Wnt5a基因在骨关节炎中作用机制的研究进展

褚云峰 于红燕 杨琪 彭艳斌 陈仲 于斐,3*

1.北京大学深圳医院，广东 深圳 518036 2.滨州市滨城区市立医院，山东 滨州 256600 3.骨科生物材料国家地方联合工程研究中心，广东 深圳 518036

骨关节炎(osteoarthritis, OA)是由衰老、肥胖、创伤等因素导致的慢性关节疾患，以关节软骨的退变和关节周围继发骨质增生为特点，多累及负重大、活动多的关节。该病50岁以上人群好发，60岁以上70 %人群、80岁以上90 %人群都有OA的影像学表现，本病晚期造成关节畸形，严重者致残，给患者及社会带来了沉重负担。在OA发病机制不明确的情况下，骨科医生只能通过早期的非甾体抗炎药等保守治疗及晚期的关节置换术缓解患者的症状，因此对OA的研究迫在眉睫。近年研究显示，基因如无翅型MMTV整合位点家族成员5A(winglesstype MMTV integration site family member 5A,Wnt5a)[1]、固醇调节元件结合蛋白(SRBBPs)[2]、沉默信息调节因子1(SIRT1)[3]等，均在OA的发病及治疗中起重要作用，这也为OA相关研究提供了基因靶点[4-5]。

Wnt5a基因在干细胞分化、细胞增殖、胚胎发育、炎症反应等领域较重要[6-7]，其可在经典及非经典Wnt通路作用下调控机体衰老、肥胖、创伤等进程从而影响OA的进程。本文就Wnt5a基因在OA中的作用及可能机制作一综述，为相关研究提供理论支撑。

1 Wnt5a基因介绍

Wnt通路是在1973年由Sharma等发现的无翅基因(wingless)与1982年Nusse等发现的int-1基因基础上命名的重要通路，最初被认为参与果蝇体节极性形成，后证实其功能与胚胎发育过程中的蜕变及人类肢体形成相关，已发现的Wnt通路有两个，根据其是否依赖β-连环蛋白(β-catenin)分为依赖β-catenin(Wnt/β-catenin)和非依赖β-catenin(Wnt/Ca2+和Wnt/Planar polarity等)通路，也就是经典Wnt通路和非经典Wnt通路。在Wnt因子中，Wnt1、2、3、3a、8、8b等主要作用于经典Wnt通路，而Wnt4、5a、5b、6、7a、11等主要作用于非经典Wnt通路。

Wnt5a基因属于非经典Wnt通路，最初由Thomas Jefferson大学的Clark教授于1993年报道。小鼠Wnt5a编码基因位于14号染色体，而人Wnt5a编码基因位于3号染色体(3p12-p21)。Wnt5a蛋白可以与细胞跨膜受体结合，将信号传递至胞内引起一系列级联反应，影响细胞形态、分化、运动、极性及凋亡等。越来越多的科学家发现，Wnt5a基因在OA的进程中起重要作用[8]，而且与其所在的经典及非经典Wnt通路密切相关。

2 Wnt5a基因对OA的影响

OA是一种多因素引起的慢性退行性疾病，Wnt5a基因与引起OA的各种因素关系密切，该基因除了能够自身影响OA进展的同时，也可以通过调控衰老[9]、代谢所致肥胖[2]、创伤[10]等过程，参与OA的病程。

2.1 Wnt5a基因调控衰老对OA的影响

随年龄增长，机体逐渐老化，各器官功能都出现退变。在OA相关研究中，我们课题组[9]发现，使用慢病毒敲减小鼠软骨细胞系ATDC5中的衰老基因SIRT1后，Wnt5a基因下调，虽然Wnt5a mRNA和蛋白的表达量降低不具有统计学意义，但也出现了与Wnt5a基因一致的下调趋势，此过程中ATDC5细胞的成软骨细胞增殖和分化受抑制，凋亡加速，这也证实了Wnt5a基因可以影响衰老进而参与OA。Liu等[11]使用10 μmol/L的白藜芦醇刺激老年患者OA软骨细胞，发现细胞凋亡率降低，衰老相关的Bcl-2、Bax表达降低，Wnt3a、5a、7a及β-catenin的表达受抑制，认为SIRT1可能通过Wnt通路调节白藜芦醇处理后OA软骨细胞凋亡及细胞外基质降解。桂先革等[12]将重度老年OA患者的巨噬细胞、间充质干细胞(MSCs)共培养，用腺相关病毒上调细胞中Wnt5a基因表达，从而刺激了老年OA MSCs的增殖及成软骨细胞分化和软骨基质合成，证实Wnt5a基因过表达能够通过巨噬细胞调控的炎症反应促进软骨稳态维持及MSCs成软骨分化。马欣楠[13]也通过对比原发性膝OA患者与正常人膝软骨标本，发现无论轻、中、重度OA，标本中Wnt3a、5a均呈高表达，认为这两个靶点是OA靶向治疗的重要因子。由此可知，Wnt5a基因可以通过调控衰老进程影响到OA的发生发展。

2.2 Wnt5a基因调控机体代谢对OA的影响

肥胖是机体摄入食物过多或代谢改变引起脂肪堆积的病理生理改变，代谢障碍及失衡与多种疾病关系密切。Deng等[14]实验证实，MSCs中印度刺猬(IHH)信号这种骨骼发育关节调节器的受体平滑化抑制剂Ptch1缺失可引起Wnt5a/6的表达，并导致β-catenin蛋白活化增强，促进MSCs增殖、成骨和成软骨分化，但是抑制其成脂肪分化，表明Wnt/β-catenin通路在软骨和骨肿瘤疾病中起作用，这也从侧面证明Wnt5a基因、脂肪堆积及软骨相关疾病有一定联系。我们研究证实，小鼠软骨组织SIRT1基因特异性敲除可引起膝关节软骨中SREBP2和HMG-CoA还原酶(HMGCR)这两种脂肪相关因子表达量升高，并加重膝OA进展[2]；魏奥则[15]通过生物信息学分析发现，Wnt5a、SIRT1均与马骨髓间充质干细胞(BMSCs)成软骨细胞分化关系密切。徐慧[16]分析了85例膝OA患者的样本数据发现，血清总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、低密度脂蛋白(LDL)和载脂蛋白B(ApoB)可能是膝OA发病的相关因素，且与膝OA的X线影像学进展有关，高密度脂蛋白(HDL)、载脂蛋白A1(ApoA1)和ApoB可能一定程度上反映了膝OA的炎性活动；而Wnt5a基因在胆固醇[17]、脂蛋白[18]、载脂蛋白[17]的代谢或调控中起重要作用。因此，Wnt5a基因可以通过调控代谢所致疾病如肥胖等影响OA的进展。

2.3 Wnt5a基因调控创伤对OA的影响

创伤导致死亡占世界人口死亡原因的第4位，也是45岁以下人群死亡的主要因素[19]。在OA创伤模型中，有很多Wnt5a基因相关研究。Diederichs等[20]认为，将MSCs重编程后成软骨分化为非肥大性关节软骨细胞样表型在软骨修复中起重要作用，小分子IWP-2抑制Wnt通路后，促进了MSCs分化为软骨细胞的标志物表达，减少了其分化为肥大关节软骨细胞的标志物表达，这一过程中Wnt5a和Wnt11起重要作用，增多了MSCs促进软骨再生的理论支撑。Liu等[10]用源于富含血小板血浆的外泌体(PRP-Exos)治疗OA，发现PRP-Exos能显著降低OA软骨细胞凋亡率，并使白介素1β(IL-1β)诱导的炎症软骨细胞模型中Wnt5a、β-catenin及RUNX2蛋白上调，为OA治疗提供了一种新方法。此外，小分子RNA也可通过Wnt5a基因作用调控创伤引起的OA。Wang等[21]发现中药补肝荣筋汤能够下调去势OP大鼠中Wnt5a和β-catenin表达，并上调软骨组织中Sox9和II型胶原表达，认为其通过Wnt通路减轻了绝经后膝OA的炎症和氧化应激。朱琳等[22]发现，硫酸氨基葡萄糖联合依托考昔通过降低炎性因子水平，使JNK和Wnt5a表达下调以抑制基质金属蛋白酶的分泌，进而减缓软骨基质降解，此外也通过SOD途径抑制NO诱导的软骨细胞凋亡，在膝OA中起作用。

3 Wnt5a基因与Wnt通路在OA中的相互作用

Wnt通路与多种系统疾病关系密切，如心血管[23]、血液[24]、内分泌系统[25]等，其可通过调控通路相关因子的表达参与OA[26]、OP[27]、周围神经损伤[28]等骨科疾病中，该通路分为经典和非经典两种途径，后者又分为Wnt/Ca2+和Wnt/Planar polarity等途径。

3.1 Wnt5a基因调控经典Wnt/β-catenin通路在OA中的作用

Wnt/β-catenin通路在机体内环境稳态维持及器官发育中起重要作用。在OA中，Burt等[29]发现，过度表达高分子量成纤维细胞生长因子(FGF)2亚型的小鼠(HMWTg小鼠)OA模型中，Wnt5a、Wnt7b、p-GSK3β、β-catenin蛋白上调，并且与过度表达低分子量FGF小鼠模型相比，OA程度严重，使用FGF23中和抗体治疗时，能部分改善OA造成的软骨异常，从而证实HMWTg小鼠中FGF23可以通过Wnt5a及Wnt/β-catenin通路调控OA进程。邓斌等[30]应用阿仑膦酸钠处理大鼠炎症软骨细胞，发现阿仑膦酸钠通过Wnt通路升高Wnt3a和Wnt16的表达，降低了Wnt5a的表达，间接影响RANKL/RANK/OPG通路，进而通过MMP-13、β-catenin及II型胶原蛋白的表达保护软骨和软骨下骨。Xuan等[31]用转基因小鼠研究了OA中关节软骨浅表区(SFZ)的变化，发现SFZ特异性敲除β-catenin基因时，OA进程加速，并伴随蛋白聚糖4(Prg4)降低及SFZ破坏，Wnt5a、5b、9a高表达，从而证实Wnt/β-catenin通路在SFZ中的作用可以影响关节软骨的内环境稳态。

3.2 Wnt5a基因调控非经典Wnt/β-catenin通路在OA中的作用

近年来，非经典Wnt通路因其在多种疾病中起作用而备受关注。在OA相关研究中，Martineau等[32]发现，与正常成骨细胞相比，OA成骨细胞碱性磷酸酶活性及骨钙素(OC)释放增加，其Wnt5a表达增加，Wnt5a可刺激G-蛋白偶联受体5(LGR5)表达及JNK和蛋白激酶C(PKC)的磷酸化，促进活化T细胞核因子(NFAT)和AP-1转录因子活性，Wnt5a受抑制可以纠正OA成骨细胞的异常矿化和OC及碱性磷酸酶活性，认为OA成骨细胞中Wnt5a及非经典Wnt/PCP和Wnt/PKC-Ca2+通路起作用。Huang等[33]研究证实，Wnt10a对滑膜间充质干细胞(SMSCs)有抗衰老作用，Wnt5b抑制SMSCs的成软骨分化，Wnt5a和Wnt10a增加了该细胞中炎性因子的表达；而在大鼠OA模型中，Wnt5a显著加重关节软骨退变，Wnt10a可以轻度保护软骨完整性；从而认为OA滑膜中经典Wnt/β-catenin通路被抑制，非经典Wnt/Ca2+通路被激活。Farrera-Hernndez等[34]研究发现非经典WNT5A-Ca2+-CaN-NFAT通路在软骨发育中起关键作用，其能够容许软骨生成，具有加强软骨生成信号的作用。Yang等[35]发现实验性单侧前牙反牙合能够增强小鼠颞下颌关节软骨下BMSCs中Wnt5a/Ror2通路的作用并促进BMSCs表达Cxcl12和Rankl，JNK和Ca(2+)/NFAT通路也参与这一过程，从而为软骨下小梁骨转换增加影响OA进程提供了证据。

4 结语与展望

OA是一种多因素引起的慢性退行性病变，在老年人群中发病率较高，对其机制的研究有利于临床治疗OA。Wnt5a基因可通过经典及非经典Wnt通路参与到衰老、肥胖及创伤等OA的发病因素中，受到越来越多关注。但在以往的研究中，学者多重视Wnt5a基因影响OA的单一发病因素造成该病的进展，并且将焦点集中在Wnt5a基因改变后OA发病进程中机制学层面的研究而缺乏功能学层面的解释，同时缺少Wnt5a基因治疗OA的转化相关研究。因此，将衰老、肥胖及创伤等多因素联合起来探讨Wnt5a基因改变后OA病程的功能学变化及机制变化，从成果转化角度研发Wnt5a基因治疗OA的相关药物或材料，可能是一个更好的发展方向。由于Wnt5a基因影响OA的机制错综复杂，只有加强对其研究才能够为临床治疗OA提供潜在靶点及靶通路。