Wnt信號通路在脊髓損傷修復中作用的實驗研究進展①

滿夏楠，陳健爾

Wnt信號通路在脊髓損傷修復中作用的實驗研究進展①

滿夏楠，陳健爾

Wnt信號通路是參與調控神經系統發育和參與脊髓損傷修復的重要信號轉導系統之一，在軸突再生、神經干細胞增殖并向神經元分化，而抑制向膠質細胞分化等方面起重要作用。脊髓損傷后，損傷部位周圍多種Wnt蛋白表達。Wnt家族中的一些蛋白在脊髓損傷修復中發揮著重要作用，Wnt/β-catenin信號通路的激活更是脊髓損傷后脊髓再生的必要步驟。

Wnt信號通路；脊髓損傷；神經干細胞；Wnt/β-catenin通路；綜述

[本文著錄格式]滿夏楠，陳健爾.Wnt信號通路在脊髓損傷修復中作用的實驗研究進展[J].中國康復理論與實踐,2017,23(6): 645-648.

CITED AS:Man XN,Chen JE.Experimental research progress of wnt signaling pathway in spinal cord injury repair(review)[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(6):645-648.

脊髓損傷是一種常見的嚴重創傷性疾病，不僅導致患者出現嚴重的感覺和運動功能障礙，還會給患者心理造成影響，給家庭和社會帶來沉重負擔。據全球事故統計，僅外傷造成的脊髓損傷，每百萬次就有23例[1]。脊髓損傷后發生的繼發性損傷還會導致脊髓功能的進一步惡化[2]。

微環境的改變和神經細胞的再生潛能在脊髓損傷修復中有重大作用，軸突再生是影響脊髓損傷修復程度的關鍵因素之一[3]。Wnt信號通路能調控神經系統的發育和功能，在脊髓損傷的修復過程中發揮著重要作用[4]。

1 Wnt信號通路

Wnt由鼠原癌基因integrationl(int1)和黑尾果蠅無翅基因wingless(wg)兩個詞合成而來。自Wnt基因發現命名以來，目前已經發現19個Wnt基因和14個受體[5]，前者分別命名為Wnt-l、Wnt-2、Wnt-3、Wnt-3a、Wnt-4等，一段編碼22或24個半胱氨酸殘基的區域是它們的共有特征。

根據Wnt配體和受體激活的途徑，將Wnt1/2/3/3a/8a/8b/ 10a/10b和FZD1/5/7/9歸為經典信號分子，而Wnt4/5a/5b/6/7a/ 7b/1和FZD2/3/4/6被歸為非經典信號分子，剩余的Wnt2b/9a/ 9b/16和FZD8/10蛋白仍未分類[6]。一般來說，經典Wnt信號維持神經干細胞(neural stem cells,NSCs)的增殖狀態，Wnt拮抗劑和非經典Wnt信號可能參與神經元的分化。

Wnt信號通路的細胞內信號轉導主要有4條通路：β-連環蛋白(β-catenin)通路、polarity通路、Ca2+通路以及調節紡錘體定向和不對稱細胞分裂的通路[7]，其中研究最多、最透徹的是Wnt/β-catenin通路。Wnt/β-catenin通路主要包括Wnt蛋白家族、跨膜受體Frizzled家族、共受體低密度脂蛋白相關蛋白5/6 (1ow-den sity lipop rogein receptor-related p rotein 5/6,LRP 5/ 6)、蓬亂蛋白(Dishevelled,Dsh或Dv1)、APC/Axin/G SK-3J3降解復合體、β-catenin以及轉錄因子TCF/LEF家族。

2

Wnt信號通路與脊髓損傷修復

近年來的研究證實，Wnt蛋白家族不僅在胚胎神經系統發育的早期階段發揮作用，在神經嵴形成、神經元分化和突觸發生中也起關鍵作用[8]，同時能影響細胞增殖、細胞極性和能動性、神經元的存活和連通及細胞-細胞粘連[9-10]，并參與脊髓損傷后神經病理變化，且在其中發揮重要作用。

脊髓損傷后脊髓內源性NSCs出現短暫性增殖反應增強[11]，且其衰減變化與Wnt信號分子的表達變化相吻合，提示Wnt信號通路能調控NSCs的增殖和分化。此外，體外研究發現，Wnt信號通路能促進多種來源的干細胞發生神經分化，為神經損傷的治療提供了新的研究方向和治療策略[12]。研究發現，在發育完成后，Wnt蛋白家族或是不表達或是低表達；而脊髓損傷后，在損傷部位多個Wnt蛋白出現表達[13-15]。

2.1 Wnt1

Wnt1為Wnt經典信號通路中的配體，在大鼠脊髓損傷后的早期Wnt1呈現出高表達，后逐漸降至正常水平[16]，提示Wnt信號通路在脊髓損傷早期被重新激活，且隨著Wnt1的表達變化，脊髓內源性NSCs也出現起始增殖-大量增殖-增殖減少這一系列變化[17]。這可能提示，Wnt1在脊髓損傷后可通過調控NSCs來發揮修復作用。

2.2 Wnt3a

軸突再生是脊髓損傷恢復的先決條件，Wnt家族的作用毋庸置疑。Wnt3a蛋白在脊髓發育過程中起到非常重要的作用，能夠促進脊髓內源性NSCs的增殖和分化，誘導脊髓損傷后內源性NSCs向損傷區域大量遷移，進而修復和彌補受損的神經元，促進脊髓軸突的再生[18]。另一方面，相關研究顯示，給脊髓損傷大鼠移植Wnt3a分泌型成纖維細胞，有助于促進脊髓損傷后軸突的再生和功能改善[19]。研究人員發現，鞘內注射Wnt3a 1周后，脊髓損傷大鼠神經功能得到一定的改善[20]。Wnt3a蛋白的過表達會抑制NSCs的增殖，促進NSCs向神經元方向分化[21]。據此考慮，Wnt3a是調控脊髓損傷修復的重要配體，是否能通過Wnt3a的調控，實現干預脊髓損傷的修復過程，使其向有利的方向發展呢？這還需要大量的研究予以證明。

2.3 Wnt4

目前，國內外關于Wnt4的研究尚不多見。現有動物實驗研究表明，Wnt4通過非經典信號途徑發揮作用。研究認為，Wnt4參與了早期神經元的分化[22]。有學者聯合褪黑素和Wnt4，能使來自牛的羊膜上皮細胞向神經細胞分化，將其移植到損傷的脊髓中能促進神經功能的恢復[23]。

2.4 酪氨酸激酶受體Ryk(related-to-tryosine-kinase)

Ryk是酪氨酸激酶相關受體，是1992年被首次克隆的一個新的Wnt受體，被稱之為非常規受體，能與不同Wnt配體相互作用，對多個Wnt蛋白都表現出高親和力。現有研究顯示，Ryk既能與配體Wnt5a結合，通過Wnt/Ca2+通路介導軸突生長，又能與Fz8受體復合物激活Wnt/β-catenin通路而發揮作用[24-25]。最近的研究發現，脊髓損傷后，Ryk在膠質和纖維連接蛋白表達細胞中出現表達[26]，是脊髓損傷后軸突再生的主要抑制因子[18,27]。Charlotte等[28]發現，在損傷部位注射Ryk抑制性抗體不僅能防止軸突回縮，同時能促進軸突出芽。

2.5 β-catenin

2.5.1 β-catenin的激活及調節

在缺乏Wnt配體的情況下，β-catenin被復合物(GSK3β/Axin/APC)所降解[29]。在Wnt配體存在的情況下，通過Wnt受體與配體的結合，產生β-catenin并在細胞質中積累，進而進入到細胞核中，與T細胞轉錄因子/淋巴樣增強因子(TCF/LEF)相互作用，激活下游靶基因如c-myc、cyclin D1，從而調控細胞的生長、增殖[30]，而此過程可被Nemo樣激酶(Nemo like kinase, NLK)這一負調節劑所調節，其通過降低β-catenin與LEF-1的結合以減弱Wnt/β-catenin信號通路的作用[31]。脊髓損傷后Wnt信號通路通過Wnt/β-catenin和其他可能的途徑完成激活，激活的Wnt/β-catenin信號通路能發揮神經保護的作用[32]。

2.5.2 抑制還是促進軸突增長？

少突膠質前體細胞(oligodendrocyte precursor cells,OPCs)是膠質瘢痕形成的關鍵組分，其激活需要經典Wnt信號通路的傳導，主要依靠Wnt/β-catenin通路。在敲除β-catenin的視網膜神經節細胞中，軸突再生超過受損的視神經損傷區這一現象間接反映了Wnt/β-catenin通路的抑制作用[33]。抑制Wnt/β-catenin通路下OPCs的激活，不僅能抑制其對損傷的反應，還能減少小膠質細胞和星形膠質細胞的反應，而這有利于軸突的再生和修復。而在另一項體外培養的研究中，Wnt/β-catenin信號通路激活的嗅鞘細胞能更好地增強軸突生長[34]。

2.5.3 調控NSCs增殖及向神經元分化

神經基因蛋白1(neurogenin 1,Ngn1)屬于堿性螺旋-環-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)的家族成員，是一種神經細胞分化過程中關鍵的調控蛋白，不僅能促進神經細胞分化，還能抑制神經膠質細胞分化。而研究發現，Ngn1是Wnt/β-catenin信號通路的重要靶基因，在促進神經發生的過程中扮演著重要的角色[35]。Davidson等[36]指出，Wnt/β-catenin信號通路在NSCs的分化中起到關鍵性作用，當激活Wnt信號通路時，NSCs向神經元分化的比例會明顯升高。β-catenin的減少不僅能增加神經元的分化，還會導致大腦縮小[37]。Wnt信號通路通過Wnt/ β-catenin通路對細胞周期D1和D2的轉錄進行調節，調控NSCs細胞周期的進程，使其發生大量增殖。當β-catenin基因被條件敲除后，導致小鼠腦和脊髓神經發育缺陷，神經前體細胞增殖障礙；相反，過表達活性β-catenin分子的小鼠腦和脊髓組織以及神經前體細胞數量則顯著增加，這表明Wnt/β-catenin信號途徑在NSCs增殖中起到重要作用，能夠調控NSCs增殖與分化的平衡[38]。

2.5.4 協助抗炎

脊髓損傷后局部炎癥激活，目前臨床常規治療為糖皮質激素治療。而實驗研究發現，Wnt/β-catenin信號通路參與了糖皮質激素的抗炎過程，認為糠酸莫米松的作用強于甲基強的松龍琥珀酸鈉的原因在于前者通過β-catenin使過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor,PPAR)γ水平升高所致[39]，而PPARγ主要表達于脂肪組織及免疫系統。

總之，Wnt/β-catenin信號通路的激活是脊髓損傷后脊髓再生的必要步驟[40]。

3 小結

Wnt信號通路參與調控神經系統發育和脊髓損傷的修復過程，Wnt信號通路對NSCs作用主要表現為以下幾點：①刺激NSCs的增殖并促使其向神經元分化；②抑制NSCs向膠質細胞的分化；③促進突觸的再生[41]。目前，Wnt信號通路已經作為脊髓損傷的潛在治療方法被學者所研究[42]。但是，Wnt信號通路在于脊髓和脊髓損傷中的完整作用機制還沒有完全闡述清楚。另一方面，Wnt信號通路能夠發揮作用的有效結合位點也在探索中，最佳的干預措施或干預蛋白還在探索中。Wnt信號對NSCs的誘導分化缺乏導向性，如果能定向誘導內源性NSCs向神經元分化，那么就可以達到利用內源性NSCs治療脊髓損傷的目的。另外，如果在促進有利的Wnt信號通路高表達的基礎上，能同時抑制Ryk和NLK等對NSCs向神經元分化的不利因素，這也許對脊髓功能的恢復具有重大的意義。即Wnt信號通路存在的差異表達可能是脊髓損傷后潛在的治療靶點[43]，其下游的細胞和分子靶標也許將為人類脊髓損傷修復提供有利的信息。

脊髓損傷的修復是一個復雜的系統工程，分子修復涉及多個信號轉導通路。有研究表明，Wnt與Notch信號通路產生協同作用，共同參與神經系統的生理和病理調控[44-45]。另有研究報道，脊髓損傷會引起相關腦區的基因發生變化，而Wnt信號通路在此發揮了重要作用。由此可見，脊髓損傷后，機體通過Wnt信號通路在多處發揮作用，目前來看，單一的手段解決不了這個問題。總之，作為重要的形態發生信號，Wnt信號在脊髓損傷修復中的作用是被廣泛認可的。但是，我們對Wnt信號通路在脊髓損傷修復中作用的認識仍然相對局限，它們之間的相互作用機制還需進一步的研究來完善。

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Experimental Research Progress of Wnt Signaling Pathway in Spinal Cord Injury Repair(review)

MAN Xia-nan,CHEN Jian-er
Zhejiang Chinese Medical University,Hangzhou,Zhejiang 310053,China

CHEN Jian-er.E-mail:cje28@foxmail.com

Wnt signaling pathway is one of the important signal transduction systems that involved in regulating nervous system development,which plays an important role in axonal regeneration,neural stem cell proliferation and differentiation into neurons and inhibition of differentiation into glial cells.After spinal cord injury,multiple Wnt protein expresses around the injury site,and some proteins of the Wnt family play an important role in spinal cord injury repair,in which the activation of Wnt/β-catenin signaling pathway is necessary for spinal cord regeneration after spinal cord injury.

Wnt signaling pathway;spinal cord injury;neural stem cells;Wnt/β-catenin pathway;review

R651.2

A

1006-9771(2017)06-0645-04

2017-02-14

2017-03-19)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.06.005

1.浙江省公益性技術應用研究計劃項目(No.2012C33066)；2.浙江省中醫藥科技計劃項目(No.2012ZA123)。

浙江中醫藥大學第三臨床醫學院，浙江杭州市310053。作者簡介：滿夏楠(1989-)，女，漢族，山東滕州市人，碩士研究生，主要研究方向：神經脊髓損傷中西醫結合康復治療研究。通訊作者：陳健爾(1954-)，男，浙江杭州市人，碩士，教授，碩士研究生導師，主要研究方向：神經康復。E-mail:cje28@foxmail.com。