Hedgehog信号通路GLI1与SuFu在口腔鳞癌中的研究进展*

任俊 综述，郭丽娟，杨森 审校

563000 贵州 遵义，遵义医科大学口腔医学院 口腔颌面外科教研室； 629000 四川 遂宁，遂宁市中心医院 口腔颌面外科

口腔恶性肿瘤中以口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC)最为多见，约占90%以上。虽然外科手术、放疗、化疗等治疗方法已取得了长足进步，但OSCC的5年生存率未见显著提高[1-2]。目前，在识别肿瘤相关生物标志物的研究领域，肿瘤干细胞胚胎信号的相关研究已成热点。其中，与肿瘤干细胞胚胎信号相关的刺猬信号通路(Hedgehog signaling pathway，Hh)失调与一系列恶性肿瘤的发生、发展密切有关，其中OSCC较为突出[3]。本文就Hh信号通路在OSCC中信号传导机制及其相关基因GLI1、SuFu的研究进展进行综述。

1 Hedgehog信号通路

OSCC的发生与Hh信号通路、肿瘤坏死因子-相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL)、转化生长因子β(transforming growth factor beta，TGF-β)等多条信号通路密切相关[4]，通路中任何一个构成元素异常都可能导致OSCC的发生。其中，Hh信号通路与OSCC的关系最密切[5]。Hh信号通路组成部分包括HH配体[又包括Sonic Hedgehog(SHH)、Indian Hedgehog(IHH)、Desert Hedgehog(DHH)]、Patched(PTCH1、PTCH2)受体、Smoothened蛋白(SMO)、胶质瘤相关癌基因家族锌指转录因子(GLI1、GLI2、GLI3)、Fu抑制子(SuFu)、运动蛋白KIF7、cAMP-依赖性蛋白激酶等。作为Hh通路的关键因子，GLI1正向调控Hh信号通路，与各种肿瘤信号通路相互交通[6]。SuFu作为肿瘤抑制基因，负向调控Hh信号通路[7]。在正常组织中，当缺乏SHH表达的情况时，PTCH1抑制SMO的活性，Hh信号通路处于关闭状态；而在SHH高表达的情况下，SHH与PTCH1结合，解除对SMO的抑制，Hh信号通路处于开放状态[8](图1)。已有相关研究表明，在痣样基底细胞癌综合症(neviod basal cell carcinoma syndrome，NBCCS)[9]、OSCC[3]、肺癌[10]、胃癌[11]等肿瘤中，都存在Hh信号通路异常激活的开放状态。Hh信号通路的异常活化是由Hh通路相关基因突变或相关信号分子过度表达引起的，可能存在3种基本机制：(1)配体独立型信号传导。若存在PTCH1突变或SMO突变，此时SMO不再受PTCH1抑制，从而异常激活信号通路；(2)自分泌型配体依赖性信号转导。HH配体由肿瘤细胞分泌，并进入同一肿瘤细胞或相邻肿瘤细胞，从而异常激活信号通路；(3)旁分泌型配体依赖性信号传导或反向旁分泌型配体依赖性信号传导。前者的HH配体由肿瘤细胞分泌，并被基质细胞吸收，活化的基质细胞合成和分泌信号因子，从而异常激活信号通路；后者的HH配体直接由基质细胞分泌，并被肿瘤细胞吸收，反向异常激活信号通路。因此，配体有助于肿瘤细胞的生长和增殖[9]。Gonzalez等[12]在正常口腔粘膜上皮、口腔发育不良上皮、OSCC组织的研究中发现，口腔发育不良上皮与OSCC组织中SHH、PTCH、SMO、GLI2的表达均有增加，特别在OSCC中GLI2、SMO的表达增加显著，但口腔发育不良上皮蛋白表达增加不具有统计学意义(P>0.05)。同时，Buim等[13]采用定量实时聚合酶链反应(PCR)方法，对38例OSCC与非肿瘤性口腔黏膜组织中SHH、SMO、PTCH1、GLI1的表达情况与临床病理特征等初步研究，发现SHH、PTCH1、SMO和GLI1在非肿瘤性口腔黏膜中均未表达，而在肿瘤附近的非肿瘤性口腔黏膜中GLI1低表达。但所有OSCC均高表达PTCH1、SMO和GLI1。统计学结果提示SMO的表达与肿瘤临床分期(P<0.05)和颈部淋巴结转移相关(P<0.05)。PTCH1的表达与SMO(P<0.05)和GLI1(P<0.05)的表达有很强的相关性，SMO和GLI1的表达也相互相关(P<0.05)。上述研究表明Hh信号通路确实参与了口腔发育不良上皮向OSCC的转化，其相关分子的过度表达异常激活信号通路，并促进了OSCC的发生[12-13]。 Tsuyoshi等[14]对下颌牙龈鳞状细胞癌组织分析，发现SHH在侵袭骨组织的肿瘤细胞中高表达，同时PTCH和GLI2在破骨细胞和骨祖细胞中也高表达，提示Hh信号通路可以直接刺激破骨细胞的分化和活化来促进OSCC生长及对下颌骨侵袭[15]。有研究表明信号转导子和转录激活子(singnal transducer and activators of transcription 3, STAT3)有可能促进细胞增殖，并有利于细胞向肿瘤发展[16]。在此基础上，Vidal等[17]的研究也发现，在唾液腺恶性肿瘤中，黏液表皮样癌低表达STAT3，高表达SHH、GLI1、SuFu ；而腺样囊性癌高表达GLI1、STAT3，低表达SHH、SuFu。这些结果提示，Hh信号通路可能在唾液腺恶性肿瘤发生发展中发挥重要作用。目前相关研究发现，Hh信号的激活有助于OSCC中的活化白细胞粘附分子(activated leukocyte cell adhesion molecule，ALCAM)过度表达，ALCAM蛋白表达与GLI1和GLI2呈正相关[18]。Wang等[19]测定了OSCC中SHH、PTCH和GLI1的表达，提示PTCH过度表达与淋巴转移相关，GLI1过度表达与肿瘤大小、淋巴结转移和肿瘤复发相关。因此，Hh信号通路相关分子的过度表达介导了OSCC及唾液腺恶性肿瘤的发生发展，可能在OSCC及唾液腺恶性肿瘤的生物学行为中起到重要作用[8,11]。Hh信号通路相关分子确实参与了OSCC及唾液腺肿瘤的发生发展，相关分子的过度表达可能是信号通路异常的作用机制，但具体机制仍不明确，需进一步研究。

图1 Hh信号通路“开放”与“关闭”

Figure1.HhSignalPathwayTurnonandTurnoff

Normally, PTCH1 inhibits SMO activity in the absence of SHH, and the Hh signaling pathway is closed. In the presence of SHH, SHH binds to PTCH1, eliminating the inhibition of SMO, and the Hh signaling pathway is open.

2 GLI1蛋白

GLI属于Krüppel样转录因子家族，有3个家族成员：GLI1、GLI2和GLI3。其中GLI1发挥着激活Hh信号的作用，GLI2则可潜在的激活Hh信号，而GLI3主要起抑制此通路作用[7]。已有研究发现，仅GLI1对靶基因具有明确的激活作用，已被公认为抑制是该通路最有效的靶点[20]。GLI1是一种C2-H2型锌指转录因子，包含5个锌指(Zinc Finger，ZF)结构域。其中ZF4和ZF5与DNA序列5′-GACCCCA-3′特异性结合，而ZF1～3则与磷酸骨架相互作用[21]。经典的Hh信号激活会抑制GLI的蛋白水解酶降解，从而增加其细胞质和细胞核水平，在Hh信号通路中转录靶基因[22]。在此过程中，GLI1的转录活性可能受到多种蛋白修饰，GLI转录因子的活性可能受到乙酰化酶p300的限制，β-抑制蛋白1可通过增强p300介导的乙酰化来抑制GLI1的转录活性[23]。研究显示，组蛋白脱乙酰酶(histone deacetylase,HDACS)1和HDACS2可以与GLI1的C-端形成复合物[24]，使用选择性HDAC抑制剂所诱导的GLI1乙酰化能有效地关闭Hh信号通路，抑制肿瘤生长[25]。也有研究表明，GLI可以结合Nanog因子的C端，从而激活GLI。然而Nanog在N端则包含一个基序来抑制GLI1介导的转录激活。此外，GLI1、肿瘤抑制因子p53和Nanog可以构成一个相互作用的循环，此循环受到p53负性调节，p53则负性调节GLI1，但具体调节机制不明[26]。Ivina等[27]研究发现，口腔上皮细胞的增殖活性和GLI1的分布密切相关，GLI1蛋白可以用于诊断恶性转化的早期口腔鳞状上皮。同时也有相关报道称，Hh信号通路影响了口腔鳞状上皮-间质转化为鳞癌的过程[12]。Cui等[28]通过免疫组织化学方法对患者组织标本进行研究，发现鳞状细胞癌中GLI1的表达与T期淋巴结转移和患者总生存率降低显著相关。在74份OSCC样本中，SHH、GLI1和基质金属蛋白酶(matrix metalloprotein 9，MMP9)的表达明显高于非癌组织样本。蛋白的高表达与淋巴结转移有关；而且，GLI1的过度表达与肿瘤复发和临床分期有关。Spearman’s 分析表明，GLI1和MMP9的表达呈正相关，而GLI1和E-钙粘蛋白的表达则呈负相关。Kaplan-Meier结果显示，GLI1和MMP9低表达的患者比高表达的患者存活时间更长。因此，Hh信号通路的转录因子GLI1可能是诱导MMP-9和E-钙粘蛋白表达而引起OSCC侵袭和转移的重要介质，或可成为一种新的肿瘤预后标志物[29]。上述研究表明，GLI1的转录激活可能受到多种途径共同调解，可以通过抑制GLI1活性来抑制Hh信号通路。因此，GLI1有可能成为OSCC靶向治疗的目标[20]。GLI1参与OSCC发生发展的机制较复杂，并且可能与其他通路相互作用。然而，抑制GLI1过表达或可抑制OSCC的发生发展，这为OSCC的治疗提供了一种新的思路。

3 SuFu蛋白

SuFu是一种高度保守的蛋白质，作为Hh信号通路的负性调节因子，负向调控Hh信号通路，是细胞增值和分化的主要决定因素[30]。SuFu蛋白包含两个结构域，由约500个氨基酸组成，其C-端结构域和N-端结构域分别可以和GLI的C端和N端相互作用。当缺乏配体存在时，SuFu阻断Hh信号传导；而在有配体存在时，SuFu与GLI1蛋白分离，从而促进GLI1活化并促使GLI1转移到细胞核，进而促进Hh信号传导[7]。SuFu也可以直接抑制GLI1活性，并将GLI1转录到抑制物上[31]。同时，SuFu可辅助GLI1的有效表达和细胞核定位[32]。然而，针对基底细胞癌(basal cell carcinoma，BCC)[33]、NBCCS[34]、腺样囊性癌[35]研究发现，SuFu存在突变。同时，SuFu的突变破坏了与GLI1的结合[36]。有证据表明，口腔上皮发育不良是一种潜在的恶性病变，但其向OSCC转化的可能机制尚不明确[37]。Dias等[38]研究发现，SUFU在口腔上皮发育不良标本中存在不同程度的表达，但在非肿瘤性口腔黏膜组织中却未检测到Sufu的表达，以上提示SuFu可能参与了正常黏膜向口腔上皮发育不良及OSCC的转化[39]。已有相关研究证据显示，SUFU在全身恶性肿瘤(胶质瘤[40]、胃癌[41]等)组织中低表达，并且SUFU与GLI1的表达呈负相关。然而，SuFu参与口腔发育不良上皮进展为OSCC过程的作用机制仍需进一步研究，Hh信号通路相关分子SuFu可能在其中起着重要作用。

4 总结与展望

Hh通路在细胞增殖、分化、迁徙和凋亡中起着重要的调节作用，其异常激活途径将会导致OSCC的发生[3]。Hh信号相关基因GLI1、SuFu参与OSCC的机制也较为复杂，涉及到多个信号通路[13,42]。因此，抑制Hh信号通路可能会有效抑制OSCC发生、发展、侵袭、转移。目前已研发出多种Hh信号通路抑制剂，环靶明是公认的SMO抑制剂，随后也有9种小分子SMO抑制剂被研发出来，共同作用机制是通过阻断SMO来抑制Hh信号传导[43]。迄今为止，两种SMO抑制剂(sonidegib和vismodegib)[44]已获得FDA批准用于治疗BCC。同时仍有一种特别重要的Hh信号通路抑制剂，为针对PTCH的单克隆抗体[45]。虽然GLI1拮抗剂不如SMO抑制剂广泛,但在GLI拮抗剂中，有GANT58和GANT61[46]，以及FDA批准的GLI1和GLI2转录因子抑制剂ATO[47]等。目前的研究表明，一种纳米生物活性小分子抑制剂奎纳克林能导致口腔癌源性原代细胞中的凋亡，其作用机制是破坏GLI1与β-连环蛋白的相互作用来抑制信号通路[48]。但是目前Hh在OSCC中的作用机制仍不明确，还需进一步研究。GLI1、SuFu可能作为OSCC潜在的诊治靶点，为OSCC的诊治提供一个新的研究方向。

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