Wnt信号通路在强直性脊柱炎发病过程中的作用

刘剑雯（综述），陈君敏（审校）

（福建医科大学附属第一医院风湿血液科，福州 350004）

强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是以骶髂关节和脊柱慢性炎症为主的全身性疾病。其特征性病理变化为肌腱、韧带附着点炎症。常见症状为腰背僵硬或疼痛，活动后可减轻。晚期可发生脊柱强直、畸形以致功能严重受损。AS具有潜在的致残性，目前尚无有效的治疗手段防止AS的病程进展。有研究表明，AS患者存在明显的成骨过度现象及经典Wnt信号通路抑制因子DKK-1异常表达，提示经典Wnt信号通路可能在AS的骨赘形成过程中发挥重要的作用［1］。

1 AS的骨赘形成

AS患者关节功能的最后丧失是由于关节软骨和骨的被侵蚀和破坏，继而骨质硬化，最终静止于全脊柱的融合而失去劳动和自主生活能力，严重影响患者的生活质量。到目前为止，AS的发病机制尚不清楚，但其病理学变化存在附着点炎、骨侵蚀、骨赘形成三个阶段，这三个阶段是否存在因果关联，目前尚无肯定的答案。Maksymowych等［1］研究认为，反复的附着点炎症、修复导致韧带骨赘形成并最终导致关节强直。如果是炎症导致骨赘形成，那么早期抑制附着点的炎症过程就可以阻断这一病理过程的继续进展。肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）是介导类风湿关节炎炎症过程及炎症性关节炎动物模型的关键因子［2，3］，用 TNF-α 抑制剂治疗AS可以很大程度缓解AS患者的附着点的炎性疼痛及晨僵症状，同时可降低急性期炎性反应标志物，但却无法抑制附着点处的骨侵蚀与骨赘形成［4，5］。Lories等［6］在研究脊柱关节病动物模型中也发现TNF-α并不能刺激软骨骨形成，而TNF-α抑制剂干预并不影响疾病的发生和进展，且不能抑制肌腱端的新骨形成，证实了脊柱关节病的炎症与新骨形成并无关联。而在临床试验应用放射学技术追踪观察 TNF-α抑制剂治疗的AS患者发现，在基线水平有炎性病变患者2年后新骨形成是无炎性病变患者的3.1倍，但在基线水平无炎性病变的患者也发生了新骨形成［7］。因此，对AS附着点炎与骨赘形成的关系还尚无定论。AS的附着点炎与骨赘形成并无必然关联。

既然附着点炎并不是AS骨赘形成的根源，继续深入探究其他可能的病变机制，是成功治疗AS的基础。近期有研究发现［8］，TNF-α可以刺激 DKK-1的表达，后者抑制Wnt信号通路所介导的新骨形成。AS患者炎症局部TNF-α明显增加，本不应该存在成骨过度现象，而事实并非如此。由此推测，AS的骨赘形成可能是一个独立的病变过程。骨侵蚀和骨形成过程主要由破骨细胞和成骨细胞介导，在系统或局部骨生长调节基因的作用下，处于动态平衡之中，这些基因主要作用于Wnt信号转导通路和转化生长因子/骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信号转导通路而发挥调控作用［9-11］。如果成骨细胞的骨形成作用大于破骨细胞的骨吸收作用就表现为骨量增加，反之则表现为骨量减少。在AS的关节病理变化中可能是由于某种诱发机制使得成骨过度活跃，破坏了骨形成与骨吸收的平衡才最终导致了骨性强直。

骨组织形成有两种方式:膜内成骨和软骨内成骨。在AS病程中软骨内成骨可能占主要作用，其成骨过程受多种因素、多个信号途径的调节。目前研究较多的是 Wnt及 BMP信号通路［12-14］。Fujita等［15］和 Zhang 等［16］研究表明，经典的 Wnt和 BMP信号通路在调节成骨细胞功能及骨形成中发挥重要的协同作用。在骨形成的早期阶段主要由BMP信号转导通路调控，BMP是多功能生长因子，在迄今发现的约20多种BMP成员中，除BMP1外均属于转化生长因子β超家族，BMP能够通过Smad途径上调Osx的表达而介导成骨过程，以BMP2、BMP4和BMP7的活性最强。在成骨的晚期阶段则主要由Wnt信号转导通路调控，该通路的激活使β-连环蛋白在胞质内大量积累，最终使间充质细胞分化为成熟的成骨细胞参与成骨。Wnt信号通路调控现在被认为是骨重塑的主要调控者［6］。

2 Wnt信号转导通路的作用及调节

Wnt蛋白是一类分泌型糖蛋白，通过自分泌或旁分泌发挥作用。Wnt蛋白基因中含有高度保守的碱基序列，组成了重要的细胞外信号分子家族。Wnt蛋白及其受体、调节蛋白等组成的复杂信号转导通路，包括Wnt/β-连环蛋白经典通路、Wnt/平行极性、Wnt/Ca2+、调节纺锤体定向和不对称细胞分裂信号的非经典通路。其中经典通路是介导成骨过程的关键［17］。在 Wnt/β-连环蛋白经典通路中，Wnt蛋白与其细胞表面受体Frizzled家族跨膜蛋白结合，Wnt信号通路被激活。Frizzled激活蓬乱蛋白（Dsh/Dvl），后者再激活下游因子糖原合成酶激酶3β结合蛋白;激活的糖原合成酶激酶3β结合蛋白能识别糖原合成酶激酶3β并抑制其磷酸化活性，使糖原合成酶激酶3β不能磷酸化β-连环蛋白，导致β-连环蛋白不能被泛素连接酶识别，从而不能被蛋白酶复合体降解，最终使β-连环蛋白在胞质内大量积累。这种积累打破了细胞内原有β-连环蛋白出入细胞核的平衡，使得细胞核内的β-连环蛋白大量增加，与核内含有高迁移组非组蛋白盒的转录因子、淋巴细胞增强因子/T细胞因子家族成员结合，启动靶基因的转录。

Wnt信号通路的拮抗物通过在胞外阻止Wnt配体与其受体Frizzled蛋白的结合来阻断Wnt信号通路。根据作用机制的不同主要分为两类:一类是抑制Wnt经典通路的Dkks家族。另一类是通过与Wnt受体竞争性结合Wnt配体阻断Wnt的非经典通路和平行极性通路，包括分泌性卷曲相关蛋白、Wnt抑制因子和Cerberus。Dkks是分泌性的糖蛋白，人类基因组中DKKl-4、DKK-1和DKK-4可以抑制Wnt信号，DKK-2可作为Wnt信号的激动剂或拮抗剂，而DKK-3对Wnt通路没有明显的影响［18］。DKK-1是最重要的Dkks家族成员，作为一种可溶性Wnt信号抑制因子，与Wnt受体低密度脂蛋白相关受体5/6及另一类穿膜蛋白Kremen1-2结合，形成三聚体，诱导快速的细胞内吞，减少细胞膜上的低密度脂蛋白相关受体5/6，阻断Wnt的信号传递，它是生理和病理条件下骨质重塑的重要调节因子［19］。过度表达DKK-1或DKK-1缺失表达分别可导致严重骨质丢失及大量骨质形成［20，21］。

3 DKK-1与AS发病的关系

AS存在成骨过度现象，而经典Wnt信号通路又在成骨过程中发挥重要的调控作用。DKK-1作为经典Wnt信号通路的抑制因子，在AS发病中的作用备受关注。Uderhardt等［22］研究表明 DKK-1会逆转转基因小鼠TNF诱导的关节炎部分骨骼的损伤，其中骨保护素合成增加，从而阻断了细胞内核因子κB受体活化因子配体，减少骨质破坏。阻断DKK-1激活Wnt通路也可使骨破坏转变为骨赘生成。这说明AS患者体内循环骨形成促进因子功能上占优势，DKK-1介导的抑制作用下降可能是成骨过度的主要机制。

促使DKK-1抑制作用下降的原因是DKK-1生成减少还是 DKK-1的无效生成，目前尚未明确。Daoussis等［23］研究发现，AS患者的血清DKK-1水平明显升高，且DKK-1的功能下降即无效生成。近期有研究发现［8］，TNF-α 可以刺激DKK-1的表达，所以使用TNF-α抑制剂抑制AS炎性反应后应该会通过减少DKK-1的表达而促进新骨形成，但尚无临床研究证据表明TNF-α抑制剂促进AS新骨形成过程这一现象。因此，有待于进一步深入研究观察以明确。研究还发现［23］，使用TNF-α抑制剂治疗的AS患者其血清DKK-1水平明显高于未使用抗TNF-α治疗的AS患者。有研究者提出一个“TNF-α阻断假说”，认为TNF-α在AS中的作用可能并不介导其炎症过程而是介导其骨形成过程，它通过增加DKK-1的表达而阻断新骨形成［24］。当 TNF-α被阻断时 Wnt信号通路被激活，机体可能通过体内的代偿机制使DKK-1水平升高。

4 结语

Wnt信号通路在骨的形成和发育中起着重要的调节作用，甚至可能占据主导地位。可以预见AS和Wnt信号通路的研究可能是Wnt及AS研究领域一个新的方向。但目前有关Wnt与AS的相关研究较少，有很多机制还未完全阐明，如哪些分子参与调节骨形成的稳定，是否存在某一始动因子，是否与其他通路存在交联等。随着对Wnt信号通路与AS骨赘形成关系的研究的深入，可能为AS的研究和治疗提供新的思路。

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