Wnt/β-Catenin信号通路对肿瘤干细胞作用的研究进展

李月雅，李凯

(天津医科大学附属肿瘤医院，天津300060)



Wnt/β-Catenin信号通路对肿瘤干细胞作用的研究进展

李月雅，李凯

(天津医科大学附属肿瘤医院，天津300060)

摘要：肿瘤干细胞(CSC)存在于多种实体瘤中，是导致肿瘤复发及耐药的主要原因。Wnt/β-catenin信号通路在乳腺癌、肺癌、前列腺癌等CSC的自我更新、成瘤及分化中发挥重要作用。Wnt/β-catenin信号通路各调节点是未来复发性及难治性肿瘤治疗的潜在靶点。

关键词：肿瘤干细胞；WNT/β-Catenin信号通路；乳腺癌；结肠癌；肺癌；前列腺癌

肿瘤干细胞(CSC)是肿瘤细胞中的特殊亚群，具有与普通干细胞、胚胎干细胞相似的生物学功能，包括自我更新潜能、多向分化功能、肿瘤起始功能，也被称之为肿瘤起始细胞[1]。CSC存在于多种实体瘤中，是导致肿瘤复发及耐药的主要原因。Wnt信号通路是一条高度保守的信号途径，在调控胚胎发育及维持成体组织内稳态中发挥重要作用。Wnt信号通路的基因突变或调节失控与CSC息息相关。目前Wnt信号通路有3条转导途径：Wnt/β-catenin途径、Wnt细胞平面极化途径、Wnt/Ca2+途径，其中Wnt/β-catenin信号通路被称为Wnt信号通路的经典途径[2]。本文就Wnt/β-catenin信号通路对实体瘤CSC作用的研究进展作一综述。

1促进乳腺癌干细胞(BCSC)的自我更新、耐药及侵袭

放化疗可杀死大部分乳腺癌细胞，但仍有少部分BCSC幸存并成瘤，而Wnt/β-catenin信号通路在其中发挥重要作用。BCSC的表面标志物包括CD44+、CD24-/low、ALDHhi等，Cui等[3]证实，β-catenin mRNA在ALDHhiCD44+的BCSC内明显高表达，且其水平与增殖指标Ki-67的表达呈明显正相关，因此β-catenin与BCSC的自我更新功能密切相关；同时聚集的β-catenin可促进基质金属蛋白酶(MMP)-9、MMP-12蛋白表达，增强肿瘤细胞的耐药及侵袭性。Jang等[4]发现，使用β-catenin抑制剂CWP232228后乳腺癌细胞内Wnt3a的转录活性明显降低且呈现剂量依赖性，BCSC增殖及单克隆形成被抑制；进一步研究发现，多西他赛治疗后4T1和MDA-MB-435内ALDH+细胞数目及微球体形成明显增多，而使用CWP232228治疗后可以明显减少ALDH+细胞数目并抑制微球体形成。因此，β-catenin可能是应对乳腺癌转移、复发及耐药的一个重要靶点。

此外，富含亮氨酸重复序列G蛋白偶联受体5是BCSC功能性因子，显著高表达于乳腺癌细胞，可通过促进卷曲蛋白-低密度脂蛋白相关蛋白5/6复合物与Wnt蛋白的结合来激活Wnt/β-catenin信号通路，不仅与乳腺癌细胞成瘤及迁移有关，而且参与BCSC特性的维持，可能是BCSC治疗的另一个新靶点[5]。Malanchi等[6]发现，BCSC内骨膜蛋白高表达，而骨膜蛋白与Wnt1、Wnt3a结合后可以显著增强Wnt信号通路在肿瘤中的作用，进而维持BCSC特性并促进远处转移瘤形成。抑制转化生长因子β3的活性以阻断骨膜蛋白,可阻止小鼠乳腺癌远处转移。因此，抑制骨膜蛋白、在上游阻断Wnt信号通路可能是治疗转移性乳腺癌的新策略。

2促进结肠癌干细胞(CCSC)的成瘤、耐药

80%~90%结肠癌的发生与APC基因突变有关。APC-Axin1-GSK3β复合体通过β-catenin的亚细胞定位及维持其稳定性来调节Wnt信号通路的活化，因此Wnt/β-catenin信号通路的过度活化是结直肠癌发生发展的特点之一。CCSC表面标志物包括ALDH1+、CD44+、CD133+、EpCAM+、CD24+、CD29+、CD166+等。有研究[7]采用TOP-GFP基因报告系统检测Wnt信号通路表达水平，结果显示，TOP-GFP水平与CCSC表面标记物密切相关，CD133+、CD24+/CD29+、CD44+/CD166+结肠癌细胞株均高表达TOP-GFP，因此认为CCSC内Wnt信号通路呈高表达状态。β-catenin是经典Wnt通路的关键调节点，结肠癌微球体内β-catenin表达增加，且伴有明显的TCF/LEF转录活性增加，使用siRNA沉默β-catenin基因的表达，可抑制结肠癌微球体形成，因此β-catenin在结肠癌微球体的生长及维持中发挥重要作用，是结肠癌治疗的一个靶点[8]。β-catenin与CBP的交互作用可以促进CCSC表面标志物的表达，在小鼠模型中使用其抑制剂ICG-001阻断二者的相互作用，可以明显降低CCSC表面标志物的表达并减少结肠腺瘤形成[9],然而ICG-001细胞毒性明显，且作用谱广，故距其临床应用尚远。

此外，ALDH1B1是ALDH家族中的一员，与胞质内的ALDH1A1共同享有65%同源性多肽序列。Singh等[10]研究发现，敲低ALDH1B1基因可以促进Axin2 mRNA表达，同时抑制CTNNB1、C-myc和LGR5 mRNAs表达，提示ALDH1B1正向调节Wnt/β-catenin信号通路，并可能参与结直肠癌肿瘤干细胞成瘤过程，故ALDH1B1可能是治疗结肠癌的一个潜在靶点。Aguilera等[11]发现，DDK-1细胞核内定位可以上调ALDH1A1、REPS2等CCSC基因，并预测结直肠癌化疗耐药，是治疗结直肠癌的另一潜在靶点。

3促进肺癌干细胞(LCSC)的增殖、克隆形成、迁移及耐药

肺癌中约80%为非小细胞肺癌(NSCLC)，晚期NSCLC多采取化疗为主的综合治疗，然而无论是化疗、放疗，还是靶向治疗，患者会很快复发、耐药、转移，主要原因为LCSC。Wnt/β-catenin信号通路能够调节LCSC的表面标志物OCT-4的表达，在维持LCSC特性中发挥重要作用。通过干扰A549细胞中β-catenin的表达可降低OCT-4表达，从而抑制细胞增殖、克隆形成、迁移及耐药；使用GSK-3β抑制剂LiCl，可使β-catenin表达增加并向细胞核转移，增加A549细胞增殖活性、克隆形成能力及OCT-4表达[12]。因此，β-catenin可能是治疗LCSC的一个重要靶点。Zhang等[13]研究发现，敲低PC9细胞株的β-catenin基因可增加其化疗敏感性，合理使用β-catenin抑制剂恩波吡维铵和表皮生长因子受体-酪氨酸激酶抑制剂拮抗Wnt信号通路活性，可减少肿瘤转移、诱导细胞凋亡。

此外，Gong 等[14]研究发现，超过半数的Keap1突变型肺腺癌高表达RSPO3(属于Wnt信号通路受体家族，其配体为LGR)，RSPO3-LGR4信号的过度表达导致Keap1突变型肺腺癌的侵袭力增加。体外敲低RSPO3、LGR4，可以抑制肿瘤细胞增殖及迁移；动物体内敲低LGR4可以减缓肿瘤的生长并抑制远处转移。而Teng等[15]发现，microRNA-544a可下调GSK-3β表达，抑制胞质内β-catenin蛋白降解，激活Wnt信号通路，参与肺癌的迁移、侵袭以及干细胞的形成，因此其可能是肺癌治疗的另一潜在靶点。

4促进前列腺癌干细胞(PCSC)的自我更新和多向分化

前列腺癌是造成男性癌症相关疾病死亡的主要原因之一[16]。大部分前列腺癌组织表达雄激素受体(AR)，对此类患者可以采取针对AR靶点的靶向治疗，然而单独AR靶向治疗后常出现肿瘤耐药及复发，其主要原因可能归咎于PCSC[17]。有研究表明，Wnt通路的异常激活参与雄激素非依赖性PCSC的自我更新和多向分化的调节，PCSC主要标志物有CD44、ABCG2、CD133，使用Wnt3a活化Wnt/β-catenin通路后PCSC自我更新及肿瘤微球体体积均明显增加；因此，Wnt/β-catenin通路可能是雄激素非依赖性前列腺癌治疗的潜在靶点[16]。AR转录活性受到β-catenin的调节，且与β-catenin有交互作用、二者通过核内β-catenin发挥作用[18]，并且AR与TCF-4在β-catenin上有重叠结合位点，因此，使用核β-catenin抑制剂C3不仅可以抑制AR与β-catenin的交互作用，亦可抑制β-catenin与TCF-4的交互作用和Wnt信号通路的活化，最终抑制前列腺癌生长[17]。

此外，正常情况下，microRNA-320通过抑制β-cateninmRNA的3′非编码区降低β-catenin蛋白合成，进而抑制Wnt信号通路激活。Hsieh等[18]发现，CD44highPCSC内microRNA-320低表达且β-catenin高表达，进一步研究发现过表达microRNA-320可以抑制前列腺癌形成；相反，敲低microRNA-320可增加PCSC特性，因此microRNA-320可能是前列腺癌治疗的一个新靶点。GSK-3β是Wnt通路效应分子β-catenin的负向调节蛋白，使用其抑制剂GIN可以明显降低PCSC标志物表达和肿瘤负荷，同时完全抑制前列腺癌成瘤能力及远处转移能力；这主要缘于GSK-3β与肌动蛋白F-actin相关联，抑制GSK-3β可干扰F-actin的聚合，进而抑制肿瘤[19]。然而Jiang等[20]却发现，使用GSK-3β另外一个抑制剂AR79可以异常活化Wnt通路、导致PCSC亚群比例增加，并促进前列腺癌在骨及软组织内的生长，因此GSK-3β能否作为PCSC的治疗靶点尚需进一步证实。

Wnt/β-catenin信号通路在乳腺癌、肺癌、前列腺癌等干细胞的自我更新、成瘤及分化中发挥重要作用，其各调节点是未来复发性及难治性肿瘤治疗的潜在靶点。但通过抑制Wnt信号通路阻滞CSC的机制尚未完全阐明，需要开展更多的研究加以证实，以便进一步加深对肿瘤发展过程中CSC自我更新和分化之间平衡的理解。通过小分子药物或重组药物控制这一途径将是肿瘤治疗的重要方向。

参考文献：

[1] Maccalli C, Volontè A, Cimminiello C, et al. Immunology of cancer stem cells in solid tumours. A review[J]. Eur J Cancer, 2014,50(3):649-655.

[2] Tian J, He H, Lei G. Wnt/beta-catenin pathway in bone cancers[J]. Tumour Biol, 2014,35(10):9439-9445.

[3] Cui J, Li P, Liu X, et al. Abnormal expression of the Notch and Wnt/β-catenin signaling pathways in stem-like ALDHCD44 cells correlates highly with Ki-67 expression in breast cancer[J]. Oncology Letters, 2015,9(4):1600-1606.

[4] Jang GB, Hong IS, Kim RJ, et al. Wnt/β-Catenin Small-Molecule Inhibitor CWP232228 Preferentially Inhibits the Growth of Breast Cancer Stem-like Cells[J]. Cancer Res, 2015,75(8):1691-1702.

[5] Yang L, Tang H, Kong Y, et al. LGR5 Promotes Breast Cancer Progression and Maintains Stem-Like Cells Through Activation of Wnt/β-Catenin Signaling[J]. Stem Cells, 2015,33(10):2913-2924.

[6] Malanchi I, Santamaria-Martínez A, Susanto E, et al. Interactions between cancer stem cells and their niche govern metastatic colonization[J]. Nature, 2012, 481(7379):85-89.

[7] Vermeulen L, de sousa E Melo F, van der Heijden M, et al. Wnt activity defines colon cancer stem cells and is regulated by the microenvironment[J]. Nat Cell Biol, 2010, 12(5):468-476.

[8] Kanwar SS, Yu Y, Nautiyal J, et al. The Wnt/beta-catenin pathway regulates growth and maintenance of colonospheres[J]. Mol Cancer, 2010,9:212.

[9] Mallinger A, Crumpler S, Pichowicz M, et al. Discovery of potent, orally bioavailable, small-molecule inhibitors of WNT signaling from a cell-based pathway screen[J]. J Med Chem, 2015,58(4):1717-1735.

[10] Singh S, Arcaroli J, Chen Y, et al. ALDH1B1 is crucial for colon tumorigenesis by modulating wnt/β-catenin, notch and PI3K/Akt signaling pathways[J]. PLoS ONE, 2015,10(5):e0121648.

[11] Aguilera O, González-Sancho JM, Zazo S, et al. Nuclear DICKKOPF-1 as a biomarker of chemoresistance and poor clinical outcome in colorectal cancer[J]. Oncotarget, 2015,6(8):5903-5917.

[12] Mo XM, Li HH, Liu M, et al. Downregulation of GSK3β by miR-544a to maintain self-renewal ability of lung caner stem cells[J]. Oncol Lett, 2014,8(4):1731-1734.

[13] Zhang Y, Zhang X, Huang J, et al. Wnt signaling regulation of stem-like properties in human lung adenocarcinoma cell lines[J]. Med Oncol, 2015,32(5):157.

[14] Gong X, Yi J, Carmon KS, et al. Aberrant RSPO3-LGR4 signaling in Keap1-deficient lung adenocarcinomas promotes tumor aggressiveness[J]. Oncogene, 2015,34(36):4692-4701.

[15] Teng Y, Wang X, Wang Y, et al. Wnt/beta-catenin signaling regulates cancer stem cells in lung cancer A549 cells[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2010,392(3):373-379.

[16] Bisson I, Prowse DM. WNT signaling regulates self-renewal and differentiation of prostate cancer cells with stem cell characteristics[J]. Cell Research, 2009,19(6):683-697.

[17] Lee E, Madar A, David G, et al. Inhibition of androgen receptor and β-catenin activity in prostate cancer[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013,110(39):15710-15715.

[18] Hsieh IS, Chang KC, Tsai YT, et al. MicroRNA-320 suppresses the stem cell-like characteristics of prostate cancer cells by downregulating the Wnt/beta-catenin signaling pathway[J]. Carcinogenesis, 2013,34(3):530-538.

[19] Kroon J, in′t Veld LS, Buijs JT, et al. Glycogen synthase kinase-3β inhibition depletes the population of prostate cancer stem/progenitor-like cells and attenuates metastatic growth[J]. Oncotarget, 2014,5(19):8986-8994.

[20] Jiang Y, Dai J, Zhang H, et al. Activation of the Wnt pathway through AR79, a GSK3β inhibitor, promotes prostate cancer growth in soft tissue and bone[J]. Mol Cancer Res, 2013,11(12):1597-1610.

(收稿日期：2015-09-02)

中图分类号：R730.2

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2016)09-0098-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.09.040

通信作者：李凯(E-mail:likai5@medmail.com.cn)

基金项目：天津市应用基础及前沿技术研究计划项目(11JCYBC11300)。