BAMBI通過Wnt通路參與相關疾病發生發展的研究進展

賈哲，于祥遠，陳斐然，楊文文，劉創萍 綜述 秦勝花 審校

1.桂林醫學院，廣西 桂林 541001；2.桂林市人民醫院健康管理中心，廣西 桂林 541001

骨形態發生蛋白和激活素膜結合抑制劑[bone morphogenetic protein (BMP) and activin membrane-bound inhibitor，BAMBI]是在篩選與骨形態發生蛋白4信號通路相關基因表達譜時被發現的，并于1999年被命名為BAMBI。BAMBI是一種位于10p11.2-p12.3染色體的跨膜糖蛋白，因其胞外結構域與轉化生長因子β(TGF-β)家族、激活素、BMP等配體的Ⅰ型受體胞外結構域高度相似，但胞內缺乏絲氨酸/蘇氨酸激酶信號轉導結構域，所以也被稱為TGF-β偽受體。根據以往的研究，人類BAMBI 在人體的多種器官組織中均有表達，包括肝臟、腎臟、腎上腺、前列腺等組織。Wnt信號通路是由配體蛋白質Wnt 和膜蛋白受體結合進而激發多個下游通道的信號轉導通路。經此通路，細胞外的信號將被傳導到細胞內。Wnt信號通路在多細胞生物體軸分化過程中起重要作用。本文擬從BAMBI通過Wnt 通路參與腫瘤、肥胖、胚胎分化三個疾病方面進行綜述。

1 BAMBI與Wnt及其信號通路基本結構組成

1.1 BAMBI 基本結構 BAMBI 基因定位在10號染色體p11.2～p12.3 區域，是一種跨膜蛋白，BAMBI從非洲爪蟾到人類不同物種中高度保守表達。除了BAMBI胞內缺乏絲氨酸/蘇氨酸激酶結構域外，BAMBI 與TGF-β/BMP 1 型受體(TGFR1/BMPR1)胞外結構域具有高度同源性[1]，因此，BAMBI 也被稱為TGFR1/BMPR1的偽受體。BAMBI作為TGF-β的拮抗劑常常干擾后者與TGF-βI、Ⅱ型受體結合。在斑馬魚、非洲爪蟾、鳥類和小鼠的胚胎發育過程中，BAMBI 通過TGF-β和Wnt信號通路與BMP4緊密共表達[2]。

1.2 Wnt及其信號通路結構及傳導過程 Wnt信號通路最初是在癌癥和胚胎發育研究中發現的[3-4]。Wnt信號通路包括兩大類：(1)經典的Wnt信號通路即依賴β-Catenin信號轉導通路；(2)非經典Wnt信號傳導通路。其中后者又分為：Wnt/Ca2+、Wnt/PCP(平面細胞極性)信號轉導通路、Rho GTPase 途徑和c-Jun氨基末端激酶(JNK)的通路[5]。在靜息細胞中，游離β-Catenin 水平受到蛋白酶體介導的降解過程的嚴格控制。這種降解復合物有4 種關鍵成分，即腫瘤抑制因子APC(腺瘤性息肉病桿菌)、Axin 軸蛋白、GSK-3(絲氨酸/蘇氨酸激酶糖原合酶激酶3)、CK-1a(酪蛋白激酶1a)。在沒有Wnt 配體刺激的情況下，β-Catenin被隔離在細胞質中并與上述蛋白酶體復合物結合磷酸化而降解。位于細胞核的TCFs在沒有β-Catenin參與下，將招募核輔抑制因子(HDAC、CtBP1和Groucho)并抑制Wnt 靶基因表達。而當Wnt 配體參與時，Wnt配體與Frizzled卷曲受體(Fzd)、LRP5/6共受體結合，破壞蛋白酶體降解復合物或抑制其形成，同時招募并與散亂蛋白(Dvl)結合，β-Catenin 進入細胞核，與TCF 結合進一步形成轉錄復合物，調節軸蛋白2、細胞周期調節蛋白D1、原癌基因、氧化物酶體增殖物激活受體δ(peroxisome proliferator activated receptor-δ，PPARδ)等靶基因的表達[6]。另外，GLP1(胰高血糖素樣肽)和胰島素可通過激活β-Catenin參與TCF轉錄復合物形成，進一步調控上述靶基因的表達。非經典Wnt/β-Catenin信號通路研究較多的是平面細胞極性通路，即Wnt可與Fzd結合招募Dvl，控制細胞成分近、遠端分布，在組織內定向分布，影響胚胎細胞運動，調控細胞凋亡[7]。Wnt配體與卷曲蛋白結合，招募并增強Dvl蛋白與連接蛋白disheveled 相關形態發生激動劑1(disheveled associated activator of morphogenesis 1，DAAM1)的交連，激活WGEF (Rho weak similarity guanine nucleotide exchange factor)或Rho GTPase家族成員Rac1，進而誘導相關蛋白激酶激活，影響細胞形態及骨架重構。Wnt/Ca2+信號傳導通路即G蛋白三聚體受體-鈣離子耦連信號通路，Dvl 激活G 蛋白三聚體，導致環磷酸腺苷c AMP增加、蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)活化[8]，進一步激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，導致細胞內鈣離子釋放和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)的活化，從而調節細胞黏附、遷移及細胞各種活動[9]。

2 BAMBI通過Wnt通路參與腫瘤的發生發展

相關研究報告顯示，BAMBI可以促進癌細胞的遷移、侵襲和增殖[10]。近年來，Wnt信號通路在胚胎發育過程中被證明具有調控生長的作用，其病理作用揭示了幾種特定人類癌癥與高頻率突變之間的關系。高頻突變可誘導信號通路的轉錄激活[11]。LUH等[12]的實驗中發現與對照組相比，構建的黑色素瘤小鼠模型組表現出：BAMBI 蛋白、Wnt 信號通路關鍵因子如Wnt10B、P53、Bcl-2 及反映細胞增殖及遷移的TOPflash、β-Catenin因子的高表達，而miR-708、血管內皮生長因子低表達及細胞凋亡率降低。在模擬miR-708并同時干擾BAMBI RNA的黑色素瘤小鼠模型中，上述相關細胞因子及細胞活動呈相反表達趨勢。此外，敲除BAMBI基因，細胞增殖和Wnt通路相關因子表達下降。通過上述實驗證明：BAMBI在黑素瘤組織中高表達，并可能通過負向調控miR-708，激活Wnt信號通路，從而加速黑素瘤的發生發展。人類BAMBI也可以通過增強其與受體frizzed-5的相互作用來促進Wnt信號[13]。在結腸癌及肝癌細胞中，BAMBI的高表達可使細胞生長從TGF-β的調節中逃逸。BAMBI表達也與Toll樣受體4與脂多糖介導的肝纖維化有關[14]。眾所周知，肝臟纖維化在肝癌的發生發展中起重要作用，這也反映了BAMBI與肝癌的關系。c端截短型乙型肝炎病毒(ctHBX)是肝細胞癌(HCC)中經常檢測到的病毒HBV整合到宿主的基因組。在LEE等[15]的實驗中，在肝癌細胞中，ctHBx組對BAMBI的下調程度大于HBx組。HBx組Wnt/β-Catenin通路被激活，通過T細胞因子1的信號積極地調控BAMBI。然而ctHBx 消極監管Wnt/β-Catenin通路，造成肝癌的發生發展。在胃癌細胞中，下調BAMBI表達阻礙了經典Wnt通路中β-Catenin向核內轉移，進而干擾Wnt信號通路的傳導[16]。還有研究報道，BAMBI過表達使包括骨肉瘤[17]、卵巢[18]和結腸直腸癌[19]在內的多種癌癥的惡性程度增加。靶向敲低BAMBI或者尋找促進Wnt信號通路正向表達的藥物將會為腫瘤的防治提供新的思路。

3 BAMBI通過Wnt通路參與胚胎分化

Wnt信號通路在成人組織穩態、干細胞維持、心臟發育和分化、血管生成、心肌肥厚、心力衰竭和衰老等方面具有重要作用[20]。此外，Wnt蛋白在細胞水平上具有多種功能，包括通過不同的機制調控基因表達(進而調控分化)、細胞周期和增殖，以及其他非基因組反應，如細胞遷移和纖毛形成[21]。BAMBI作為BMP2和TGF-β受體偽受體，在細胞的增殖、分化、凋亡過程中也發揮著重要作用。適當的細胞滋養層外侵是正常妊娠的前提。人滋養細胞侵襲不足導致胎盤異常發育，導致多種妊娠相關并發癥，如子癇前期、宮內生長受限等，均對母親和胎兒的健康有害[22]。在大鼠滋養細胞向巨細胞的分化過程中，細胞周期蛋白D1被上調，使其從正常的有絲分裂細胞周期向重復周期過渡[23]，類似的細胞周期變化也發生在人類滋養層細胞的侵襲性獲取過程中。ZHAO等[24]通過建立未滅活的人類滋養細胞HTR8/SVneo和原始的人類滋養層細胞作為研究模型，表明BMP2 處理增加了BAMBI mRNA 水平并且激活了Wnt 信號通路，包括提高了磷酸化GSK3β，上調了未磷酸化的β-catenin及下游的細胞cycline D1水平。上述實驗最終證明BAMBI 在BMP2 誘導下激活Wnt/β-catenin信號通路，促使人類滋養層細胞侵襲。最近有報道稱，BMP2可上調人顆粒細胞中的BAMBI[25]。BMP2可以激活并作用于經典的Wnt/β-catenin信號通路而參與骨形成和肺血管生成[26]。此外，BAMBI在嚙齒類動物成肌細胞分化過程中促進典型的Wnt 信號的傳導[27]。在犬腎上皮細胞中，BAMBI上調介導缺氧誘導因子1(HIF1)誘導上皮極性的喪失[28]。

4 BAMBI通過Wnt通路參與肥胖的發生發展

肥胖狀態發生的原因是熱量攝入與能量消耗比例的增加，進而導致了現有脂肪細胞肥大和存在脂肪組織的間充質干細胞或前脂肪細胞向新脂肪細胞分化，促使新脂肪細胞增生。RAYKHEL 等[28]的基因水平研究中，在677 名肥胖兒童、青少年以及529 名消瘦對照受試者中，對BAMBI 編碼區和外顯子-內含子邊界進行突變篩選時，發現了18 個基因變異，其中12 個只在肥胖個體中發現，表明BAMBI 基因在肥胖和消瘦受試者的變異頻率不同，差異存在統計學意義；證明BAMBI 與肥胖之間存在一定聯系[29]。在LUO 等[30]的試驗中表明，在飲食誘導肥胖的小鼠模型中，BAMBI 表達水平降低。另觀察到，用成纖維細胞生長因子-1 (FGF-1)處理細胞分化時，BAMBI 表達降低。FGF-1 是由脂肪來源的微血管內皮細胞分泌的旁分泌因子，通過FGF-1 受體1/成纖維細胞生長因子受體底物2 (FRS2)/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑促進人前脂肪細胞的脂肪生成[31]。FGF-1 致脂作用的一個關鍵因素是在誘導分化之前，FGF-1 能夠通過誘導主要致脂調節因子-過氧化物酶體增殖激活受體g(PPARg)的表達來促進脂肪生成的“啟動”[31]。典型的Wnt/β-catenin 通路通過抑制PPARg 表達的誘導來維持前脂肪細胞處于未分化增殖狀態。已有研究證明，BAMBI 是典型的Wnt/β-Catenin 通路的正向調節因子[32]。BAMBI 敲除降低了Wnt/β-Catenin 信號通路的傳導，其證據是β-catenin 蛋白的降低抑制Wnt 介導的糖原合酶激酶3(GSK3)表達，進而保護蛋白酶體不被降解，與此同時，降低脂肪細胞TCF-4 mRNA 合成，從而使前脂肪細胞處于未分化狀態。以上相關實驗表明，BAMBI作為脂肪生成的一個強有力的負調控因子，它影響人類前脂肪細胞的分化。 此外，在人類非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者中，BAMBI 蛋白水平與患者體質量指數(BMI)呈負相關[33]。以上說明，BAMBI 可能通過經典β-catenin 通路負向調節脂肪形成，從而為治療肥胖提供分子水平策略。

5 小結

綜上相關資料表明，BAMBI通過參與Wnt信號通路促進腫瘤的形成、侵襲及促進胚胎分化，起正向作用，而對脂肪的生成及肥胖則作用相反。BAMBI通過Wnt 信號通路參與上述疾病的發生發展。靶向干預BAMBI 及Wnt 信號通路相關因子可能是干預或治療上述疾病的一個新思路。但具體應用需要更進一步的基礎和臨床實驗。