胆固醇在Hedgehog信号传导中的作用研究进展
摘要：Hedgehog信号传导通路通过控制细胞的成熟、分化和增殖，在整个哺乳动物胚胎发育中起关键作用，在成年期除了组织维持和修复外不再表达。现已发现HH信号通路的过度激活是造成基底细胞癌（BCC）和髓母细胞瘤（MB）发生的主要原因，并且与许多其它人类肿瘤的生长有关。HH途径中的关键因素包括信号配体HH， PTCH和G-蛋白偶联的受体SMO。在这篇综述中，将要讨论胆固醇在Hedgehog信号传导中的作用。
关键词：SMO；胆固醇；PTCH; Hedgehog信号通路
一、文献综述
Hedgehog信号通路概述
HH信号传导通路通过控制细胞的成熟、分化和增殖，在整个哺乳动物胚胎发育中起关键作用，在成年期除了组织维持和修复外不再表达。现已发现HH信号通路的过度激活与许多其它人类肿瘤的生长有关[1]。
在脊椎动物中，HH信号传导通路的主要成分包括三个HH配体：Indian HH（IHH），Sonic HH（SHH）和 Desert HH（DHH），分别编码IHH、SHH和DHH蛋白；两个12-跨膜（TM）受体Patched1和Patched2（PTCH1和PTCH2），G-蛋白偶联受体（GPCR）SMO的Frizzled（FzD）类和三个下游转录因子Gli1-3[2]。HH被合成为前体蛋白，并经历多个加工步骤，包括信号肽切除、N端棕榈酰化和C端自我加工以及胆甾醇化。HH蛋白家族成员均由两个结构域组成：氨基端结构域(HH-N)及羧基端结构域(HH-C)，其中HH-N有HH蛋白的信号活性，而HH-C则具有自身蛋白水解酶活性及胆固醇转移酶功能。HH前体蛋白在内质网中通过自身催化分裂成HH-N及HH-C两部分，其中HH-C共价结合胆固醇分子、并将其转移到HH-N的羧基端，随后在酰基转移酶的作用下HH-N氨基端的半胱氨酸发生棕榈酰化。HH蛋白只有通过这些翻译后的修饰过程才能变成熟，完全获得功能[3]。
HH的脂质修饰对其生物学特性起着至关重要的功能。首先，棕榈酰化对HH是必不可少的活动。未经棕榈酰化的SHH-N不能刺激培养的细胞中的HH信号传导，而棕榈酰化不足的SHH-C25S只能在小鼠胚胎中部分诱发四肢多指畸形。一项新的结构研究显示在PTCH1与天然SHH的复合物中，棕榈酸酯基进入PTCH胞外结构域（ECD）的疏水空腔，可稳定配体-受体复合物，在释放PTCH对SMO的抑制作用中起重要作用[4]。其次，胆固醇加合物不会直接影响HH活性但有助于SHH的膜锚定。此外，SHH的胆固醇部分是细胞胞外蛋白Scube2识别所必需的，有助于从DISP中分离出SHH。另外，小鼠和果蝇的功能研究提示胆固醇修饰会增强HH配体的稳定性以及长距离和本地HH信号的通信。
HH信号的传导起始于脊椎动物的初级纤毛，纤毛是一种从细胞中突出的类似天线的细胞器。在缺少HH配体的情况下，负调节剂PTCH（主要是12次跨膜区的单一肽链构成的受体PTCH1）可阻止SMO迁移到初级纤毛。全长的Gli2/3（Gli2/3FL）受融合蛋白（SUFU）抑制因子的负调控，并以其阻遏物形式（Gli2/3R）进入信号通路。任何HH配体与PTCH1的结合均会减轻其对SMO的抑制作用，并诱导SMO的初级纤毛转运。活化的SMO促进 SUFU中Gli2/3FL的解离和形成Gli2/3（Gli2/3）的活化状态，并诱导Gli2/3A进入细胞核并触发核靶基因的转录。活化的HH信号通路可以通过增加Gli的水平来放大信号，相反，也加强了负调节，如PTCH1和 Hedgehog相互作用蛋白(HHIP)[5]。正反馈和负反馈回路可以确保HH信号的活性保持在一个最佳范围内。
