音猬因子在心肌缺血再灌注损伤中的研究新进展

黄纬凌　杨　俊

(三峡大学心血管病研究所　三峡大学第一临床医学院心内科，湖北　宜昌　443003)



音猬因子在心肌缺血再灌注损伤中的研究新进展

黄纬凌杨俊

(三峡大学心血管病研究所三峡大学第一临床医学院心内科，湖北宜昌443003)

缺血再灌注损伤；音猬因子

早期血运重建是急性心肌梗死(AMI)首选治疗方法，然而，同时引起的心肌缺血再灌注损伤(MIRI)是影响远期预后的重要因素〔1〕。音猬因子(SHH)最初是在研究果蝇体内产生的导致幼虫刺突突变的蛋白时被发现的，形似刺猬，故名刺猬因子(HH)因子。之前的研究主要是围绕其在治疗各种癌症中的作用。最近研究发现SHH信号通路在MIRI中的某些炎症反应过程和冠脉血管发育中发挥了重要作用。SHH主要通过上调血管生长因子促进新生血管形成发挥对抗MIRI作用〔2〕。本文主要对SHH信号转导途径以及在MIRI治疗中机制的研究新进展进行综述。

1　SHH的结构与分布

1.1SHH分子特征SHH是一个进化上相对保守但是在全身各个系统的发育及组织形态发生中起关键作用的因子。SHH前体蛋白由三个结构域组成，起始段由23个氨基酸组成的多肽，中段由174个氨基酸组成的成熟区，尾段由266个氨基酸组成的自动处理区域。催化切割使自动处理区和起始段的多肽脱落，成熟区则形成有活性功能的SHH蛋白〔3〕。

1.2SHH表达与分布SHH是在胚胎发育过程中调节上皮-间质相互作用的关键因子，但它的信号通路在正常情况下一般保持沉默。最近Wang等〔4〕发现，在心肌受损后SHH配体可在球根动脉内表达，促进心外膜再生。不仅如此，其在针对多种神经系统肿瘤细胞的发生发展以及骨髓间充质干细胞和成骨细胞的早期愈合并促进骨小梁形成中也是研究热点〔5〕。此外SHH可以刺激人基质金属蛋白酶(MMP)-13的产生，刺激软骨细胞信号传导，在骨性关节炎的产生中有重要作用〔6〕。

2　SHH的配体识别及信号转导途径

SHH跨膜蛋白信号通路主要分为依赖GLI转录因子家族经典的SHH信号转导途径和其他非经典的SHH信号转导途径。

2.1经典的SHH信号转导途径经典的SHH信号通路是通过影响SHH蛋白与跨膜受体Patched1(PTCH1，一种12跨膜蛋白，有两个细胞外结合域和1个胞内结合域)的结合。配体结合PTCH1后，解除了对SMO(一种7跨膜蛋白，G蛋白耦联受体超家族成员，在细胞内信号传导和靶基因的激活中发挥作用)的抑制作用〔7〕。SMO活化细胞核内的GLI家族转录因子GLI1、GLI2、GLI3，活化后的转录因子与目的基因结合启动转录。GLI3基因表达上调白细胞介素-8和趋化因子受体2的配体。白细胞介素-8促进内皮细胞迁移和管腔形成，而趋化因子受体2配体动员造血干细胞有助于诱导缺血后的血管再生。GLI3表达内皮细胞同时上调血小板衍化内皮细胞生长因子表达促血管生成的细胞因子〔8〕。在SHH配体缺乏时，PTCH1抑制SMO蛋白迁移及其活化致SMO蛋白失活，GLI蛋白对SHH负调控可以阻止SHH核转位、靶基因的表达与细胞反应的诱导〔2〕。有研究表明，GLI是被细胞质中抑制SHH信号通路蛋白(SuFu)结合并分解。存在SHH的时候，SHH因子在细胞膜上跟PTCH结合，导致PTCH1功能退化，从而释放SMO去激活下游的GLI2/GLI3复合体活化〔9〕。GLI活化后被SuFu释放成为活性形式进入细胞核，促进SHH信号通路基因的转录〔10〕。

2.2其他信号转导途径大量证据表明，SHH的信号通路除了经典的转导途径，还有其他不依赖GLI转录因子的信号转导途径。最近Lee等〔11〕研究发现尿嘧啶也是SHH信号通路的下游激活特异性配体。尿嘧啶诱导内涵体形成，然后在细胞内通过内涵体的形式传递信息。目前对尿嘧啶如何诱导SHH通道表达尚不明确。

3　SHH在MIRI治疗中的相关进展

之前Johnson等〔12〕的研究已经发现SHH可以上调血管生长因子家族中的各种血管生长因子，Palladino等〔13〕对哺乳动物的SHH基因治疗表明SHH能显著增加多种生长因子以促进骨骼肌新生血管形成，有效增加了缺血部位细胞和血管数。Renault等〔14〕对SHH直接促进血管生成的研究也发现，SHH可以通过Rho/ROCK信号通路直接影响血管生成和诱导下游靶基因的表达，如矩阵MMP-9和骨桥蛋白(OPN)。Rho蛋白是Ras超家族中最早被克隆出来的蛋白，它们是一组相对分子质量20～25 kD的具有GTP酶活性的GTP结合蛋白，在细胞骨架重组调控方面起重要作用。由于Rho蛋白参与细胞骨架重排，SHH快速激活内皮细胞Rho/Rho激酶通路导致细胞骨架的变化和内皮细胞运动。SHH信号通路会导致MIRI后心肌细胞存活率明显上升〔15〕。Lavine等〔8〕发现，针对SHH-GLI3信号通路的治疗会导致老鼠心肌新生血管显著增多，提示这可能是临床上治疗心肌缺血合适的调节血管生成的新方法。成年哺乳动物心肌中的SHH由间质和血管外膜成纤维细胞表达，具有刺激体内和体外促血管生成因子的作用〔16〕。Mackie等〔17〕临床试验也发现在心肌缺血再灌注后4 w，CD34+联用SHH明显减少了心肌梗死后的面积，说明人骨髓来源的CD34+干细胞治疗难治性心肌缺血、AMI有较好疗效，同时也暗示钙黏蛋白家族因子与SHH联合可能成为AMI后减少心肌梗死面积、挽救边缘区心肌细胞的一种治疗新方向。细胞外基质蛋白如硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPGs)，可以改变信号分子在细胞间的移动能力。SHH激活HSPGs导致纤维细胞生长因子的激活，在心肌缺血损伤过程中发挥保护心肌的作用〔18〕。HSPGs可以降低β-链蛋白(一种黏附因子，广泛存在于各种类型的细胞，阻止成纤维细胞迁移，抑制血管再生〔19〕)。综上所述，SHH对MIRI的作用机制主要从三个方面：①从已经存在的血管里生出新的血管;②保护氧化应激状态下的心肌细胞;③招募心肌祖细胞，增加骨髓来源的内皮祖细胞，同时上调血管生成因子。以上研究均表明，SHH的产生及其活性在新生血管形成中具有多重复合作用，可以明显改善MIRI后血运重建的难题，提供许多有前途的治疗方法。但由于其在患者体内半衰期短，如何延长其治疗MIRI药效成为SHH类药物投入临床亟待解决的难题。令人欣喜的是，已经有研究人员描述了一个凝聚层系统〔12〕，可以保护SHH免受降解，并维持其释放至少3 w，这一发现可能会加快推进SHH药物的开发。

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4Wang J，Cao J，Dickson AL，etal.Epicardial regeneration is guided by cardiac outflow tract and Hedgehog signaling〔J〕.Nature，2015；522(7555)：226-30.

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12Johnson NR，Wang Y.Controlled delivery of sonic hedgehog morphogen and its potential for cardiac repair〔J〕.PLoS One，2013；8(5)：e63075.

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17Mackie AR，Klyachko E，Thorne T，etal.Sonic hedgehog modified human CD34+ cells preserve cardiac function following acute myocardial infarction〔J〕.Circ Res，2012；111(3)：312-21.

18Ornitz DM，Itoh N.The fibroblast growth factor signaling pathway〔J〕.Wiley Interdiscip Rev Dev Biol，2015；4(3)：215-66.

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〔2015-12-19修回〕

(编辑曲莉)

国家自然科学基金项目(81170133，81200088)

杨俊(1962-)，男，教授，硕士生导师，主要从事心血管疾病的临床及基础研究。

黄纬凌(1991-)，男，在读硕士，主要从事心血管系统研究。

R542.2

A

1005-9202(2016)18-4644-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.18.119