Language
Country/Area
No result found
Hedgehog基因的奇妙之處：它如何決定果蠅的身體計劃？
在發育生物學的領域，我們常常面對一個根本性問題：如何將一個相對簡單的卵子變成一個複雜的、有序的身體結構？這個問題引發了對Hedgehog（Hh）基因的深入研究——這是一種影響著胚胎細胞分化的信號轉導通路，對於確保生物的正常發育至關重要。
Hedgehog信號通路在動物的發育中扮演著重要角色，並且在所有的雙側動物中均有存在。
在果蠅（Drosophila melanogaster）的發育中，Hedgehog基因不可或缺。研究發現，缺乏Hh基因的果蠅幼蟲會呈現出類似刺蝟的形狀，這使得該基因得名。Hh基因被分類為“節段極性基因”的其中一部分，其主要作用在於建立果蠅身體計劃的基礎。這一過程在胚胎發育及後續的形態發生過程中持續發揮著重要的作用。
與果蠅相比，哺乳動物則擁有三種Hedgehog同源物，分別為Desert（DHH）、Indian（IHH）和Sonic（SHH）。其中，Sonic Hedgehog是研究最多的一種，並且在脊椎動物的胚胎發育中也同樣重要。出現Hedgehog通路功能異常的老鼠，其腦部、骨骼、肌肉、腸胃道及肺部等器官無法正常發育，這引起了科學家的廣泛關注。
研究顯示Hedgehog信號通路在調節成年幹細胞的維護和再生方面也有著顯著的作用。
在1970年代，Christiane Nüsslein-Volhard和Eric Wieschaus透過飽和突變技術，成功地孤立了影響果蠅身體前後軸發育的基因。他們的研究為進化發育生物學奠定了基礎，並因此在1995年獲得了諾貝爾獎。隨後，Hedgehog基因被確立為影響果蠅身體結構和形狀的關鍵基因之一。
Hedgehog信號通路的運作機制相當複雜，涉及眾多的細胞內蛋白質。在果蠅中的一個典型例子是，Hh蛋白會與細胞表面的Patched（PTCH）蛋白結合，而在未有Hh蛋白的情況下，PTCH會抑制Smoothened（SMO）的活性。當Hh結合到PTCH上時，則會解放SMO，啟動下游信號的轉導，最終對下游基因進行轉錄調控。
當Hh在細胞外面時，它的存在能有效影響相鄰細胞，這種局部作用是Hedgehog的主要功能之一。
在發育過程中，Hedgehog與Wingless信號的相互作用，形成了胚胎中明確的分界線，這不僅影響到果蠅的身體分段，還影響到肢體的形成、眼睛、腦部、性腺、腸道及呼吸道的發育。此外，Hedgehog在成年生物體內也發揮著重要作用，包括促進主要細胞的增殖。
Hedgehog通路的異常活化與多種癌症的發展併發。許多研究指出，Hedgehog通路對於腦部、肺部、乳腺、前列腺及皮膚等多個器官的腫瘤形成過程起著推動作用。尤其是基母細胞癌（Basal Cell Carcinoma）與Hedgehog信號相關性最高，患者體內發現了Hh通路抑制因子PTCH的失活和促效因子SMO的激活突變。
因此，許多藥物的研發旨在專門干擾Hedgehog通路，以期作為對抗癌症的有效療法。
關於Hedgehog通路及其與癌症之間的關係依然是複雜的，儘管如此，顯然通路的非正常激活會導致腫瘤細胞的增生及浸潤。相關臨床試驗中，像Vismodegib和Sonidegib等Hedgehog信號通路抑制劑已被批准用於治療基母細胞癌，但隨著這些藥物的使用，出現了副作用及耐藥性的問題，急需發展新型藥物。
回顧整個Hedgehog信號通路的研究，我們不禁思考：這條訊息通路的演化歷程對於我們理解生物發育的基本原則有著怎樣的啟發與教訓?
