信号通路调控唾液腺发育、再生及疾病的研究进展

薛博元 于成龙 左金华

唾液腺是口腔颌面部组织的重要组成部分，分支形态发生是唾液腺发育的重要步骤，需上皮和间质的相互作用。炎症、损伤、肿瘤、放疗及增龄性变化等均可能导致腺体功能障碍，给患者生活带来严重影响。目前随着基因转导技术、组织工程学的日益发展，以信号通路关键蛋白为靶点改变器官或组织的结构与功能，从而治疗相关疾病的医学策略备受关注。已知唾液腺发育、唾液腺功能减退后恢复以及某些唾液腺疾病的侵袭和转移是受多个信号分子相互作用共同调控的，本文将集中讨论调控唾液腺生长发育、修复再生以及相关疾病中几种主要信号通路的潜在机制及研究现状。

一、层粘连蛋白-整合素信号通路

层粘连蛋白(laminin)是最广泛表达的细胞外基质(extracellular matrix,EMC)蛋白之一，在多种系统不同阶段发挥重要功能。整合素(integrin)是存在于哺乳动物细胞表面由α、β亚基组成的跨膜受体。许多器官分支形态发生依赖EMC蛋白和整合素受体的相互作用，其中唾液腺上皮细胞也不例外。不同类型的层粘连蛋白和整合素受体共同维持唾液腺的稳态，其中大部分包含整合素的β1亚基。Wu等[1]通过分离、扩增人正常腮腺组织所分泌唾液中的干/祖细胞进行研究证实，在唾液腺腺泡细胞重组过程中，层粘连蛋白以及整合素α1β1激活的力驱动的相互作用起着关键作用。有研究发现，层粘连蛋白α5通过整合素β1信号影响成纤维细胞生长因子受体(fibroblast growth factor receptor,FGFR)的表达，从而调控颌下腺上皮细胞的形态发生，而整合素β1也可以反过来调节层粘连蛋白α5[2]。Thiemann等[3]研究证明，成纤维细胞生长因子2(FGF2)可以上调水通道蛋白-5及整合素α3β1和α6β1的表达，促进小鼠下颌下腺(submandibular gland，SMG)的形态发生和分化。因此笔者推断，整合素α1β1、α3β1、α6β1、层粘连蛋白α5以及它们之间的相互作用在唾液腺干/祖细胞的增殖和正常唾液腺发育过程中起重要作用。

层粘连蛋白-整合素(laminin-integrin)通路失调会导致多种唾液腺相关疾病的发生。层粘连蛋白α1/α2及其受体整合素α1β1/α2β1的相互作用在闰管祖细胞向腺泡细胞分化过程中起着关键的作用，当其失调时会导致舍格伦综合征(Sjögren′s syndrome，SS)中腺泡细胞重组受损[4]。相反在唾液功能受损时，具有laminin-integrin信号的唾液腺干/祖细胞在其功能恢复过程中也起关键作用。整合素α3β1、α6β1可以通过细胞外信号调节激酶1/2信号通路与层粘连蛋白α1衍生多肽SIKVAV相互作用来增强人唾液腺腺样囊性癌(adenoid cystic carcinoma,ACC)细胞的蛋白酶活性[5]。作为特异性细胞黏附分子，层粘连蛋白受体整合素β4在涎腺肿瘤的细胞质和未极化的膜上显著表达[6]。

二、转化生长因子-β信号通路

转化生长因子-β(TGF-β)家族在动物细胞中编码有33个基因，其信号的失控会导致发育异常和疾病，而信号增强则会导致癌症和纤维化。TGF-β和整合素在生殖系统、纤维化疾病、癌症和损伤修复等生理和病理过程中有相互联系，在某些外分泌腺包括肝脏及唾液腺的发育及相关疾病中也不例外[7]。有研究表明，整合素β1是肝脏发育和再生过程中的关键决定因素，具有调节TGF-β分泌的作用[8]。Lourenço等[9]研究证实，在TGF-β1刺激下，多形性腺瘤(pleomorphic adenoma，PA)细胞的整合素β表达增加。而在ACC细胞中这种刺激的反应较弱。这很可能验证了良恶性细胞生物学行为的重要差异。在大鼠SMG再生过程中，TGF-β1参与了层粘连蛋白周围的环境[10]。因此可以推断，TGF-β与laminin-integrin信号通路在腺体发育和相关疾病中有着密切的联系。

有研究证实,在小鼠SMG的发育中，TGF-β可以激活细胞外调节蛋白激酶通路与上皮细胞表面受体结合调控唾液腺的发育[11]。唾液腺各种生理和病理状态都可以表现为纤维化，TGF-β通路在以唾液腺在内的多个器官纤维化中起着关键作用。TGF-β1和β2是促纤维化配体；而β3和一些骨形态发生蛋白是抗纤维化配体；而β1的异常过度表达导致唾液腺功能减退，因此，β1又被认为与涎腺炎、放疗后唾液腺功能障碍和SS的促纤维化发病机制有关[12]。在原发性干燥综合征(primary Sjögren′s syndrome,PSS)中，TGF-β在其中表达变化多样并对控制淋巴浸润、淋巴细胞和导管上皮的增殖可能有重要意义,Sisto等[13]研究证实，上皮间充质转化在PSS和唾液腺纤维化中起着至关重要作用，而典型的TGF-β1/Smad通路又在白细胞介素-17诱导下参与上皮间充质转化。在ACC中，TGF-β1可以促进癌的迁移和侵袭，Ⅲ型TGF-β受体在ACC中的表达受到明显抑制，但其瞬时过表达可以诱导细胞凋亡，抑制癌细胞生长和迁移，这可能为治疗ACC提供了一种新途径[14]。综上所述，TGF-β家族成员对调控唾液腺组织形态发生、细胞分化、增殖以及某些疾病侵袭和转移至关重要。

三、Wnt/β-连环蛋白信号通路

Wnt信号转导级联是整个动物界发育的主要调节因子，在胚胎发育和组织动态平衡过程中对干细胞更新、细胞增殖和细胞分化都具有重要作用。但突变的Wnt信号转导途径会导致与多种生长相关的病理和癌症的发生[15]。其中Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)为唾液腺发育再生和一些疾病核心的信号通路，通常被称为“典型的”Wnt通路。在唾液腺发育中，上皮间充质相互作用是至关重要的。Haara等[16]揭露了间充质Wnt/β-catenin活性调节小鼠SMG的形态发生，间充质Wnt/β-catenin诱导其下游的外胚层发育不良蛋白(ectodysplasin，EDA)通路表达从而激活上皮Edar/NF-κB信号通路。EDA既是Wnt通路的下游也是Hedgehog(Hh)通路的上游。Matsumoto等[17]研究证明，在SMG发育早期，Wnt信号通过上调Myb转录因子抑制末端芽的形态发生和向前腺的分化，并且抑制导管形成，从而控制SMG器官发生的时间。Wnt/β-catenin信号又是成年唾液腺干细胞的关键驱动因素,对恢复辐射诱导后唾液功能减退中起着重要的作用，其中有力的证据是，高表达的上皮细胞黏附分子和在纳米纤维微孔中三维球形培养的唾液腺驻留干细胞通过激活Wnt信号促进干细胞的特性,对治疗放疗后受损的唾液功能减退是有益的[18]。

Wnt/β-catenin信号通路既与唾液腺的发育以及驱动干细胞有关，也与唾液腺的一些疾病的发展密不可分。Fernández-Torres等[19]对Wnt/β-catenin信号通路中的14个基因的25个多态性进行了基因分型，证实了Wnt/β-catenin信号通路相关基因(LRP5、FRZB和ADIPOQ)增加了PSS的风险。β-catenin和上皮细胞黏附分子(epithelial cell adhesionmolecules，EpCAM)与唾液腺黏液表皮样癌(mucoepidermoid carcinoma，MEC)的生长及恶性化程度呈正相关，两者为协同关系[20]。Wnt信号对于确定ACC中的肿瘤分级至关重要，在转移性和侵袭性较强的ACC细胞中可见Wnt抑制因子1(WIF1)表达下调以及Wnt/β-catenin和Wnt1通路表达上调，这些结果提示，“典型的”Wnt通路相关成分的改变可能与ACC的发生、侵袭和转移有关[21]。不仅在ACC中存在Wnt通路相关成分的改变，在多个人类唾液腺良恶性肿瘤中也存在Wnt通路明显的失调，包括PA、腺癌NOS和MEC等[22]。

四、Hedgehog信号通路

Hedgehog(Hh)信号通路在哺乳动物的面部发育及疾病中具有重要的作用，已被证实了有3种Hh信号通路：Sonic hedgehog (Shh)、Indian hedgehog (Ihh)和Desert hedgehog (Dhh)。其中Shh在面部和胚胎其他部位的功能范围最广，而Ihh和Dhh发挥的作用较有限。Shh配体和其受体Ptch相互作用可以部分地通过激活EGF/ErbB/ERK1/2信号系统来刺激胎鼠SMG的分支形态发生[23]。在唾液腺胚胎上皮中，Shh的表达是由Wnt通路下游的Edar/NF-κB通路诱导的，而Hh通路又是EDA/NF-κB的重要介导者[16]。因此可以认为Hh通路与Wnt和EDA途径有密切联系且在唾液腺发育中具有重要的作用。

Hai等[24]通过研究证实，抑制细胞衰老可能通过短暂激活Hh信号，促进DNA修复，降低氧化应激，从而挽救辐射所致的唾液腺细胞功能低下来维持唾液腺干/祖细胞特性、副交感神经支配和相关基因的表达等，具有促进唾液腺再生的作用，并且Shh激活的SMG驻留巨噬细胞，其旁分泌因子与内皮细胞、上皮祖细胞旁分泌因子间的相互作用，同样在挽救放射性受损的唾液功能中起重要作用[25]。以上都提示上皮中的Hh信号瞬间激活是促进放射治疗后唾液腺再生的一种有前途的策略。Hh信号通路在相关疾病中也扮演着重要的角色。在人类味觉功能障碍中，腮腺唾液中存在的Shh明显降低,因为Shh与味蕾的生长和发育有关[26]。常见的涎腺肿瘤包括PA、MEC和ACC等，其组织病理学差异很大。Hh信号通路和信号转导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription,STAT3)在细胞增殖中起重要作用，有利于肿瘤的发生、发展。有研究发现，其中Hh信号通路在PA、MEC和ACC细胞构筑模式的形成和维持中可能起作用，STAT3也参与了ACC的发育，但与神经周浸润无关[27]。

五、展 望

综上所述，唾液腺的发育再生及相关疾病的发生、发展是一个复杂的过程，并非某一信号通路单独参与调控，而是通过多个信号通路相互作用来完成的。在过去的20年里，国内外研究者对唾液腺形态发生的分子控制等相关研究已取得显著进展，但目前对于各种信号通路参与调控唾液腺发育、生长、再生及疾病过程及其机制的研究仍处于早期阶段。本文仅提及4种应用较为广泛的信号通路，尚有其他信号通路如成纤维细胞生长因子受体(FGFR)信号通路、表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)信号通路以及Notch信号通路等在唾液腺组织及细胞中也起着重要作用。随着分子生物学的发展，越来越多的信号通路及其调控机制将被揭示，进而为临床上治疗唾液腺的损伤再生以及相关疾病提供指导与理论依据，也将为今后的研究提供新的思路。