综述：Hedgehog/GLI信号通路在甾醇代谢、线粒体ROS信号与细胞可塑性交汇处的作用

《Antioxidants》：Hedgehog/GLI Signaling at the Interface of Sterol Metabolism, Mitochondrial ROS Signaling and Cellular Plasticity

　　

经典意义上，Hedgehog（Hh）/GLI信号通路被认定为发育通路。日益增多的证据表明，该通路亦参与细胞代谢及应激适应。本综述探讨Hh/GLI信号通路参与线粒体功能与氧化还原稳态的情况。线粒体是活性氧（ROS）的主要来源，ROS作为细胞适应过程中的信号分子发挥作用。Hh信号既影响ROS生成并对后者作出响应：GLI活性受氧化还原依赖机制调控，且Hh信号与线粒体生物能量学、动力学及质量控制通路相关。这些相互作用可能在生理与病理背景下促成代谢适应。研究人员同时讨论甾醇代谢对该调控网络的贡献。胆固醇与氧甾醇调节Smoothened（SMO）活化，将脂质代谢与线粒体功能及氧化还原平衡相联系。NRF2依赖的抗氧化通路维持线粒体氧化还原稳态，尽管其与Hh/GLI信号的直接机制性串扰仍未完全阐明。在组织水平，Hh信号参与对辐照、炎症、纤维化、衰老及再生的应答。依据生物学背景不同，通路活化可支持适应性应答或促成组织功能障碍。总体而言，现有证据支持Hh/GLI信号通过整合代谢与氧化信号，在线粒体氧化还原适应中发挥作用。

1. 1.
   引言——范式转变
   经典Hedgehog通路活化涉及Patched介导的Smoothened（SMO）抑制解除，导致GLI转录因子活化及下游靶基因表达。该通路的机制框架多源自胚胎发育与肿瘤研究，其中Hh信号调控组织模式、细胞命运及疾病进展。成人组织中Hh活性失调亦与持续增殖、代谢改变及免疫抑制性肿瘤微环境相关。然而，此种发育与致癌框架并未涵盖Hh功能的全部谱系。Hh信号亦通过GLI依赖的脂质代谢调节、非经典mTORC2信号及AMPK依赖的GLI1稳定性控制与细胞代谢相交汇。氧化还原生物学增添另一维度：受控ROS作为信号分子，线粒体是适应性ROS信号的核心来源。证据表明氧化应激与Hh信号呈双向关系：氧化应激可活化非经典Hh信号，而SHH–JNK–GLI1信号能限制ROS生成。甾醇与线粒体脂质代谢联系上述过程。胆固醇与氧甾醇直接调节SMO并控制Hh通路输出。线粒体胆固醇转运涉及多种互补途径，STARD1是胆固醇从外膜向内膜转移的主要介导者，而TSPO的作用仍存争议。胆固醇富集可损害氧化磷酸化及呼吸超级复合物组装，同时耗竭线粒体谷胱甘肽并增加ROS生成。因此，氧甾醇提供了脂质代谢、免疫信号及氧化还原调控间的额外联系。综上，Hh信号位于甾醇代谢、线粒体氧化还原平衡及细胞适应的交汇处。
2. 2.
   Hedgehog信号超越形态发生：与代谢检查点的整合
   Hh信号与细胞代谢的关联见于通路活化层面。胆固醇是SMO活性及有效信号转导所必需。肝脏中Hh活性与脂质代谢及代谢基因表达相关。该通路亦与主要营养感知机制相交互。与mTORC1的串扰已于多种细胞背景述评，而非经典Hh信号可通过mTORC2维持脂质稳态，且不依赖于GLI介导的转录。在能量应激下，AMPK通过促进GLI1磷酸化及失稳限制Hh通路活性。Hh活化伴随的代谢改变见于若干实验背景：小脑颗粒神经元前体及SHH驱动髓母细胞瘤中，SHH信号与糖酵解相关蛋白表达增加及葡萄糖利用改变相关；SHH驱动增殖伴NOX4表达及ROS生成，促进常氧下HIF-1α稳定。近期SHH信号与肺成纤维细胞铁代谢相连：铁与ROS抑制FOXF1，而SHH增加细胞内铁、成纤维细胞增殖及SHH分泌。上述现象提示Hh信号与细胞代谢的相互作用，但其生物学意义与因果层级未明。Hh相关的胆固醇代谢、营养感知、铁稳态及ROS生成改变可能功能互联，其驱动下游应答或反馈通路的程度取决于细胞与病理背景。铁依赖ROS生成、FOXF1抑制及组织重塑间的新链接受SHH–铁–ROS轴支持，但应视为工作模型而非既定调控通路。
3. 3.
   线粒体作为信号平台：ROS作为第二信使
   线粒体传统被视为细胞ATP主要来源，亦感知并传递代谢与环境信息，其核心为ROS生成。线粒体ROS主要产于电子传递链复合体Ⅰ与Ⅲ，作为氧感知及其他适应性应答的第二信使。线粒体氧化还原状态可改变氧化还原敏感蛋白半胱氨酸氧化，从而调节蛋白活性、定位及分子互作。缺氧下HIF-1α稳定即为典型：复合体Ⅲ源ROS促成脯氨酰羟化酶抑制及缺氧应答转录活化，但应答随细胞类型、代谢状态及刺激强度而异。线粒体ROS信号非孤立发生，NADPH氧化酶（NOX）受控产超氧或过氧化氢参与信号转导，NOX源ROS与线粒体ROS串扰可通过ROS诱导ROS释放放大 redox信号。线粒体亦通过氧化脂质影响细胞行为。氧甾醇尤为相关，因其结合或调节SMO并调控Hh依赖转录。脂质氧化或甾醇可利用性改变可影响发育至组织修复进程；反之Hh信号对细胞代谢与氧化还原状态敏感，支持线粒体活性与适应性信号的双向关系。
4. 4.
   GLI活性的氧化还原调控
   成人组织中GLI活性对环境线索（包括缺氧与氧化应激）保持响应。缺氧相关Hh/GLI信号活化见于多种肿瘤模型；人脑类器官中Hh通路活化保护对抗缺氧诱导的铁死亡损伤。超出缺氧，细胞氧化还原状态可影响GLI表达、稳定性及转录活性。髓系细胞中FOXO1–β-catenin轴调节氧化应激下Hh/GLI1信号。ROS非单纯抑制信号：SHH驱动小脑前体细胞中NOX4源ROS促成HIF-1α稳定及增殖信号。ROS对Hh/GLI信号效应取决于丰度、亚细胞源及背景。过度氧化应激致Hh/GLI信号失稳：干细胞Leydig细胞中基质硬度增促Piezo1依赖Ca²⁺内流、线粒体功能障碍及ROS过量，致GLI1经泛素蛋白酶体系统降解。铁死亡应力以铁依赖脂质过氧化及抗氧化防御受损为特征，结直肠癌中黄连素抑Gli1/STAT3轴减低GPX4、SLC7A11与FTH1表达并增铁死亡易感性；肝细胞癌中缺氧相关氧化应激连于非经典Hh活化及侵袭表型。GLI转录因子亦可独立于SMO活化。此种 redox依赖转换的分子基础未明：GLI1无特异 redox敏感半胱氨酸被确立为直接分子开关。现有证据指向经由 redox敏感信号及蛋白更新的间接调控。GLI1稳定性受E3泛素连接酶β-TrCP与ITCH调控，但二者是否介氧化应激下GLI1降解及上游ROS响应激酶或degron未决。综上，ROS不以简单二元开关调控Hh/GLI信号，通路输出由ROS强度、时长、亚细胞起源及背景塑造；中度空间受控 redox信号可维持Hh/GLI活性，而持续或过度氧化应激促GLI失稳并破坏转录应答，此非线性调控于慢性病理中尤为相关。
5. 5.
   Hedgehog信号在线粒体稳态与应激应答中的作用
   多实验系统证Hh信号与线粒体生物能量学、动力学及质量控制相关。最明确例证来自神经元模型：SHH通路活化增海马神经元线粒体丰度、氧化磷酸化及呼吸活性，伴形态改变及应激抵抗增强，示Hh活化影响线粒体适能。巨噬细胞SHH刺激促伤疤形成中氧化磷酸化与胞葬作用；果蝇翅盘Hh信号增糖酵解ATP生成，示Hh信号关连代谢灵活性而非单一生物能量状态。线粒体质量控制机制于应激中关键，若干研究链Hh信号于自噬、线粒体自噬及动力学。肝细胞癌抑Hh信号诱BNIP3依赖自噬；透明细胞肾细胞癌GLI2依赖Parkin表达促线粒体自噬及pazopanib耐药；Hh信号亦连DRP1依赖线粒体动力学于心脏肥厚模型。上述发现源于异疾模型，支持与线粒体质量控制关联但未定义保守机制。共同特征为线粒体功能、氧化应激及炎性应答紧联。乳腺肿瘤微环境Hh信号调肿瘤相关巨噬细胞代谢及极化；Hh依赖自噬应答支持逆境存活及化疗抗性等，一致于Hh信号、线粒体稳态及应激通路功能交互，但因果层级依模型而异。此类机制关辐照暴露中持久线粒体功能障碍及ROS生成，于组织应答中具意涵。
6. 6.
   组织应激适应的意涵
   组织水平上述交互随组织、损伤类型及通路活化时长而异，下设辐照、炎症、纤维化、衰老及再生。

6.1 辐照与放射敏感性

电离辐射改线粒体功能，致氧化磷酸化损、ROS生成增及持久氧化应激。辐照唾液腺中SHH基因递送减细胞衰老、促DNA修复及氧化应激降。线粒体ROS可持反馈环放大损伤及影放射敏感性，示Hh依赖应答或通过修复及 redox稳态修饰放射结局，但未立跨组织普适机制。

6.2 炎症与免疫代谢调控

线粒体代谢紧联免疫细胞活化及炎信号。如前，Hh活性改肿瘤相关巨噬细胞代谢极化；肺纤维化上皮SHH促OPN依赖交替巨噬细胞活化。髓系GLI1连氧化应激中NEK7/NLRP3炎症小体活化抑制，限IL-1β成熟，例示Hh/GLI连 redox感知至炎性输出，但向度与幅依组织及刺激。

6.3 纤维化与组织重塑

Hh信号于多纤维化疾活化，逾生理修复促重塑。持续通路活连成纤维活化、胞外基质沉及进纤维化。系统性硬化成纤维细胞GLI2/Hh与cJUN/AP-1互强；肝GLI2经TGF-β相关信号促星状细胞活化，示器官特异慢性Hh/GLI依赖重塑机制。

6.4 衰老与线粒体衰退

线粒体功能障碍乃衰老标志。直证Hh/GLI驱年龄相关线粒体衰限：基质硬度依GLI1失为一老龄例；骨骼肌GLI3与DHH调干细胞程序再生相关但未建直接线粒体机制。

6.5 肌肉再生与组织修复

骨骼肌再生需线粒体重塑及代谢适应。裂、融及线粒体自噬保肌干细胞再生；AMPK依赖糖酵重编促卫星细胞活化。Hh信号经GLI机制调肌干细胞活化自我更新并影纤维脂祖细胞命运。高剂辐照后持久氧化应激及线粒体功能障碍限再生，药理调Hh信号探肌修复改善。

6.6 Hh依赖应激适应的整合观

Hh/GLI信号改变与线粒体功能及 redox稳态相关于辐照、炎症、纤维化、衰老及再生等多背景。现有证据示此交互促成代谢与氧化应激的细胞组织应答，但分子基未明。生物学后果高度背景依赖：受控下支持修复再生，持久信号或氧化应激则促慢炎、纤维化及组织功能障碍。

1. 7.
   未来展望与治疗意涵
   增证链Hh/GLI信号至线粒体功能及 redox控制，但基问未决：线粒体改是否为GLI转录直接后果或代谢应激次级适应未明；Hh/GLI、ROS、TGF-β、Notch及抗氧化通路层级未清；NRF2中心于 redox缓冲但与Hh/GLI直机串扰未一致建。未来优因果实区分专效与次级适应并定ROS细胞亚细胞源。组织水平Hh信号影免疫、间质及干细胞通讯，于修复、慢炎及纤维化中重要。转化角度Hh调限背景：SMO抑于组成型Hh肿效（如基底细胞癌），而胰腺结肠瘤试未获比益。细胞游离法或可间接调Hh信号，MSC源胞外囊泡报 attenuate肝肾纤维化经Hh/SMO效，但与线粒体 redox复原关系未明。解此机制跨组织疾态将有助定Hh调治疗益景。