Ciclesonide

DOI：10.3760/cma.j.cn131368-20250905-00490 刺猬信号通路在呼吸系统中的研究进展 冯爽曹书琦白诗瑶苏新明  （中国医科大学附属第一医院呼吸与危重症医学科，沈阳 110001）  摘 要刺猬信号通路是一种高度保守的发育调控通路，在人体肺脏发育和肺部疾病中发挥关键作用。在肺脏发育过程中，刺猬信号通路通过协调各个胚层之间的相互作用，精准调控肺分支、肺间质增殖和肺泡间隔形成等生理过程。然而，刺猬信号通路的异常活化将导致各种呼吸系统疾病的发生，如慢性阻塞性肺疾病、支气管哮喘、肺纤维化和肺癌等。在慢性阻塞性肺疾病中，刺猬相互作用蛋白的遗传变异与疾病易感性相关；在支气管哮喘中，它驱动Th2/Th17免疫反应及气道重塑；在肺纤维化中，它促进肌成纤维细胞分化和细胞外基质沉积；在肺癌中，它则通过调控肿瘤干细胞、肿瘤微环境及介导治疗耐药，影响疾病进程与治疗反应。尽管靶向刺猬信号通路的抑制剂在基础与临床研究中展现出潜力，但对非经典通路认知的缺乏仍是当前面临的挑战。本文将深入解析刺猬信号通路在肺脏发育和肺部疾病中的复杂角色，为相关靶向治疗的开发提供理论依据。  关键词肺疾病，慢性阻塞性；哮喘；肺纤维化；肺肿瘤；刺猬信号通路；呼吸系统 刺猬信号通路作为一种在进化过程中高度保守的发育调控通路，在哺乳动物胚胎发育、细胞增殖分化、稳态维持和组织损伤修复等病理生理过程中发挥重要作用。根据其作用机制的不同，刺猬信号通路可分为经典和非经典2种形式。目前，经典刺猬信号通路因其明确的分子机制和广泛的生物学功能成为2种通路中研究较为深入的途径。 肺脏作为人体重要的呼吸器官，其复杂的发育过程和精细的稳态维持功能需要多种信号通路的协同调控。刺猬信号通路可以介导肺脏的发育、调控肺分支、肺泡上皮细胞分化等关键过程。此外，刺猬信号通路自身的异常激活和对其他通路的异常串扰，会导致多种肺部疾病的发生和发展，包括慢性阻塞性肺疾病（慢阻肺病）、支气管哮喘（哮喘）、肺纤维化和肺癌等。本文将从刺猬信号通路的基本构成出发，逐步深入解析其在肺脏发育及各类常见肺部疾病中的具体作用机制，为靶向药物的开发提供新视角。 1刺猬信号通路简介 刺猬信号通路最初由生物学家Eric Wieschaus和Nusslein Volhard于1980年在果蝇中发现。刺猬信号通路的相关基因在果蝇中编码了一种分泌蛋白，而该基因的异常突变会导致果蝇角质层多刺，形似刺猬，因此将其命名为“刺猬信号通路”［1］。刺猬信号通路由声波刺猬（sonic Hedgehog，SHH）、印度刺猬（Indian Hedgehog，IHH）、沙漠刺猬（desert Hedgehog，DHH）、跨膜糖蛋白受体（patched，PTCH）、跨膜蛋白受体（smoothened，SMO）、融合抑制因子（suppressor of fused，SUFU）、胶质瘤相关癌基因同源物（glioma-associated oncogene homolog，GLI）等核心组成部分构成［2］。经典刺猬信号通路通过配体-PTCH-SMO-GLI级联反应传递信号。在无配体的情况下，PTCH会持续抑制SMO的活性，使其处于非激活构象中，SUFU 将 GLI 蛋白螯合在细胞质内，在那里它们被多种激酶复合物磷酸化，导致其水解为 GLI阻遏物形式，从而抑制刺猬信号通路靶基因的转录。当配体与PTCH结合时，其对SMO的抑制被解除，SMO转位并去除了SUFU的抑制作用，形成了GLI激活型，进而诱导靶基因的转录（图1）。 ▲ 图1   2种状态经典刺猬信号通路　　A：在无配体的情况下，刺猬信号通路处于失活的关闭状态；B：在配体与PTCH结合的情况下，刺猬信号通路处于开放的激活状态 注：PTCH为跨膜糖蛋白受体；SMO为跨膜蛋白受体；SUFU为融合抑制因子；GSK-3β为糖原合成酶激酶3β；PKA为蛋白激酶A；CK1为酪蛋白激酶1；GLI为胶质瘤相关癌基因同源物；GLIr为胶质瘤相关癌基因同源物阻遏物；GLIA为胶质瘤相关癌基因同源物激活型 相比之下，非经典刺猬信号通路不依赖于SMO或GLI的激活。由于机制特殊，目前针对该通路的独立研究较少。然而，Huang等［3］报道指出，在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）中，配体与PTCH1之间的相互作用可通过非经典刺猬信号通路促进表皮生长因子受体的降解并抑制其活性。这一发现与当前普遍认为刺猬信号通路异常激活具有促癌作用的观点有所不同，提示非经典刺猬信号通路在肿瘤中的作用仍需进一步探究。 目前，靶向刺猬信号通路的药物研发主要集中于肿瘤治疗领域，其中靶向SMO和GLI的药物研究较为深入。靶向SMO蛋白的药物伊曲康唑、维莫德吉、索尼德吉已进入肺癌治疗临床试验阶段。研究表明，伊曲康唑可以通过抑制SMO活性，显著抑制肺癌细胞增殖并阻断气道上皮间质转化，从而延缓疾病进展［4］。其他在研的SMO拮抗剂如他拉德吉和格拉斯吉布也显现出潜在治疗价值［5-6］。此外，靶向GLI蛋白的小分子抑制剂GANT61也可以有效抑制肺癌、胰腺癌和结肠癌等多种肿瘤细胞的迁移和侵袭［7-8］。 2刺猬信号通路与肺脏发育 肺脏的发育是一个精密又复杂的过程。这一过程可以分为5个阶段，包括胚胎期（妊娠3～7周）、假腺期（妊娠5～17周）、小管期（妊娠16～26周）、囊泡期（妊娠24～38周）和肺泡期（妊娠36周至出生后8岁）。这一漫长的过程通常会持续至儿童期8岁左右，肺部结构才最终发育完善。刺猬信号通路可以通过精密协调内胚层、中胚层和外胚层之间的相互作用，在肺部的发育过程中发挥重要作用。研究表明，抑制刺猬信号通路会导致发育过程中的肺分支形态发生障碍，表现为分支数量减少、上皮及间质增殖比例失衡，进而引起肺顺应性异常增加和气道壁结构缺陷［9］。配体SHH和受体PTCH1表达在肺分支过程中显著上调，但在出生后表达水平明显降低［10］。SHH的缺失会导致小鼠肺叶发育不良，气管形成异常，并显著影响肺间质的增殖与分化［11-12］。此外，SHH还可以通过介导下游靶标，如GLI、Wnt、BMT、TBX等影响肺分支和肺间质增殖［13-14］。值得注意的是，肺上皮中LIM同源域转录因子Islet1也能调控SHH的表达，从而影响肺分支。同时，刺猬信号通路还可以与PDGF信号通路发生串扰，促进肺泡间隔形成过程中成纤维细胞的功能［15］。而皮质醇可以通过与SMO中富含半胱氨酸的结构域竞争性结合抑制刺猬信号通路的激活，影响肺的成熟［16］。Ye等［17］研究表明，刺猬相互作用蛋白（Hedgehog-interacting protein，HHIP）是肺泡生成的关键调节因子。HHIP的缺失能够破坏肺泡生成、影响肌成纤维细胞转化，从而导致婴儿支气管肺发育不良及相关肺气肿的产生。 对于非发育期的成人而言，刺猬信号通路的失调可能导致肺部损伤的异常修复和再生，进而引发肺部纤维化等病理过程［18］。Wang等［19］证实，在成人的肺间质中，刺猬信号通路的激活状况呈现不对称性。刺猬信号通路中的下游效应转录因子GLI1优先在成人肺近端传导气道周围的间质中表达，GLI2优先在远端肺泡间质成纤维细胞中表达。在远端肺组织中，过度活跃的刺猬信号通路会通过改变周围细胞环境，间接抑制肺泡干细胞的自我修复能力。这会导致干细胞与间质细胞之间的协作信号失调，从而驱动肺气肿的发生。 3刺猬信号通路与常见肺部疾病 3.1 慢阻肺病 慢阻肺病是一种以持续性气流受限为特征的慢性炎症性肺病，通常与长期暴露于卷烟烟雾等有害颗粒物有关。其特征性病理改变包括持续性慢性气道炎症、不可逆性气道重塑、气道黏液高分泌和肺实质损伤等。近年来，越来越多的研究表明刺猬信号通路在慢阻肺病发病机制中起关键调控作用［20-21］。 在分子机制层面，刺猬信号通路通过多种途径参与慢阻肺病的病理过程。其中，HHIP作为刺猬信号通路的重要负调节因子，通过结合并抑制配体SHH、IHH和DHH，进而调节刺猬信号通路的活性［22］。全基因组关联研究发现4q31位点7-9附近的HHIP基因是慢阻肺病中复制较多的位点之一。在4q31全基因组关联分析基因座中存在一个远端增强子，该增强子可以在转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）作用时调节人支气管上皮细胞中HHIP的表达，而HHIP和TGF-β信号传导之间的相互作用可能有助于慢阻肺病的发生［23］。功能研究显示，HHIP表达下调会促进人支气管上皮细胞中TGF-β诱导的气道上皮间质转化，导致慢阻肺病患者肺部近端和远端的上皮修复异常［24］。而过表达的HHIP则可抑制慢阻肺病状态下的气道平滑肌细胞过度增殖，并减弱其有氧糖酵解，从而缓解气道重塑［25］。HHIP不仅可以通过调节尼古丁对缰核厌恶回路的作用来影响与吸烟相关肺部疾病的易感性［26］，还可以通过抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸限制肺气肿的进展［27］。此外，Li等［28］的研究进一步发现，哮喘患者中HHIP的变化也与肺功能存在显著关联。但在慢阻肺病和非慢阻肺病患者肺组织中，并不能检测到差异性的HHIP含量变化。这表明HHIP改变的可能是蛋白质的功能而不是蛋白质的表达。与此同时，HHIP表达的异常下调还与肺癌的发生密切相关［29］。越来越多的研究者开始关注刺猬信号通路在慢阻肺病并发肺癌过程中的作用，但其具体机制仍有待进一步阐明。与此同时，靶向刺猬信号通路治疗哮喘和变应性鼻炎的药物——环索奈德，被证实可以有效抑制肺癌细胞的增殖和肿瘤干细胞的生长［30］。 环境因素与刺猬信号通路的交互作用在慢阻肺病发病中同样至关重要。研究表明，吸烟可以激活刺猬信号通路并触发气道上皮间质转化，并影响肺肠轴的形成［31］。而Dai等［32］的研究表明，微RNA（microRNA，miRNA）中的miRNA-210可以通过SHH信号通路参与卷烟烟雾提取物诱导的小鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞凋亡。在慢阻肺病患者的气道上皮中，刺猬信号通路关键分子呈现不同的表达模式：PTCH1、GLI1蛋白表达显著增加，但SHH、GLI2、SMO的表达却显著下降［33］。其中，PTCH1与气道上皮细胞的伤口闭合和黏液分泌密切相关［34］。GLI2的表达减少与肺功能指标第1秒用力呼气容积下降显著相关［35］，并可能导致纤毛发生障碍和黏液分泌改变［36］。此外，空气污染物细颗粒物也可上调慢阻肺病状态下支气管平滑肌细胞中SHH、GLI1和Snail的表达，诱导气道平滑肌细胞的迁移，加重气道重塑过程［37］。 目前，针对刺猬信号通路在慢阻肺病中的研究主要聚焦于HHIP的调控作用上，但该领域仍存在若干重要问题有待阐明。对刺猬信号通路的进一步研究，不仅有助于揭示慢阻肺病的发病本质，还可能为开发新型靶向治疗策略提供理论依据，有望为慢阻肺病易感性和慢阻肺病相关并发症的治疗提供新的思路。 3.2 哮喘 哮喘是一种以慢性气道炎症、气道高反应性和气道重塑为主要特征的异质性疾病。其核心病理改变包括持续性气道炎症、气道高反应性和进行性气道重塑［38］。哮喘的发病机制复杂，涉及遗传、环境、免疫调节等多种因素。根据其免疫学特征和临床表现不同，哮喘可分为2型哮喘（Th2型哮喘）和非2型哮喘（非Th2型哮喘）2种亚型。2型哮喘主要由Th2及2型先天淋巴细胞活化介导，而非2型哮喘则主要涉及Th1、Th17和中性粒细胞等多种免疫细胞。在分子水平上，哮喘小鼠模型的肺组织分析显示SHH、PTCH1、SMO和GLI1等刺猬信号通路关键组分的表达均显著上调［39］。 刺猬信号通路还通过调节局部T细胞功能参与哮喘的免疫反应。研究表明，刺猬信号通路靶基因GLI的下游靶标涵盖IL-4、IL-1rl1等Th2调节因子［40］。此外，刺猬信号通路相关分子SMO与GLI3在Th17模型中上调，并能经IL-6/STAT3通路调控Th17分化［41］。在肺组织中，SHH能够直接向T细胞传递信号，促进Th2的分化和功能，从而驱动过敏性哮喘的发生［42］。抑制SMO可以显著减少肺组织中T细胞浸润和Th2数量，并对过敏性气道疾病具有保护作用。例如，SMO抑制剂维莫德吉已被证实能够改善哮喘小鼠的气道炎症和疾病进展［43］。 刺猬信号通路除了能够介导免疫调节作用外，还能够参与哮喘的气道重塑过程。研究表明，刺猬信号通路可以通过TGF-β1介导的PTCH1-SMO-GLI轴，调控哮喘气道重塑的发生［44］。此外，IL-4/IL-13诱导的JAK/STAT6信号传导能够上调SHH的表达，从而驱动过敏性气道上皮重塑［45-46］。而STAT6可以直接结合在SHH启动子区域介导SHH的转录。在屋尘螨和TGF-β1介导的哮喘模型中，SHH信号通路通过诱导气道上皮细胞发生上皮间质转化，进一步加剧气道重塑［47］。与此同时，SHH信号通路在过敏性气道上皮细胞中的高表达还可以诱导杯状细胞化生，增加黏液和黏蛋白分泌。此外，刺猬信号通路可以通过抑制miRNA-206的表达，上调气道平滑肌细胞中脑源性神经营养因子的表达，进而影响气道神经支配和重塑过程［48］。而miRNA-212-3p可以干扰靶基因SHH，进而抑制TGF-β1刺激导致的气道上皮间质转化［49］ 。 总之，刺猬信号通路在哮喘的免疫调节、炎症反应、气道重塑中均发挥重要作用，可能成为未来哮喘治疗的潜在靶点。 3.3 肺纤维化 刺猬信号通路在肺纤维化中的重要作用已得到广泛证实。肺纤维化是一种以肺部组织异常瘢痕组织形成和过度沉积为特征的间质性肺疾病，其发病过程涉及上皮间质转化、炎症反应及氧化应激等多种病理过程。在此过程中，刺猬信号通路被广泛激活。研究表明，在肺纤维化细胞模型中，Ⅱ型肺泡上皮细胞及间质细胞中的刺猬信号通路表达显著上调［50］。该通路的激活可通过介导SMO和GLI等关键因子，直接诱导成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，促进胶原沉积［51］。此外，刺猬信号通路与肺纤维化的其他核心机制也存在密切的交互作用。一方面，它参与调控细胞自噬过程［52］；另一方面，Ⅱ型肺泡上皮细胞分泌的SHH可经骨桥蛋白介导巨噬细胞活化，进而推动纤维化进展［53］。而在动物模型中，小鼠肺组织中SHH的过表达可以诱导特发性肺纤维化潜在标志物CXCL14的上调［54］。与此同时，刺猬信号通路还与TGF-β信号通路存在显著的串扰关系。刺猬信号通路可以刺激TGF-β的表达，进而增强TGF-β信号通路自身诱导的促肺纤维化效应。 在治疗方面，特发性肺纤维化的常用治疗药物吡非尼酮可以通过调节 SUFU、GLI等的表达，干扰刺猬和TGF-β信号通路，从而影响肺纤维化的发生和发展［55］。一些传统药物香青兰和神思肌归片也被发现具有通过抑制刺猬信号通路发挥抗纤维化作用的潜力［56-57］。 3.4 肺癌 肺癌是一种起源于肺部组织的恶性肿瘤，是全球范围内高发病率和病死率的癌症之一。从病理分型上看，肺癌主要分为小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）和NSCLC。刺猬信号通路的异常激活不仅能直接促进肿瘤细胞的生长、增殖与侵袭，还在肿瘤血管生成、免疫逃逸及侵袭转移等过程中扮演关键角色。且在多种肿瘤中，刺猬信号通路还常在干细胞区室中被差异激活。 SUFU依赖性激活在SCLC中尤为重要［58］。研究表明，SHH高表达与SCLC患者更短的生存期相关，并且可能作为SCLC的预后标志物［59］。体内外实验均证实，SMO的组成型激活会促进SCLC的发生和发展，而应用SMO抑制剂可有效抑制其生长［60］。然而，Vestergaard等［61］发现，虽然刺猬信号通路对SCLC体内生长至关重要，SCLC细胞系中却未见某些关键刺猬信号通路成员的表达。这提示刺猬信号通路在SCLC中的作用可能不主要源于肿瘤细胞本身。此外，Cochrane等［62］研究证实，TP53与RB1这2个经典抑癌基因的联合失活会导致细胞对配体的过度敏感。神经发生相关蛋白则可通过稳定GLI1和SMO的表达，促进SCLC肿瘤干细胞的形成与侵袭性［63］。SCLC中的刺猬信号通路还可与核因子κB通路、Wnt通路及bombesin样神经肽介导的信号通路发生串扰，共同推动疾病进展。 在NSCLC中，同样存在经典刺猬信号通路激活机制。NSCLC细胞可分泌SHH配体，激活肿瘤相关成纤维细胞的刺猬信号通路，形成正反馈循环。肿瘤相关成纤维细胞分泌的蛋白质又能通过旁分泌方式激活其他信号通路，诱发细胞外基质重塑［64］。但刺猬信号通路是否参与NSCLC的干细胞维持仍有待阐明。 基于上述机制，研究人员不仅开发了靶向刺猬信号通路的抗肿瘤药物，也日益认识到该通路在肺癌治疗耐药中的重要作用。刺猬信号通路广泛参与化疗、放疗、酪氨酸激酶抑制剂和其他肺癌靶向治疗的耐药过程。例如，Ahmad等［65］报道了刺猬信号通路参与紫杉醇获得性耐药，而黄芪甲苷、雷公藤内酯等可基于该通路逆转耐药。应用刺猬信号通路抑制剂还能增强NSCLC、基底细胞癌及头颈部鳞癌对放疗的敏感性［66-67］。Corte等［68］指出，SMO基因扩增介导的经典刺猬信号通路激活是肺癌对酪氨酸激酶抑制剂药物耐药的重要机制。伊曲康唑［69］与谷胱甘肽过氧化物酶 GPX2［70］等则可通过调控刺猬信号通路逆转这一耐药过程。此外，Rodriguez-Blanco等［71］还探索了SMO的上游潜在靶点，并提出SKN与DISP-1HH或将成为新的研究方向。 4总结与展望 综上所述，刺猬信号通路在呼吸系统的发育、稳态维持及疾病进展中均发挥关键作用。该通路不仅调控肺分支形态发生和间质细胞增殖，还参与慢阻肺病、哮喘、肺纤维化和肺癌的病理进程。刺猬信号通路通过介导气道重塑、免疫细胞分化、慢性炎症反应、上皮间质转化及细胞外基质沉积等多重机制影响疾病的发生和发展。这些发现不仅深化了对呼吸系统疾病发病机制的理解，也为开发新型靶向治疗药物提供了新的理论依据。但目前对于非经典刺猬信号通路的研究仍存在挑战。未来，对刺猬信号通路更全面、更深入的理解，必将为攻克一系列难治性肺部疾病开辟新的道路。 （参考文献略） 点击页面左下角“阅读原文”，了解更多相关内容