果蝇中的 Wingless 在果蝇正常的形态发生发挥重要作用，其突变 (wg1) 会导致翅膀与平衡棒 (haltere) 的不正常发育^[3]。


Wnt（Wingless）突变型果蝇的异常形态 (B、D、F)

作为 Wnt 信号通路中经典的一支，Wnt/β-catenin 信号通路可是大有说头。它在生物进化中为保守，从低等生物果蝇至高等哺乳动物都有高度的同源性，它调节转录辅助因子 β-catenin (β-连环蛋白) 的稳定性并依赖 β-catenin 基因的表达。下面一起看看 Wnt/β-catenin 信号通路的具体成员吧。


   二、Wnt/β-catenin 通路组分   


Wnt 信号通路通过自分泌/旁分泌方式将胞外 Wnt 配体与膜受体结合而激活，进而使得 β-catenin 稳定积累，并转移到细胞核，终促进参与细胞增殖、生存、分化和迁移的基因的表达。


Wnt/β-catenin 信号通路总览^[4]


上图的左侧，在 Wnt 信号缺失的情况下，β-catenin 会被 AXIN，APC，丝氨酸/苏氨酸激酶 GSK-3，以及 CK1 和 E3 泛素连接酶 β-TrCP 组成的降解复合体（destruction complex）降解。

上图的右侧，Wnt 信号通过与其受体结合而激活后，会介导 AXIN 与磷酸化脂蛋白受体相关蛋白 (LRP) 结合。降解复合体被破坏后，胞浆中稳定积累的 β-Catenin 进入细胞核后结合 LEF/TCF 转录因子家族，启动下游靶基因 (如 c-myc、Cyclin D1) 的转录。

Wnt/β-catenin 通路中的蛋白组分



Wnt/β-catenin 信号通路在人体发育与疾病进展中扮演了 双重角色，它的本职工作是促进正常的身体发育，但是它的异常激活又会导致身体的失衡，有时它又会被癌细胞挟持，变成癌症发展的帮凶。真可谓是「人红是非多」了。


  三、Wnt/β-catenin 通路病理机制   


接下来我们一起看看 Wnt/β-catenin 信号通路从心肝到神经，从毛发到骨头的漫长的病理之旅吧。（一大波疾病知识正在袭来）


Wnt/β-catenin 信号通路相关疾病总览


  （一）心血管与 Wnt/β-catenin                                                     


Wnt/β-catenin 信号转导在心血管系统的发育和病理重构中非常活跃。动脉粥样硬化、心肌梗死和心肌纤维化等许多心血管疾病的发生发展与 Wnt/β-catenin 信号通路的异常调节有关。

1. 动脉粥样硬化:
动脉粥样硬化的特征是脂质和纤维成分在动脉壁上积聚，导致动脉阻塞或变窄。多项研究表明，激活的 Wnt/β-catenin 信号通路通过促进血管平滑肌细胞钙化和瓣膜硬化，在导致动脉粥样硬化和冠心病的恶化中发挥重要作用。动脉钙化是心血管疾病的一个重要信号，抑制过度激活的 Wnt/β-catenin 信号可能是改善血管钙化和延缓疾病进展的一种可行策略。


动脉粥样硬化示意图


2. 心肌梗死：
心肌梗死定义为心肌生物标志物异常并伴有急性心肌缺血的急性心肌损伤。LRP5/6 缺失促进心肌缺血，而其下游靶点 β-catenin 则对心肌缺血损伤有益。DKK-1 诱导心肌细胞内吞 LRP5/6，导致 GPCR 信号通路紊乱，促进心肌细胞缺血诱导的 DNA 损伤。在 Wnt 配体存在的情况下，IGFBP-4 与 LRP5/6 结合，抑制 Wnt/β-catenin 信号通路的激活，这对心肌缺血损伤具有保护作用。

3.心肌纤维化：
心脏纤维化在各种心脏损伤中都很常见，可显著降低组织顺应性，扰乱心脏传导。心肌成纤维细胞中 β-catenin 的缺失可减少心肌肥厚和主动脉弓缩窄（TAC）后纤维化，改善心功能。Wnt/β-catenin 信号通路是 TGF-β 介导心肌纤维化的关键下游分子通路。TGF-β 刺激 Wnt 分泌，通过 TAK1 通路激活 Wnt/β-catenin 信号通路，促进成纤维细胞分化，导致心肌纤维化。


 （二）肝脏与 Wnt/β-catenin                                                  


Wnt/β-catenin 通路与几种常见的肝脏疾病有关，包括胆汁淤积症、肝纤维化、脂肪肝和多囊性肝病。Wnt/β-catenin 通路可恢复急性肝损伤后的组织完整性。同时，Wnt/β-catenin 活性的稳定调节是维持肝脏再生的关键。当 Wnt/β-catenin 继续异常激活时，它往往会导致肝癌的发展。

1. 胆汁淤积症
Wnt/β-catenin 通路降低胆汁酸的合成，防止胆汁淤积性肝损伤和胆管结扎 (BDL) 后纤维化的发生。

2. 自身免疫性肝炎
自身免疫性肝炎 (AIH) 是一种慢性炎症性肝病，在免疫抑制减弱时定期发生。AIH 可观察到肝树突状细胞 (HDCs) 异常激活，HDC 中 Wnt/ β-catenin 信号通路的缺陷是导致 HDC 功能异常的主要原因。通过增强与 Wnt 配体的结合，重新激活 Wnt/β-catenin 信号通路可恢复 HDC 的免疫调节表型，降低 AIH 的严重程度。靶向 Wnt/β-catenin 通路可能成为治疗 AIH 的新途径。


肝病的发展阶段


  （三）肺与 Wnt/β-catenin                                                    


Wnt/β-catenin 参与肺的发育与分化，同时，慢性阻塞性肺疾病 (COPD)、常见的肺部疾病也与 Wnt/β-catenin 通路密切相关。

1. 肺的发育:
肺的发育：典型 Wnt 信号在肺的发育和分化中发挥重要作用，它促进气道和肺泡的形成。在气道分化过程中，抑制 Wnt/β-catenin 通路有助于干细胞向近端气道上皮细胞的快速定向分化，而激活 Wnt/β-catenin 通路促进远端气道上皮细胞的形成。肺泡是肺内气体交换的主要场所，Wnt/β-catenin 通路对肺泡的发育和分化起着积的调节作用。位于肺泡内的 LGT5+ 间充质细胞可分泌 Wnt3a 激活典型 Wnt 信号，促进上皮祖细胞肺泡分化。



肺泡示意图


2.肺病
慢性阻塞性肺疾病 (COPD)：COPD 是一种以慢性气道炎症、气道重塑、气流阻塞和肺泡实质丧失为特征的慢性疾病。COPD 患者肺上皮细胞中 Wnt/β-catenin 信号通路活性降低，其下调的机制包括香烟烟雾和成纤维细胞来源的 Wnt5a。吸烟可降低肺泡上皮细胞卷曲受体 4  (FZD4) 的表达，增强 β-catenin 的磷酸化，通过经典 Wnt 信号通路抑制上皮细胞增殖和肺泡修复。（抽烟一时爽，肺泡火葬场~）

成纤维细胞来源的 Wnt5a 在 COPD 中表达增加。然而，Wnt5a 糖基化后，通过降低 β-catenin 的稳定性、削弱伤口愈合和 AT2 转分化，负调控 Wnt/β-catenin 信号转导。值得注意的是，通过激活剂 LiCl 激活 Wnt/β-catenin 信号通路可促进肺泡上皮细胞的增殖和存活，改善肺泡修复，减少肺气肿的发生，进一步证实 Wnt/β-catenin 通路的激活可改善 COPD 。

与 COPD 相反，Wnt/β-catenin 通路在 IPF（特发性肺纤维化）的肺上皮中被激活。IPF 是一种以肺功能渐进性丧失为特征的疾病，其特征是严重的肺上皮损伤、成纤维细胞激活、细胞外基质沉积和畸形的肺发育。在 IPF 中，Wnt 信号异常激活：肺组织中 Wnt1、Wnt7b、Wnt10b、FZD2、FZD3、β-catenin 和 LEF1 的表达显著增加，从而促进成纤维细胞增殖和上皮细胞间充质转化。


  （四）毛发与 Wnt/β-catenin                                                


在正常情况下，哺乳动物毛发的生长是周期性的，分为生长、生长 期 和静止期。毛发循环的维持依赖于毛囊膨出区毛囊干细胞的活性。典型的 Wnt 信号通路在调节 HFSCs 的增殖和命运决定中发挥重要作用。

1.毛囊再生
Wnt/β-catenin 信号通路的失衡导致毛囊干细胞不能被正确激活，从而导致头发疾病。毛发基质细胞中的 Wnt3a 和 β-catenin 通过激活 Wnt/β-catenin 信号通路，加速毛囊周期，促进毛发再生。此外，转录因子 Twist1 通过与 TCF4、β-catenin 形成复合物，上调 TCF4 下游靶基因 HGF、VEGF、IGF-1 的表达，促进乳头细胞增殖，诱导毛囊再生。

2.色素沉着
此外，Wnt/β-catenin 信号通路在头发生长过程中调节色素沉着起重要作用。例如，白色脂肪组织分泌的肝细胞生长因子 (HGF) 激活 Wnt/β-catenin 信号通路，通过上调 AXIN2、LEF-1、Wnt10b 和 Wnt6 的表达来增强毛囊的色素沉着。此外，O3,4,5-三咖啡酰奎宁酸通过激活卵泡黑素细胞中的 β-catenin 和上调咖啡酰奎宁酸中靶基因 MITF 的表达来增强色素沉着。


  （五）神经与 Wnt/β-catenin                                               


神经退行性疾病包括一组以大脑和脊髓的细胞和神经元丧失为特征的疾病。帕金森病 (PD)、阿尔茨海默病 (AD)、肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 是常见的神经退行性疾病。Wnt/β-catenin 通路的激活对 PD 和 AD 的治疗具有积意义，而 Wnt 信号通路的异常激活与 ALS 的发病机制有关。

1.帕金森病(PD)
Wnt/β-catenin 通路活性与异常形态和神经元线粒体功能障碍有关。PD 患者大脑中多个 Wnt/β-catenin 信号转导相关基因高甲基化，包括其受体 LRP5、转录因子 TCF7L2、抑制剂 FRZB、SFRP1、SFRP2 以及多个靶基因。另外，Ghrelin 是生长激素促分泌受体 1a 的内源性配体，在帕金森病的能量稳态调节中起着重要作用。Wnt/β-catenin 信号通路与胃饥饿素诱导的 DAergic 神经元分化有关。

2.阿尔茨海默病(AD)
阿尔茨海默病 (AD) 主要表现为神经元缺失、β 淀粉样斑块沉积、神经元 tau 蛋白高磷酸化形成，尤其是淀粉样β肽的细胞毒性作用。AD 患者脑内 Wnt/β-catenin 通路下调。激活 Wnt 信号可以挽救 β-淀粉样原纤维引起的神经退行性变和行为障碍。这一现象表明，模拟 Wnt/β-catenin 信号联的化合物可能是 AD 患者治疗干预的候选者。


神经元示意图


3.肌萎缩性侧索硬化症 (ALS)
ALS 是一种以运动神经元进行性丧失为特征的神经退行性疾病。Wnt/β-catenin 信号通路中的三个关键信号分子 Wnt3a、β-catenin 和 Cyclin D1 在 SOD1 (G93A) 转基因小鼠成年脊髓中的 mRNA 和蛋白水平上调，并与 ALS 转基因小鼠成年脊髓的胶质细胞增生有关。ALS 患者人脊髓组织 Wnt3、Wnt4、FZD2、FZD8、Wnt2b、Wnt5a、FZD3、LRP5、sFRP3 水平升高。由此可见，Wnt 蛋白家族可能参与了人类 ALS 的病理过程。

• 编码 β-Catenin 蛋白的 CTNNB1 是一种原癌基因，CTNNB1 的突变在肝细胞癌、髓母细胞瘤广泛存在。β-Catenin 突变是癌症中常见的突变。
• APC 基因被鉴定为家族性腺瘤性大肠息肉病 (FAP)的突变基因。在 80% 的结直肠腺瘤和结直肠癌中也发现了 APC 突变，并且 APC 是结肠癌进展中早的突变。APC 等位基因缺失通过抑制降解复合体的形成激活 Wnt/β-catenin 信号通路，促进结直肠癌的发展，使癌细胞具有自我更新的生长特性。
• AXIN 是 Wnt 降解复合体的支架蛋白，AXIN1/2 的突变显著影响了 Wnt 信号转导活性，AXIN2 突变在结直肠癌中也很常见。在晚期列腺癌中同样发现了几个新的潜在功能相关的 AXIN1 突变。
• GSK-3β 通过促进 β-catenin 磷酸化进而诱导 E3 连接酶介导的 β-catenin 降解，从而抑制 Wnt 信号转导。研究发现，GSK3B 缺失使造血干细胞处于癌状态，而 GSK3A 缺失则促进了急性髓系白血病 (AML) 的发展。
• 除 Wnt/ β-catenin 通路组分失活突变外，许多肿瘤中 Wnt 配体，如 DKK1、Wnt3a、Wnt5a 分泌异常也可导致 Wnt/β-catenin 通路过度激活。

 

 

 

   六、Wnt/β-catenin 未来展望   


随着靶向药物和联合治疗策略的发展，Wnt/β-catenin 信号通路在恶性肿瘤中的靶向干预的临床研究和临床试验逐渐展开，有望成为癌症患者个体化治疗的候选药物。能够了解 Wnt/β-catenin 在疾病发生和进展中的具体作用，有助于指导这些小分子药物的准确使用，使其疗效化，使更多患者受益。

由于 Wnt/β-catenin 通路在人类胚胎发育和成人组织稳态中的重要作用，全身性地应用 Wnt/β-catenin 通路中的因子可能有广泛的副作用。因此，在研究靶向 Wnt/β-catenin 通路的药物时，应选择局部治疗和靶点识别，以解决安全性和选择性的问题。


Wnt/β-catenin 信号通路大家族

原创作者：上海陶术生物科技有限公司