Wnt信號通路及其在類風濕性關節炎中的作用進展

李正萍 袁慧慧

[摘要] 類風濕性關節炎（RA）的典型病理改變是滑膜炎和骨破壞，最終導致關節畸形而致殘。Wnt信號通路在滑膜炎和骨破壞中發揮廣泛的作用，是RA病情進展的重要因素。Wnt信號通路參與RA軟骨細胞、成骨細胞和破骨細胞等的功能障礙有密切關系，并且促進RA相關病理因子的產生。本文就Wnt信號通路與RA炎癥和骨侵蝕的關系及靶向該通路治療的相關研究進行綜述。

[關鍵詞] 類風濕性關節炎;Wnt信號通路;成骨細胞;破骨細胞;滑膜成纖維細胞

[中圖分類號] R593.22 ? ? ? ? ?[文獻標識碼] A ? ? ? ? ?[文章編號] 1673-7210（2019）12（c）-0029-04

Advances on the role of Wnt signaling pathway in rheumatoid arthritis

LI Zhengping ? YUAN Huihui

School of Basic Medical Sciences， Capital Medical University， Beijing ? 100069， China

[Abstract] The typical pathological changes of rheumatoid arthritis （RA） are synovitis and bone destruction， which eventually lead to joint deformity and disability. Wnt signaling pathway plays a wide role in synovitis and bone destruction， and is an important factor in the progression of RA. Wnt signaling pathway is closely related to the dysfunction of RA chondrocytes， osteoblasts and osteoclasts， and promotes the production of RA-related pathological factors. This review summarizes the relationship between Wnt signaling pathway and synovitis and bone erosion in RA， and the treatment targeting Wnt signaling pathway.

[Key words] Rheumatoid arthritis; Wnt signaling pathway; Osteoblast; Osteoclast; Synovial fibroblast

類風濕性關節炎（RA）是針對自身抗原進行的持續特異性免疫反應性滑膜炎。而滑膜炎癥是導致成骨細胞與破骨細胞之間代謝不平衡、骨吸收增加、骨組織遭破壞的重要誘因[1]。細胞增生是炎癥的主要表現，但RA患者炎癥受到抑制后滑膜仍出現持續增生性改變，而Wnt信號通路與細胞增生關系密切，這使Wnt信號通路與RA發生機制首次被關注[2]。隨著對該通路的深入研究，發現其與RA軟骨細胞、成骨細胞和破骨細胞等的病理改變都有密切關系，并且參與RA相關病理因子的產生[3]。因此，Wnt信號通路在RA發生機制及靶向治療中的作用引起重視。

1 Wnt信號通路概述

1.1 Wnt蛋白

1982年，Nusse和Varmus在研究病毒誘導C3H小鼠乳腺腫瘤的過程中，將Wnt基因作為區域極性基因鑒定出來，命名為Int-1，并確定Int-1基因為小鼠乳頭瘤樣病毒（MMTV）整合的位點[4]。后來發現，Int-1基因與果蠅無翅（Wingless）基因同源，因此將Wingless與Int-1結合，統稱為Wnt基因[5]。人類編碼Wnt蛋白的基因有19個，Wnt蛋白長度為350～380個氨基酸。Wnt蛋白翻譯后會發生脂質修飾，與之結合的棕櫚酰部分具有疏水性質;Wnt蛋白還包含多個糖基化位點，含有豐富的半胱氨酸殘基。

1.2 Wnt信號通路

Wnt蛋白激活多條信號通路[6]，一般分為兩大類：一類是β-連環蛋白（β-catenin）依賴的經典Wnt信號傳導通路，主要由Wnt、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt8和Wnt8b介導產生;其他通路統稱為非經典Wnt信號傳導通路。

經典Wnt信號傳導通路活化時，Wnt蛋白與位于細胞膜上的卷曲（Fzd）蛋白結合，形成Wnt-Fzd復合物，并進一步與低密度脂蛋白受體相關蛋白（LRP）5/6共受體結合，導致其細胞質尾部磷酸化。該通路級聯反應中一個關鍵的胞質分子是β-catenin，該通路未活化時，β-catenin與大腸腺瘤性息肉病蛋白（APC）、糖原合成酶激酶3β（GSK3β）、酪蛋白激酶1α（CK1α）和軸抑制蛋白（Axin）組成的“破壞復合物”結合，促進其泛素化降解。一旦該通路活化，Axin從“破壞復合物”中解離，結合到LRP的胞質尾部磷酸化位點。隨著Axin在LRP上的重新定位，“破壞復合物”與細胞質中的蓬亂（Dsh/Dvl）蛋白結合，釋放的β-catenin以磷酸化形式轉運到細胞核，與轉錄因子結合，特別是T細胞因子（TCF）和淋巴激活素結合因子（LF），取代TCF轉錄因子中的轉錄共抑制基因groucho，進而調節基因轉錄及相關靶基因的表達。

非經典Wnt信號傳導通路研究較多的是由Ca2+依賴性途徑Wnt型MMTV整合位點家族成員5a（Wnt5a）啟動的信號級聯反應[7]，最可能由Dvl1介導，導致細胞內Ca2+的釋放，激活鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱα（CAMK2a）和蛋白激酶C（PKC），進而導致下游靶基因轉錄。除了Wnt-Ca2+依賴的信號通路外，目前Wnt-平面細胞極性（PCP）信號通路研究較多，另外，還有Wnt-受體酪氨酸激酶樣孤兒受體2（ROR2）、Wnt-酪氨酸激酶相關的受體（RYK）及Wnt-雷帕霉素靶蛋白（mTOR）等信號通路[8]。

1.3 Wnt信號通路調節劑

Wnt信號通路可以通過細胞外的受體激動劑和抑制劑及細胞內的翻譯后修飾，如磷酸化、水解過程的內吞作用及核調節因子錯綜復雜地調控[9]。激動劑包括R-海綿蛋白（R-spondin）和諾里病蛋白（Norrin）兩類，通過結合Wnt受體或釋放與抑制劑結合的Wnt來促進Wnt信號傳導。抑制劑主要包括分泌型Frizzled相關蛋白（sFRP）、Cerberus和Wnt抑制因子（WIF），它們主要通過結合Wnt蛋白，進而抑制其與受體之間的相互作用。其他分泌型Wnt抑制劑包括阻黑蛋白1（DKK1）、硬化蛋白（SOST/WISE）家族和胰島素樣生長因子結合蛋白4（IGFBP-4）等，它們是通過結合LRP共受體，破壞Wnt誘導的Fzd-LRP復合物形成來拮抗信號傳導。最近，又發現了一些新的跨膜蛋白抑制劑，如腺瘤性息肉病大腸埃希菌下調蛋白1（APCDD1）通過結合Wnt和LRP來抑制Wnt信號。

細胞內調節劑以小分子物質為主。Wnt信號的小分子激活劑以誘導GSK3β酶失活為主，包括LiCl、Bio、CHIR和SB-216763等化合物。Wnt信號的小分子干擾劑主要包括IWR、XAV939、Pyrvinium等磷酸酶抑制劑，Porc酶抑制劑IWP2和轉錄復合物抑制劑PKF115-854和CGP049090。

2 Wnt信號通路與RA

Wnt及其信號通路在RA中作用的最早證據來自遺傳研究和表達Wnt通路分子的組織分析[2]。RA患者的滑膜中發現Wnt基因表達增加，實驗性阻斷Wnt信號通路分子可以降低RA滑膜細胞中白細胞介素（IL）和核因子κB配體受體（RANKL）的表達。Wnt信號的激活有助于骨贅形成，阻斷Wnt信號傳導可以促進骨侵蝕，且軟骨細胞中Wnt/β-catenin信號的激活可誘導軟骨基質降解，這些病理過程類似RA中發生的骨破壞[10]。Wnt信號通路還可能與其他骨形成通路協同作用，如轉化生長因子（TGF）和骨形態發生蛋白（BMP）家族介導的骨形成通路[11]。

2.1 Wnt信號通路與RA炎癥

Wnt信號通路在RA-FLS激活和血管翳的形成中發揮作用。Sen等[2]最初研究發現，從RA患者分離出的FLS表達高水平的Wnt1和Wnt5a。在RA-FLS中Wnt1的表達增加與細胞外基質蛋白纖維連接蛋白的表達增加相關。增加的纖維連接蛋白能促進細胞運動、黏附和存活，并且在沒有促炎因子的情況下，促進RA的細胞增生[7]。有研究結果提示，Wnt5a可以促進炎性因子IL-6的表達[12]。Wnt7b和Wnt10b在RA滑膜中的表達與炎性浸潤和組織纖維化程度一致。另外，炎性因子和趨化因子也會促進Wnt5a的表達，進而加重滑膜炎癥[13]。經典Wnt信號傳導通路的激活可以誘導RA患者FLS中β-catenin的表達，這有助于RA-FLS的穩定激活。但是，也發現一些分泌型sFRP和WISP蛋白可能通過競爭性結合Wnt蛋白和下調c-Jun氨基末端激酶（JNK）來抑制炎癥[14]。

2.2 Wnt信號通路與RA骨侵蝕

RA骨破壞難以逆轉是骨吸收加劇和骨形成受抑制共同作用的結果，Wnt信號通路相關分子在RA骨破壞中發揮重要作用。Wnt家族的成員一方面可以通過促進炎性細胞因子的分泌來誘導骨破壞，另一方面也可以直接調節成骨和破骨譜系細胞的分化來導致骨侵蝕[15]。其中，Wnt3a在基質ST2細胞和骨髓細胞的共培養物中強烈抑制1，25-（OH）2D3誘導的破骨細胞形成。然而，Wnt3a不能抑制骨髓巨噬細胞培養物中RANKL誘導的破骨細胞形成，這提示Wnt3a對破骨細胞形成的抑制作用是由成骨細胞和基質細胞介導的[16]。非經典Wnt通路分子Wnt5a雜合子小鼠骨形成和骨吸收均下降，最終導致了骨質疏松;而敲除成年小鼠Wnt5a的血清轉移關節炎模型的研究結果顯示滑膜炎和骨破壞癥狀得到改善，提示Wnt5a在RA骨破壞中的促進作用[17]。有研究顯示，Wnt5a通過調節成骨前體細胞骨保護素（OPG）、IL-6、堿性磷酸酶（ALP）和JNK的表達和分泌來加重RA模型鼠的骨破壞[12]。另外，Wnt抑制劑在RA骨破壞中也發揮重要作用，如SOST的過表達提示RA患者關節發病前就出現了骨形成的抑制[18]，而在人TNF轉基因小鼠等RA模型中，抑制SOST會加重炎癥癥狀[19]。分泌型分子DKK1在RA動物模型炎癥滑膜附近的滑膜成纖維細胞、內皮細胞和軟骨細胞大量表達。阻斷DKK1活性雖然沒有觀察到抑制炎癥的效果，但會逆轉RA模型小鼠關節中的骨質破壞，使其傾向于骨形成[20]。與動物模型數據有差別的是，RA患者血清DKK1水平是否升高并沒有一致的結論[21]。WIF-1在實驗性關節炎和RA患者關節軟骨中表達下調，WIF-1缺乏可部分保護TNF轉基因小鼠免受骨侵蝕和小梁骨丟失，這可能是破骨細胞活性降低的結果。相反，WIF-1缺乏加重了關節炎相關的軟骨損傷，而WIF-1的過度表達減弱了TNF轉基因小鼠的軟骨降解。在人軟骨細胞中，經典Wnt信號通路的激活能抑制基質金屬蛋白酶（MMPs）的表達和活性。經典Wnt通路的共受體LRP5基因多態性（P.A1330V、P.N740N和P.V667M）的改變與RA影像學觀察到的骨損傷嚴重程度呈正比[22]，DKK1單核苷酸多態性（rs1896368、rs1896367和rs1528873）也與關節損傷進展顯著相關[23]。

2.3 Wnt信號通路參與RA相關的其他因素

Wnt信號通路分子表觀遺傳學修飾廣泛參與RA靶基因表達的調控，如Wnt抑制劑sFRP1在RA中的表觀遺傳抑制作用[24]。DNA甲基化抑制因子5-AzaDc可以促進sFRP2的表達，抑制FLS的增殖和炎性細胞因子的分泌，提示抑制DNA甲基化可以改善RA模型鼠的癥狀[25]。許多非編碼RNA也能影響Wnt信號通路。其中，miRNA的治療和診斷價值受到關注[26]，如miR-708-5P通過抑制經典Wnt信號途徑促進FLS凋亡來緩解滑膜炎[27]。另外，Wnt信號通路可以引起免疫紊亂來加重炎癥和骨破壞的進程，如Wnt信號通路可以改變CD4+T細胞亞型的分化參與RA病理改變。

3 Wnt信號通路與RA治療

靶向Wnt信號通路治療RA的大分子蛋白和抗體類制劑[28]，主要集中在DKK1、Sclerostin、sFRPs和LRP幾個分子，其中DKK1抗體的研究最廣泛，被認為最有前景。DKK1疫苗在RA模型鼠中也顯示了對軟骨和骨的保護作用[29]。Wnt蛋白不同結構域會與相應的受體結合，研究顯示，Wnt5a截斷片段可以改善RA模型鼠的滑膜炎和骨侵蝕[30]。有報道顯示，Wnt信號通路的激動劑具有骨保護作用[6]。最近，胞內小分子的研究也有相應的進展[31]。另外，一些干預Wnt信號通路的中藥制劑，如斷藤益母湯[32]具有保護RA骨損傷的作用。

4 小結與展望

RA是由多種復雜因素綜合誘導的慢性自身免疫病，對其發病機制的研究尚不明確。Wnt信號通路無疑是在研究RA發生與治療過程中的一條重要信號通路。但是，對于Wnt信號通路仍有很多方面不清楚，比如Wnt結合在Fzd跨膜結構域上引起受體構象的變化。另外，有必要更加深入地認識Wnt信號通路在骨形成各個階段中相同與不同的作用及機制;如明確成骨細胞中已知Wnt蛋白與細胞因子之間的關系;將FLS的Wnt信號通路與成骨細胞，破骨細胞內的Wnt信號通路聯系起來，探究滑膜炎癥與骨細胞代謝平衡的關系;未來，通過Wnt拮抗劑來治療RA，特別是針對成骨細胞的Wnt信號通路拮抗劑，比如抗Dkk1抗體，將可能成為治療RA的新靶點。

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