Wnt信號通路與類風濕關節炎的關系

謝　妮(綜述),何成松(審校)

(瀘州醫學院附屬醫院風濕免疫科,四川 瀘州 646000)

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Wnt信號通路與類風濕關節炎的關系

謝妮△(綜述),何成松※(審校)

(瀘州醫學院附屬醫院風濕免疫科,四川 瀘州 646000)

摘要：類風濕關節炎(RA)是以滑膜炎癥和增殖為主要特征的自身免疫性疾病，滑膜炎可持續性導致關節內軟骨和骨的破壞，其發病機制尚未完全明確。隨著對RA研究的深入，其發病機制的研究主要集中在滑膜細胞異常的信號轉導。Wnt信號通路參與細胞的增殖、分化和凋亡，在RA滑膜炎癥以及調節骨代謝過程中起重要作用。在RA患者病情發展過程中，Wnt信號通路在成骨細胞、破骨細胞、成纖維細胞樣滑膜細胞中發揮效應，促進骨質疏松、骨質侵蝕的發展。

關鍵詞：類風濕關節炎；Wnt信號通路；滑膜細胞；成骨細胞；破骨細胞

類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種以慢性多關節炎癥為主的系統性自身免疫性疾病，其主要特征為滑膜炎癥及增生、血管翳的形成，造成軟骨及骨質破壞，最終引起關節畸形及功能障礙。Wnt信號通路是細胞增殖分化的關鍵調控通路之一，目前已知其與器官及組織的早期發育有密切聯系，該通路的異常激活或表達可引起各種疾病的發生。隨著對Wnt信號通路研究的深入，近年發現此途徑在RA成纖維細胞樣滑膜細胞(fibroblast 1ike synoviocytes,FLS)異常激活增殖、軟骨破壞及骨質丟失中發揮重要作用[1]。該文主要深入探討Wnt信號通路在RA發病機制的作用，為開發治療RA的分子靶點提供新的思路。

1Wnt及其信號通路

1.1Wnt基因、Wnt蛋白及相關受體追溯Wnt基因發現歷史，Wnt基因的報道來自對果蠅的無翅基因(wingless)和鼠類乳腺癌病毒的研究。Wingless基因最早發現于果蠅胚胎發育過程中，是作用于胚胎發育及成年動物肢體形成的基因。1982年Nusse和Varmus[2]在小鼠乳腺癌相關病毒基因插入誘導產生小鼠乳腺癌過程中克隆出一種原癌基因，被稱作Int1癌基因。Int1癌基因與Wingless基因具有同源性，因此將兩個名稱合并命名為Wnt基因。目前已知哺乳動物至少表達19種Wnt蛋白，其特點是由Wnt基因編碼的一類不溶于水的分泌型糖蛋白，長度為350～380個氨基酸，且帶有一段24個半胱氨酸殘基富集的高度保守信號區域，起始為疏水信號序列，其后含有多個糖基化位點[3]。不同的Wnt蛋白均需與相互對應的受體結合才能發揮作用。Wnt受體根據其活性的差異性可分為卷曲蛋白受體(frizzled，Fz)、低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6 (low density lipoprotein receptor related proteins 5/6,LRP5/6)、酪氨酸激酶受體等,其中LRP5/6與Fz尤為重要[4]。

1.2Wnt信號通路Wnt基因編碼產物所介導的信號轉導通路稱為Wnt信號通路，主要包括3條信號轉導通路：經典Wnt信號轉導通路[即依賴β-連環蛋白(β-catenin)信號途徑]、Wnt/Ca信號轉導通路和Wnt/平面細胞極性信號轉導通路[5]。

1.2.1經典Wnt信號轉導通路其是目前研究最詳細和最重要的信號通路。參與該通路的成分主要包括β-catenin等胞質調節蛋白、跨膜受體(LRP5/6和Fz)及T細胞因子/淋巴增強因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)。經典的Wnt信號轉導通路主要通過調節β-catenin在細胞內的穩定和蓄積而發揮作用[6]。當Wnt信號通路未活化時，細胞質內β-catenin蛋白量的低水平由酪蛋白激酶1、軸蛋白(axis inhibitor,Axin)、糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)、結直腸腺瘤性息肉病基因編碼的蛋白等構成降解復合體維持[7]。首先是由GSK-3β將β-catenin的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化，磷酸化的β-catenin結合于β轉導素重復蛋白，隨后通過泛素/蛋白酶體途徑降解，在無β-catenin進入細胞核的情況下，TCF/LEF功能被抑制并關閉Wnt下游靶基因的轉錄[8]。當Wnt信號通路活化時，拮抗降解復合體參與β-catenin水平的調節。Wnt信號通路由Wnt蛋白與相應Fz和LRP5/6組成的膜受體復合物結合啟動[9]，細胞內蓬亂蛋白(dishevelled,Dsh)與復合物中的Fz結合并磷酸化激活，磷酸化的Dsh激活鳥苷酸結合蛋白，由鳥苷酸結合蛋白將GSK-3β從降解復合體上解離下來，導致復合物失去降解活性。此外,Axin/GSK-3β結合復合物中的LRP6被GSK-3β雙磷酸化，Axin一端與LRP6的磷酸化位點相結合，另一端與調解胞內β-catenin水平的降解復合體結合，導致降解復合體的降解，抑制β-catenin磷酸化，從而使β-catenin在胞質中積聚并轉移至胞核內，與TCF/LEF結合，抑制TCF/LEF與相應轉錄抑制因子的結合，促進經典Wnt信號轉導通路靶基因的轉錄[10]。

1.2.2Wnt/Ca2+信號轉導通路由Wnt5a和Wnt11激活，Wnt/Fz活化胞質中的Dsh,通過G蛋白活化蛋白激酶C和磷脂酶C,導致胞質Ca2+濃度增加，Ca2+進一步激活Ca2+相關蛋白,引起包括核因子κB和活化T細胞核因子在內的轉錄因子聚集,導致靶基因表達[11]。

1.2.3Wnt/平面細胞極性信號轉導通路Wnt蛋白通過結合卷曲蛋白與Dsh激活小三磷酸細胞鳥苷酸酶，從而激活c-Jun氨基端激酶途徑來發揮作用，參與細胞骨架重排和細胞極性的建立。研究發現,經典與非經典Wnt信號通路的激活可分別通過LRP5/6或酪氨酸激酶受體1/2與Fz結合以及募集下游的細胞質摧毀復合物實現,這樣就把經典/非經典Wnt信號通路聯系起來[12]。

1.3Wnt信號通路調節及功能Wnt信號通路的調節可分為位于胞膜、胞質和細胞外的調控。首先，Wnt信號通路在細胞膜中的調節分為3類：①LRP5/6的抑制性配體,如Dickkopfs(DKKs)。DKKs是一種分泌型糖蛋白，它包括DKK1～4，除DKK3外，其余均能抑制Wnt信號通路，以DKK1最為重要，DKK1可結合并改變LRP6的構象，阻止LRP6與Fz-Wnt復合物結合，從而LRP6與Fz-Wnt復合物不能形成正常的Wnt/LRP6/Fz三體復合物，阻斷下游信號的轉導，DKK1與其跨膜受體Kremen1/Kremen2及LRP5/6形成三聚體后,快速誘導細胞內吞細胞膜上的LRP5/6，抑制Wnt信號通路[13]。②Wnt受體競爭性抑制Wnt配體，如分泌性卷曲相關蛋白(secreted frizzled-related proteins,sFRPs)，sFRPs含有與Fz胞外區相似的區域，該區域直接競爭性結合于Wnt蛋白，阻止其與Fz受體結合，下調Wnt信號通路。③硬骨素是一種分泌型的富含胱氨酸的骨細胞特異性糖蛋白質，硬骨素可結合細胞膜上的LRP5/6受體，阻斷LRP5/6與卷曲蛋白結合，抑制經典的Wnt通路。其次，在胞質中GSK-3β通過磷酸化LRP6，調控降解復合物的解離，正/負向調節Wnt信號轉導。最后，Wnt信號通路還受細胞外因素的影響，如乙酰肝素蛋白聚糖。Wnt信號通路在表達調控細胞的遷移黏附及細胞極化等過程中發揮關鍵作用。Wnt信號通路異常事件的發生可引起細胞的增殖，最終可導致多種惡性腫瘤的發生。

2RAFLS中的Wnt信號通路及作用

RA以滑膜的增生和炎癥導致骨質破壞為主要特征，正常的滑膜內膜是由FLS和巨噬細胞樣滑膜細胞組成，RA患者 FLS的增殖和凋亡平衡失調，使FLS不斷地“腫瘤樣”增生，間接造成關節結構的破壞[14]。RA患者FLS分裂的速度較正常人或骨關節炎患者快，激活的FLS可產生促炎因子以及細胞基質降解分子，導致軟骨和骨的持續性破壞。關于RA患者FLS活化的分子調節機制還需進一步研究探索，目前已有的研究表明RA患者FLS中β-catenin的表達升高，激活Wnt信號通路，從而使RA患者FLS激活[15]。Sen等[16]通過收集RA關節滑膜組織切片研究發現了幾種同源Wnt蛋白(Wnt1、Wnt5a等)均較骨關節炎患者和正常人滑膜組織高，下調Wnt1和Wnt5a能夠抑制FLS活化增殖。Wnt5/Fz5和Wnt1介導的Wnt信號通路與RA的發生密切相關。①Wnt5a/Fz5信號通路可能參與促進炎癥前體因子，如白細胞介素(interleukin,IL)6、IL-8等的合成，使RA滑膜中白細胞活化，促進骨吸收[17]。Wnt5a也有利于增加FLS釋放基質細胞起源因子1，基質細胞起源因子1使淋巴細胞從血管內到滑膜的滲透作用增加，Wnt5a受體拮抗劑使RA滑膜中的FLS中炎癥細胞因子表達量降低，可用于RA關節滑膜炎的治療。Wnt5a和Fz5的特異結合參與RA滑膜中的FLS的激活，可上調血管內皮生長因子的表達，加速滑膜新生血管的生成，促進滑膜的增殖。②FLS中Wnt1信號通路除了可增強基質金屬蛋白酶前體(matrix metalloproteinase precursor,pro-MMPs)的合成外也可調節纖維連接蛋白的表達,前者促使基質金屬蛋白合成增加，基質金屬蛋白在RA滑膜的FLS中高表達，可導致骨侵蝕破壞，后者可提高RA滑膜中骨髓干細胞和白細胞結合能力，增強FLS存活的能力。非RA的FLS被表達Wnt1的載體轉染后，Wnt1的過表達可上調pro-MMP3，而抗Wnt1抗體或重組sFRPs可阻止pro-MMP3的表達。總之，Wnt信號通路在RA的FLS中導致關節破壞過程的作用方式多種多樣，且發揮持續作用。

3Wnt信號通路與RA骨代謝

正常骨形態結構是成骨細胞(osteoblast,OB)承擔的新骨形成和破骨細胞(osteoclast，OC)承擔的骨質吸收兩種作用相互形成動態平衡的結果。既往研究已證明，長期持續的激活Wnt/β-catenin通路可促進間充質干細胞向OB分化、增殖和成熟[18]。最近發現，在一定生理病理條件下Wnt信號通路對骨吸收也至關重要[19]。在RA患者OB中Wnt信號通路的抑制因子表達增強，從而抑制OB的活性，阻止Wnt/β-catenin信號誘導的成骨發生過程。Diarra等[20]發現，用抗DKK1抗體轉染RA患者，可恢復RA中OB與OC失衡狀態，從而使骨侵蝕減少，表明DKK1是RA患者骨侵蝕的重要參與者。表達于FLS上的核因子κB受體激活配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)與核因子κB受體活化因子結合后，使OC功能亢進引發骨質破壞。Wnt信號通路對OC作用依賴OB分泌的骨保護素的表達,骨保護素與RANKL結合，競爭性抑制RANKL與核因子κB受體活化因子的作用，抑制OC的生成及功能活化。阻斷FLS中Wnt5a/Fz5信號途徑可減少RANKL合成及表達，直接影響OC活化和存活，從而抑制骨破壞。研究證明，Wnt信號通路的抑制因子如DKK1能夠降低骨保護素/RANKL比值，有利于OC分化成熟，促進RA患者骨重塑中的分解代謝，誘導骨基質降解[21]。用抗DKK1抗體治療關節炎模型小鼠時引起新的骨重建抑制骨破壞，剔除小鼠單個DKK1的等位基因可觀察到骨贅形成。在RA患者滑膜組織中可分離到DKK1，且含量明顯高于健康人或骨關節炎患者，DKK1作為一種重要的介質與骨侵蝕及RA炎癥有關,其表達與疾病活動度成比例,也可作為RA骨侵蝕的生物學標志物[22]。

4Wnt信號通路與RA炎癥細胞

在長期患病的RA患者滑膜FLS內增生大量骨侵蝕相關的因子,包括IL-1、IL-6、Wnt7b和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等。Nakamura等[23]研究證明，在RA中Wnt7b表達上調，將Wnt7b導入RA的FLS和OB中發現IL-1、IL-6和TNF-α等促炎因子表達上升，這些促炎因子在RA發病機制中發揮著重要作用。例如，在RA的臨床治療中用IL-1和TNF-α抑制劑可減輕關節癥狀，調節骨重塑并延緩骨侵蝕的進展，TNF-α拮抗劑的部分骨保護作用可能是通過抑制Wnt/DKK1表達來實現的，這也可推論TNF-α可促進DKK1的上調。在RA患者OB和滑膜組織中，Wnt5a介導的非經典Wnt信號通路活化FLS,促進骨質破壞、誘導產生炎癥趨化因子。研究表明，RA關節滑膜炎癥控制后可伴隨Wnt信號通路sFRP1、sFRP2等負調控因子明顯減少，表明炎癥對Wnt信號通路有調控作用[24]。樹突狀細胞(dendritic cell,DC)專職呈遞抗原細胞，并將抗原信息呈遞給淋巴細胞，調節先天和適應性免疫應答。RA滑液和滑膜中存在更多的DC，DC以及活化的淋巴細胞在RA抗原呈遞中相互作用，使關節滑膜中的免疫炎癥細胞異常活化。研究Wnt蛋白在健康人與RA患者外周血DC中表達的差異性，提示RA患者Wnt信號通路在DC分化成熟過程中有重要作用[25]。文獻報道，體外誘導培養的DC在分化過程中，Wnt5a及其受體Fz2的表達量會明顯增強，DC自分泌Wnt5a或其他的Wnt蛋白，通過表面的受體激活Wnt信號通路，調控自身的分化或功能[26]。

5小結

目前已明確Wnt信號通路在RA骨代謝過程中發揮獨特的作用,但是Wnt信號通路的各種因子如何相互作用，其機制尚需進一步研究明確。近年來國內外對經典Wnt信號轉導通路與RA關系的研究較多，而非經典Wnt信號通路的機制更加復雜，其轉導機制尚未完全明確，仍需要更進一步的研究。Wnt通路阻斷劑DKK1在RA骨重塑中起重要作用，調節DKK1的表達可能是一種改善RA骨破壞的方法，這可能為臨床上有效治療RA提供新的思路。

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Wnt Signaling Pathway and Rheumatoid Arthritis

XIENi,HECheng-song.

(DepartmentofRheumatology,AffiliatedHospitalofLuzhouMedicalCollege,Luzhou646000,China)

Abstract:Rheumatoid arthritis(RA) is an autoimmune disease with characteristic features of synovial inflammation and proliferation which subsequently lead to destructions of cartilage and bone.Its pathogenesis is still uncertain.With the development of the research on RA,the research on the pathogenesis is focused on the abnormal signal transduction of the synovial cell.The Wnt signaling pathways take part in cells proliferation,differentiation and apoptosis and play a key role in the synovial inflammation and the regulation of bone metabolism of RA.In the development of RA,the Wnt signaling pathways have effect on osteoblast,osteoclast and fibroblast 1ike synoviocytes,promoting the progress of osteoporosis and bone erosion.

Key words:Rheumatoid arthritis; Wnt signal pathways; Synoviocyte; Osteoblast; Osteoclast

收稿日期：2014-03-21修回日期：2014-06-27編輯：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.01.011

中圖分類號：R593.22

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)01-0027-04