Wnt/β-連環蛋白信號通路在部分器官缺血再灌注損傷中的研究進展

[摘要]"缺血再灌注損傷是發生在許多器官和疾病中的病理過程，主要包括兩個階段，一是缺血期缺氧誘導的細胞損傷，二是血流恢復后所引起的一系列級聯反應。缺血再灌注損傷可加重細胞和組織損傷。Wnt/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路在細胞增殖、分化、凋亡過程中起重要作用，是一個高度保守的信號級聯通路。越來越多的研究發現，激活Wnt/β-catenin信號通路可減輕缺血再灌注損傷。本文就Wnt/β-catenin信號通路在部分器官缺血再灌注損傷中的研究進展進行綜述。

[關鍵詞]"Wnt/β-連環蛋白信號通路；器官；缺血再灌注損傷

[中圖分類號]"R459.7""""""[文獻標識碼]"A""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.10.028

缺血再灌注損傷（ischemia-reperfusion"injury，IRI）包括兩個階段的病理生理過程，特征是缺血期缺氧誘導細胞損傷及組織恢復血氧供應后所引起的一系列級聯反應，從而加重細胞和組織損傷[1]。IRI可累及多個器官，主要包括腦、心、腎、肝等，從而出現腦功能障礙、急性心力衰竭、急性腎損傷、肝衰竭、全身炎癥反應綜合征、多器官功能障礙綜合征等一系列嚴重臨床表現[2]。Wnt/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路被認為是胚胎發生和生理生長的重要調控途徑[3]。近年來，國內外越來越多的研究表明，Wnt/β-catenin信號通路在IRI中發揮重要作用。

1""Wnt/β-catenin信號通路

現已證實Wnt信號通路在細胞增殖、分化和凋亡中發揮關鍵調控作用，其包括經典Wnt信號通路和非經典Wnt信號通路。目前，研究最多的是經典Wnt信號通路，即Wnt/β-catenin通路。Wnt/β-catenin信號通路通過調節轉錄輔激活物的水平發揮作用，以黏附相關蛋白在細胞核中的積累和易位為標志[4]。

β-catenin是一種受到嚴格調控的細胞內蛋白。在沒有Wnt蛋白與細胞表面受體結合的情況下，β-catenin通常由糖原合成酶激酶-3β、軸蛋白和腺瘤樣結腸息肉病易感基因（adenomatous"polyposis"coli，APC）組成的破壞復合物磷酸化，并被標記為泛素蛋白酶體途徑降解。但當受到一定的病理生理刺激時，Wnt配體可與低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6、卷曲蛋白等跨膜受體結合，Wnt/β-catenin通路被激活，β-catenin去磷酸化并在細胞質中累積，隨后遷移至細胞核中，作用于轉錄因子TCF和LEF，激活Wnt信號通路下游細胞周期蛋白D1、基質金屬蛋白酶-7、凋亡抑制蛋白survivin、致癌基因c-Myc、環氧合酶-2等100多個靶基因的表達[5-6]。既往研究表明，Wnt信號通路具有抑制炎癥反應、減輕氧化應激損傷、抑制細胞凋亡、促進血管再生和神經干細胞增殖分化及促進損傷后修復的作用[6]。

2""IRI的發生機制

IRI是一個多環節、多位點的病理過程，所涉及的機制極其復雜。①在缺血缺氧狀態下，線粒體內出現無氧代謝和電子轉移異常，三磷酸腺苷生成減少，導致離子交換通道功能障礙，鈉、氫和鈣滯留，從而出現細胞腫脹和細胞質酶活性受損。②恢復血流灌注后，線粒體損傷和電解質平衡紊亂通過還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶系統、一氧化氮合酶系統及黃嘌呤氧化酶系統等加速氧化應激的發生。③活性氧蓄積引起細胞損傷，并通過自噬、有絲分裂、壞死及凋亡等方式導致細胞死亡[2]。缺血為再灌注后產生有毒分子創造條件，特別是活性氧中間體，這是表征IRI級聯事件的基礎。研究表明，缺血再灌注的機制主要涉及炎癥、氧化應激、鈣超載、細胞凋亡和谷氨酸興奮性毒性等方面。

3""Wnt/β-catenin在腦缺血再灌注損傷中的作用

腦卒中分為缺血性和出血性兩種，是患者致死或致殘的主要原因之一，其中缺血性腦卒中占所有腦卒中的87%。缺血性腦卒中是指大腦動脈被阻塞導致血流中斷，從而對局灶性腦組織造成嚴重損傷[7]。研究表明，Wnt/β-catenin信號通路在腦缺血再灌注損傷（cerebral"ischemia-reperfusion"injury，CIRI）中起重要作用，其具有調節細胞分化及增殖等功能，被認為是促進神經再生修復的重要信號通路之一[8]。耿武軍等[9]在建立CIRI動物模型后，發現皮層自噬標記蛋白LC3-Ⅱ表達水平升高，β-catenin表達水平降低，同時皮層內存活的神經元細胞數減少；而在給予Wnt/β-catenin激動劑氯化鋰后，β-catenin的表達增加，細胞自噬被抑制，腦梗死面積減少，證實Wnt/β-catenin信號通路通過下調細胞自噬改善大鼠CIRI。同時該研究團隊發現參麥注射液通過上調Wnt/"β-catenin信號通路活性改善IRI后的腦損傷程度[10]。

此外，Wnt信號通路是CIRI中經典的抗凋亡信號通路磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信號通路的下游效應因子[11]。Du等[12]研究發現，鼻內降鈣素基因相關肽通過激活Wnt/β-catenin信號通路促進正常人星形膠質細胞的增殖和細胞周期過程，抑制細胞凋亡，從而發揮保護大鼠局灶性腦缺血損傷的作用。

血-腦脊液屏障損傷是引起腦水腫和腦出血的重要原因，可導致神經元死亡[13]。維持血-腦脊液屏障的完整性可抵御循環有害物質對神經元的侵害。Wnt/β-catenin信號通路在血-腦脊液屏障的形成與維持及腦血管再生與重塑中起至關重要的作用[14]。Jin等[15]研究發現，槲皮素通過激活Wnt/β-catenin信號通路減少腦水腫和血-腦脊液屏障滲漏，改善血-腦脊液屏障功能障礙；而這種保護作用可在Wnt信號通路負調控因子Dickkopf1的作用下被逆轉。

4""Wnt/β-catenin在心肌缺血再灌注損傷中的作用

心肌缺血可導致心肌不可逆損傷[16]。急性心肌梗死以心肌細胞死亡和纖維瘢痕組織形成為特征，心肌收縮力隨著瘢痕的形成及心肌細胞數量的減少而下降，最終導致心力衰竭甚至死亡[17]。Wnt信號通路在心臟發育及協調心臟損傷反應中發揮重要作用，包括代謝改變、心血管重塑和結構改變[16]。

基因表達后的轉錄調控對改變蛋白質水平至關重要。Pang等[18]研究發現，甲基轉移酶Mettl14以N6-甲基腺苷依賴方式促進Wnt1的轉錄和翻譯，激活Wnt/β-catenin信號通路，達到減輕IRI心肌細胞損傷和心功能障礙的作用[19]。微RNA（microRNA，miRNA）與多種心血管疾病的病理生理學過程相關，其作為循環生物標志物在心血管疾病中發揮不可或缺的作用。研究證實，miRNA在心血管疾病患者中異常表達。研究發現，抑制miR-148b可通過靶向激活Wnt/β-catenin信號通路，提高抗氧化能力，抑制心肌細胞凋亡，減小心肌梗死面積，從而減輕心肌缺血再灌注損傷[20]。同時，Zhu等[21]研究證實，miR-423-5p可通過激活Wnt/β-catenin信號通路減少IRI誘導的心肌細胞損傷。血管生成過程涉及多種基因和血管生長因子，骨髓間充質干細胞可分化為多種類型的細胞，有助于組織再生[22]。Tang等[17]研究發現，miR-497通過激活Wnt/β-catenin信號通路，增強骨髓間充質干細胞的遷移能力，強化骨髓間充質干細胞對心肌梗死的治療效果。

5""Wnt/β-catenin在腎臟缺血再灌注損傷中的作用

腎臟缺血再灌注損傷（renal"ischemia"reperfusion"injury，RIRI）是急性腎損傷（acute"kidney"injury，AKI）的常見原因之一，其原因主要是氧氣和營養物質向腎臟的輸送中斷[23]。RIRI發生時，先天性免疫應答迅速啟動，并通過活化補體及天然免疫細胞，分泌并釋放多種損傷相關分子、趨化因子及炎癥因子，進一步招募免疫細胞進入腎損傷微環境中，導致腎實質細胞死亡和腎小管間質炎癥[24]。RIRI是腎移植、腎外傷時無法避免的病理損傷過程，可導致急性腎小管壞死，加重排斥反應，最終造成移植物功能下降甚至衰竭[25]。

新的證據表明，Wnt/β-catenin信號通路在RIRI或AKI后的腎臟修復和再生中起關鍵作用[3]。AKI后，Wnt/β-catenin信號通路被短暫激活，其被認為是一種保護反應，通過促進管狀細胞修復和再生減少細胞損傷[26]。這一結論也被后續的多項研究所證實。Kuncewitch等[5]應用所建立的RIRI模型評估血清中功能因子的水平及腎臟的組織學結構等，結果發現β-catenin活性降低可激活炎癥反應，引起腎組織損傷；而使用Wnt信號通路激動劑可上調β-catenin活性，抑制炎癥反應和氧化應激反應，減輕RIRI所造成的損傷，提高腎損傷后的細胞增殖和再生能力。Zhu等[27]研究發現，miR-214通過激活β-catenin信號通路抑制細胞的凋亡和纖維化，從而改善大鼠的AKI癥狀。Chen等[28]研究發現，促紅細胞生成素通過促進Wnt7b和β-catenin的表達，阻止腎小管細胞凋亡，促進細胞增殖，從而顯著改善RIRI后的腎功能。

隨著血液凈化技術的進步，重癥AKI患者的預后得到一定程度的改善，腎功能恢復，但仍有部分患者在AKI后進展為慢性腎臟病（chronic"kidney"disease，CKD），而腎臟纖維化是CKD的常見病理改變[29]。Wnt/β-catenin信號通路的過度和持續激活促使AKI向CKD的轉變，且這種轉變與腎成纖維細胞的活化有關[26]。研究發現，激活Wnt/β-catenin信號通路可導致腎臟纖維化，而抑制Wnt/β-catenin信號通路的激活可減輕RIRI后的腎纖維化[29-30]。因此，適當控制Wnt/β-catenin信號通路對維持腎臟組織的完整性和穩態是必要的。

6""Wnt/β-catenin在肝臟缺血再灌注損傷中的作用

肝臟缺血再灌注損傷（hepatic"ischemia"reperfusion"injury，HIRI）是肝切除術、肝移植術及患者休克后肝損傷或肝衰竭的重要原因，是移植物功能障礙的核心驅動因素，其極大可能導致肝移植患者術后發生并發癥甚至死亡[1]。肝臟發生缺血時，ATP在數秒內即被消耗殆盡。在此過程中，肝細胞因缺血無法維持細胞代謝，因缺氧轉向無氧代謝；而恢復灌注后氧氣輸送急劇增加，超過細胞新陳代謝所能承受的極限，造成自由基大量生成，從而加速DNA和細胞損傷[31]。研究表明，HIRI的發病機制涉及諸多方面，包括氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡、肝臟庫普弗細胞活化、中性粒細胞聚集、血管細胞黏附因子過度表達、自噬和鈣超載等[32]。

肝臟與其他內臟器官的短期再生能力不同。刺激新的肝細胞增殖途徑以替代死亡細胞，或調節細胞對缺血性損傷做出不同反應的方法可能有益于HIRI患者的治療。已有文獻對Wnt/β-catenin信號通路在HIRI中的具體機制進行闡述[33]。Han等[4]建立肝局部IRI模型，發現肝組織中Wnt信號通路相關蛋白Wnt1、β-catenin、c-Myc和細胞周期蛋白D1的表達水平降低；而經胍丁胺處理后，上述關鍵蛋白的表達水平升高；同時使用兩種Wnt/β-catenin信號通路抑制劑后，胍丁胺對肝臟的保護作用顯著降低，認為胍丁胺通過激活Wnt/β-catenin信號通路發揮對HIRI的保護作用。Xie等[34]在探索外泌體治療HIRI的機制中發現，人臍血間充質干細胞中外泌體miR-"1246可直接靶向糖原合成酶激酶-3β，促進β-catenin表達，抑制細胞凋亡和炎癥反應。有學者發現，Wnt信號通路通過維持線粒體的功能減輕HIRI，而線粒體對維持細胞代謝和信號傳導至關重要[35]。

7""結論與展望

綜上所述，Wnt/β-catenin信號通路的激活可緩解上述各組織器官IRI，發揮保護作用。但對不同細胞具有不同的生理特性，如神經細胞和心肌細胞作為不可再生細胞，Wnt信號通路的激活更傾向于減輕損傷并促進損傷后組織修復；而對再生能力較強的肝細胞，激活Wnt信號通路可減輕損傷，但其促進新肝細胞增殖分化取代受損細胞的作用更為重要。Wnt信號通路的激活是纖維化疾病的共同特征，其促使β-catenin在細胞中持續積累并激活成纖維細胞，促進成纖維細胞增殖及膠原纖維的分泌。研究表明激活Wnt/β-catenin信號通路可導致腎臟纖維化，而這種作用同樣也存在于腦、心肌及肝細胞中。

目前，Wnt/β-catenin信號通路在部分器官IRI中的研究已取得重要進展，機制也愈發明確。但一定程度上仍難以捉摸其激活的精確度，作用效果也存在爭議。仍需深入探究其作用機制，對該信號通路在各器官IRI中的確切效應進行更加精確地闡明，為有效治療策略的制訂提供可能。目前，如何減輕IRI是全球關注的熱點之一。IRI的潛在機制、治療方法和治療靶點對緩解IRI及其相關并發癥、提高患者生存率和生活質量具有重要意義。如何解決上述問題無疑是人們目前所面臨的巨大挑戰，但同時也將為各器官IRI的防治提供新的方向。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] HUANG"M，"CAI"H，"HAN"B，"et"al."Natural"killer"cells"in"hepatic"ischemia-reperfusion"injury[J]."Front"Immunol，"2022，"13："870038.

[2] WU"M"Y，"YIANG"G"T，"LIAO"W"T，"et"al."Current"mechanistic"concepts"in"ischemia"and"reperfusion"injury[J]."Cell"Physiol"Biochem，"2018，"46（4）："1650–1667.

[3] SCHUNK"S"J，"FLOEGE"J，"FLISER"D，"et"al."Wnt-β-"catenin"signalling-A"versatile"player"in"kidney"injury"and"repair[J]."Nat"Rev"Nephrol，"2021，"17（3）："172–184.

[4] HAN"Z，"LI"Y，"YANG"B，"et"al."Agmatine"attenuates"liver"ischemia"reperfusion"injury"by"activating"Wnt/β-catenin"signaling"in"mice[J]."Transplantation，"2020，"104（9）："1906–1916.

[5] KUNCEWITCH"M，"YANG"W"L，"CORBO"L，"et"al."Wnt"agonist"decreases"tissue"damage"and"improves"renal"function"after"ischemia-reperfusion[J]."Shock，"2015，"43（3）："268–275.

[6] 廖可欣，"肖愛嬌，"肖移生."基于Wnt信號通路的中藥治療腦缺血/再灌注損傷研究進展[J]."中國藥理學通報，"2022，"38（9）："1297–1302.

[7] GBD"2016"Neurology"Collaborators."Global，"regional，"and"national"burden"of"neurological"disorders，"1990-2016："A"systematic"analysis"for"the"global"burden"of"disease"study"2016[J]."Lancet"Neurol，"2019，"18（5）："459–480.

[8] CHENG"J，"SHEN"W，"JIN"L，"et"al."Treadmill"exercise"promotes"neurogenesis"and"myelin"repair"via"upregulating"Wnt/β-catenin"signaling"pathways"in"the"juvenile"brain"following"focal"cerebral"ischemia/"reperfusion[J]."Int"J"Mol"Med，"2020，"45（5）："1447–1463.

[9] 耿武軍，"陳成宇，"張民遠，"等."Wnt/β-catenin信號通路通過下調自噬改善大鼠腦缺血再灌注損傷[J]."中國動脈硬化雜志，"2018，"26（3）："222–226.

[10] 耿武軍，"陳成宇，"莫云長，"等."Wnt/β-catenin信號通路介導參麥注射液對腦缺血再灌注損傷大鼠的腦保護作用[J]."中國動脈硬化雜志，"2018，"26（2）："109–114.

[11] XING"X"S，"LIU"F，"HE"Z"Y."Akt"regulates"β-catenin"in"a"rat"model"of"focal"cerebral"ischemia-reperfusion"injury[J]."Mol"Med"Rep，"2015，"11（4）："3122–3128.

[12] DU"Z，"ZHANG"H，"CHEN"Q，"et"al."Intranasal"calcitonin"gene-related"peptide"protects"against"focal"cerebral"ischemic"injury"in"rats"through"the"Wnt/β-catenin"pathway[J]."Med"Sci"Monit，"2018，"24："8860–8869.

[13] 李紫東，"方曉艷，"苗明三."基于文獻分析中藥皂苷類治療腦缺血再灌注的作用機制[J]."中國實驗方劑學雜志，"2023，"29（5）："194–203.

[14] PAN"W，"XU"Z."Triptolide"mediates"Wnt/β-catenin"signalling"pathway"to"reduce"cerebral"ischemia-reperfusion"injury"in"rats[J]."Folia"Neuropathol，"2020，"58（4）："324–333.

[15] JIN"Z，"KE"J，"GUO"P，"et"al."Quercetin"improves"blood-"brain"barrier"dysfunction"in"rats"with"cerebral"ischemia"reperfusion"via"Wnt"signaling"pathway[J]."Am"J"Transl"Res，"2019，"11（8）："4683–4695.

[16] HAO"L，"WANG"J，"LIU"N."Long"noncoding"RNA"TALNEC2"regulates"myocardial"ischemic"injury"in"H9c2"cells"by"regulating"miR-21/PDCD4-medited"activation"of"Wnt/β-catenin"pathway[J]."J"Cell"Biochem，"2019，"120（8）："12912–12923.

[17] TANG"Y，"ZHONG"Z，"WANG"X，"et"al."MicroRNA-497"inhibition"mitigates"myocardial"infarction"via"enhancing"wingless/integrated"signal"pathway"in"bone"marrow"mesenchymal"stem"cells[J]."J"Cell"Biochem，"2019，"120（8）："13403–13412.

[18] PANG"P，"QU"Z，"YU"S，"et"al."Mettl14"attenuates"cardiac"ischemia/reperfusion"injury"by"regulating"Wnt1/β-catenin"signaling"pathway[J]."Front"Cell"Dev"Biol，"2021，"9："762853.

[19] SILVA"D"C"P"D，"CARNEIRO"F"D，"ALMEIDA"K"C，"et"al."Role"of"miRNAs"on"the"pathophysiology"of"cardiovascular"diseases[J]."Arq"Bras"Cardiol，"2018，"111（5）："738–746.

[20] YANG"M，"KONG"D"Y，"CHEN"J"C."Inhibition"of"miR-148b"ameliorates"myocardial"ischemia/reperfusion"injury"via"regulation"of"Wnt/β-catenin"signaling"pathway[J]."J"Cell"Physiol，"2019，"234（10）："17757–17766.

[21] ZHU"X，"LU"X."MiR-423-5p"inhibition"alleviates"cardiomyocyte"apoptosis"and"mitochondrialnbsp;dysfunction"caused"by"hypoxia/reoxygenation"through"activation"of"the"Wnt/β-catenin"signaling"pathway"via"targeting"MYBL2[J]."J"Cell"Physiol，"2019，"234（12）："22034–22043.

[22] LIU"X，"ZHANG"M，"LIU"H，"et"al."Bone"marrow"mesenchymal"stem"cell-derived"exosomes"attenuate"cerebral"ischemia-reperfusion"injury-induced"neuroinflammation"and"pyroptosis"by"modulating"microglia"M1/M2"phenotypes[J]."Exp"Neurol，"2021，"341："113700.

[23] BARAKAT"M，"HUSSEIN"A"M，"SALAMA"M"F，"et"al."Possible"underlying"mechanisms"for"the"renoprotective"effect"of"retinoic"acid-pretreated"Wharton’s"jelly"mesenchymal"stem"cells"against"renal"ischemia/reperfusion"injury[J]."Cells，"2022，"11（13）："1997.

[24] 韓成，"劉瑀，"吳圓圓，"等."促紅細胞生成素受體在缺血再灌注所致急性腎損傷和修復或纖維化中的作用及機制[J]."生理學報，"2023，"75（1）："115–129.

[25] 閔亞麗，"黃健，"楊靜，"等."Wnt/β-catenin信號通路在腎缺血再灌注致慢性腎間質纖維化大鼠中的表達[J]."重慶醫學，"2016，"45（29）："4044–4046，"4049.

[26] XIAO"L，"ZHOU"D，"TAN"R"J，"et"al."Sustained"activation"of"Wnt/β-catenin"signaling"drives"AKI"to"CKD"progression[J]."J"Am"Soc"Nephrol，"2016，"27（6）："1727–1740.

[27] ZHU"X，"LI"W，"LI"H."MiR-214"ameliorates"acute"kidney"injury"via"targeting"DKK3"and"activating"of"Wnt/β-"catenin"signaling"pathway[J]."Biol"Res，"2018，"51（1）："31.

[28] CHEN"X，"WANG"C"C，"SONG"S"M，"et"al."The"administration"of"erythropoietin"attenuates"kidney"injury"induced"by"ischemia/reperfusion"with"increased"activation"of"Wnt/β-catenin"signaling[J]."J"Formos"Med"Assoc，"2015，"114（5）："430–437.

[29] PAN"B，"ZHANG"H，"HONG"Y，"et"al."Indoleamine-2，"3-dioxygenase"activates"Wnt/β-catenin"inducing"kidney"fibrosis"after"acute"kidney"injury[J]."Gerontology，"2021，"67（5）："611–619.

[30] NISHIGUCHI"Y，"HATA"Y，"DATE"R，"et"al."Osteocrin，"a"bone-derived"humoral"factor，"exerts"a"renoprotective"role"in"ischemia-reperfusion"injury"in"mice[J]."Nephrol"Dial"Transplant，"2022，"37（3）："444–453.

[31] KALTENMEIER"C，"WANG"R，"POPP"B，"et"al."Role"of"immuno-inflammatory"signals"in"liver"ischemia-reperfusion"injury[J]."Cells，"2022，"11（14）："2222.

[32] DAR"W"A，"SULLIVAN"E，"BYNON"J"S，"et"al."Ischaemia"reperfusion"injury"in"liver"transplantation："Cellular"and"molecular"mechanisms[J]."Liver"Int，"2019，"39（5）："788–801.

[33] 王偉，"胡曉燕，"葉啟發，"等."Wnt/β-catenin信號通路在肝臟缺血再灌注損傷中的研究進展[J]."武漢大學學報（醫學版），"2019，"40（5）："856–860.

[34] XIE"K，"LIU"L，"CHEN"J，"et"al."Exosomes"derived"from"human"umbilical"cord"blood"mesenchymal"stem"cells"improve"hepatic"ischemia"reperfusion"injury"via"delivering"miR-1246[J]."Cell"Cycle，"2019，"18（24）："3491–3501.

[35] LIU"B，"ZHANG"R，"TAO"G，"et"al."Augmented"Wnt"signaling"as"a"therapeutic"tool"to"prevent"ischemia/"reperfusion"injury"in"liver："Preclinical"studies"in"a"mouse"model[J]."Liver"Transpl，"2015，"21（12）："1533–1542.

（收稿日期：2023–08–20）

（修回日期：2024–03–14）