Wnt信号通路

wnt信号通路的生物学活性摘要wnt信号通路（TheWntsignalingpathways）是复杂的生物信号转导结构网的一条。其主要分为经典wnt信号途径和非经典wnt信号途径。Wnt信号通路参与众多重要的生理病理过程，Wnt通路调节造血干细胞及造血微环境，Wnt通路参与控制神经前体细胞的增殖分化，在正常干/祖细胞池的保持方面有重要作用，且Wnt信号通路与肿瘤的发生息息相关。通过对wnt通路的研究，了解其对机体的影响，进一步针对其特征设计靶向药物是未来的研究重点。关键词：wnt通路干细胞肿瘤生物活性1.前言WNT名称来自于Wingless和Int-1。当缺失Wingless基因时，果蝇将无法长出翅膀，故命名为Wingless。而Int-1最早是作为老鼠乳腺癌的抑癌基因，当老鼠乳腺癌病毒占据Int-1的结合位点时就会导致癌症的发生。随着研究的不断深入，发现Wingless和Int-1其实编码着同一种蛋白，故统一命名为WNTWnt信号途径是一类在生物体进化过程中高度保守的信号转导途径，调节控制着众多生命活动过程。动物体早期发育中，Wnt信号决定背腹轴的形成、胚层建立、体节分化、组织或器官形成等一系列重要事件；并直接控制着增殖、分化、极化、凋亡与抗凋亡等细胞的命运。同时，Wnt信号途径也与肿瘤发生密切相关。在目前已知的癌症中，有十几种高发性癌变源于Wnt信号转导途径的失调。根据Wnt蛋白转导信号的方式，人们又将Wnt信号转导途径分为经典Wnt信号途径（CanonicalWntsignalpathway）和非经典的Wnt信号途径（NoncanonicalWntsignalpathway）5-7。2.正文2.1经典Wnt信号转导的分子机制经典Wnt信号途径也称为Wnt/β-catenin信号途径。在不同物种中Wnt/β-catenin信号转导的分子机制具有极高的保守性。这条信号途径的中心特点内容是：在没有Wnt信号时，细胞质内β-catenin在与Axin，结肠癌抑制因子（APC），蛋白质磷酸酶2A（PP2A），糖原合酶激酶3β（GSK3β）以及β-TrCP蛋白形成巨大复合物结合后被磷酸化，并且通过β-TrCP蛋白的泛肽化，进一步被蛋白酶体所降解。Wnt蛋白与受体结合以某种方式激活Dvl蛋白，使它在基于Axin/APC/GSK3β的β-catenin降解复合物中抑制了GSK3β活性，从而抑制β-catenin被磷酸化后的泛肽化降解，导致β-catenin在胞质内稳定地累积。这种累积打破了细胞内原有的β-catenin出入核平衡，使得细胞核内的β-catenin大大增加，与含有HMG-Box的转录因子LEF1/TCF家族成员结合，进一步影响下游基因的转录调控。目前的研究已发现众多的胞内蛋白质分子参与Wnt信号的转导与调节2.2非经典Wnt信号转导的分子机制在人及小鼠的基因组中目前已经发现的Wnt蛋白超过18种，在这些Wnt蛋白中只有一部分可以产生导致内源β-catenin积累的信号，如Wnt1、Wnt3a、Wnt8、Wnt10b等。一些不产生β-catenin积累的信号的Wnt，包括Wnt5a、Wnt11在内的多种Wnt蛋白则通过其它方式转导信号，称之为非经典Wnt信号27-30。特别要指出的是，一种Wnt蛋白的下游信号可以是经典Wnt信号，也可以是非经典Wnt信号，非经典Wnt信号主要调节的对象是细胞的极性和细胞内的Ca2＋离子浓度（Fig.2）2.3Wnt信号转导通路生物学活性2.3.1Wnt通路对造血干细胞及造血微环境的调节各种组织器官的发育过程中,都存在Wnt信号的传递在造血系统中Wnt信号对于造血干细胞的自我更新起着重要了的调节作用。将编码β-catenin-IRES-GFP的逆转录病毒以及不含β-catenin的空病毒载体分别感染造血干细胞。发现转有空载体的造血干细胞34%处于细胞周期的S、G2/M期,而表达β-catenin的造血干细胞有58%处于同一期。这表明有活性的β-catenin可维持造血细胞处于非成熟状态,同时促进造血干细胞的扩增。另外,,在造血干细胞及其微环境中发现了Wnt受体的表达。在体外Wnt5a可促进造血干细胞扩增,撤除Wnt5a则造血/祖细胞扩增明显减少,原始细胞形成减少。这些证据表明,造血干细胞及其造血微环境可以接受Wnt信号并对其作出反应。而且Wnt信号对造血干细胞微环境中各细胞成分的维持有调节作用,以维持造血微环境的稳定。2.3.2Wnt通路对神经前体细胞的调节在CNS,β-catenin信号能控制神经前体细胞的生长以及细胞增殖与分化的平衡。利用两个条件性的β-catenin突变型等位基因（剔除和过表达）来改变CNS组织中的βcatenin信号;在剔除β-catenin以后,小鼠大脑和脊髓的神经组织成分减少,神经前体细胞群也不能维持,而过表达β-catenin小鼠的大脑和脊髓组织成分则大量增加,神经前体细胞群体增大。说明β-catenin信号对神经前体细胞池的维持,神经前体细胞的增殖与分化至关重要[9]。神经嵴是脊椎动物神经系统发育过程中一个由多潜能细胞群体构成的迁移性结构。Wnt蛋白参与神经嵴发生[10]。2.3.3Wnt信号在正常干/祖细胞池的保持方面有重要作用大多数成体组织的维持依赖于少数的多能干细胞。Wnt信号对于干细胞池的保持和防止细胞分化至关重要[2]。它的这种作用可以完全通过稳定胞质中β-catenin的水平来模拟。Wnt信号通路的缺陷会导致干/祖细胞池的萎缩甚至缺如,组织的再生、修复受阻。如tcf4-/-的小鼠,其小肠的增生区域完全缺如[3];通过转基因使Wnt的拮抗物dickkopf-1过表达,可以引起成年鼠的小肠隐窝缺如[4]。此外,Wnt信号还调节皮肤、毛发、乳腺、造血组织的干细胞池的干细胞特性及其增殖和分化。2.3.4Wnt信号通路与肿瘤的发生癌基因或抑癌基因的突变均可导致正常调控细胞增生的调节途径不恰当的活化,使细胞增生失控而致肿瘤生成。在Wnt通路中任何一步发生障碍都可致癌。其异常情况大致可分为3类:一是组成Wnt信号途径的蛋白、转录因子或基因被破坏或变异导致该途径关闭或局部途径异常活跃。二是过多的Wnt信号使整个途径都异常活化,细胞进行不必要的增殖。三是没有Wnt信号时,细胞内其它的活动也会通过Wnt途径来刺激或诱发细胞乃至机体不正常反应。如在人的散发大肠癌中,90%是Wnt信号活化的,并不全都是通过活化Wnt而导致的,其中70%-80%的肿瘤存在有APC的突变,其他的10%-20%有β-catenin的分解抑制的突变;Wnt在CLL和前BALL中呈过表达[7-8],在CML急性发作时,Wnt信号通路处于活化状态;此外,在肝癌、脑瘤、胰腺癌、和肾癌[9]均可见到β-catenin的点突变,使其耐受GSK3介导的磷酸化和降解。而通路中Axin的突变可以见于肝癌和大肠癌[10-11]。可以看出,Wnt信号可以通过Wnt配体的过表达而直接被激活,或者通过Wnt信号的下游组件的突变的传递作用而被激活。一般的终点是干细胞区域的不适当扩增和子代细胞的增殖,最终在获得其他的变异的情况下导致恶性事件的发生,形成侵袭性的肿瘤细胞。3.结束语综上所述，WNT信号通路是较复杂的信号通路，且易受环境的影响，是调控细胞增殖和分化的重要途径。在机体的各个系统中均起着重要的作用。通过研究Wnt通路调控造血系统的重建及修复损伤的能力,将为临床治疗血液疾病及将造血干细胞用于骨髓移植等方面指明一条新方向。其与肿瘤的起始和发展有关的基因调控和病理生理息息相关；相关调节基因的遗传改变对肿瘤及其他疾病的意义重大。进一步加强对细胞信号转导通路的整体认识，可将在癌症患者的诊断、治疗、预后分析方面提供有效的靶标，开启人类肿瘤防治新的篇章。5.参考文献1.KarimR,TseG,PuttiT,ScolyerR,LeeS.ThesignificanceoftheWntpathwayinthepathologyofhumancancers.Pathology2004;36:120-128[PMID:15203747]2.MCCAULEYBS，AKYAＲE，FILLIGEＲL，etal．Expressionofwntandfrizzledgenesduringearlyseastardevelopment［J］．GeneExprPatterns，2013，13(8):437－444．3.HUY，WANＲ，YUG，etal．ImbalanceofWnt/Dkknegativefeedbackpromotespersistentactivationofpancreaticstellatecellsinchronicpancreatitis［J］．PLoSOne，2014，9(4):e95145．4.ZHANGKS，ZHOUQ，WANGYF，etal．InhibitionofWntsignalinginducescellapoptosisandsuppressescellproliferationincholangiocarcinomacells［J］．OncolＲep，2013，30(3):1430－1438．5.ZecherD,FujitaY,HulskenT,etal.Beta-cateninsignalsregulatecellgrowthandthebalancebetweenprogenitorcellexpansionanddifferentiationinthenervoussystem[J].DevBio,2003,258(2):406-4186.DeBoerJ,WangHJ,VanBlitterswijkCA.EffectsofWntsignallingonproliferationanddifferentiationofhumanmesenchymalstemcells[J].TissueEng,2004,10:393-401.7.MILLEＲMF，COHENED，BAGGSJE，etal．Wntligandssignalinacooperativemannertopromoteforegutorganogenesis［J］．ProcNatlAcadSciUSA，2012，109(38):15348－15353．8.NiehrsC.ThecomplexworldofWNTreceptorsignaling[J].NatRevMolCellBiol,2012,13(12):767-779.