Wnt信号通路在神经发生中的作用

张彬渝，余永莉

(遵义医学院珠海校区人体解剖与组织胚胎教研室，广东 珠海 519041)

Wnt信号通路在神经发生中的作用

张彬渝，余永莉

(遵义医学院珠海校区人体解剖与组织胚胎教研室，广东 珠海 519041)

Wnt信号通路在哺乳动物的生长发育过程中调节细胞的增殖、分化、迁移和极化等过程。Wnt信号通路与神经发生关系密切，大量的研究显示，该通路突变或异常可产生诸多神经系统疾病。Wnt信号通路的失调还与癌症、神经退行性疾病的发生密切相关。研究发现，成年哺乳动物脑细胞受损后Wnt信号通路会被启动，从而促进神经干细胞的再生。本文从Wnt信号通路出发，通过分析Wnt信号通路在神经发生中的作用，有助于深入理解神经发育过程中Wnt信号通路的作用机制。

Wnt信号通路；神经发生；癌症；神经系统疾病

Wnt信号通路是在通过对致癌逆转录病毒的研究中被发现的。1982年Nusse等发现并报道了Wnt基因属于原癌基因，称之为int-1基因[1]。随后发现与int-1基因合称为wnt基因的同源基因wingless基因[2]。Wnt信号通路编码的蛋白为分泌型糖蛋白，这些糖蛋白在进化上保持高度保守，通过自分泌或旁分泌等分泌方式与细胞膜上的受体结合从而发挥作用[3]。它们在哺乳动物不同发育阶段的功能也是不同的。在神经系统中，Wnt信号通路在神经前体细胞增殖、分化以及决定细胞命运的调控中扮演了重要角色[4]。同时还发现Wnt信号通路的异常活化将会导致神经系统疾病的发生。本文就Wnt信号通路在神经发生中的作用做一综述。

1 Wnt信号通路

Wnt蛋白启动Wnt信号通路。研究发现Wnt信号通路由β连环蛋白、跨膜受体家族(Frizzled)、散乱蛋白(Dsh)、细胞外因子(Wnt)、共受体低密度脂蛋白相关蛋白5/6、结肠腺肿样息肉病基因产物(APC)、糖原合成激酶-3β(GSK-3β)、转录因子TCF/LEF家族、轴蛋白(Axin)等几种蛋白组成[5]。研究发现，Wnt信号通路可分为经典的Wnt/β-catenin通路和非经典的Wnt/ β-catenin通路[6]。

1.1 经典的Wnt/β-catenin通路 Wnt信号通路中研究最为深入及广泛的是经典的Wnt/β-catenin通路，对细胞的增殖、分化、迁移、极性化和凋亡等过程进行调节。其中β-catenin蛋白是经典的Wnt信号通路的核心分子，同时也是其重要的调控位点，它在细胞内的数量和状态对该通路有决定性影响[7]。

2.2 非经典的wnt/β-catenin通路 非经典的Wnt/β-catenin通路是由其他一些离子或蛋白参与的，而无β-catenin蛋白的参与[8]。依据β-catenin蛋白所激活的各级信号分子可分为Wnt/Ca2+通路和Wnt/pcp通路。Wnt/Ca2+通路作为Wnt信号通路的一个分支，能促进细胞内Ca2+的释放和对Ca2+依赖性的蛋白激酶II (CaM kinase II)及PKC(protein kinase C)的激活等都是Wnt/Ca2+通路的特征[9]，Wnt/Ca2+通路能抑制经典的Wnt信号通路。散乱蛋白下游区、小G蛋白(Rho和Rac)等被此通路激活，进而激活末端激酶(JNK)来发挥作用，参与对细胞骨架分布不对称的调节及细胞极性的建立，重排细胞骨架和上皮细胞的协同极化[10]。

2 Wnt信号通路在神经发生中的作用

早前研究认为，只有动物胚胎期或出生后的发育早期才存在神经发生。然而，近来发现，动物从胚胎到成体乃至整个生命过程中都有神经发生[6]。研究显示哺乳动物胚胎期、成年期的细胞增殖、分化、极性、迁移和凋亡与Wnt信号通路息息相关，并且神经系统的发育也离不开Wnt信号通路[11]。

2.1 Wnt信号通路在胚胎期神经发生中的作用 Wnt基因几乎参与了胚胎发育的全部过程，如胚胎期的分化、发育的正常轴向，决定细胞极性，在生长发育的信息传递中起到至关重要的作用[12]。若该通路失调将会导致胚胎发育缺陷或夭折[13]。研究发现，小鼠Wnt1与神经系统发育有关，若该基因异常会导致中脑和小脑的缺失，Wnt7与肢体发育有关，Wnt7突变会使整个前肢缺陷。Wnt基因在胚胎期神经发育的各时段和空间上均有特征性的表达，例如，小鼠胚胎于9.5～12.5 d时，在端脑及脊髓中有Wnt-7b表达；而Wnt-3a的表达存在于端脑到脊髓的神经管背方；Wnt-3和Wnt-7a的表达分别存在于间脑到脊髓神经管的背、腹方；间脑、中脑交界区域及脊髓上Wnt-1特异表达[14]。经典的Wnt信号通路参与哺乳动物耳部的形成，有研究表明，Wnt信号的受体分布在耳杯背内侧部分，它不仅有助于衍生背面的内耳结构，还能衍生腹面的内耳结构，包括耳蜗、耳蜗前庭神经、球囊[15]。以上研究显示在小鼠早期神经系统的发育过程有Wnt基因的参与。Gulacsi等[16]发现经典的Wnt信号通路与胚胎时期哺乳动物的神经发生紧密联系，它参与了神经干细胞的增殖与分化、皮层模式建立、轴突形成等过程。此外，在胚胎发育过程中，哺乳动物皮质中神经发生的启动和海马中的细胞类型由Wnt信号通路的动态变化控制着[17]。在爪蟾早期胚胎中几乎每个细胞中都有Wnt基因的表达，受精后，母源的Wnt/ β-catenin信号被激活，诱导形成组织中心并决定胚胎的背腹轴向[18]。在原肠胚中，Wnt/β-catenin信号参与头尾轴向细胞分化[19]。在小鼠胚胎中，若将β-catenin敲除，则会导致胚胎初级体轴的发育失败[20]。有研究显示，β-catenin信号能控制细胞的增殖与分化和神经前体细胞的生长[21-23]。在胚胎中期，Wnt信号活动增强，到后期逐渐减弱。研究表明皮层中的齿状回和海马的结构由Wnt信号梯度决定；反之，若异常的Wnt信号被激活，梯度被破坏，则新皮层的正常层状结构将会被损害。小鼠的Wnt1基因被敲除，中后脑形成严重的缺陷[24]。研究胚胎干细胞时，Kielman等[25]用多种方式致使APC基因发生突变，发现可使胚胎干细胞维持增殖而抑制其向三胚层组织分化。这主要是通过提高胞内β-catenin的水平实现的。Lobjois等[26]研究运动神经元祖细胞时发现，神经发生与神经祖细胞的位置、受激发的时间相关。同时还发现影响神经发生的唯一因素不单只对细胞周期进行调控，还有多种因素能影响神经前体细胞的增殖、分化。最近Willert等[27]发现将Wnt3a蛋白纯化后，骨髓干细胞通过体外培养能大量增殖并显示β-catenin高表达；反之，干细胞的增殖会因Wnt信号途径的阻断则受阻。结果表明，若要使干细胞维持原始增殖状态，则需要对Wnt/ β-catenin途径进行调控。

2.2 Wnt信号通路在成年动物神经发生中的作用 Wnt信号通路对于成年动物的神经发生也至关重要，它成为在动物成年期调节神经发生的关键通路。成年哺乳动物神经发生存在于海马齿状回的颗粒下层(SGZ)和脑室下区的侧脑室外侧壁(SVZ)，它在干细胞维持、神经元成熟、轴突重塑、成人组织稳态方面都有重要作用[28]。研究表明，Wnt信号的信号分子表达于成年齿状回，其表达是随神经发生的变化进行调节的，表明成年海马神经发生主要受Wnt信号调节。成年海马星形胶质细胞表达Wnt3。Wnt信号的衍生物是星形胶质细胞在孤立的层次分析法中刺激Wnt/ β-Catenin信号以及诱导这些祖细胞向神经元方向分化时产生的[29]。近来研究显示，在DG肺门细胞核星形胶质细胞中Wnt3高表达，并且GSK3β、β-Catenin信号在成年SGZ和齿状回颗粒层细胞中十分活跃[30]。有研究表明，Wnt信号能诱导神经元分化，并且能为缺血性损伤后的神经元提供合适的存活环境[31]。Davis等[32]发现，小鼠海马表达Wnt5a、Wnt7a于出生后7 d内，其中Wnt7 b高表达；出生至14 d时Wnt7 b的表达显著下降。研究同样表明，星形胶质细胞源性的Wnt信号在成年海马干细胞中通过β-Catenin信号通路协调神经母细胞增殖和神经元分化。Mao等[33]研究发现，激活Wnt/β-Catenin信号通路能促进成年神经干细胞的增殖而非分化。此外，核孤儿受体TIX在成年神经干细胞的增殖中显示重要作用[34]，它直接诱导Wnt7a的转录。同时成年神经干细胞通过经典的Wnt信号通路在成年大脑的神经源性区域促进增殖和自我更新[35]。虽然这些研究主要集中于Wnt信号在成年海马神经发生中的作用，但Wnt信号也显示对成年SVZ神经发生的调节。Wnt3a和Wnt5a的过度表达促进成年SVZ神经祖细胞在体外增殖和分化[36]。Wnt信号通路不仅参与形成神经元连接，同时也对突触的功能和可塑性进行调节[37]。

3 Wnt信号通路与疾病

3.1 Wnt信号通路与癌症 自从Wnt信号通路被发现以来，它已与癌症相关联。Wnt信号通路的异常或突变将会导致恶性肿瘤发生，如骨肉瘤、结肠癌、多发性骨髓瘤、乳腺癌和前列腺癌等[38]。经典的Wnt信号通路参与良性和恶性乳腺肿瘤的发展，它的存在是通过提升β-catenin在细胞核或细胞质中的水平来显现的，它可以通过免疫组织化学染色和免疫印迹来检测[39]。Wnt3、Wnt5、Wnt10b等陆续被证实能够诱导产生肿瘤。Wnt信号通路与其他癌症的发展也相关，例如β-catenin水平失调，将会导致直肠癌、结肠癌等疾病的发生[40]。编码β-catenin蛋白的基因CTNNBI表达的改变，可以在乳房结、前列腺癌、黑色素瘤、肺癌和其他癌症中进行测量[41]。并且有报道，活跃的Wnt信号通路使肝癌患者的肝细胞胞浆内堆积β-catenin，甚至积聚在肝癌细胞的胞核中，且明显高于正常肝组织，提示了活跃的Wnt信号通路在肝癌的发展中起到一定作用[42]。

3.2 Wnt信号通路与神经退行性疾病 在神经退行性疾病中，经典的Wnt信号通路异常将会使神经元的增殖、分化受影响，同时会对神经元产生毒性作用，导致神经元功能受损。Wnt信号通路可能与神经退行性疾病如阿尔茨海默症等有关。过度磷酸化的微管相关蛋白tau蛋白和聚集的β淀粉样蛋白会产生神经毒性[43]，从而导致海马神经元的大量死亡。有证据表明，Wnt信号通路的激活能阻止β淀粉样蛋白产生神经毒性，从而增强其保护作用[44]，表明Wnt信号对阿尔茨海默症中由β淀粉样蛋白导致的神经损害起重要作用[45]。用糖原合成酶激酶3β抑制剂锂处理后可以预防tau的过度磷酸化[46]。

4 Wnt信号通路与神经再生

神经损伤后的治疗、再生及功能恢复长久以来成为医学界的难题之一。研究发现，成年哺乳动物受到损伤性刺激后Wnt信号通路会被启动，进而促进神经干细胞再生。David等[47]研究发现，该通路能对脊髓神经干细胞和前体细胞的增殖分化进行调节。在治疗神经损伤等方面能发挥一定作用。一些调节因子通过对Wnt信号通路进行调节来对神经发生产生影响。如增加Wnt3a，sFRP3会减少，导致Wnt信号增加、细胞增殖，使神经元复杂性增加[48]。Wnt7a会使细胞发展和生长的进程加快。抑制神经胶质的再生[49]。Suh等[50]研究发现，脊髓损伤后，移植分泌Wnt蛋白的成纤维细胞对促进轴突再生和功能恢复十分明显。还有研究发现，Wnt信号似乎能够通过增加在纹状体的神经或神经元来促进缺血性损伤之后的功能恢复[51]。

5 小 结

Wnt信号通路作为调控细胞增殖、分化、迁移和极性化过程的复杂的开放通路，与神经系统的发育紧密相关。胚胎期和成年期哺乳动物的神经发生均有Wnt信号通路的参与。异常的Wnt信号通路会导致许多肿瘤或中枢神经系统疾病。研究发现，Wnt信号通路还能在大脑的可塑中起重要作用，能促进神经干细胞的再生，对治疗神经系统缺陷有一定作用。Wnt信号通路怎样实现对神经发生过程的调控是未来的研究热点。

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Function of WNT signaling pathways in neurogenesis

ZHANG Bin-yu,YU Yong-li.Department of Human Anatomy and Histoembryology,Zhuhai Campus,Zunyi Medical College,Zhuhai 519041,Guangdong,CHINA

WNT(Wingless-type MMTV integration site family member)signaling pathways regulate cellular proliferation,differentiation,migration,and polarization during mammalian growth and development.WNT signaling pathways are closely related to neural genesis and many researches have shown that mutation and anomaly in WNT signaling pathways may lead to many neural-related diseases.Disorders in WNT Signaling Pathways are also closely connected to the genesis of cancer,diabetes,and neuro-degenerative diseases.Researchers have found that WNT signaling pathways will be activated after adult mammalian brain cells are damaged,which will stimulate the regeneration of neural stem cells.In this paper,we analyze the role of WNT signaling pathways in neurogenesis,which contribute to the understanding of the role of WNT signaling pathways in neural development process.

Wnt signaling;Neurogenesis;Cancer;Nervous system disease

R741.04

A

1003—6350（2017）05—0791—04

2016-06-13)

余永莉。E-mail：627639159@qq.com

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.05.035