Hedgehog通路与TGF-β通路对肝纤维化的影响
- 格式:docx
- 大小:22.21 KB
- 文档页数:4
在胚胎组织和胚胎发育过程中Hedgehog(HH)通路具有非常显著的作用,如增殖、分化、和组织构建等,在成年人的组织和器官中,HH信号传导涉及组织修复和再生。作为对靶基因进行调控的核心因子,Gli能够对TGF-β通路进行调控。对于多种细胞过程,转化生长因子-β( TGF-β)家族因子都能够进行调控,其中包括细胞外基质合成、细胞迁移、分化和增殖等,对于组织内环境稳定的维持和胚胎发育都能够实现积极的调控作用。 通过对下游Smad蛋白进行介导,依赖Gli2实现对Gli1的快速诱导,进而实现对HH通路的调控。 尽管它们的典型信号转导级联已被很好地表征,但越来越多的证据表明这些途径能够发挥重叠的活性,成为纤维化和癌症的治疗靶向。
1. HH信号通路的调控作用
下游靶基因、转录因子、跨膜蛋白和膜蛋白复合物以及分泌性糖蛋白配体是组成HH通路的主要基本内容。 Desert HH( Dhh)、 Indian HH( Ihh)和 Sonic
HH( Shh)这三种分泌型 Hh配体是哺乳动物最基本的三种配体,并且这三种配体所在区域各不相同。 在毛发、皮肤、肢体、消化道和神经系统当中主要是SHH进行参与; 在胰腺、消化道的发育过程中主要是Ihh进行参与; 外神经周围、胰腺和性腺当中才会有Dhh分布。 其中阳性表达最高、分布最广的蛋白就是Shh。HH信号通路中存在两个跨膜蛋白受体: Smoothened (Smo)和Ptched(Ptch)是,Ptch1与Ptch2分别是Ptch的两个同源基因。 Hh配体与 Ptch的结合活性受到生长阻滞特异基因1( growth arrestspecific gene1, Gas1)、
Hh相互作用蛋白( Hip)、细胞黏附分子相关/被癌基因下调基因( cell adhesion
molecule- related/ down- regulated by oncogenes, Cdon/ Cdo)及其家族成员 Boc等的调节。 Hip抑制Hh与Patch结合,负性调控HH信号通路。 Gas1是一种 GPI锚定细胞表面蛋白,既往认为 Gas1对 Hh与 Ptch结合产生抑制作用,目前则认为其通过结合 Hh信号结合肽以增强传导作用, Cdon/ Cdo及
Boc有利于 Hh与 Ptch结合促进信号传导。作为G蛋白耦联受体超家族的成员之一,Smo主要通过靶基因活性和细胞信号传导。胞质蛋白复合体的主要由 Fu抑制物[( suppressor of fused, Su( Fu)]、苏氨酸基和丝氨酸以及类运动蛋白( Costal-2, Cos2)和锌指转录因子 Gli构成。 Gli1,Gli2,Gli3分别是Gli的三个亚型:分别编码相应蛋白,这些蛋白定位于胞核及细胞基质,其中具有抑制和激活双重功能的是 Gli2,能够发挥转录抑制功能的是 Gli3,而
Gli1的功能就是转录激活。同时参与HH通路转导的核内因子还有蛋白激酶A(PKA)类等。
通常情况下, Smo蛋白和 Ptch结合之后,能够有效的抑制下游通路,从而将 Hh信号控制在静息状态,从而将 HH下游的 Gli效应分子进行磷酸化,最终实现对基因表达的抑制作用。当和 Hh蛋白与 Ptch结合以后, Ptch不再对对 Smo有抑制作用, Smo会将信号传递给由驱动蛋白 Cos2和 Fu组成的蛋白复合体,从 Gli成员中的转录因子( cubitusinterruptus, ci)向核内进行转移,促使下游基因进行表达。 综上Hh、Smo、Fu能够激动HH信号通路,而Ptch、Cosd2、Su(Fu)起抑制作用。HH信号通路的重要成员Gli蛋白是重要的转录基因,是激活HH通路的重要因子。Gli2作为Gli1的功能上游,同时是HH通路的核心递质,它能和Glil启动因子相结合从而促进Glil表达。 调节HH通路的下游信号通路如TGF-β,Notch,Wnt,EGF等通路,并与之发生交互作用,形成信号网络。
2. TGF-β通路的调控作用 在哺乳动物中的TGF-β配体的产物存在3种形式: TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3。
TGF-β信号通路有 TGF-βⅠ型受体( Tβ RⅠ)、 TGF-βⅡ型受体( Tβ RⅡ)与 TGF-βⅢ型受体( Tβ RⅢ)三种的高亲和力受体, Tβ R- I和 Tβ R-Ⅱ都是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体,是细胞内激活 TGF-β信号的基本受体,。 虽然TβR-Ⅲ缺乏固有的酶活性,但是它是最丰富的受体,它作为一个辅助因子调节TGF-β的细胞反应。 作为Sma蛋白和Mad蛋白以及类似物的统称,Smad蛋白可以从其功能和结构上分成三种: 第一种是抑制型(Inhibitory Smad,I-Smad):
主要为Smad6与Smad7,它们在 TGF-β信号中主要进行负调节作用; 第二种是受体特异型(Receptor-specific Smad,R-Smad): 它由TβRⅠ所激活的,包括 Smad1、Smad 2、Smad 3、Smad 5与Smad 8 等 ,在 TGF-β家族信号中的发挥传递作用。 第三种就共同型(Common mediator Smad,Co-Smad):在人体内为 Smad4, R- Smad磷酸化后就会与受体Ⅰ分离,和 Smad4构成杂聚体,入核后实现对靶基因转录的调节。
TGF-β蛋白和细胞膜上的 Tβ RⅠ、 Tβ RⅡ特异性结合形成异源四聚体,具有持续激活活性的 Tβ RⅡ磷酸化复合体中的 Tβ RⅠ,之后对细胞浆中的
Smad2和 Smad3进行磷酸化,然后和 Smad4结合,之后与其他转录因子共同结合,形成多聚体复合物转位至核内并在进行累积,调控靶基因转录。同时,核内具有活性的 Smad2、 Smad3可在磷酸酶 PPM1 A的作用下发生去磷酸化反应,随后被运出细胞核,进行下一个循环的激活反应。 这种途径被为是经典的 TGF-β 信号通路。 除了激活Smad依赖的下游信号,TGF-β还通过可以通过激活各种依赖于Smad2、Smad3的途径发挥作用。撕裂原激活的蛋白激酶( MAPK)家族具有丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶活性,受到促有丝分裂反应物刺激,能够调节细胞分化、增殖、活力和凋亡。 TGF-β能够激活已知的三条 MAPK
信号通路: 细胞外信号调控激酶(ERK),p38-MAPK和JNK信号通路。它们即能调节 Smad蛋白的作用,也能启动 TGF-β不依赖Smad的信号反应。ERK的活化对Smad通路起到促进或抑制两种相反作用。与之相比,p38-MAPK和JNK信号通路通常增强TGF-β/Smad 效应。此外,p38-MAPK通路介导的TGF-β引起细胞周期暂停功能被认为与Smad蛋白无关。 除了Smad和MAPK,TGF-β通路还能激活Akt和 Rho信号通路,并和Wnt、Notch通路发生协同作用。 此种途径为不经典的TGF-β信号通路。两种TGF-β信号通路之间的不平衡与人类许多疾病发展相关联。
3 HH信号通路与TGF-β信号通路的交互作用
黄大伟等发现通过抗纤软肝颗粒能够抑制Shh、Ptc、Smo、Glil表达从而使TGF-β1表达下调。梁勇等使用特异性阻断剂环靶明( cyclopamine, Cyp),发现 Smo的下调可降低 TGF-β1的表达,表明 Smo能够调控下游 TGF-β信号通路。 通过膜结合的受体复合物, TGF-β配体对细胞进行应答诱导,磷酸化并活化 Smad,随后其在细胞核中积累,促进靶基因反式激活。 近年来,在肿瘤细胞、胰腺癌细胞和角质细胞当中发现TGF-β信号通路当种的早期目的基因就是Gli2。 TGF-β启动区通过招募 Smad3、 Smad4蛋白形成复合物,和β-
catenin蛋白共同作用诱导 Gli2表达,显示 Gli2表达也可以通过 WNT/β-
catenin通路进行调节。TGF-β信号通路可通过多种机制促成Gli蛋白特异性应答: TGF-β诱导的Gli2蛋白可参与由HH配体激活的信号转导并增强HH诱导型转录应答。 TGF-b可能抑制PKA活性,从而限制蛋白酶体对Gli蛋白的加工; TGF-β诱导的Gli2也可以独立地作用于HH途径并直接激活其转录靶标。 这种机制当种并不会涉及到Ptch/Smo蛋白。
4 HH与TGF-β信号通路对肝纤维的影响
肝纤维化是一中由各种致病因子所致的病理生理过程,表现为组织结缔组织异常增生。 在肝脏修复愈合的过程中,任何肝脏损伤都有肝纤维化的过程,肝纤维长期持续就会破坏组织的正常组织结构, 发展成为肝硬化甚至肝癌。慢性病毒感染、慢性酒精中毒、化学毒物或药物中毒、自身免疫性损伤等多种致病因子可诱发肝纤维化。当组织结构发生改变,肝脏内血管受到压迫后发生扭曲或者闭锁现象,动脉与静脉之间也可能发生“短路”吻合,使门静脉系统的血管阻力显著升高,形成门静脉高压,使脾脏肿大、生成腹水、曲张胃底食管静脉,可能存在上消化道静脉曲张,从而破裂出血的危险。细胞外基质的沉积也会阻碍细胞之间的血液微循环通道,因而造成循环障碍,影响肝细胞的血液供应,受到炎症而损伤的肝细胞不能较好的修复甚至会导致损伤加重,功能正常的肝细胞越来越少,进一步加速肝纤维化的进展。 通过内部环境的改变与外部的治疗,肝纤维化的早期可以被逆转,但是如果肝纤维化持续进展将会导致肝硬化、肝衰竭等,后果将极为严重。
过量细胞外基质的沉积是肝脏纤维化的一个重要特点,肝星状细胞( HSC)的活化能够调控作用胶原纤维的沉积, 是纤维化过程的关键环节。 同时枯否氏细胞( Kupffer)通过 TGF-β与活性氧物质的作用, 促进基质的合成、细胞的增殖以及 HSC中脂滴的流失; 窦状小管内皮细胞同样也会活化TGF-β,促进纤连蛋白的产生,使HSC的活化;通过血小板衍生生长因子(PDGF)、 TGF-β、表皮生长因子(EGF),血小板也提供旁分泌刺激。TGF-β可通过下调基质金属蛋白酶(MMPs)同时上调基质金属蛋白酶组织抑制因子(TIMPs),使ECM合成增加而分解减少。在细胞外基质降解的级联蛋白水解过程中,MMPs起着至关重要的作用。内肽酶MMPs拥有高度同源性,能够进行有效分解各种细胞外基质。
TIMPs作为天然的MMPs抑制剂,能够特异性下调MMPs的表达。TGF-β通过诱导HSC从而实现 TIMPs合成的作用,最终对MMPs的表达进行有效抑制,最终实现降解ECM的作用。在胶原分泌与HSC激活中,Hh通路具有重要的调节作用,并且深刻影响着肝纤维化进展。 HH信号通路曾被认为是调节胚胎形成与发育过程中的经典通路,但最新的研究发现,在组织损伤中,它还能调控细胞分化、迁移、增殖及修复。持续或过度的 Hedgehog信号通路活化可诱导 HSC异常激活,实现对α-平滑肌蛋白表达的增加和Ⅰ型胶原蛋白表达的增加,肝组织受到损伤后过度增生,加速肝纤维化发展。 近年来学者发现 HH通路能够激活HSC。当 HH通路被激活时, Gli通过向细胞核转移的方式实现对下游靶基因的转录,对 HSC、窦状内皮细胞以及胆管上皮细胞转换为肌成纤维细胞过程中起着重要作用。在慢性肝损伤的修复过程中,HH信号通路直接调控HSC的上皮-间质转化(Epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)、促进肝脏上皮再生修复。同时HH通路与TGF-β等多种信号通路交互作用共同参与肝纤维化的过程。
5 展望
肝纤维化和很多信号通路都有关联, TGF-β通路会参与在肝脏疾病发展的整个过程, HSC活化因子当中最强的就是 TGF-β1,因为下游靶基因和 HH信号通道在细胞内的转移、发育和增殖以及凋亡过程中都具有十分重要的意义。