Wnt信號通路與男性不育相關性的研究進展

傅文婷 江惠華 鐘興明等

[摘要] Wnt信號通路是一種高度保守的信號通路，它在多種人體發育進程及維持成人組織穩態中起著根本性的作用。經典的Wnt信號通路與細胞的發育分化密切相關。Wnt信號通路在維持雄性哺乳動物精子形態與功能正常中發揮了重要作用，該通路異常與男性不育和睪丸癌有關。本文綜述了Wnt信號通路在男性生殖系統中的作用及其與男性不育的關系等方面的最新進展，以進一步了解Wnt信號通路的作用機制，為男性不育的治療提供參考。

[關鍵詞] Wnt信號通路;男性生殖;男性不育;精子形態

[中圖分類號] R698.2? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）02（a）-0072-03

[Abstract] Wnt signaling pathway is a highly conserved signaling pathway， which plays a fundamental role in various human development processes and in maintaining adult tissue homeostasis. The classical Wnt signaling pathway is closely related to the development and differentiation of cells. Wnt signaling pathway plays an important role in maintaining sperm morphology and function in male mammals. The abnormal Wnt signaling pathway is related to male infertility and testicular cancer. This article reviews the latest progress in the role of Wnt signaling pathway in male reproductive system and its relationship with male infertility， in order to further understand the mechanism of Wnt signaling pathway and provide reference for the treatment of male infertility.

[Key words] Wnt signaling pathway; Male Reproduction; Male infertility; Sperm morphology

據世界衛生組織（WHO）調查，全球有10%～15%育齡夫婦不育，其中50%與男性有關[1-2]。無精癥是男性不育癥的主要病因之一，占男性不育的10%～15%[3]。臨床上常根據有無輸精管道梗阻將無精癥分為兩種，即梗阻性無精癥和非梗阻性無精癥;其中，非梗阻性無精癥患者占整體的60%[4]。男性非阻塞性無精癥主要病因是睪丸生精障礙，即不能產生精子或只產生極少量的精子，導致精子不能到達卵母細胞和/或正常穿透。非梗阻性無精癥病因不明，這給臨床診療帶來了很大的困難，且目前尚缺乏根本、有效的預防和治療手段[5]。

1 Wnt信號通路的概況

1982年在乳腺癌小鼠中發現了Wnt基因[6]，此基因激活依賴小鼠乳腺癌相關病毒基因的插入，故被命名為Int1基因。Int1基因在小鼠正常胚胎發育中起重要作用，其與果蠅的無翅（Wingless）基因[7]類似，可控制胚胎的軸向發育。此外，Int1基因在神經系統胚胎發育中的重要性，故將Wingless與Int1結合并命名為Wnt基因。人Wnt基因定位于12q13。在胚胎發育中，Wnt基因調控的重要信號傳導系統即為Wnt通路。

Wnt信號通路是一種高度保守的信號通路，Wnt基因家族編碼了大量的分泌信號糖蛋白，這些糖蛋白參與了包括胚胎發育、成人組織穩態、祖細胞類型的維持、細胞命運的確定等許多生物過程。Wnt通路的組成部分主要包括細胞外的配體蛋白、細胞膜上的Frizzled家族蛋白及低密度脂蛋白受體相關蛋白（LRP）、細胞質中的Dsh/Dvl蛋白和細胞核內的β-連環蛋白（β-catenin）、糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）、Axin/Conductin、息肉膠原蛋白等。目前，在人類中共發現了19種Wnt配體蛋白，不同的配體與存在于細胞膜上的受體結合后可激活不同的信號途徑[8]，主要包括經典的Wnt/β-catenin信號通路、平面細胞極性通路、Wnt/Ca2+通路和調節紡錘體的方向和非對稱細胞分裂的胞內通路等[9]。研究較多的則是經典Wnt/β-catenin信號通路。

經典Wnt信號通路是Wnt蛋白通過Frizzled家族特異受體和LRP5/LRP6輔助受體結合，觸發細胞內的信號傳導，使β-catenin聚集的級聯反應過程。細胞內的β-catenin是經典Wnt信號通路的核心組成部分，它分布于細胞核內，可調控靶基因的轉錄，被認為能夠指示Wnt信號通路的激活狀態[10-11]。β-catenin同時具有細胞膜黏附作用[12-13]。在缺少Wnt配體（如Wnt3、Wnt3a、Wnt5a、Wnt7a和Wnt8b等）的情況下，細胞質內β-catenin處于復合體松散的游離狀態，復合體被分解為多種蛋白，如息肉膠原蛋白、軸蛋白、蛋白激酶酪蛋白激酶1（CK1），以及糖原合成酶激酶3（GSK3）。β-catenin被磷酸化，導致蛋白降解[11]。當Wnt配體與膜相關受體復合體[由跨膜受體家族成員及一個低密度脂蛋白受體（LDLR）相關蛋白（LRP）]相結合后，Wnt信號通路就被迅速激活，這導致被破壞的復合體解體，并引起胞漿內的β-catenin第一次發生積聚，進而導致信號異?；罨痆13]。

2 Wnt基因的研究進展

Wnt基因家族由一些編碼分泌信號蛋白的結構相關基因組成。這些蛋白參與了多種發育進程，包括調控胚胎發育期的細胞命運和構造，同時也參與了腫瘤生成。人類Wnt3基因是Wnt基因家族的一員，其編碼的98%蛋白質與小鼠Wnt3蛋白同源，也與84%的人類Wnt3蛋白同源，Wnt3參與了小鼠原始軸形成[14]。Wnt3基因可能通過激活Wnt-β-catenin-TCF信號通路，在人類乳腺癌、直腸癌、肺癌和胃癌中發揮決定性作用[15]。

人類Wnt5a基因也是Wnt基因家族的一員，其編碼的蛋白質同時參與了經典與非經典Wnt信號通路。Wnt5a編碼的蛋白質參與形成了跨膜受體卷曲蛋白-5和酪氨酸激酶孤兒受體2的配體[16]。Wnt5a可促進精原干細胞自我更新[17]。

Wnt7a定位于3號染色體短臂2區5帶。其組織特異性表達局限于胎盤、腎臟、睪丸、子宮、胎兒肺、胎兒和成人的大腦。換而言之，Wnt7a在男性睪丸是高表達的[18]。小鼠Wnt7a基因編碼的蛋白與人類該基因編碼的蛋白有97%的同源性。Wnt7a基因在苗勒管的分化和頭向尾縱向發育過程中起到關鍵作用，該基因參與了胚腔上皮特異性分化為苗勒管細胞的過程，并使苗勒管與性腺相連，可以促使苗勒管延長[19]。同時，Wnt7a基因突變的小鼠會出現各種苗勒管發育異常的癥狀：雙側敲除的小鼠，其生殖系統較前兩者短，宮腔狹窄[20]。Wnt7a基因突變與小鼠的精子形成具有相關性[21]。中國人群大樣本非梗阻性無精癥的全基因組關聯分析（GWAS）研究中發現了2例非梗阻性無精癥患者的Wnt7a基因存在26 kb的缺失[22]。

3 Wnt信號通路與男性不育的關系

Wnt信號在出生后睪丸功能的重要性已經在幾個小鼠模型中得到了研究[23]。在唯支持細胞和減數分裂后期生殖細胞中，Wnt通路的干擾作用將影響其功能。雖然唯支持細胞中的β-catenin缺失對睪丸的發育沒有影響，但Wnt信號是精子發生的多個階段必需的[24]。Wnt信號通路異?；罨头墙浀涞腤nt信號通路的激活對細胞的影響，已被證明與經典的Wnt信號通路的激活存在一定差別，甚至是差異非常大。嚴重擾亂模型小鼠經典Wnt信號通路，以探索調節Wnt通路活性對成年雄性小鼠正常生殖細胞發育的重要性，發現在24 h內，每個細胞都表現出明顯的分裂性的精子形成，并持續了4 d，其結果包括生殖細胞凋亡和快速丟失，雄性小鼠的生育能力減退，并改變血睪丸屏障蛋白的分布和形態[21]。這表明Wnt信號控制對成人精子形成是至關重要的，即它的破壞可能是某些男性不育的基礎。然而，關于在睪丸內的Wnt配體的特性、其影響的位點及其對精子在體內的進展的特異性影響的信息很少。

Kohn等[25]在小鼠睪丸中發現一種與已知Wnt信號拮抗劑家族Dickkopf（DkkL1）同源的蛋白，在精子形成過程中最初出現在精子形成細胞中，然后出現在成熟精子頭部的頂體上。每個精子發生階段的基因表達由不同的驅動因素控制，這些因素可能促進功能受體的合成，以維持在精子發生過程中持續的Wnt活動。另外，兩種受體之間可能存在功能上的差異，這反映了它們在不同生殖細胞類型中的主要表達?？偟膩碚f，精子細胞和精子需要Wnt信號的正常調控，這些發現進一步證明了在有絲分裂生殖細胞中對Wnt功能的精確調控的必要性。

β-catenin在生殖細胞中具有重要作用。在原始生殖細胞啟動子TNAP-CRE表達的細胞和細胞系中，表達活躍的β-catenin導致了男性和女性的生殖細胞缺乏[26]，而單倍體生殖細胞β-catenin缺失導致了精子數量減少，生殖細胞凋亡增加，生育能力受損[27]。睪丸的Wnt信號通路尚未得到很好的研究，但其已被認為影響正常的精子發生[28]。Wnt/β-catenin信號通路的紊亂將破壞唯支持細胞的功能，這對睪丸精子形成的能力至關重要[29-30]。

經典的Wnt信號通路對成年男性睪丸發揮正常功能是不可或缺的，Wnt基因對滋養細胞精子形成的支持至關重要[31]。其中，Wnt配體作用于多個位點，可影響睪丸的發育，并有助于成體的上皮細胞的功能完整性。這些基因可能是非梗阻性無精癥的重要候選基因，其功能缺陷將影響睪丸的發育。Wnt信號水平的控制對精子形成的Sertoli細胞的支持至關重要，但是對Wnt信號在男性生殖細胞中的作用仍知之甚少。因此，Wnt信號在生殖細胞中的具體作用仍有待進一步研究。

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（收稿日期：2018-07-24? 本文編輯：王? ?蕾）