经典Wnt信号通路在心肌细胞分化作用的研究进展*

季 红，高 青，胡先同，范英昌

（天津中医药大学，天津 300193）

·综述·

经典Wnt信号通路在心肌细胞分化作用的研究进展*

季 红，高 青，胡先同，范英昌

（天津中医药大学，天津 300193）

Wnt信号；干细胞；心肌分化

缺血性心脏病已成为发达国家的主要死因，并有着惊人的发病率[1]。急性心肌梗死后，心脏自我更新能力有限及重构导致左室功能下降[2]。

间充质干细胞（MSCs）在40年前被首次从骨髓中分离出来，并且成为细胞心肌成型术的主要种子细胞之一。以其独特的优势如易于分离、扩增，同种异体移植时无免疫原性以及多向分化潜能等受到普遍关注[3-5]。

1 经典Wnt信号的作用机制

经典Wnt信号是通过卷曲蛋白（FZD）受体和低密度脂蛋白相关蛋白共受体（LRP5/LRP6）形成的复合物传至β-catenin信号级连系统[6-7]。在Wnt信号缺失的时候，β-catenin与结肠癌息肉蛋白（APC）和轴蛋白（AXIN）形成复合物，被酪蛋白激酶（CK1α）和糖原合酶激酶（GSK3β）磷酸化其NH2基末端，进而由βTRCP1或βTRCP2复合物泛素化通过蛋白酶体途径降解[8]。当Wnt蛋白连接到Frizzled家族受体，相关下游组件散乱蛋白（Dvl）被CK1α磷酸化，从而与FART紧密结合，诱导FZD-DVL复合体与LRP5/6-AXIN-FRAT复合体的组[9-10]，β-catenin被CK1α和GSK3β磷酸化后释放，不断累积，进入核内，核内的β-catenin与T细胞因子/淋巴增强因子（TCF/LEF）和Legless-PYGO复合物结合，激活目的基因如FGF20、DKK1、WISP1、MYC、CCND1的转录[11-14]。

2 Wnt信号通路的调控

分泌性卷曲相关蛋白（SFRP）和Wnt抑制因子1（WIF1）是一类可溶性因子，直接连于WNT分子，以将其与膜结合受体隔开，相反，DDK家族成员与LRP共受体紧密连接，而使Wnt受体复合物破坏，最近发现Wnt信号通路可受到一些细胞内介质的影响。如DAPPER1/FRODO1（DACT1）蛋白与散乱蛋白（Dishevelled）相互作用而抑制来自FZ/LRP受体复合物的信号传导。此外，经典Wnt信号在核内可被chibby和chop蛋白拮抗，这些因子与LEF或TCF转录因子相互作用，抑制Wnt目的基因的表达。

3 Wnt信号对胚胎心脏发生、发育的作用

近年来对多能胚胎癌细胞的研究发现，Wnt经典途径促进心肌分化。说明此途径可能随着时间的变化起到双相调节作用。Shuichi等[15]发现在斑马鱼胚胎中，持续过表达β-catenin通路的配体Wnt11则增加心肌的分化，也就是说Wnt11通过β-catenin途径可以诱导心脏形成。相反地，晚期激活βcatenin信号则降低心肌分化。而早期用Wnt 3a处理分化的鼠胚胎干细胞可以激活中胚层的诱导，促进心肌分化，与此同时激活一个反馈环路，从而在后期抑制Wnt途径,控制心肌发展的大小。从时间上划分，即在原胚肠期之前，Wnt/β-catenin通路促进心肌分化，在原胚肠期则抑制心脏的形成。

Wnt/β-catenin信号在哺乳动物心脏形成早期同样被激活，并对其心肌发育起着不可或缺的作用。Teruya等[16]用1%二甲基亚砜（DMSO）诱导鼠多能细胞系P19CL6后，发现早、晚期心脏基因均被上调，并出现自发搏动，而Wnt3A和Wnt8A较最早出现的心脏基因还要提前几天，DMSO诱导使Wnt信号分子β-catenin增加，而Frizzled-8/Fc可抑制这种作用，从而抑制对心脏转录因子、心脏生长因子和肌球蛋白重链的诱导。同样，Wnt/β-catenin的抑制剂GSK也可以抑制这种分化。而用Wnt3A和GSK的抑制剂氯化锂可明显上调Nkx2.5、GATA4、MEF2C、Tbx5、α-MHC的表达，并提高心肌分化细胞的比例。

4 Wnt/β-catenin通路在MSCs向心肌分化中的作用

MSCs由于其体外易于分离、扩增、遗传稳定性等优点，可能成为目前细胞治疗首选的干细胞模型。研究证明MSCs在体内外均可分化为肌细胞、成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞、成纤维细抱、内皮细胞、神经细胞等多种细胞，并可在体外克隆扩增超过100万倍仍然保留多系分化能力[17-20]。

目前Wnt信号对MSCs向心肌分化中的作用还不十分清楚，过去认为Wnt信号可以通过非经典通路促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）向心肌细胞分化[21-22]，而Wnt/β-catenin通路抑制心肌分化，Jaeyeaon等[23]发现5氮胞苷（5－Aza）可诱导MSCs表达Nkx2.5、α-MHC、cTNI，而GSK3β上调，β-catenin下调，GSK3β的抑制剂LiCl、SB 216743和BIO可阻断这种作用，表示GSK-3通过下调β-catenin诱导MSCs心肌分化。

但越来越多的实验表明，Wnt信号对MSCs的心肌分化作用同样具有双相性。Zelarayan等[24]发现Wnt/β-catenin通路在间充质细胞向心肌分化早期被激活，然而心肌细胞后期的分化却需要下调βcatenin。

5 Wnt/β-catenin通路在心脏修复中的作用

实验表明，在各种动物心肌梗死后可诱导多种Wnt分子及经典途径的细胞内调节分子如disheveled和β-catenin[25-26]。Omonigho等[27]发现在正常鼠成体心脏中，经典Wnt信号的活性被局限在血管和血管周围以及瓣膜间质，而在冠状动脉结扎后，Wnt信号的活性就出现明显增强。相比较其对于心脏发育特定阶段的作用，经典途径在心肌梗死的作用可能由于特定细胞及激活和抑制的时间性而有所不同。如大鼠心肌梗死后，过表达Wnt信号抑制剂分泌型frizzled相关蛋白（sFRP1,sFRP2）可改善心脏功能，减少枉死面积，减少心脏破裂[28]。而大鼠心梗模型内，腺病毒介导的Wnt经典途径的主要激动剂βcatenin的转导，可引起梗死面积的减少。提示经典Wnt信号促进心脏损伤的修复[29]。

6 中医药诱导MSCs分化对Wnt信号通路的影响

近年来，许多研究已经表明，某些中药复方制剂、单味中药或中药提取物能有效诱导干细胞分化，且无明显毒副作用，张锦芳等[30]用淫羊藿黄酮（FA）诱导的骨髓间充质干细胞成骨分化时，发现Wnt信号通路中β-cantenin及其靶基因cyclinD均明显上调，而抑制剂DKK在一定程度抑制了FA诱导的成骨分化作用。华声瑜等[31]在实验中证明丹酚酸B联合5-aza可明显增强Desmin和α-actin mRNA的表达。范英昌等[32]研究也证明了丹酚酸B能够促进骨髓基质细胞向心肌样细胞分化，但是，其深入机制尚不清楚。在丹酚酸B联合多种方法诱导MSCs向心肌细胞分化的同时，检测的经典Wnt信号通路中关键物质β-catenin、GSK-3β的表达变化，发现此通路在向心肌分化时受到抑制。

综上所述，Wnt信号机制在心脏发生、发育、分化、修复等过程中均起着重要作用，但由于受体物种、移植细胞种类、内环境、作用时段不同，这些作用错综复杂，有时甚至看似矛盾，了解Wnt信号机制为促进BMSCs向心肌分化，以及细胞移植治疗心肌梗死提供理论依据。

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R542.2

：A

：1673－9043（2014）04－0246-03

2014-03-30）

10.11656/j.issn.1673-9043.2014.04.16

天津市自然科学基金项目（09JCYBJC12200）。

季 红（1976-），女，硕士研究生，研究方向为干细胞及心血管疾病研究。

范英昌，E-mail:fych@tjutcm.edu.cn。