Wnt經典通路對2型糖尿病β細胞功能的調控進展

代　喆(綜述),徐焱成(審校)

(武漢大學中南醫院內分泌科，武漢 430071)

Wnt經典通路對2型糖尿病β細胞功能的調控進展

代喆(綜述),徐焱成※(審校)

(武漢大學中南醫院內分泌科，武漢 430071)

摘要：胰島β細胞功能受損是2型糖尿病發病的重要基礎。多項研究發現提示，Wnt/β聯蛋白經典信號通路通過直接或者與胰高血糖素樣肽1、炎癥通路等相互作用的方式對胰島β細胞的新生、增殖及其功能發揮重要的調控作用，且可能介導了外周組織與β細胞的對話機制。對該通路及其調節分子在胰島β細胞中的作用機制的深入探討有助于為2型糖尿病的治療提供新的思路和方向。

關鍵詞：2型糖尿病；β細胞；Wnt/β聯蛋白經典信號通路

2型糖尿病及其相關的致死致殘率的升高是全世界面臨的共同問題。進入21世紀后，學術界的共識認為，胰島β細胞的功能受損，對機體增加的胰島素需求在質和量上的失代償是2型糖尿病發病的重要基礎。在空腹血糖受損的肥胖人群中，β細胞量已降至正常人的60%[1]，在2型糖尿病的人群中，β細胞量是正常人的30%~70%[1]。β細胞量與β細胞更新水平密切相關。在成人胰島中，β細胞更新主要決定于β細胞復制，新生與β細胞死亡的平衡[1]。在臨床實踐中也發現，對胰島β細胞功能的保護和恢復，減少胰島β細胞的負擔和凋亡常常能獲得更長久和平穩的降糖效益。因此，尋找促進β細胞增殖的機制及治療靶位，也成為了近年來的研究熱點之一。

1初識Wnt經典信號通路在2型糖尿病發生中作用

Wnt信號通路最初是在大腸癌的研究中發現的。Wnt信號通路主要有3條分支，Wnt/β聯蛋白經典信號轉導通路，planar細胞極性通路和Wnt/Ca2+通路。Wnt/β聯蛋白經典信號轉導通路在生物進化中極為保守，從低等生物果蠅至高等哺乳動物，其成員都具有高度的同源性。Wnt受體由卷曲蛋白和低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6(low density lipoprotein receptor related protein 5/6，LRP5/6)組成。Wnt/β聯蛋白經典信號轉導通路的活化起始于Wnt配體與受體的結合，引起LRP5/6的磷酸化和卷曲蛋白-LRP5/6復合體的形成。在沒有配體結合的情況下，細胞質中的Axin蛋白的不同區域分別結合糖原合成酶激酶3，酪蛋白激酶1和β聯蛋白，從而形成Axin/糖原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase 3，GSK3)/腺瘤性息肉蛋白(adenomatous polyposis coli,APC)復合體。在有配體結合的情況下，Axin/GSK3/APC復合體解聚，胞質內的β聯蛋白的水平不斷升高，并進入細胞核中與T細胞因子 DNA結合蛋白相互作用，啟動下游靶基因轉錄，參與細胞的增殖、分化和凋亡等生命活動。

有兩個重要的發現引起了人們對于Wnt/β聯蛋白通路在胰島β細胞功能調控中作用的重視。一是TCF7L2基因多態性與2型糖尿病發生風險的顯著而廣泛的相關性，二是Wnt信號通路可能參與了胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)對于胰島β細胞作用的調控。

TCF7L2(也稱為TCF4)是β聯蛋白的核內結合的DNA結合蛋白之一。2006年首次報道，TCF7L2基因第3內含子的一段四核苷酸重復序列DG10S478多態性與2型糖尿病的發生風險相關。此后，該序列的5個單核苷酸基因多態性(rs12255372，rs7903146，rs7901695，rs11196205及rs7895340)與2型糖尿病的發生風險在多個國家和人群中得到廣泛證實[2]。rs7903146 T等位基因與胰島素分泌，腸促胰島素作用受損及肝糖輸出增加相關。體內研究證實，下調TCF7L2的表達會增加人胰島β細胞的凋亡，減少β細胞的增殖和葡萄糖刺激的胰島素分泌，而上調TCF7L2的表達會對胰島在葡萄糖及細胞因子誘導的凋亡中起保護作用[3]。然而不同的TCF7L2剪接變異對糖尿病的影響不同。缺失了外顯子13,14,15和16的TCF7L2克隆可以誘導β細胞凋亡，對β細胞功能造成損傷，抑制GLP-1的應答及Wnt信號通路的下游基因表達。而包含外顯子13的TCF7L2克隆改善β細胞的生存和功能，活化Wnt信號通路[4]。在胰島β細胞之外，TCF7L2也參與了外周組織包括肌肉、肝臟、腸道以及大腦對于胰島素作用和糖代謝穩態的綜合調控[5]。

腸道L細胞的前胰島素原(preproinsulin，ppI)基因在轉錄后修飾后可以產生GLP-1和GLP-2。其中，GLP-1是一種腸促胰島素，可以促進胰島β細胞增殖及分泌胰島素的功能，其相關藥物GLP-1受體激動劑和DPP-Ⅳ抑制劑已廣泛應用于臨床并獲得良好的效益。研究發現，β聯蛋白與TCF的結合可以介導GLP-1在刺激β細胞增殖中的作用[6]。鋰能模擬Wnt配體的活性效益，在鋰的刺激下，活化的β聯蛋白可以刺激大鼠ppI啟動子的活性，也可以促進原代胎小鼠腸道細胞內源性ppI信使RNA(mRNA)的表達和GLP-1的產生。鋰對于ppI啟動子的活化依賴于位于ppI啟動子區域的G2部分的TCF結合序列[7]。TCF7L2與該部分在體內存在相互作用。Wnt配體蛋白Wnt 3a可以刺激ppI啟動子的活化和mRNA的表達。同時，GLP-1對Wnt信號通路可能也有影響。腸促胰島素類似物激動肽4可以增加β細胞Wnt4的表達，并通過Wnt信號通路調控β細胞的增殖和炎性因子的釋放[8]。

2Wnt/β聯蛋白經典信號通路在胰腺及胰島發生過程中的作用

在整個胰島中，Wnt信號通路的活性主要是在β細胞中發揮作用，在α細胞中，Wnt信號通路是沒有功能的。在胚胎期和出生后的胰腺中，有多種Wnt配體和卷曲蛋白受體的表達，提示了Wnt信號通路在胰腺發育過程中的作用。研究發現，β聯蛋白在發育的不同階段有不同作用[9]。在早期階段，β聯蛋白促進了Hedgehog和成纖維細胞生長因子信號的改變，阻礙了編碼胰腺十二指腸同源盒1基因的表達。而在后期，β聯蛋白則促進了胰腺細胞的增殖和器官體積的生長。活化的β聯蛋白在體內可以明顯增加β細胞量。Wnt通路的負向調節因子axin的表達可以阻礙胚胎期β細胞的增殖，對β細胞的生長發揮影響。一項體內研究顯示，在正常和糖尿病大鼠體內抑制Wnt信號通路可以通過抑制β細胞增殖而改變β細胞的正常生長和代償性生長[9]。通過抑制糖原合成酶激酶3β而活化Wnt通路在糖尿病大鼠體內及體外顯示出具有顯著的刺激β細胞再生的作用。進一步分析發現，這種作用是通過β聯蛋白和周期蛋白D介導的[9]。在出現明顯β細胞生理性增殖的孕期大鼠，胰島β聯蛋白和c-myc水平升高也提示了Wnt通路在β細胞增殖中的作用[10]。

3Wnt/β聯蛋白經典信號通路對β細胞量及功能的影響

Wnt/β聯蛋白信號通路在調控β細胞的生長和存活方面具有重要作用。在β細胞系或原代小鼠胰島中活化Wnt信號通路可以上調周期蛋白D1和周期蛋白D2基因的表達，同時伴隨β細胞量的增加[6]。抑制人胰島中TCF7L2的表達可以降低β細胞的增殖水平，增加β細胞凋亡，并降低β細胞重要的存活蛋白活性Akt的水平[6]。在加入了來源于腸道L 細胞的條件培養基后，人胰島的DNA合成水平增加了6倍，葡萄糖刺激下β細胞的增殖能力增加了20倍，同時，葡萄糖刺激的胰島素分泌的水平沒有受到影響，提示在受體水平活化了Wnt通路后可以在維持成熟β細胞性狀的同時，增加β細胞的增殖水平[11]。

Wnt/β聯蛋白信號通路也可以調控成熟的β細胞的胰島素分泌功能。Wnt通路的協同受體LRP5在胰島β細胞的葡萄糖刺激胰島素分泌功能中具有決定作用，敲除了LRP5的小鼠會出現糖耐量異常。體外小鼠胰島在Wnt3a和Wnt5a的作用下，可以增加其葡萄糖刺激的胰島素分泌水平[12]。另有研究發現，Wnt信號通路的活化不僅能增加原代小鼠胰島的胰島素分泌水平，還可以活化胰島和大鼠胰島素瘤細胞的葡萄糖激酶的轉錄。在分離的小鼠和人類胰島中，降低TCF7L2的表達可以減少葡萄糖刺激的胰島素分泌水平，胰島素分子和胰十二指腸同源盒1的表達[13]。分泌型卷曲相關蛋白是一類結構與卷曲蛋白受體極為相似的蛋白，通過競爭結合作用抑制Wnt通路的活動。2型糖尿病患者的胰島中可出現分泌型卷曲相關蛋白4的高表達，在白細胞介素1β的刺激下從胰島釋放，可以通過減少胰島Ca2+通道蛋白的表達，抑制胰島素的胞吐作用而造成糖耐量受損[14]。Dickkopf家族是Wnt/β聯蛋白經典信號通路的胞外抑制劑。Dickkopf相關蛋白2缺陷小鼠可以出現肝糖原的聚集增加及肝臟葡萄糖輸出減少，并可導致腸道Wnt信號通路的活化及GLP-1的產生增加[15]。R-spondin 1(RSPO1)是經典Wnt通路的調節因子，可以激活Wnt信號通路的表達。RSPO1 可以增加小鼠胰島β細胞中β聯蛋白和c-myc的表達，促進小鼠胰島素瘤細胞(MIN6)和小鼠β細胞的增殖。在RSPO1的作用下，可以有效地降低白細胞介素1β、腫瘤壞死因子α等炎性因子觸發的β細胞凋亡。同時，RSPO1還可以增加葡萄糖刺激性胰島素釋放[16]。也有學者認為，Wnt通路對胰島素分泌的調節作用與過氧化物酶體增殖物激活受體γ信號通路的相互作用有關。另外，除了Wnt通路對于胰島β細胞本身的作用外，其調節作用可能與GLP-1也相關。

42型糖尿病患者中Wnt配體蛋白的可能來源及其作用

Wnt配體蛋白與受體的結合是Wnt通路活化的起始。在人體的β細胞中，有包括Wnt 2b、3、4、5a、7b、10a及14等在內的多種Wnt配體蛋白的表達。在正常人的胰島中，Wnt通路信號分子包括TCF7L2、Wnt2b、β聯蛋白、GSK3β、TCF3、周期蛋白 D1和c-myc的表達量均比較低，而在2型糖尿患者的胰島中，這些信號分子的表達水平均會明顯升高[17]。一項研究發現，Wnt4在胰島中存在豐富的表達，其表達的增加可以抑制胰島和MIN6細胞中Wnt經典信號通路的活性[18]。而Wnt配體蛋白Wnt3a可以通過細胞周期調節蛋白周期蛋白D1，周期蛋白D2和細胞周期素依賴激酶4刺激MIN6細胞和小鼠原代β細胞的增殖[19]。Wnt3a對β細胞增殖的調控作用可能與胰島素受體底物2/磷脂酰肌醇3-激酶信號通路也有一定的相關性[20]。基因研究發現，Wnt16的一個亞型Wnt16a保守區的一段移碼插入突變攜帶者中，其Wnt16a mRNA水平比非突變攜帶者升高3.2倍，同時伴隨TCF7L2 mRNA表達水平升高23倍[21]。

Wnt蛋白的一個來源是脂肪組織。來自于人脂肪細胞的條件培養基可以增加大鼠胰島素瘤細胞的增殖，誘導Wnt信號通路的活化，這可能與在人類和齲齒類動物中觀察到的肥胖狀態下β細胞的增生有關。在前脂肪細胞中表達Wnt5b可以通過抑制Wnt信號通路而增加脂肪形成和脂肪細胞因子基因的表達[13]。Wnt信號通路參與了脂肪細胞的分化[22]，并且在脂肪細胞因子的作用下，可以對Wnt配體蛋白和受體蛋白進行調控[23]，提示Wnt信號通路在外周組織與胰島β細胞的對話及對全身代謝狀態的調控中起重要作用。

5結語

Wnt/β聯蛋白經典信號通路在胰島β細胞的新生，增殖的調控及其功能方面發揮重要作用。在將來的進一步研究中，一方面在臨床研究中探討該通路的相關調控分子在糖尿病發生、發展中的變化，另一方面在基礎研究中對于該通路與其他相關通路如β細胞增殖、細胞周期、內質網應激等通路的交互作用的研究以及針對該通路的干預靶位的開發可能對2型糖尿病新的治療方向起到一定的啟示作用。

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Progression of Research on Canonical Wnt/β-catenin Signaling Pathway on the Modulation of β Cell Function in Type 2 Diabetes

DAIZhe,XUYan-cheng.

(DepartmentofEndocrinology,ZhongnanHospitalofWuhanUniversity,Wuhan430071,China)

Abstract：Islet β cell dysfunction is the fundamental factor in the pathogenesis of type 2 diabetes.Multiple researches have implicated that the canonical Wnt/β-catenin signaling pathway may have significant effect on islet β cell neogenesis, proliferation and its function by direct or indirect interaction with glucagon-like peptide or inflammatory pathway. Also this pathway might possibly mediate the cross-talk between β cell and peripheral tissues. The in-depth research on canonical Wnt/β-catenin signaling pathway and its modulators′ effect on the function of islet β cells can provide new directions for type 2 diabetes therapy.

Key words:Type 2 diabetes; β cell; Canonical Wnt/β-catenin signaling pathway

收稿日期：2014-06-23修回日期：2014-11-11編輯：相丹峰

基金項目：國家自然基金面上項目(81370872)；湖北省衛生廳青年科技人才項目(QJX2010-20)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.038

中圖分類號：R587.1

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)10-1831-03