信号通路（signal pathway，信号转导）是指通过细胞膜将胞外一些分子信号传到细胞内，细胞根据这些信号发生一系列效应的过程。信号通路的本质是对一系列效应调控方式的总结。
Hedgehog信号通路（Hh信号通路）是一种进化上高度保守的信号传导通路，最初在果蝇胚胎发育中被发现，因其突变体果蝇幼虫表面覆盖类似刺猬的短刺而得名Hedgehog（刺猬）。该通路在胚胎发育、组织稳态、干细胞增殖与分化等生理过程中发挥关键作用，并与多种癌症的发生、进展及预后密切相关。
Hh信号通路的核心成员包括：
1.Hedgehog配体：
在脊椎动物中，有三种主要的Hedgehog配体，即Sonic Hedgehog（Shh）、Desert Hedgehog（Dhh）和Indian Hedgehog（Ihh），它们在不同的发育阶段和组织中分布各异。SHH在肢体发育、神经管发育等过程中起着关键作用，而IHH则主要参与骨骼和软骨的发育，DHH在睾丸的生殖细胞发育和周围神经鞘的形成中发挥作用。
2.膜受体及相关蛋白：
12次跨膜蛋白Patched（Ptch）和7次跨膜蛋白Smoothened（Smo）是该通路的关键受体。在Hh配体存在时，Ptch对Smo的抑制被解除，从而激活下游信号。此外，共受体如Brother of Cdo（Boc）和Growth Arrest Specific1（Gas1）通过与Ptch形成复合物调节信号传导。
3.转录因子：
GLI家族转录因子（GLI1-GLI3）是Hh信号通路的下游效应分子，其活性状态决定了靶基因的转录激活或抑制。
Hh信号通路主要分为两类：
1.经典Hh信号通路：经典Hh信号通路依赖于GLI家族转录因子（GLI1、GLI2、GLI3）来调控靶基因的表达。
2.非经典Hh信号通路：涉及除典型 Hh 信号通路之外所有以其他途径激活 Smo 或 GLI的通路。当典型 Hh 通路未能被激活时，非典型通路充当替代路径。在非典型 Hh 信号通路中，Smo 可被 Rho、Rac、Src 和 PI3K / 磷脂酶 Cγ（PLCγ），以及钙等二级信使激活，使靶基因表达，进而调节细胞骨架、细胞迁移、血管生成和 Ca2 + 振荡。
Hh信号通路的激活过程主要包括以下几个步骤：
Hh蛋白的加工与修饰
Fig1.Hedgehog protein biogenesis and release.
图片来源：doi:10.1038/nrm3598
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合成与分泌：Hh信号分子（如Sonic Hedgehog, SHH；Indian Hedgehog, IHH；Desert Hedgehog, DHH）在细胞内以前体形式合成，之后在内质网中进行自我催化性降解，分裂成Hh-N及Hh-C两部分。
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修饰过程：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。这些修饰使Hh蛋白获得完全功能。
信号的传递
Fig.2Reception of Hedgehog and initiation of signal transduction.
图片来源：doi:10.1038/nrm3598
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Hh与受体结合：修饰后的Hh蛋白通过Dispatched和Scube2的组合作用从细胞表面释放出来，并通过与细胞表面蛋白LRP2和Glypican家族硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（GPC1-6）的相互作用在多个细胞间转运。Hh蛋白通过结合典型受体Patched（PTCH1）和共受体GAS1、CDON和BOC起始信号转导。
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解除抑制：在正常情况下，PTCH1抑制Smoothened（Smo）蛋白活性。当Hh蛋白与PTCH1结合后，PTCH1的抑制作用被解除，Smo被激活。
下游信号的转导
Fig3.Schematic of Ci and GLI regulation.
图片来源：doi:10.1038/nrm3598
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GLI蛋白的激活：激活的Smo促使GLI蛋白（包括Ci/GLI、Fu、Sufu、Cos2、PKA等）与PKA及一些未知因子与微管形成大分子复合物，使得全长Gli蛋白进入核内激活下游靶基因转录。
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GLI蛋白的调控：GLI蛋白在缺乏Hh信号转导的情况下被Suppressor of Fused（Sufu）和Kif7隔离，并通过PKA、GSK3β和CK1实现磷酸化，随后加工成为转录抑制因子或靶向降解。在Hh信号转导激活的刺激下，GLI蛋白被磷酸化，并被加工成为诱导Hh靶标基因表达的转录激活因子。
信号的终止与负反馈调控
通过Western Blot（WB）检测关键蛋白及其变化可用于判断Hh信号通路的激活状态，主要包括以下几类：
1.Hh配体和受体
Sonic Hedgehog(Shh):检测其表达水平，通常在通路激活时，Shh的分泌增加。
Patched(Ptch1):作为Hh信号的抑制性受体，其表达水平通常在Hh信号激活后上调。
Smoothened(Smo):检测其磷酸化水平(如p-Smo)，磷酸化状态的Smo是通路激活的重要标志。
2.转录因子和下游靶基因
GLI1、GLI2和Gli3：GLI1是Hh信号通路的直接靶基因，其表达水平的上调通常表明通路激活。GLI2和GLI3的磷酸化状态和亚细胞定位也可作为通路激活的指标。
下游靶基因：如Ptch1、GLI1、CCND1(细胞周期蛋白D1)等的蛋白表达水平，这些基因的上调通常与Hh信号通路的激活密切相关。
3.负调节因子
Suppressor of Fused(Sufu):其与GLI蛋白的结合状态和表达水平可反映通路的抑制状态。
Hh-interacting protein(Hhip):作为Hh配体的拮抗剂，其表达水平的变化可用于评估通路的反馈调节。
案例分享
Hedgehog signalling mediates drug resistance through targeting TAP1 in hepatocellular carcinoma
本文主要研究Hedgehog信号通路在肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）中的作用，通过Western Blot（WB）检测了Hedgehog信号通路中的以下关键蛋白：
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GLI1：Hedgehog信号通路的主要转录因子之一，负责调控下游基因的表达。
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GLI2：与GLI1功能相似，也是Hedgehog信号通路的关键转录因子。
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TAP1（ABCB2）：虽然TAP1本身不是Hedgehog信号通路的组成部分，但它是本文研究中发现的受GLI1/2调控的下游靶基因，与Hedgehog信号通路介导的药物耐受性相关。
检测目的
检测方法
检测结果
Fig4.Western blot analysis of GLI1 and TAP1 in HCC specimens and corresponding pericancerous tissue and quantification of GLI1 and TAP1 protein expression after normalization for loading controls
图片来源：DOI: 10.1111/jcmm.15090
Fig5.GLI1 and TAP1protein levels in GLI1-KD Huh-7-trans, Huh-7-DN and HLE cells by Western blot analysis.
图片来源：DOI: 10.1111/jcmm.15090
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在HCC样本和细胞系中，GLI1和GLI2的蛋白水平显著上调，表明Hedgehog信号通路在HCC中处于激活状态。
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TAP1蛋白水平也显著上调，且与GLI1/2的表达水平相关，进一步证实TAP1是Hedgehog信号通路的靶基因。
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GLI1和GLI2蛋白水平在四种低分化肝癌细胞类型中显著增加。沿着Hh信号传导激活，这些肝癌细胞类型中的TAP1蛋白水平显著高于Huh-7细胞。这些结果表明，Hh信号激活可能有助于TAP1在低分化肝癌细胞中的表达。
参考文献：
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