Wnt信号通路与RA的骨质代谢

马莹莹 综述 张 育 审校 （扬州大学临床医学院暨苏北人民医院,扬州 225001）

Wnt信号通路与RA的骨质代谢

马莹莹 综述 张 育 审校 （扬州大学临床医学院暨苏北人民医院,扬州 225001）

Wnt信号通路是重要的细胞信号转导通路,该通路在器官和组织的早期发育中起重要作用,异常表达或激活该途径会导致各种疾病甚至肿瘤的发生。类风湿关节炎（Rheumatoid arthritis,RA）是一种累及周围关节为主的多系统炎症性的自身免疫性疾病。最近的研究表明Wnt信号通路在RA的骨质代谢中发挥重要作用。进一步研究Wnt信号通路的靶基因在RA骨质代谢中的作用,可以为RA治疗的新策略提供依据,因此Wnt基因家族成员可能成为RA治疗很好的分子靶点。

1 WNT信号通路及其功能

Wnt最初发现为果蝇分节极性基因,其功能与胚胎发育和蜕变过程中成体翼的形成有关,Nusse等人于1982年在小鼠乳头瘤病毒整合部位发现并报道了int-1基因,随后发现这一基因与果蝇胚胎发育基因同源,将二者名称简并后,该基因被重新命名为Wnt。该基因编码的蛋白是一类富含L-半胱氨酸、大小约39～46 kD的分泌性糖蛋白。Wnt蛋白在细胞表面结合到卷曲蛋白（Frz）家族受体,Wnt/Frz复合体控制胚胎发育过程中组织的形成,以及四肢发育和关节形成的全过程[1]。人们一般将Wnt基因编码产物所介导的信号传导通路称为Wnt信号通路。Wnt信号通路是胚胎发育和组织形成时期决定细胞增殖、细胞极性和细胞凋亡的基本机制之一,所以Wnt信号通路的突变常与人的出生缺陷、癌症和其它疾病有关[2]。

1.1 Wnt信号通路的结构 Wnt信号通路是一条保守的信号传导通路,从低等生物果蝇直至高等哺乳动物,其成员具有高度同源性。Wnt蛋白结合到两种不同的受体复合物:一种是卷曲蛋白（Frz）和低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）5或6的复合物;另一种是卷曲蛋白（Frz）和受体酪氨酸激酶孤独受体（RORs）复合物。Wnt和受体的结合激活两类信号途径:依赖β-连环蛋白的经典通路和不依赖β-连环蛋白的非经典通路,非经典通路包括Wnt/钙离子（Wnt/Ca2+）通路、Wnt/PCP通路（平面细胞极性通路）和蛋白激酶A信号通路[3-5]。

1.1.1 经典的Wnt信号通路 Wnt信号通路调节的胞质β-连环蛋白的磷酸化/降解是经典Wnt信号通路的基础。在没有胞外Wnt信号时,在靶细胞糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）使 β-连环蛋白发生磷酸化。轴蛋白（Axin）和结肠腺瘤样息肉病基因（APC）作为GSK-3β和β-连环蛋白结合的支架蛋白。磷酸化的β-连环蛋白被E3泛素连接酶降解[2]。Wnt1类配体如Wnt1和Wnt3a通过Wnt蛋白,Frz和LRP5/6的复合物激活经典途径。这个复合物促进GSK-3β磷酸化,抑制GSK-3β的激酶活性,使β-连环蛋白磷酸化受限。Frz作用于胞质内的蓬松蛋白（Dishevelled,Dsh）,Dsh能切断β-连环蛋白的降解途径,从而使β-连环蛋白在细胞质中积累。累积的β-连环蛋白进入胞核,在胞核与淋巴增强子结合因子（LEF）/T细胞因子（TCF）转录因子结合,从而诱导Wnt靶基因的表达[1,3,6]。

1.1.2 非经典的Wnt信号通路 Wnt5a与Frz和ROR1或2受体复合物结合通过GTP结合蛋白三聚体增加细胞内Ca2+,并激活钙调节蛋白依赖性激酶II（CAMK2A）和蛋白激酶C（PKC）,进而活化NF-κB转录因子。后者诱导编码促炎的细胞因子/炎症趋化因子的各种基因的表达。Wnt/PCP通路:由Frz介导激活小GTP酶蛋白,包括Rho,Rho,c-jun氨基末端激酶（JNK）和Rho激酶,调节细胞骨架的不对称分布和上皮细胞的协同极化,还有对胚胎发育的阶段性调控[4,7]。

1.2 Wnt信号通路的功能 Wnt基因在胚胎发育中有着广泛的表达,Wnt信号通路在胚胎发育和成体干细胞的发展调节系统中起着重要作用[2,8]。Wnt信号通路介导多种细胞进程,包括细胞的增殖,分化和细胞凋亡。在胚胎发育期Wnt信号的失调将会导致胚胎夭折或发育缺陷;在成体中则会导致包括癌症在内的多种疾病的发生。在Wnt通路中任何一步发生障碍都可致癌,其异常情况大致可分为三类:一是组成Wnt信号途径的蛋白、转录因子或基因被破坏或变异导致该途径关闭或局部途径异常活跃。二是过多的Wnt信号使整个途径都异常活化,细胞进行不必要的增殖。三是没有Wnt信号时,细胞内其它的活动也会通过Wnt途径来刺激或诱发细胞乃至机体不正常反应[9]。Wnt通路与多种类型的癌症有关,包括肺癌、白血病、乳腺癌、甲状腺癌、前列腺癌和肾母细胞瘤[2,8]。家族性腺瘤性息肉病、家族性渗出性玻璃体视网膜病变和骨质疏松症假性神经胶质瘤综合征均由编码Wnt信号通路相关蛋白的基因突变引起[10]。Wnt信号通路还参与脂质代谢和血糖动态平衡,LRP5的突变可导致糖尿病和肥胖症,而LRP6的突变与冠状动脉疾病和代谢综合征的发病有关[11]。

近来研究表明,Wnt介导的信号通路与骨质代谢的多个方面有关。如LRP5-/-和Wnt10b-/-小鼠突变体中所示,导致β-连环蛋白的累积的蛋白质功能缺失将引起骨质缺损;相反,β-连环蛋白通路的负调控物突变失活增加骨量。大量的β-连环蛋白增加骨的形成,伴随着成骨特定基因的表达,然而在发育的早期阶段敲除β-连环蛋白基因将会导致异位的软骨形成及成骨细胞的异常分化[12]。当β-连环蛋白失活时,在膜内成骨及软骨内成骨的过程中,间充质细胞向软骨细胞而不是成骨细胞方向转化,表明这两种成骨方式都通过β-连环蛋白的分子产生[13]。大量的拮抗剂调节Wnt信号通路,Dkk1和Dkk2都抑制经典的Wnt信号通路。他们与LRP5/6结合,抑制Wnt-Frz-LRP复合物的形成。Dkk1和Dkk2通过不同的机制调节骨骼发育,DKK1-/-小鼠由于成骨细胞数目和骨形成速度的增加表现为骨形成的增加。Dkk2-/-小鼠表现为 RANK配体（RANKL）而不是骨保护素产生增加,导致成骨细胞功能不全和骨质疏松。这些结果表明,Dkk1和Dkk2都调节骨形成,他们影响成骨细胞成熟的不同阶段。可溶性Frz受体蛋白（Sfrps）是特殊的Wnt信号通路拮抗剂,在Sfrp1-/-小鼠由于成骨细胞凋亡的抑制导致成骨细胞的数量和骨形成的速度增加[6,14]。给与GSK-3β抑制剂氯化锂刺激体内和体外的干细胞分化为成骨细胞,小鼠的骨形成明显增加,类似的结果也可在给予LRP5-/-小鼠氯化锂后观察到。这些发现表明,活化经典的Wnt信号通路会导致骨量增加[5,14,15]。非经典的Wnt信号通路也与骨质代谢有关,Wnt5a的灭活或ROR2基因失活都导致骨骼缺陷[16]。非经典的Wnt信号通路促进炎症性疾病的骨质破坏,Wnt5a通过破骨细胞的前体细胞表达的ROR2,促进RANKL诱导的破骨细胞形成[3]。

2 WNT与RA的骨质代谢

类风湿关节炎（RA）是一种累及周围关节为主的多系统炎症性的自身免疫性疾病。RA主要病理特征是关节滑膜血管新生和血管翳形成,正常滑膜含有来源于骨髓的巨噬细胞样滑膜细胞,和来源于间充质的成纤维细胞样滑膜细胞（FLS）。在类风湿关节炎患者,FLS活化和增殖产生细胞因子和炎症趋化因子,如白细胞介素（IL）-6,IL-8和IL-15等导致白细胞浸润和保留,以及血管生成,导致血管翳形成,因此破坏关节软骨和骨。此外,成纤维细胞样滑膜细胞分泌金属蛋白酶,在其成熟的形式,促进软骨降解和血管翳侵入关节的滑膜,从而破坏关节软骨及骨,造成关节畸形[1]。研究表明,Wnt介导的信号通路在RA骨质代谢的病理生理过程中起着关键性作用,进一步研究Wnt信号通路的靶基因在RA骨质代谢中的作用,可以改善RA的临床表现及预后,因此Wnt基因家族成员可能成为RA治疗很好的分子靶点[17]。

在类风湿关节炎患者中血清DKK-1的水平与疾病活动度成比例,而在强直性脊柱炎患者DKK-1与疾病无明显相关性[18]。在RA患者Wnt1过度表达,刺激纤维连接蛋白和前基质金属蛋白酶-3的产生,滑膜表达的基因如Wnt和Frz,比那些没有RA的表达水平高[1]。在类风湿关节炎肿瘤坏死因子-α（TNF-α）是控制疾病的关键因子,该因子使参与骨吸收的破骨细胞的产生增多,抑制参与骨重建的成骨细胞,导致软骨下骨组织破坏。Wnt抑制剂DKK-1在关节炎患者侵蚀的关节中过度表达。在用抗DKK-1抗体治疗的小鼠的炎症关节可观察到骨赘形成,DKK-1抑制剂增加成骨细胞的分化,抑制破骨细胞介导的骨质吸收。促炎细胞因子 TNF-α诱导DKK-1的表达,通过直接抑制成骨细胞的分化和功能减少炎症关节的骨重建。在关节炎模型小鼠阻断DKK-1引起新的骨重建抑制骨吸收[19]。因此,在经典的Wnt信号通路促进成骨细胞祖细胞分化为成熟的成骨细胞,从而增加骨的形成。经典的Wnt信号通路也诱导了成骨细胞中OPG表达的上调和RANKL表达的下调,结果抑制骨吸收[3]。抑制小鼠软骨细胞的经典的Wnt信号通路,观察到关节软骨细胞凋亡显著增多并且有关节软骨的破坏[5]。在类风湿关节炎病人的滑膜非经典的Wnt信号通路诱导产生炎性细胞因子同时促进骨质破坏,成骨细胞和RA滑膜组织分泌的Wnt5a通过非经典信号通路活化成纤维细胞样滑膜细胞（FLS）,导致类风湿关节炎患者关节产生促炎症反应的炎症趋化因子[3,16]。

研究结果表明,Wnt信号通路在器官发生,骨形成,骨吸收和肿瘤发生中起重要的作用。最近的研究表明Wnt信号通路在RA的病理学过程中发挥作用。活化经典的Wnt信号通路会导致骨重建抑制骨吸收,Wnt5a介导的非经典的Wnt信号通路促进炎症性疾病的骨质破坏同时诱导产生炎症细胞因子。

3 问题与展望

综上所述,目前的研究已较清楚地了解了Wnt信号通路的结构,及其在RA骨质代谢中的重要作用。该通路在胚胎发育、肿瘤发生和干细胞生物学中的多效性已在生物学过程中得到很好的证实,但Wnt在人类骨骼疾病中作用的分子机制没有得到充分证明。类风湿关节炎有明显的骨质破坏,进一步研究Wnt信号通路在RA骨质代谢中的作用,可以为RA治疗的新策略提供依据,因此Wnt基因家族成员可能成为RA治疗很好的分子靶点。我们相信,随着科学技术的发展,随着对此机制不断的深入研究,RA的治疗可能会被推向一个更加广阔的领域。

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[收稿2010-02-12 修回2010-05-24]

（编辑 张晓舟）

R593.22

A

1000-484X（2010）12-1143-03

10.3969/j.issn.1000-484X.2010.12.022

马莹莹（1987年-）,女,在读硕士,E-mail:mayingyingtsmc@163.com;

及指导教师:张 育（1960年-）,男,硕士,主任医师,教授,硕士生导师,主要从事风湿性疾病的基础与临床方面的研究,E-mail:yzzy10182001@yahoo.com.cn。