋白可使VECs迁移相关的细胞骨架重组，从而使埃兹蛋白、根蛋白、膜突蛋白磷酸化[24]，促进骨桥蛋白(OPN)和基质金属蛋白酶9(MMP- 9)的表达。OPN是一种细胞外基质蛋白，可通过促进VECs的生存和迁移诱导血管新生，MMP- 9可通过降解血管膜基底的Ⅳ型胶原和细胞外基质促进细胞迁移。经过RhoA/ROCK抑制剂干预后VECs增殖、迁移等能力均被抑制[25]，说明Shh信号通路可通过激活RhoA/ROCK通路诱导VECs增殖、迁移以及毛细血管管腔形成，从而促进血管新生。

总之，Shh可诱导VECs分化、增殖和迁移，促进毛细血管管腔形成，从而形成长而弯曲、直径较大、分支较多的复杂血管网[20]，这种高密度血管网对神经功能恢复极为有利。在脑梗死治疗过程中，适当激活Shh信号通路有助于改善脑梗死患者预后。但目前对Shh促进脑梗死缺血区血管新生的具体机制并未完全清楚，且研究结论不完全一致，尚需进一步研究。

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国家自然科学基金资助项目(81473765)。

杜元灏(E- mail: jpjs_cn@sina.com)

10.3969/j.issn.1002- 266X.2017.36.032

R743.33

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1002- 266X(2017)36- 0094- 03

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