Wnt信号通路与类风湿关节炎的关系

谢　妮(综述),何成松(审校)

(泸州医学院附属医院风湿免疫科,四川 泸州 646000)



Wnt信号通路与类风湿关节炎的关系

谢妮△(综述),何成松※(审校)

(泸州医学院附属医院风湿免疫科,四川 泸州 646000)

摘要：类风湿关节炎(RA)是以滑膜炎症和增殖为主要特征的自身免疫性疾病，滑膜炎可持续性导致关节内软骨和骨的破坏，其发病机制尚未完全明确。随着对RA研究的深入，其发病机制的研究主要集中在滑膜细胞异常的信号转导。Wnt信号通路参与细胞的增殖、分化和凋亡，在RA滑膜炎症以及调节骨代谢过程中起重要作用。在RA患者病情发展过程中，Wnt信号通路在成骨细胞、破骨细胞、成纤维细胞样滑膜细胞中发挥效应，促进骨质疏松、骨质侵蚀的发展。

关键词：类风湿关节炎；Wnt信号通路；滑膜细胞；成骨细胞；破骨细胞

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种以慢性多关节炎症为主的系统性自身免疫性疾病，其主要特征为滑膜炎症及增生、血管翳的形成，造成软骨及骨质破坏，最终引起关节畸形及功能障碍。Wnt信号通路是细胞增殖分化的关键调控通路之一，目前已知其与器官及组织的早期发育有密切联系，该通路的异常激活或表达可引起各种疾病的发生。随着对Wnt信号通路研究的深入，近年发现此途径在RA成纤维细胞样滑膜细胞(fibroblast 1ike synoviocytes,FLS)异常激活增殖、软骨破坏及骨质丢失中发挥重要作用[1]。该文主要深入探讨Wnt信号通路在RA发病机制的作用，为开发治疗RA的分子靶点提供新的思路。

1Wnt及其信号通路

1.1Wnt基因、Wnt蛋白及相关受体追溯Wnt基因发现历史，Wnt基因的报道来自对果蝇的无翅基因(wingless)和鼠类乳腺癌病毒的研究。Wingless基因最早发现于果蝇胚胎发育过程中，是作用于胚胎发育及成年动物肢体形成的基因。1982年Nusse和Varmus[2]在小鼠乳腺癌相关病毒基因插入诱导产生小鼠乳腺癌过程中克隆出一种原癌基因，被称作Int1癌基因。Int1癌基因与Wingless基因具有同源性，因此将两个名称合并命名为Wnt基因。目前已知哺乳动物至少表达19种Wnt蛋白，其特点是由Wnt基因编码的一类不溶于水的分泌型糖蛋白，长度为350～380个氨基酸，且带有一段24个半胱氨酸残基富集的高度保守信号区域，起始为疏水信号序列，其后含有多个糖基化位点[3]。不同的Wnt蛋白均需与相互对应的受体结合才能发挥作用。Wnt受体根据其活性的差异性可分为卷曲蛋白受体(frizzled，Fz)、低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6 (low density lipoprotein receptor related proteins 5/6,LRP5/6)、酪氨酸激酶受体等,其中LRP5/6与Fz尤为重要[4]。

1.2Wnt信号通路Wnt基因编码产物所介导的信号转导通路称为Wnt信号通路，主要包括3条信号转导通路：经典Wnt信号转导通路[即依赖β-连环蛋白(β-catenin)信号途径]、Wnt/Ca信号转导通路和Wnt/平面细胞极性信号转导通路[5]。

1.2.1经典Wnt信号转导通路其是目前研究最详细和最重要的信号通路。参与该通路的成分主要包括β-catenin等胞质调节蛋白、跨膜受体(LRP5/6和Fz)及T细胞因子/淋巴增强因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor,TCF/LEF)。经典的Wnt信号转导通路主要通过调节β-catenin在细胞内的稳定和蓄积而发挥作用[6]。当Wnt信号通路未活化时，细胞质内β-catenin蛋白量的低水平由酪蛋白激酶1、轴蛋白(axis inhibitor,Axin)、糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)、结直肠腺瘤性息肉病基因编码的蛋白等构成降解复合体维持[7]。首先是由GSK-3β将β-catenin的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，磷酸化的β-catenin结合于β转导素重复蛋白，随后通过泛素/蛋白酶体途径降解，在无β-catenin进入细胞核的情况下，TCF/LEF功能被抑制并关闭Wnt下游靶基因的转录[8]。当Wnt信号通路活化时，拮抗降解复合体参与β-catenin水平的调节。Wnt信号通路由Wnt蛋白与相应Fz和LRP5/6组成的膜受体复合物结合启动[9]，细胞内蓬乱蛋白(dishevelled,Dsh)与复合物中的Fz结合并磷酸化激活，磷酸化的Dsh激活鸟苷酸结合蛋白，由鸟苷酸结合蛋白将GSK-3β从降解复合体上解离下来，导致复合物失去降解活性。此外,Axin/GSK-3β结合复合物中的LRP6被GSK-3β双磷酸化，Axin一端与LRP6的磷酸化位点相结合，另一端与调解胞内β-catenin水平的降解复合体结合，导致降解复合体的降解，抑制β-catenin磷酸化，从而使β-catenin在胞质中积聚并转移至胞核内，与TCF/LEF结合，抑制TCF/LEF与相应转录抑制因子的结合，促进经典Wnt信号转导通路靶基因的转录[10]。

1.2.2Wnt/Ca2+信号转导通路由Wnt5a和Wnt11激活，Wnt/Fz活化胞质中的Dsh,通过G蛋白活化蛋白激酶C和磷脂酶C,导致胞质Ca2+浓度增加，Ca2+进一步激活Ca2+相关蛋白,引起包括核因子κB和活化T细胞核因子在内的转录因子聚集,导致靶基因表达[11]。

1.2.3Wnt/平面细胞极性信号转导通路Wnt蛋白通过结合卷曲蛋白与Dsh激活小三磷酸细胞鸟苷酸酶，从而激活c-Jun氨基端激酶途径来发挥作用，参与细胞骨架重排和细胞极性的建立。研究发现,经典与非经典Wnt信号通路的激活可分别通过LRP5/6或酪氨酸激酶受体1/2与Fz结合以及募集下游的细胞质摧毁复合物实现,这样就把经典/非经典Wnt信号通路联系起来[12]。

1.3Wnt信号通路调节及功能Wnt信号通路的调节可分为位于胞膜、胞质和细胞外的调控。首先，Wnt信号通路在细胞膜中的调节分为3类：①LRP5/6的抑制性配体,如Dickkopfs(DKKs)。DKKs是一种分泌型糖蛋白，它包括DKK1～4，除DKK3外，其余均能抑制Wnt信号通路，以DKK1最为重要，DKK1可结合并改变LRP6的构象，阻止LRP6与Fz-Wnt复合物结合，从而LRP6与Fz-Wnt复合物不能形成正常的Wnt/LRP6/Fz三体复合物，阻断下游信号的转导，DKK1与其跨膜受体Kremen1/Kremen2及LRP5/6形成三聚体后,快速诱导细胞内吞细胞膜上的LRP5/6，抑制Wnt信号通路[13]。②Wnt受体竞争性抑制Wnt配体，如分泌性卷曲相关蛋白(secreted frizzled-related proteins,sFRPs)，sFRPs含有与Fz胞外区相似的区域，该区域直接竞争性结合于Wnt蛋白，阻止其与Fz受体结合，下调Wnt信号通路。③硬骨素是一种分泌型的富含胱氨酸的骨细胞特异性糖蛋白质，硬骨素可结合细胞膜上的LRP5/6受体，阻断LRP5/6与卷曲蛋白结合，抑制经典的Wnt通路。其次，在胞质中GSK-3β通过磷酸化LRP6，调控降解复合物的解离，正/负向调节Wnt信号转导。最后，Wnt信号通路还受细胞外因素的影响，如乙酰肝素蛋白聚糖。Wnt信号通路在表达调控细胞的迁移黏附及细胞极化等过程中发挥关键作用。Wnt信号通路异常事件的发生可引起细胞的增殖，最终可导致多种恶性肿瘤的发生。

2RAFLS中的Wnt信号通路及作用

RA以滑膜的增生和炎症导致骨质破坏为主要特征，正常的滑膜内膜是由FLS和巨噬细胞样滑膜细胞组成，RA患者 FLS的增殖和凋亡平衡失调，使FLS不断地“肿瘤样”增生，间接造成关节结构的破坏[14]。RA患者FLS分裂的速度较正常人或骨关节炎患者快，激活的FLS可产生促炎因子以及细胞基质降解分子，导致软骨和骨的持续性破坏。关于RA患者FLS活化的分子调节机制还需进一步研究探索，目前已有的研究表明RA患者FLS中β-catenin的表达升高，激活Wnt信号通路，从而使RA患者FLS激活[15]。Sen等[16]通过收集RA关节滑膜组织切片研究发现了几种同源Wnt蛋白(Wnt1、Wnt5a等)均较骨关节炎患者和正常人滑膜组织高，下调Wnt1和Wnt5a能够抑制FLS活化增殖。Wnt5/Fz5和Wnt1介导的Wnt信号通路与RA的发生密切相关。①Wnt5a/Fz5信号通路可能参与促进炎症前体因子，如白细胞介素(interleukin,IL)6、IL-8等的合成，使RA滑膜中白细胞活化，促进骨吸收[17]。Wnt5a也有利于增加FLS释放基质细胞起源因子1，基质细胞起源因子1使淋巴细胞从血管内到滑膜的渗透作用增加，Wnt5a受体拮抗剂使RA滑膜中的FLS中炎症细胞因子表达量降低，可用于RA关节滑膜炎的治疗。Wnt5a和Fz5的特异结合参与RA滑膜中的FLS的激活，可上调血管内皮生长因子的表达，加速滑膜新生血管的生成，促进滑膜的增殖。②FLS中Wnt1信号通路除了可增强基质金属蛋白酶前体(matrix metalloproteinase precursor,pro-MMPs)的合成外也可调节纤维连接蛋白的表达,前者促使基质金属蛋白合成增加，基质金属蛋白在RA滑膜的FLS中高表达，可导致骨侵蚀破坏，后者可提高RA滑膜中骨髓干细胞和白细胞结合能力，增强FLS存活的能力。非RA的FLS被表达Wnt1的载体转染后，Wnt1的过表达可上调pro-MMP3，而抗Wnt1抗体或重组sFRPs可阻止pro-MMP3的表达。总之，Wnt信号通路在RA的FLS中导致关节破坏过程的作用方式多种多样，且发挥持续作用。

3Wnt信号通路与RA骨代谢

正常骨形态结构是成骨细胞(osteoblast,OB)承担的新骨形成和破骨细胞(osteoclast，OC)承担的骨质吸收两种作用相互形成动态平衡的结果。既往研究已证明，长期持续的激活Wnt/β-catenin通路可促进间充质干细胞向OB分化、增殖和成熟[18]。最近发现，在一定生理病理条件下Wnt信号通路对骨吸收也至关重要[19]。在RA患者OB中Wnt信号通路的抑制因子表达增强，从而抑制OB的活性，阻止Wnt/β-catenin信号诱导的成骨发生过程。Diarra等[20]发现，用抗DKK1抗体转染RA患者，可恢复RA中OB与OC失衡状态，从而使骨侵蚀减少，表明DKK1是RA患者骨侵蚀的重要参与者。表达于FLS上的核因子κB受体激活配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)与核因子κB受体活化因子结合后，使OC功能亢进引发骨质破坏。Wnt信号通路对OC作用依赖OB分泌的骨保护素的表达,骨保护素与RANKL结合，竞争性抑制RANKL与核因子κB受体活化因子的作用，抑制OC的生成及功能活化。阻断FLS中Wnt5a/Fz5信号途径可减少RANKL合成及表达，直接影响OC活化和存活，从而抑制骨破坏。研究证明，Wnt信号通路的抑制因子如DKK1能够降低骨保护素/RANKL比值，有利于OC分化成熟，促进RA患者骨重塑中的分解代谢，诱导骨基质降解[21]。用抗DKK1抗体治疗关节炎模型小鼠时引起新的骨重建抑制骨破坏，剔除小鼠单个DKK1的等位基因可观察到骨赘形成。在RA患者滑膜组织中可分离到DKK1，且含量明显高于健康人或骨关节炎患者，DKK1作为一种重要的介质与骨侵蚀及RA炎症有关,其表达与疾病活动度成比例,也可作为RA骨侵蚀的生物学标志物[22]。

4Wnt信号通路与RA炎症细胞

在长期患病的RA患者滑膜FLS内增生大量骨侵蚀相关的因子,包括IL-1、IL-6、Wnt7b和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等。Nakamura等[23]研究证明，在RA中Wnt7b表达上调，将Wnt7b导入RA的FLS和OB中发现IL-1、IL-6和TNF-α等促炎因子表达上升，这些促炎因子在RA发病机制中发挥着重要作用。例如，在RA的临床治疗中用IL-1和TNF-α抑制剂可减轻关节症状，调节骨重塑并延缓骨侵蚀的进展，TNF-α拮抗剂的部分骨保护作用可能是通过抑制Wnt/DKK1表达来实现的，这也可推论TNF-α可促进DKK1的上调。在RA患者OB和滑膜组织中，Wnt5a介导的非经典Wnt信号通路活化FLS,促进骨质破坏、诱导产生炎症趋化因子。研究表明，RA关节滑膜炎症控制后可伴随Wnt信号通路sFRP1、sFRP2等负调控因子明显减少，表明炎症对Wnt信号通路有调控作用[24]。树突状细胞(dendritic cell,DC)专职呈递抗原细胞，并将抗原信息呈递给淋巴细胞，调节先天和适应性免疫应答。RA滑液和滑膜中存在更多的DC，DC以及活化的淋巴细胞在RA抗原呈递中相互作用，使关节滑膜中的免疫炎症细胞异常活化。研究Wnt蛋白在健康人与RA患者外周血DC中表达的差异性，提示RA患者Wnt信号通路在DC分化成熟过程中有重要作用[25]。文献报道，体外诱导培养的DC在分化过程中，Wnt5a及其受体Fz2的表达量会明显增强，DC自分泌Wnt5a或其他的Wnt蛋白，通过表面的受体激活Wnt信号通路，调控自身的分化或功能[26]。

5小结

目前已明确Wnt信号通路在RA骨代谢过程中发挥独特的作用,但是Wnt信号通路的各种因子如何相互作用，其机制尚需进一步研究明确。近年来国内外对经典Wnt信号转导通路与RA关系的研究较多，而非经典Wnt信号通路的机制更加复杂，其转导机制尚未完全明确，仍需要更进一步的研究。Wnt通路阻断剂DKK1在RA骨重塑中起重要作用，调节DKK1的表达可能是一种改善RA骨破坏的方法，这可能为临床上有效治疗RA提供新的思路。

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Wnt Signaling Pathway and Rheumatoid Arthritis

XIENi,HECheng-song.

(DepartmentofRheumatology,AffiliatedHospitalofLuzhouMedicalCollege,Luzhou646000,China)

Abstract:Rheumatoid arthritis(RA) is an autoimmune disease with characteristic features of synovial inflammation and proliferation which subsequently lead to destructions of cartilage and bone.Its pathogenesis is still uncertain.With the development of the research on RA,the research on the pathogenesis is focused on the abnormal signal transduction of the synovial cell.The Wnt signaling pathways take part in cells proliferation,differentiation and apoptosis and play a key role in the synovial inflammation and the regulation of bone metabolism of RA.In the development of RA,the Wnt signaling pathways have effect on osteoblast,osteoclast and fibroblast 1ike synoviocytes,promoting the progress of osteoporosis and bone erosion.

Key words:Rheumatoid arthritis; Wnt signal pathways; Synoviocyte; Osteoblast; Osteoclast

收稿日期：2014-03-21修回日期：2014-06-27编辑：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.01.011

中图分类号：R593.22

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)01-0027-04