信號轉(zhuǎn)導通路與組織器官纖維化

1、<p>　　信號轉(zhuǎn)導通路與組織器官纖維化</p><p>　　【關鍵詞】 wnt；信號通路；器官纖維化</p><p>　　Wnt信號轉(zhuǎn)導通路是近年來分子生物學、細胞生物學和腫瘤研究中的一大熱點，Wnt蛋白在動物的生長發(fā)育過程中，對細胞的增殖、分化和遷移起巨大的調(diào)節(jié)作用，決定細胞的極性、命運、前體細胞的增殖、體軸的建立，以及細胞的不對稱分裂等。在成年以后，則主要參與機體內(nèi)平衡穩(wěn)

2、定。Wnt信號轉(zhuǎn)導通路參與了胚胎發(fā)育及成體組織細胞增殖、分化及凋亡等調(diào)控過程。Wnt通路的過度激活常引起細胞過度增殖及凋亡減弱，進而誘導腫瘤的發(fā)生。同時，Wnt信號通路的異常激活與腎、肺、肝、心臟以及皮膚等組織器官纖維化的發(fā)生與進展關系密切［1-4］。本文就近年來對Wnt信號轉(zhuǎn)導通路與組織器官纖維化的相關研究綜述如下。</p><p>　　1 Wnt信號轉(zhuǎn)導通路的組成</p><p>　

3、　Wnt蛋白是一類分泌型糖蛋白，通過自分泌或旁分泌發(fā)揮作用。Wnt蛋白基因中含有高度保守的堿基序列，組成了重要的細胞外信號分子家族。Wnt蛋白及其受體、調(diào)節(jié)蛋白等組成的復雜信號轉(zhuǎn)導通路，包括經(jīng)典通路和非經(jīng)典通路。</p><p>　　1.1 經(jīng)典Wnt信號轉(zhuǎn)導通路 </p><p>　　經(jīng)典Wnt信號轉(zhuǎn)導通路由Wnt蛋白，卷曲蛋白受體（Frizzled，F(xiàn)z），蓬亂蛋白（Dishevel

4、led，Dsh或Dvl），糖原合成激酶3β(GSK-3β)，GSK-3β結(jié)合蛋白(GBP)，β-catenin和T細胞因子（T cell factor / lymphoid enhancer factor，Tcf/LEF）等組成。當Wnt蛋白與其細胞表面受體Frizzled家族跨膜蛋白結(jié)合，Wnt信號通路被激活。Frizzled激活蓬亂蛋白(Dsh/Dv1)，后者再激活下游因子GSK-β結(jié)合蛋白(GBP)；激活的GBP能識別并抑制GSK

5、-3β的磷酸化活性，使GSK-3β不能磷酸化β-catenin，導致β-catenin不能被泛素連接酶識別，從而不能被蛋白酶復合體降解，β-catenin在胞質(zhì)內(nèi)大量積累。這種積累打破了細胞內(nèi)原有β-catenin出入細胞核的平衡，使得細胞核內(nèi)的β-catenin大大增加，與核內(nèi)含有高遷移組非組蛋白盒(HMG-BOX)的轉(zhuǎn)錄因子-淋巴細胞增強因子/T細胞因子(LEF/TCF)家族成員結(jié)合，啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄［5］。</p>

6、<p>　　1.2 非經(jīng)典Wnt信號轉(zhuǎn)導通路 </p><p>　　在人類及小鼠中目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的Wnt蛋白超過18種，在這些Wnt蛋白中只有一部分可以產(chǎn)生導致內(nèi)源β-catenin積累的信號，如Wntl、Wnt3a、Wnt8、Wntl0b等。一些不產(chǎn)生β-catenin積累的信號的Wnt，包括Wnt5a、Wnt11在內(nèi)的多種Wnt蛋白則通過其它方式轉(zhuǎn)導信號，稱為非經(jīng)典Wnt信號轉(zhuǎn)導通路。Wnt信號轉(zhuǎn)導

7、的多樣性可能部分取決于其結(jié)合的受體和受體復合物。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的Fz受體有10多種，且其中一部分與Wnt蛋白一樣在發(fā)育過程和成體組織中具有高度的時空特異性。目前已知的非經(jīng)典Wnt信號通路主要調(diào)節(jié)的對象是細胞的極性和細胞內(nèi)的鈣離子濃度。非經(jīng)典Wnt信號通路主要包括以下3條：①平面細胞極性 (The planar cell polarity，PCP)通路：即Wnt/PCP通路，主要通過激活Dsh下游區(qū)、小GTP酶、Rho、Rac、Cdc42等

8、，從而調(diào)節(jié)JNK信號來發(fā)揮作用［6-7］，其生理作用是在胚胎發(fā)育階段調(diào)控細胞骨架的重排，并參與原腸胚形成；②Wnt/Ca2+ 通路：主要由Wnt5a和Wnt1l激活，增加胞內(nèi)Ca2+含量以及Ca2+敏感信號成分的激活，激活蛋</p><p>　　2 Wnt信號轉(zhuǎn)導通路與組織器官纖維化</p><p>　　組織器官纖維化是許多疾病致殘、致死的主要原因，其主要病理改變?yōu)榻M織器官內(nèi)纖維結(jié)締組織

9、增多，實質(zhì)細胞減少，持續(xù)進展可致器官結(jié)構破壞和功能減退，乃至衰竭，嚴重威脅人類健康和生命。組織器官纖維化的本質(zhì)是組織遭受損傷后的修復反應，以保護組織器官的相對完整性。然而，如果損傷較大或反復損傷超出了損傷周圍實質(zhì)細胞的再生能力時，間質(zhì)纖維結(jié)締組織（細胞外基質(zhì)）將大量增生對缺損組織進行修復，即發(fā)生纖維化的病理改變。這樣增生的纖維結(jié)締組織雖然修復了缺損，但不具有原器官的結(jié)構和功能。目前，大量研究證明Wnt信號通路的激活與各種組織器官纖維化疾

10、病有關。</p><p>　　2.1 Wnt信號通路與肝纖維化 </p><p>　　肝纖維化的中心環(huán)節(jié)是肝星狀細胞(HSC)的活化，HSC活化后的顯著特征是細胞內(nèi)脂滴的消失。HSC的去脂肪細胞分化是HSC活化的內(nèi)在機制，而β-catenin可能是維持前脂肪細胞未分化狀態(tài)的重要分子。Wnt信號通路可通過抑制脂肪生成的轉(zhuǎn)錄因子CCAA/增強子的結(jié)合蛋白-α(C/EBP-α)和PPAR-7的

11、生成，從而維持前脂肪細胞未分化狀態(tài)，而C/EBP-α和PPAR-7的表達水平降低與HSC的去脂肪細胞分化密切相關。Tsukamoto等［9］研究發(fā)現(xiàn)，Wnt信號通路可以抑制HSC中PPAR7的表達而參與HSC的去脂肪細胞分化。Myung等［10］體外培養(yǎng)人HSC，向培養(yǎng)基中加入外源性Wnt3a后，LEF/Tcf轉(zhuǎn)錄子活性顯著增加，Ⅰ型膠原和α-SMA表達上升，說明經(jīng)典Wnt信號通路通過激活HSC參與了肝纖維化的形成。也有學者研究發(fā)現(xiàn)Wn

12、t經(jīng)典信號通路中的Wnt3a、Wntl0b基因，非經(jīng)典信號轉(zhuǎn)導通路中的Wnt4、Wnt5a基因，F(xiàn)z-1，F(xiàn)z-2以及受體LRP6和Ryk在活化的HSC中的表達量是靜息狀態(tài)的3到12倍，同時活化的HSC核內(nèi)的β-catenin和Tcf表達明顯增加，通過測定</p><p>　　2.2 Wnt信號通路與腎纖維化 </p><p>　　Surendmn等［13］制作大鼠小管間質(zhì)性腎纖維化模型

13、，發(fā)現(xiàn)Wnt4在集合管中有表達并伴隨集合管周圍纖維化形成，間質(zhì)成纖維細胞Wnt4高水平表達與Ⅰ型膠原及平滑肌激動蛋白的高表達一致；體外實驗表明Wnt4可以誘導培養(yǎng)的成纖維細胞β-catenin進入細胞核內(nèi)。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，Wnt4的表達和誘導貫穿于腎間質(zhì)纖維化的4種疾病中，Wnt4表達最高的細胞，也高表達Ⅰ型膠原蛋白mRNA和α-平滑肌肌動蛋白。He等［14］分析了小鼠阻塞性腎損傷后Wnt信號通路的受體和拮抗劑的表達，發(fā)現(xiàn)單側(cè)輸尿管梗

14、阻后，除外Wnt5b、Wnt8b和Wnt9b，其他所有Wnt家族成員的表達均有上調(diào)。此外，大多數(shù)Fz受體蛋白和Wnt拮抗劑均被誘導產(chǎn)生。阻塞性腎損傷導致β-catenin在細胞質(zhì)和腎小管上皮細胞的細胞核急劇積累，表明Wnt經(jīng)典通路的激活。用DDK基因治療抑制肌成纖維細胞活化，抑制成纖維細胞表達的特異性蛋白1、Ⅰ型膠原和纖維連接蛋白，減少了對梗阻性腎病模型的總膠原含量。</p><p>　　2.3 Wnt信號通路

15、與肺纖維化 </p><p>　　Melanie等［15］用RT-PCR分析正常與特發(fā)性肺纖維化（IPF）肺組織，發(fā)現(xiàn)Wntl、Wnt17b和Wnt10b，F(xiàn)z2和Fz3，β-catenin和LEF在后者的表達明顯增加。并且，體外實驗證實，Wnt配體可以誘導肺上皮細胞增殖、肌成纖維細胞活化以及膠原合成。Chilosi等［16］對20例IPF患者肺活檢標本進行免疫組織化學染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)(18例)增殖性細支

16、氣管損害(基底細胞增生、鱗狀上皮化生、支氣管樣變、蜂窩樣變)局灶出現(xiàn)了細胞核內(nèi)β-catenin、Wnt信號通路靶基因產(chǎn)物cyclinDl和基質(zhì)金屬蛋白酶等的高表達，提示IPF的發(fā)病涉及Wnt信號通路的活化。</p><p>　　囊性纖維化(CF)是一種常染色體顯性遺傳性疾病，其遺傳學特征是缺失囊性纖維化跨膜通道調(diào)節(jié)因子(CFTR)基因，該基因編碼同名蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)體內(nèi)多種外分泌腺體的分泌。CF在肺內(nèi)的一項基本病理

17、生理改變是氣道內(nèi)腺體分泌過少。鑒于Wnt/β-catenin途徑在肺腺體發(fā)育中起重要調(diào)控作用，有作者認為Wnt信號通路與CF的發(fā)病有關，且此信號通路的關鍵性轉(zhuǎn)錄因子LEFl可作為識別黏膜下腺祖細胞的分子表型標記，為CF的基因治療提供了新的細胞定向手段［17］。</p><p>　　2.4 Wnt信號通路與心肌纖維化 </p><p>　　Axin是一種大分子框架蛋白，它通過促進GSK3-

18、β的活性，磷酸化β-catenin，從而抑制β-catenin對核轉(zhuǎn)錄的正性調(diào)節(jié)作用。李平等［18］用頸靜脈輸注去甲腎上腺素(NE)法復制大鼠心肌重塑病理模型，大鼠心臟發(fā)生向心性心肌肥厚和心肌纖維化，其左心室的Axin蛋白表達水平較對照組顯著升高。Colston等［2］研究表明，心肌梗死后Wnt誘導的分泌型蛋白1(WISP-1)和黏合素過度表達，從而引起WISP-1信號增強，進而導致心肌細胞肥大，成纖維細胞增生和纖維化機制的存在。<

19、;/p><p>　　2.5 Wnt信號通路與皮膚纖維化 </p><p>　　系統(tǒng)性硬化癥（SSc）是一種以皮膚逐漸纖維化為特點的復雜疾病。Bayle等［3］分析了系統(tǒng)性硬化癥模型小鼠，發(fā)現(xiàn)Wnt2、Wnt9、Wnt10b和Wnt11基因表達水平上調(diào)，同時誘導Wnt蛋白和SFRP2和SFRP4的分泌。此外，Wnt3a明顯刺激模型皮膚微纖矩陣的形成。出生后兩周，SFRP4的mRNA繼出生時表達

20、的Wnt2之后，開始在模型小鼠皮膚中表達增加，伴隨原纖維蛋白1的增加。這表明，SFRP4可調(diào)節(jié)小鼠模型的皮膚纖維化。</p><p>　　3 Wnt信號轉(zhuǎn)導通路與抗組織器官纖維化</p><p>　　隨著對Wnt信號轉(zhuǎn)導通路的研究越來越深入，對此信號通路中關鍵蛋白及靶點也越來越清楚，針對其特異性靶點抗纖維化治療也就成為可能。比較容易想到的是通過阻斷Wnt信號通路來達到抗纖維化目的。Wnt

21、拮抗劑根據(jù)作用方式分為兩類：第一類通過直接結(jié)合Wnt抑制Wnt信號轉(zhuǎn)導，包括分泌性Frizzled蛋白家族(即sFRP家族)、wif-l和Cerbrus，通過直接結(jié)合Wnt從而改變其與Fz受體復合物的結(jié)合能力而發(fā)揮提起拮抗作用。第二類通過結(jié)合Wnt受體復合體LRP5/LRP6來抑制Wnt信號轉(zhuǎn)導通路，目前只發(fā)現(xiàn)Dickkopf(DKK)家族屬于此類。sFRP類抑制了Wnt作用的經(jīng)典和非經(jīng)典通路，而DKK類則只抑制了Wnt經(jīng)典通路，某些s

22、FRP家族及DKK家族蛋白不具有抑制作用，說明它們還有一些未知的功能。已有實驗證實，sFRP1可以拮抗Wnt3a誘導的HSC中Wnt信號轉(zhuǎn)導通路的活化［10］。另外，已經(jīng)證實，DKK1的高表達可以增加HSC的凋亡和改善小鼠肝纖維化癥狀。</p><p><b>　　4 展 望</b></p><p>　　綜上所述，Wnt信號轉(zhuǎn)導通路參與并影響著多種組織器官纖維化的

23、發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸。并且，Wnt信號通路的異常激活與腫瘤關系以及Wnt信號轉(zhuǎn)導通路多水平靶點抗癌治療也已成為腫瘤分子生物學的研究熱點。但是，目前對異常Wnt信號通路的研究尚處于起步階段，Wnt信號通路的網(wǎng)絡和作用機制還有許多未知的東西等待發(fā)掘和認識。比如，Wnt信號通路在組織器官纖維化與其他信號通路之間的crosstalk目前研究仍然較少，對Wnt信號通路本身及其在組織器官纖維化中的作用機制遠未闡明，其調(diào)控方式和各靶基因激活的生理作用均需

24、進一步研究證實。相信在不久的將來，隨著對Wnt信號通路及其成員研究的不斷深入，人們對Wnt信號通路在組織器官纖維化發(fā)生發(fā)展中的作用機制將會進一步明確，針對Wnt信號通路的不同干預靶點為組織器官纖維化的防治提供新的途徑。</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　?。郏保軯iang F, Parsons CJ, Stefanovic B. Ge

25、ne expression profile of quiescent and activated rat hepatic stellate cells implicates Wnt signaling pathway in activation ［J］. J Hepatol, 2006，45(3):401-409.</p><p>　?。?］Colston JT, de la Rosa SD, Koehler M

26、, et al. Wnt-induced secreted protein-1 is a prohypertrophic and profibrotic growth factor ［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2007，293(3):H1839-1846.</p><p>　?。?］Bayle J, Fitch J, Jacobsen K, et al. Incre

27、ased expression of Wnt2 and SFRP4 in Tsk mouse skin: role of Wnt signaling in altered dermal fibrillin deposition and systemic sclerosis ［J］. J Invest Dermatol, 2008，128(4):871-881.</p><p>　?。?］Sato M. Upreg

28、ulation of the Wnt/beta-catenin pathway induced by transforming growth factor-beta in hypertrophic scars and keloids ［J］. Acta Derm Venereol, 2006，86(4):300-307.</p><p>　?。?］Kolligs FT，Bommer G?keB．Wnt/beta-

29、catenin/tcf signaling;acritical pathway in gastrointestinal tumorigenesis［J］．Digestion，2002，66(3)：131-144．</p><p>　　［6］Karner C, Wharton KA Jr, Carroll TJ. Planar cell polarity and vertebrate organogenesis ［

30、J］. Semin Cell Dev Biol, 2006，17(2):194-203.</p><p>　　［7］Habas R, He X. Activation of Rho and Rac by Wnt/frizzled signaling ［J］. Method s Enzymol, 2006，406:500-511.</p><p>　?。?］Veeman MT ，Axelro

31、d JD ，Moon RT. A second canon ：functions and mechanisms of beta-catenin-independent Wnt signaling［J］.Dev Cell，2003，5(3)：367-377．</p><p>　　［9］Tsukamoto H，She H，Hazra S，et al．Anti-adipogenic regulation underli

32、es hepatic stellate cell transdifferentiation［J］．J Gastroenterol Hepatol，2006，21(3)：S102-105．</p><p>　?。?0］Myung SJ, Yoon JH, Gwak GY, et al. Wnt signaling enhances the activation and survival of human hepat

33、ic stel1ate cells ［J］. FEBS Lett, 2007，581(16):2954-2958.</p><p>　?。?1］Cheng JH, She HY, Han YP, et al. Wnt antagonism inhibits hepatic stellate cell activation and liver fibrosis ［J］. Am J Physiol Gastroint

34、est Liver Physiol, 2008，294(1):G39-49.</p><p>　?。?2］Zeng G, Awan F, Otruba W, et al. Wnt’er in liver: expression of Wnt and frizzled genes in mouse ［J］. Hepatology, 2007，45（1）:195-204.</p><p>　　

35、［13］Surendran K, McCaul SP, Simon TC. A role for Wnt4 in renal fibrosis ［J］. Am J Physic Renal Physiol, 2002，282(3):F431-441.</p><p>　?。?4］He W, Dai C, Li Y, et al. Wnt/beta-catenin signaling promotes renal

36、interstitial fibrosis ［J］. J Am Soc Nephrol, 2009，20(4):765-776.</p><p>　　［15］K nigshoff M, Balsara N, Pfaff EM, et al. Functional Wnt signaling is increased in idiopathic pulmonary fibrosis ［J］. PLoS One,20

37、08，3(5):e2142.</p><p>　?。?6］Chilosi M, Poletti V, Zamò A et al. Aberrant Wnt/β-catenin pathway activation in idiopathic pulmonary fibrosis ［J］. Am J Pathol,2003，162(5):1495-1502.</p><p>　?。?/p>

38、17］Duan D，Sehgal A，Yao J，et al．Lefl transc ription factor expression defines airway progenitor cell targets for in utero gene therapy of submucosal gland in cystic fibrosis［J］．Am J Respir Cell Mol Biol,1998,18(6)：750-758