Wnt信號通路與RA的骨質(zhì)代謝

馬瑩瑩 綜述 張 育 審校 （揚州大學臨床醫(yī)學院暨蘇北人民醫(yī)院,揚州 225001）

Wnt信號通路與RA的骨質(zhì)代謝

馬瑩瑩 綜述 張 育 審校 （揚州大學臨床醫(yī)學院暨蘇北人民醫(yī)院,揚州 225001）

Wnt信號通路是重要的細胞信號轉(zhuǎn)導通路,該通路在器官和組織的早期發(fā)育中起重要作用,異常表達或激活該途徑會導致各種疾病甚至腫瘤的發(fā)生。類風濕關節(jié)炎（Rheumatoid arthritis,RA）是一種累及周圍關節(jié)為主的多系統(tǒng)炎癥性的自身免疫性疾病。最近的研究表明Wnt信號通路在RA的骨質(zhì)代謝中發(fā)揮重要作用。進一步研究Wnt信號通路的靶基因在RA骨質(zhì)代謝中的作用,可以為RA治療的新策略提供依據(jù),因此Wnt基因家族成員可能成為RA治療很好的分子靶點。

1 WNT信號通路及其功能

Wnt最初發(fā)現(xiàn)為果蠅分節(jié)極性基因,其功能與胚胎發(fā)育和蛻變過程中成體翼的形成有關,Nusse等人于1982年在小鼠乳頭瘤病毒整合部位發(fā)現(xiàn)并報道了int-1基因,隨后發(fā)現(xiàn)這一基因與果蠅胚胎發(fā)育基因同源,將二者名稱簡并后,該基因被重新命名為Wnt。該基因編碼的蛋白是一類富含L-半胱氨酸、大小約39～46 kD的分泌性糖蛋白。Wnt蛋白在細胞表面結合到卷曲蛋白（Frz）家族受體,Wnt/Frz復合體控制胚胎發(fā)育過程中組織的形成,以及四肢發(fā)育和關節(jié)形成的全過程[1]。人們一般將Wnt基因編碼產(chǎn)物所介導的信號傳導通路稱為Wnt信號通路。Wnt信號通路是胚胎發(fā)育和組織形成時期決定細胞增殖、細胞極性和細胞凋亡的基本機制之一,所以Wnt信號通路的突變常與人的出生缺陷、癌癥和其它疾病有關[2]。

1.1 Wnt信號通路的結構 Wnt信號通路是一條保守的信號傳導通路,從低等生物果蠅直至高等哺乳動物,其成員具有高度同源性。Wnt蛋白結合到兩種不同的受體復合物:一種是卷曲蛋白（Frz）和低密度脂蛋白受體相關蛋白（LRP）5或6的復合物;另一種是卷曲蛋白（Frz）和受體酪氨酸激酶孤獨受體（RORs）復合物。Wnt和受體的結合激活兩類信號途徑:依賴β-連環(huán)蛋白的經(jīng)典通路和不依賴β-連環(huán)蛋白的非經(jīng)典通路,非經(jīng)典通路包括Wnt/鈣離子（Wnt/Ca2+）通路、Wnt/PCP通路（平面細胞極性通路）和蛋白激酶A信號通路[3-5]。

1.1.1 經(jīng)典的Wnt信號通路 Wnt信號通路調(diào)節(jié)的胞質(zhì)β-連環(huán)蛋白的磷酸化/降解是經(jīng)典Wnt信號通路的基礎。在沒有胞外Wnt信號時,在靶細胞糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）使 β-連環(huán)蛋白發(fā)生磷酸化。軸蛋白（Axin）和結腸腺瘤樣息肉病基因（APC）作為GSK-3β和β-連環(huán)蛋白結合的支架蛋白。磷酸化的β-連環(huán)蛋白被E3泛素連接酶降解[2]。Wnt1類配體如Wnt1和Wnt3a通過Wnt蛋白,Frz和LRP5/6的復合物激活經(jīng)典途徑。這個復合物促進GSK-3β磷酸化,抑制GSK-3β的激酶活性,使β-連環(huán)蛋白磷酸化受限。Frz作用于胞質(zhì)內(nèi)的蓬松蛋白（Dishevelled,Dsh）,Dsh能切斷β-連環(huán)蛋白的降解途徑,從而使β-連環(huán)蛋白在細胞質(zhì)中積累。累積的β-連環(huán)蛋白進入胞核,在胞核與淋巴增強子結合因子（LEF）/T細胞因子（TCF）轉(zhuǎn)錄因子結合,從而誘導Wnt靶基因的表達[1,3,6]。

1.1.2 非經(jīng)典的Wnt信號通路 Wnt5a與Frz和ROR1或2受體復合物結合通過GTP結合蛋白三聚體增加細胞內(nèi)Ca2+,并激活鈣調(diào)節(jié)蛋白依賴性激酶II（CAMK2A）和蛋白激酶C（PKC）,進而活化NF-κB轉(zhuǎn)錄因子。后者誘導編碼促炎的細胞因子/炎癥趨化因子的各種基因的表達。Wnt/PCP通路:由Frz介導激活小GTP酶蛋白,包括Rho,Rho,c-jun氨基末端激酶（JNK）和Rho激酶,調(diào)節(jié)細胞骨架的不對稱分布和上皮細胞的協(xié)同極化,還有對胚胎發(fā)育的階段性調(diào)控[4,7]。

1.2 Wnt信號通路的功能 Wnt基因在胚胎發(fā)育中有著廣泛的表達,Wnt信號通路在胚胎發(fā)育和成體干細胞的發(fā)展調(diào)節(jié)系統(tǒng)中起著重要作用[2,8]。Wnt信號通路介導多種細胞進程,包括細胞的增殖,分化和細胞凋亡。在胚胎發(fā)育期Wnt信號的失調(diào)將會導致胚胎夭折或發(fā)育缺陷;在成體中則會導致包括癌癥在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生。在Wnt通路中任何一步發(fā)生障礙都可致癌,其異常情況大致可分為三類:一是組成Wnt信號途徑的蛋白、轉(zhuǎn)錄因子或基因被破壞或變異導致該途徑關閉或局部途徑異常活躍。二是過多的Wnt信號使整個途徑都異常活化,細胞進行不必要的增殖。三是沒有Wnt信號時,細胞內(nèi)其它的活動也會通過Wnt途徑來刺激或誘發(fā)細胞乃至機體不正常反應[9]。Wnt通路與多種類型的癌癥有關,包括肺癌、白血病、乳腺癌、甲狀腺癌、前列腺癌和腎母細胞瘤[2,8]。家族性腺瘤性息肉病、家族性滲出性玻璃體視網(wǎng)膜病變和骨質(zhì)疏松癥假性神經(jīng)膠質(zhì)瘤綜合征均由編碼Wnt信號通路相關蛋白的基因突變引起[10]。Wnt信號通路還參與脂質(zhì)代謝和血糖動態(tài)平衡,LRP5的突變可導致糖尿病和肥胖癥,而LRP6的突變與冠狀動脈疾病和代謝綜合征的發(fā)病有關[11]。

近來研究表明,Wnt介導的信號通路與骨質(zhì)代謝的多個方面有關。如LRP5-/-和Wnt10b-/-小鼠突變體中所示,導致β-連環(huán)蛋白的累積的蛋白質(zhì)功能缺失將引起骨質(zhì)缺損;相反,β-連環(huán)蛋白通路的負調(diào)控物突變失活增加骨量。大量的β-連環(huán)蛋白增加骨的形成,伴隨著成骨特定基因的表達,然而在發(fā)育的早期階段敲除β-連環(huán)蛋白基因?qū)е庐愇坏能浌切纬杉俺晒羌毎漠惓７只痆12]。當β-連環(huán)蛋白失活時,在膜內(nèi)成骨及軟骨內(nèi)成骨的過程中,間充質(zhì)細胞向軟骨細胞而不是成骨細胞方向轉(zhuǎn)化,表明這兩種成骨方式都通過β-連環(huán)蛋白的分子產(chǎn)生[13]。大量的拮抗劑調(diào)節(jié)Wnt信號通路,Dkk1和Dkk2都抑制經(jīng)典的Wnt信號通路。他們與LRP5/6結合,抑制Wnt-Frz-LRP復合物的形成。Dkk1和Dkk2通過不同的機制調(diào)節(jié)骨骼發(fā)育,DKK1-/-小鼠由于成骨細胞數(shù)目和骨形成速度的增加表現(xiàn)為骨形成的增加。Dkk2-/-小鼠表現(xiàn)為 RANK配體（RANKL）而不是骨保護素產(chǎn)生增加,導致成骨細胞功能不全和骨質(zhì)疏松。這些結果表明,Dkk1和Dkk2都調(diào)節(jié)骨形成,他們影響成骨細胞成熟的不同階段。可溶性Frz受體蛋白（Sfrps）是特殊的Wnt信號通路拮抗劑,在Sfrp1-/-小鼠由于成骨細胞凋亡的抑制導致成骨細胞的數(shù)量和骨形成的速度增加[6,14]。給與GSK-3β抑制劑氯化鋰刺激體內(nèi)和體外的干細胞分化為成骨細胞,小鼠的骨形成明顯增加,類似的結果也可在給予LRP5-/-小鼠氯化鋰后觀察到。這些發(fā)現(xiàn)表明,活化經(jīng)典的Wnt信號通路會導致骨量增加[5,14,15]。非經(jīng)典的Wnt信號通路也與骨質(zhì)代謝有關,Wnt5a的滅活或ROR2基因失活都導致骨骼缺陷[16]。非經(jīng)典的Wnt信號通路促進炎癥性疾病的骨質(zhì)破壞,Wnt5a通過破骨細胞的前體細胞表達的ROR2,促進RANKL誘導的破骨細胞形成[3]。

2 WNT與RA的骨質(zhì)代謝

類風濕關節(jié)炎（RA）是一種累及周圍關節(jié)為主的多系統(tǒng)炎癥性的自身免疫性疾病。RA主要病理特征是關節(jié)滑膜血管新生和血管翳形成,正常滑膜含有來源于骨髓的巨噬細胞樣滑膜細胞,和來源于間充質(zhì)的成纖維細胞樣滑膜細胞（FLS）。在類風濕關節(jié)炎患者,FLS活化和增殖產(chǎn)生細胞因子和炎癥趨化因子,如白細胞介素（IL）-6,IL-8和IL-15等導致白細胞浸潤和保留,以及血管生成,導致血管翳形成,因此破壞關節(jié)軟骨和骨。此外,成纖維細胞樣滑膜細胞分泌金屬蛋白酶,在其成熟的形式,促進軟骨降解和血管翳侵入關節(jié)的滑膜,從而破壞關節(jié)軟骨及骨,造成關節(jié)畸形[1]。研究表明,Wnt介導的信號通路在RA骨質(zhì)代謝的病理生理過程中起著關鍵性作用,進一步研究Wnt信號通路的靶基因在RA骨質(zhì)代謝中的作用,可以改善RA的臨床表現(xiàn)及預后,因此Wnt基因家族成員可能成為RA治療很好的分子靶點[17]。

在類風濕關節(jié)炎患者中血清DKK-1的水平與疾病活動度成比例,而在強直性脊柱炎患者DKK-1與疾病無明顯相關性[18]。在RA患者Wnt1過度表達,刺激纖維連接蛋白和前基質(zhì)金屬蛋白酶-3的產(chǎn)生,滑膜表達的基因如Wnt和Frz,比那些沒有RA的表達水平高[1]。在類風濕關節(jié)炎腫瘤壞死因子-α（TNF-α）是控制疾病的關鍵因子,該因子使參與骨吸收的破骨細胞的產(chǎn)生增多,抑制參與骨重建的成骨細胞,導致軟骨下骨組織破壞。Wnt抑制劑DKK-1在關節(jié)炎患者侵蝕的關節(jié)中過度表達。在用抗DKK-1抗體治療的小鼠的炎癥關節(jié)可觀察到骨贅形成,DKK-1抑制劑增加成骨細胞的分化,抑制破骨細胞介導的骨質(zhì)吸收。促炎細胞因子 TNF-α誘導DKK-1的表達,通過直接抑制成骨細胞的分化和功能減少炎癥關節(jié)的骨重建。在關節(jié)炎模型小鼠阻斷DKK-1引起新的骨重建抑制骨吸收[19]。因此,在經(jīng)典的Wnt信號通路促進成骨細胞祖細胞分化為成熟的成骨細胞,從而增加骨的形成。經(jīng)典的Wnt信號通路也誘導了成骨細胞中OPG表達的上調(diào)和RANKL表達的下調(diào),結果抑制骨吸收[3]。抑制小鼠軟骨細胞的經(jīng)典的Wnt信號通路,觀察到關節(jié)軟骨細胞凋亡顯著增多并且有關節(jié)軟骨的破壞[5]。在類風濕關節(jié)炎病人的滑膜非經(jīng)典的Wnt信號通路誘導產(chǎn)生炎性細胞因子同時促進骨質(zhì)破壞,成骨細胞和RA滑膜組織分泌的Wnt5a通過非經(jīng)典信號通路活化成纖維細胞樣滑膜細胞（FLS）,導致類風濕關節(jié)炎患者關節(jié)產(chǎn)生促炎癥反應的炎癥趨化因子[3,16]。

研究結果表明,Wnt信號通路在器官發(fā)生,骨形成,骨吸收和腫瘤發(fā)生中起重要的作用。最近的研究表明Wnt信號通路在RA的病理學過程中發(fā)揮作用。活化經(jīng)典的Wnt信號通路會導致骨重建抑制骨吸收,Wnt5a介導的非經(jīng)典的Wnt信號通路促進炎癥性疾病的骨質(zhì)破壞同時誘導產(chǎn)生炎癥細胞因子。

3 問題與展望

綜上所述,目前的研究已較清楚地了解了Wnt信號通路的結構,及其在RA骨質(zhì)代謝中的重要作用。該通路在胚胎發(fā)育、腫瘤發(fā)生和干細胞生物學中的多效性已在生物學過程中得到很好的證實,但Wnt在人類骨骼疾病中作用的分子機制沒有得到充分證明。類風濕關節(jié)炎有明顯的骨質(zhì)破壞,進一步研究Wnt信號通路在RA骨質(zhì)代謝中的作用,可以為RA治療的新策略提供依據(jù),因此Wnt基因家族成員可能成為RA治療很好的分子靶點。我們相信,隨著科學技術的發(fā)展,隨著對此機制不斷的深入研究,RA的治療可能會被推向一個更加廣闊的領域。

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[收稿2010-02-12 修回2010-05-24]

（編輯 張曉舟）

R593.22

A

1000-484X（2010）12-1143-03

10.3969/j.issn.1000-484X.2010.12.022

馬瑩瑩（1987年-）,女,在讀碩士,E-mail:mayingyingtsmc@163.com;

及指導教師:張 育（1960年-）,男,碩士,主任醫(yī)師,教授,碩士生導師,主要從事風濕性疾病的基礎與臨床方面的研究,E-mail:yzzy10182001@yahoo.com.cn。