Wnt/β-catenin 信號通路抑制蛋白DKK1 在慢性腎臟病 礦物質及骨代謝異常中的研究進展

羅林，楊毅

(浙江大學醫學院附屬第四醫院，浙江 義烏 322000)

0 引言

礦物質及骨代謝紊亂(MBD) 普遍存在于慢性腎臟病(CKD)患者中，早在CKD2 期即可有25(OH)D3 的異常，至中晚期可以檢測到鈣、磷及甲狀旁腺激素(PTH)的異常[1]。長期的鈣磷代謝紊亂不僅會引發礦物質和骨代謝的異常，也會降低CKD 患者的免疫功能，重者還會導致血管、皮膚等的鈣化[2]，與CKD 患者的發病率和死亡率緊密相關。而Wnβ-catenin 信號通路在骨代謝的調節中發揮著重要作用[3]。DKK1 可通過抑制Wnt 信號通路來影響骨代謝[4]。

1 Wnt/β-catenin 信號通路的概述

Wnt/β-catenin 信號通路是wnt 信號通路中的一條經典通路，Wnt 信號大量存在于細胞間的信息傳遞中，多種因子參與了Wnt 信號的傳遞，其對胚胎發育、成年人細胞增殖、分化等方面有重要作用[5]。Wnts 信號可以激活多條通路[6]，而其中Wnt/β-catenin 通路是成年人的骨發育和骨穩態中心，是經典的wnt 信號通路，該通路可刺激干細胞及前成骨細胞的增殖來誘導成骨細胞的形成，并同時抑制成骨細胞和破骨細胞的凋亡來調節骨代謝[7]。有研究表明該通路對CKD-MBD 的發生發展也起著關鍵作用[8]。

在Wnt/β-catenin 通路中，Wnts 配體與卷曲蛋白和低密度脂蛋白受體蛋白5/6 以胞外方式相結合，降低糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)、軸蛋白(axin)等組成的復合物的穩定性[9-11]，促進β-catenin 的脫磷酸化，胞質中脫磷酸化的β-catenin 不斷聚集，最后被轉運至細胞核中，同T 細胞因子、淋巴細胞因子相結合，調控胞核中目標基因的轉錄[12]。

2 Wnt/β-catenin 信號通路的可溶性抑制蛋白DKK1

Dkk1 是DKK 家族中Wnt/β-catenin 通路的主要抑制劑之一，DKK 家族包括DKK1、DKK2、DKK3 和 DKK4，是一組分泌型糖蛋白[13]，不同的 DKKS 對Wnt/β-catenin 通路的調節作用不同，DKK1 主要發揮抑制作用；而DKK2 有激動和抑制Wnt/β-catenin 信號通路的雙重作用；DKK3 可抑制β-catenin 的聚集，主要參與調控非經典的JNK 信號通路，而其在Wnt/β-catenin 通路中的作用尚不明確；DKK4 與DKK1相同也可對Wnt/β-catenin 通路產生抑制作用。DKK1 最早發現于非洲蟾蜍胚胎細胞中，是Wnt 信號通路抑制劑中的一員[14]。人類的DKK1 由266 個氨基酸組成，分子質量約29k，其基因在10 號染色體10q11 上[15]。DKK1 在DKK 家族中作用最強，主要通過與跨膜受體Kremen 結合，并與LRP5/6 受體藕聯形成三聚體，介導受體的快速內吞，阻斷Wnt 信號向胞內的傳遞，進而抑制Wnt/β-catenin 通路。有大量研究表明，CKD-MBD 的發生發展與Wnt/β-catenin 通路的激活密切相關[16-17]。

3 DKK1 在CKD-MBD 中的表達與作用

3.1 DKK1 與CKD-MBD 經典標志物的相關性

隨著CKD 患者的病情進展，磷的排泄以及1-α 羥化酶的生成逐漸減少，出現高磷低鈣，進而刺激甲狀旁腺激素的分泌。已有多項研究表明高血清水平的iPTH 與 CKD 患者的心血管事件及骨折等高度相關。Fang Y 等人在 CKD 早期的小鼠模型中觀察到DKK1 水平升高，對小鼠注射DKK1 抗體后，其骨形成與骨量均增加顯著，且其SOST 的水清水平也顯著下降[8]。但DKK1 與同為Wnt/β-catenin 通路抑制因子的骨硬化蛋白不同，骨硬化蛋白與眾多的經典骨代謝標志物顯著相關，而大量研究表明，DKK1 與腎功能及25(OH)D3、PTH等礦物質代謝生物標志物卻無明顯相關性。有趣的是，有研究表明外源性PTH 可以通過上調受體復合蛋白(FZD-1 和 LRP6)的表達，進而減少DKK1 的表達[18]。YAMADA 等人對腹膜透析患者的研究中發現血清Dkk1 與血小板計數、尿素氮、FGF23 顯著相關[19]。Fang 等人發現在高磷飲食的糖尿病小鼠中，DKK1 與PTH 和FGF23 的血清濃度水平呈負相關[8]。目前CKD 患者中DKK1 的循環濃度與經典CKD-MBD 標記物的相關性尚不明確，還需更多的研究進一步探索。

3.2 DKK1 與CKD-MBD 患者的血管及其他軟組織鈣化

心臟瓣膜及血管鈣化是CKD 患者常見的嚴重并發癥之一，其發生機制與骨形成類似，由血管中炎性因子引發[20]。有研究顯示Wnt/β-catenin 通路可誘導血管平滑肌細胞(VSMCs)的礦化，在動脈鈣化中發揮重要作用[21-23]。DKK1 可以通過抑制wnt 經典信號通路來調節CKD-MBD 患者的軟組織鈣化。DKK1 還參與了血小板和內皮細胞間的炎癥作用，這也是動脈粥樣硬化的重要發生機制之一。Lee 等在透析患者中發現DKK1 血清水平與腹主動脈硬化程度呈負相關[24]。但Morena等發現DKK1 水平與冠狀動脈硬化在未透析的CKD 患者中并無明顯相關性[25]。Agapova[26]等卻發現DKK1 在晚期動脈粥樣硬化中表達增強。在血管鈣化時，DKK1 表達增加以阻斷Wnt 通路，進而延緩血管鈣化的進一步發展，這很可能是一種防御反應。但目前DKK1 與CKD-MBD 患者軟組織鈣化間的關系仍不明確，還需進行進一步的探索。

3.3 DKK1 與CKD-MBD 患者的骨代謝

骨代謝是一種動態平衡，該過程受到多種因子的調控。骨組織的強度和其結構的完整性取決于骨形成與骨吸收的平衡[27]。隨著CKD 的進展，骨轉化及礦化逐漸出現異常，導致骨容量甚至骨強度等出現病理性改變，最終導致骨形成障礙，引起骨痛、骨折等表現。有研究發現在CKD-MBD 的發生發展過程中及在維持骨代謝的平衡中Wnt/β-catenin 通路發揮著重要作用。只要有Wnt 信號的異常釋放就可以破壞其維持的平衡，進而導致骨骼疾病的發生[28]。Qiang 等的研究證實了Dkk1 的過度表達可以下調β-catenin 的血清濃度，導致成骨細胞的分化減弱及凋亡增強[29]。也有研究表明DKK1 可以抑制成骨細胞礦化結節的形成，且該作用存在劑量依賴[29]。此外Dkk1 還可調控核因子KB 受體活化因子，進而調節破骨細胞的成熟與分化[31-32]。Thambiah 等研究證實CKD 患者中DKK1 濃度的升高與股骨頸密度負相關[33]。Fang 等發現DKK1 在CKD 2 期小鼠中的血清水平增加，并且在用單克隆抗體中和后可以刺激骨形成，促進骨量的增加，進而糾正腎性骨病[8]。上述研究表明，DKK1 與CKD 患者的礦物質及骨代謝異常間有著明確的相關性，DKK1 通過抑制Wnt/β-catenin通路來抑制骨形成并促進骨吸收，最終導致CKD 患者的骨量降低。而動物實驗中DKK1 抗體治療的有效性，也提供了CKD-MBD 治療的新方向，但這仍需大量的試驗來證實。

4 結語

DKK1 作為Wnt/β-catenin 通路的可溶性抑制劑之一，參與了骨代謝，在CKD-MBD 的發生發展中發揮著重要的調節作用，可以在一定程度上反映CKD 患者礦物質及骨代謝的紊亂情況。DKK1 在鈣化血管中的表達增加，可能與其原位分泌有關，但之間的關系尚不明確，還需進行進一步探索。此外，DKK1 抗體在保證其安全性的基礎上，是否能改善CKD-MBD患者的骨質量及降低心血管并發癥的發病率和死亡率，仍需大量研究來明確。