WNT/β-catenin信号通路在皮肤衰老中作用的研究进展

熊正国，彭慧巧，张长城，顿耀艳

(1三峡大学医学院，湖北宜昌443002; 2三峡大学科技学院)



WNT/β-catenin信号通路在皮肤衰老中作用的研究进展

熊正国1，彭慧巧2，张长城1，顿耀艳1

(1三峡大学医学院，湖北宜昌443002; 2三峡大学科技学院)

随着人口老龄化速度日趋加快，衰老研究已然成为生命科学领域的热门课题，皮肤衰老是机体衰老最直接的外在表现，但是皮肤衰老的机制尚未阐明。大量研究资料显示皮肤衰老与基因组不稳定、表观遗传异常等多种因素密切相关，后者是由关键细胞信号通路改变引起的。最近发现，WNT/β-catenin信号通路相关蛋白在衰老皮肤中表达异常，其在皮肤衰老中发挥重要作用。

皮肤衰老；WNT/β-catenin信号通路；基因

由于社会经济的发展和生活条件的改善，人口老龄化趋势越来越明显。皮肤是机体最外在的器官，皮肤衰老能反映机体的健康状况、衰老状态。皮肤衰老是渐进的过程，是多因素综合的病理生理结果。新近研究发现，信号传导通路改变在皮肤衰老过程中发挥着关键作用。WNT/β-catenin信号通路变化是人体衰老的重要因素，可通过调节基因组稳定性、干细胞的功能等途径诱导机体衰老。本文就WNT/β-catenin信号通路与皮肤衰老关系的研究进展作以下综述。

1　WNT/β-catenin信号通路简介

WNTs是一类广泛存在的分泌型糖蛋白。无WNT信号时，胞质中的β-catenin和多种蛋白，如酪蛋白激酶(CK)1a、糖原合成激酶(GSK)-3β等形成多蛋白复合物。GSK-3β对β-catenin进行磷酸化后，CK1磷酸化β-catenin，继而启动了泛素化依赖的蛋白降解过程，将β-catenin降解。WNT蛋白与跨膜受体卷曲蛋白及共受体LRP5/6结合激活WNT通路后，抑制胞质中β-catenin多蛋白复合物的形成，降低GSK-3β的活性，抑制β-catenin磷酸化，从而稳定β-catenin。进而胞质中聚集的β-catenin转入胞核，作用于转录因子Tcf/Lef，调节靶基因如c-myc、MMP-7等的转录活性，启动靶基因的转录，促进细胞的增殖或活化。WNT/β-catenin信号通路可受多种生物分子调控。Dkk1是一种细胞外的分泌性糖蛋白，可与WNT蛋白的共受体LRP5/6相互作用，负性调节WNT/β-catenin信号通路。

WNT/β-catenin信号是衰老相关疾病的重要信号，与多种疾病的发生、进展及转归密切相关[1，2]。WNT/β-catenin信号通路作用于靶点，参与细胞存活、增殖及分化，亦维持组织稳态。

2　皮肤衰老的研究进展

2.1皮肤衰老的特征皮肤衰老主要分为自然衰老和光老化两种形式。自然衰老是指由于机体内不可抗拒因素及遗传等因素所引起，其皮肤衰老的体表特征为皱纹的出现和皮肤的松弛[3]。光老化由环境因素如紫外线、接触化学物质等外源性因素引起。其中，日光紫外线长期反复的照射是光老化最重要因素。光老化的皮肤表现为暴露部位粗糙、皱纹加深加粗、不规则性色素沉着、表皮角化不良和异常增殖等[4]。

衰老反映在细胞水平即为细胞衰老，其明显特征是细胞内容物、代谢和形态学改变。衰老细胞表现为细胞变大、核增大，蛋白含量、脂质、核RNA含量增加，并伴随胞外基质分泌增加。多种皮肤细胞在皮肤衰老中发挥着重要作用。如在体外，成纤维细胞在衰老过程中Ⅰ型胶原表达减少，其中TGF-β起十分重要的作用[5]；衰老的成纤维细胞间质胶原酶及间质溶解酶的分泌增加，胶原等间质蛋白分解增强，Fas蛋白表达增加，导致凋亡发生[6]。

2.2皮肤衰老的潜在机理衰老的发生是一个复杂的病理生理过程，其与基因组不稳定、端粒缩短、表观遗传学改变、线粒体功能障碍、干细胞耗竭等高度相关，衰老过程中细胞信号通路会发生改变，如胰岛素样生长因子1/胰岛素、丝裂原活化蛋白激酶、p53/p21、WNT/β-catenin信号通路等可诱导细胞衰老[7～9]。

国内外对皮肤衰老机理开展了多方面研究，提出多种假说，如自由基衰老学说、遗传衰老学说等[10]。端粒耗损、激素衰竭、氧化应激、紫外线辐射等因素可导致严重DNA损伤、基因组不稳定性、表观遗传变异进而引起皮肤衰老。最近研究表明,成人皮肤干/祖细胞生长阻滞、衰老、凋亡和功能障碍在皮肤衰老中发挥重要作用，而皮肤干/祖细胞功能变化与关键信号通路基因异常直接相关，如WNT、p21、p53等。但皮肤衰老的确切机制有待进一步阐明。

3　WNT/β-catenin信号通路与皮肤衰老

3.1衰老过程中WNT/β-catenin信号通路相关蛋白的表达皮肤衰老是人机体衰老最重要的外在表现，WNT/β-catenin信号通路相关元件在老化皮肤组织表达异常。Makrantonaki等[11]分析大样本的防嗮皮肤基因组基因谱发现，在衰老皮肤中WNT信号通路相关基因及蛋白显著下调；此外，随着年龄增加，在皮肤中参与中枢神经系统老化的WNT信号通路相关基因表达减少。Goyarts等[12]通过检测老年斑和微炎症模型下的衰老皮肤，发现6个WNT相关蛋白基因表达异常。研究资料显示，在哺乳动物的衰老及与衰老相关的疾病过程中，卫星细胞、胸腺细胞、人血管平滑肌细胞的WNT/β-catenin信号通路相关的蛋白表达异常[13，14]。动物实验显示，WNT/β-catenin信号通路在小鼠衰老模型中活性增强[15]，而抑制WNT/β-catenin信号通路可逆转与衰老相关的骨骼肌再生损伤[16]。Li等[17]研究表明，衰老小鼠心脏的WNT/β-catenin信号下调，而限制热量补充白藜芦醇的营养治疗，通过恢复WNT/β-catenin信号水平，延缓甚至拮抗心脏衰老。Florian等[18]发现，鼠衰老造血干细胞WNT5a表达升高；相反，当WNT5a单倍剂量不足时，造血干细胞衰老减轻；且WNT5a 表达下调，可逆转造血干细胞的衰老。另外，在衰老的雌性大鼠海马CA1区，WNT的拮抗剂Dkk1表达异常[19]。

3.2WNT/β-catenin信号通路与皮肤衰老新近研究表明，WNT/β-catenin信号通路可多方面参与皮肤衰老过程。Jo等[20]发现，丙戊酸可增强人毛乳头细胞、毛囊外根鞘细胞生存能力，延缓毛囊向生长退化期发展。丙戊酸这种作用与其增强β-catenin表达、抑制糖原合成酶激酶-3β磷酸化密切相关。β-catenin是miR-214的一种保守作用靶点。Ahmed等[21]亦发现，在皮肤角化过程中，miR-214通过作用于β-catenin，抑制毛囊形成周期，导致皮肤形态发生改变，提示miR-214可能通过激活WNT信号通路，影响皮肤组织的再生和衰老。Cui等[22,23]研究结果表明，WNT通路下游基因WNT、Edaa及Shh下调，抑制皮肤汗腺生成；过表达WNT蛋白抑制剂Dkk4，通过抑制WNT基因，显著减少表皮汗腺数量。同时该课题组研究Fzd6介导的 WNT信号在角化细胞分化过程中的作用，比较野生型和Fzd6(-/ -)小鼠的基因图谱，结果表明Fzd6调节大量的表皮分化基因的转录，如63个编码角蛋白、谷氨酰胺转移酶及其底物的基因。Nam等[24]体外培养人皮肤角质细胞，采用重组WNT3a单独及联合TNF-α处理，二者均对角质细胞增殖具有抑制作用，并呈剂量依赖性；同时发现，WNT3a处理后，角质细胞分化标记的mRNA表达无改变，而联合处理组呈现明显变化。

田黎明等研究过氧化氢诱导人皮肤成纤维细胞发生衰老时，发现衰老细胞中β-catenin表达水平明显降低，推测β-catenin可能是调控皮肤衰老的重要靶基因。干细胞耗损被公认是机体组织衰老的机制，皮肤干细胞的功能变化可导致皮肤衰老，而WNT/β-catenin信号通路在此变化中发挥关键作用。研究资料揭示，WNT/β-catenin信号通路异常活化，可影响皮肤干细胞去分化。神经酰胺合酶4调节干细胞与毛囊周期变化，Peters等[25]研究发现，灭活神经酰胺合酶4可激活毛囊隆突干细胞，降低骨态形成蛋白(BMP)水平。表皮神经酰胺合酶4可能通过BMP和WNT信号介导，调节毛囊干细胞和祖细胞功能，最终导致干细胞耗竭、年老鼠脱发。Ryggvason等发现，WNT突变可使毛囊隆起的表皮多能干细胞功能失调，调节皮肤干细胞的活化、增殖分化、凋亡，导致干细胞改变和皮肤老化。Castilho等研究WNT调节上皮干细胞的作用，结果表明WNT介导β-catenin、mTOR的通路，导致毛囊快速增长，继而造成上皮细胞衰老、表皮干细胞耗竭。Rognoni等发现，Kindlin-1可通过促进TGF-β活化，抑制WNT通路调节皮肤上皮干细胞的增殖和分化。Zhang 等研究结果表明，WNT/β-catenin信号通路对老化表皮细胞去分化至关重要，卷曲蛋白相关分泌性蛋白1是一种WNT/β-catenin通路抑制剂，在体内，激活WNT/β-catenin通路，抑制衰老表皮细胞去分化。体外，高特异性的糖原合成酶激酶-3β抑制剂通过活化WNT/β-catenin信号通路，诱导老龄的表皮细胞去分化。

4　结语

自古至今，如何防治衰老都是人们感兴趣的问题。皮肤作为人体最大、最外在的器官，其衰老变化更是受到人们尤其是美容界的特别关注。皮肤衰老是一个渐进的过程，也是多因素累积的结果。最近研究表明，WNT/β-catenin信号通路多层次参与人体衰老的病理发生，包括影响端粒酶的活性、基因组稳定性、干细胞的功能、细胞间相互作用等。同样，WNT介导的信号通路与皮肤衰老密切相关，其在分子水平上调节衰老相关的基因及蛋白的表达，在细胞水平上主要调节干细胞的活性。目前，WNT/β-catenin信号通路在皮肤衰老方面的研究开展并不广泛，存在局限性，如其如何作用于表皮相关细胞，其下游的又存在哪些靶向基因，等等。因此，WNT/β-catenin信号通路在皮肤衰老作用的分子机理是今后研究的方向，相信随着探究不断深入，可为防治皮肤衰老提供新的靶向。

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顿耀艳(E-mail:51971474@qq.com)

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