Wnt信號通路在強直性脊柱炎發(fā)病過程中的作用

劉劍雯（綜述），陳君敏（審校）

（福建醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院風濕血液科，福州 350004）

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是以骶髂關節(jié)和脊柱慢性炎癥為主的全身性疾病。其特征性病理變化為肌腱、韌帶附著點炎癥。常見癥狀為腰背僵硬或疼痛，活動后可減輕。晚期可發(fā)生脊柱強直、畸形以致功能嚴重受損。AS具有潛在的致殘性，目前尚無有效的治療手段防止AS的病程進展。有研究表明，AS患者存在明顯的成骨過度現(xiàn)象及經(jīng)典Wnt信號通路抑制因子DKK-1異常表達，提示經(jīng)典Wnt信號通路可能在AS的骨贅形成過程中發(fā)揮重要的作用［1］。

1 AS的骨贅形成

AS患者關節(jié)功能的最后喪失是由于關節(jié)軟骨和骨的被侵蝕和破壞，繼而骨質硬化，最終靜止于全脊柱的融合而失去勞動和自主生活能力，嚴重影響患者的生活質量。到目前為止，AS的發(fā)病機制尚不清楚，但其病理學變化存在附著點炎、骨侵蝕、骨贅形成三個階段，這三個階段是否存在因果關聯(lián)，目前尚無肯定的答案。Maksymowych等［1］研究認為，反復的附著點炎癥、修復導致韌帶骨贅形成并最終導致關節(jié)強直。如果是炎癥導致骨贅形成，那么早期抑制附著點的炎癥過程就可以阻斷這一病理過程的繼續(xù)進展。腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-alpha，TNF-α）是介導類風濕關節(jié)炎炎癥過程及炎癥性關節(jié)炎動物模型的關鍵因子［2，3］，用 TNF-α 抑制劑治療AS可以很大程度緩解AS患者的附著點的炎性疼痛及晨僵癥狀，同時可降低急性期炎性反應標志物，但卻無法抑制附著點處的骨侵蝕與骨贅形成［4，5］。Lories等［6］在研究脊柱關節(jié)病動物模型中也發(fā)現(xiàn)TNF-α并不能刺激軟骨骨形成，而TNF-α抑制劑干預并不影響疾病的發(fā)生和進展，且不能抑制肌腱端的新骨形成，證實了脊柱關節(jié)病的炎癥與新骨形成并無關聯(lián)。而在臨床試驗應用放射學技術追蹤觀察 TNF-α抑制劑治療的AS患者發(fā)現(xiàn)，在基線水平有炎性病變患者2年后新骨形成是無炎性病變患者的3.1倍，但在基線水平無炎性病變的患者也發(fā)生了新骨形成［7］。因此，對AS附著點炎與骨贅形成的關系還尚無定論。AS的附著點炎與骨贅形成并無必然關聯(lián)。

既然附著點炎并不是AS骨贅形成的根源，繼續(xù)深入探究其他可能的病變機制，是成功治療AS的基礎。近期有研究發(fā)現(xiàn)［8］，TNF-α可以刺激 DKK-1的表達，后者抑制Wnt信號通路所介導的新骨形成。AS患者炎癥局部TNF-α明顯增加，本不應該存在成骨過度現(xiàn)象，而事實并非如此。由此推測，AS的骨贅形成可能是一個獨立的病變過程。骨侵蝕和骨形成過程主要由破骨細胞和成骨細胞介導，在系統(tǒng)或局部骨生長調(diào)節(jié)基因的作用下，處于動態(tài)平衡之中，這些基因主要作用于Wnt信號轉導通路和轉化生長因子/骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信號轉導通路而發(fā)揮調(diào)控作用［9-11］。如果成骨細胞的骨形成作用大于破骨細胞的骨吸收作用就表現(xiàn)為骨量增加，反之則表現(xiàn)為骨量減少。在AS的關節(jié)病理變化中可能是由于某種誘發(fā)機制使得成骨過度活躍，破壞了骨形成與骨吸收的平衡才最終導致了骨性強直。

骨組織形成有兩種方式:膜內(nèi)成骨和軟骨內(nèi)成骨。在AS病程中軟骨內(nèi)成骨可能占主要作用，其成骨過程受多種因素、多個信號途徑的調(diào)節(jié)。目前研究較多的是 Wnt及 BMP信號通路［12-14］。Fujita等［15］和 Zhang 等［16］研究表明，經(jīng)典的 Wnt和 BMP信號通路在調(diào)節(jié)成骨細胞功能及骨形成中發(fā)揮重要的協(xié)同作用。在骨形成的早期階段主要由BMP信號轉導通路調(diào)控，BMP是多功能生長因子，在迄今發(fā)現(xiàn)的約20多種BMP成員中，除BMP1外均屬于轉化生長因子β超家族，BMP能夠通過Smad途徑上調(diào)Osx的表達而介導成骨過程，以BMP2、BMP4和BMP7的活性最強。在成骨的晚期階段則主要由Wnt信號轉導通路調(diào)控，該通路的激活使β-連環(huán)蛋白在胞質內(nèi)大量積累，最終使間充質細胞分化為成熟的成骨細胞參與成骨。Wnt信號通路調(diào)控現(xiàn)在被認為是骨重塑的主要調(diào)控者［6］。

2 Wnt信號轉導通路的作用及調(diào)節(jié)

Wnt蛋白是一類分泌型糖蛋白，通過自分泌或旁分泌發(fā)揮作用。Wnt蛋白基因中含有高度保守的堿基序列，組成了重要的細胞外信號分子家族。Wnt蛋白及其受體、調(diào)節(jié)蛋白等組成的復雜信號轉導通路，包括Wnt/β-連環(huán)蛋白經(jīng)典通路、Wnt/平行極性、Wnt/Ca2+、調(diào)節(jié)紡錘體定向和不對稱細胞分裂信號的非經(jīng)典通路。其中經(jīng)典通路是介導成骨過程的關鍵［17］。在 Wnt/β-連環(huán)蛋白經(jīng)典通路中，Wnt蛋白與其細胞表面受體Frizzled家族跨膜蛋白結合，Wnt信號通路被激活。Frizzled激活蓬亂蛋白（Dsh/Dvl），后者再激活下游因子糖原合成酶激酶3β結合蛋白;激活的糖原合成酶激酶3β結合蛋白能識別糖原合成酶激酶3β并抑制其磷酸化活性，使糖原合成酶激酶3β不能磷酸化β-連環(huán)蛋白，導致β-連環(huán)蛋白不能被泛素連接酶識別，從而不能被蛋白酶復合體降解，最終使β-連環(huán)蛋白在胞質內(nèi)大量積累。這種積累打破了細胞內(nèi)原有β-連環(huán)蛋白出入細胞核的平衡，使得細胞核內(nèi)的β-連環(huán)蛋白大量增加，與核內(nèi)含有高遷移組非組蛋白盒的轉錄因子、淋巴細胞增強因子/T細胞因子家族成員結合，啟動靶基因的轉錄。

Wnt信號通路的拮抗物通過在胞外阻止Wnt配體與其受體Frizzled蛋白的結合來阻斷Wnt信號通路。根據(jù)作用機制的不同主要分為兩類:一類是抑制Wnt經(jīng)典通路的Dkks家族。另一類是通過與Wnt受體競爭性結合Wnt配體阻斷Wnt的非經(jīng)典通路和平行極性通路，包括分泌性卷曲相關蛋白、Wnt抑制因子和Cerberus。Dkks是分泌性的糖蛋白，人類基因組中DKKl-4、DKK-1和DKK-4可以抑制Wnt信號，DKK-2可作為Wnt信號的激動劑或拮抗劑，而DKK-3對Wnt通路沒有明顯的影響［18］。DKK-1是最重要的Dkks家族成員，作為一種可溶性Wnt信號抑制因子，與Wnt受體低密度脂蛋白相關受體5/6及另一類穿膜蛋白Kremen1-2結合，形成三聚體，誘導快速的細胞內(nèi)吞，減少細胞膜上的低密度脂蛋白相關受體5/6，阻斷Wnt的信號傳遞，它是生理和病理條件下骨質重塑的重要調(diào)節(jié)因子［19］。過度表達DKK-1或DKK-1缺失表達分別可導致嚴重骨質丟失及大量骨質形成［20，21］。

3 DKK-1與AS發(fā)病的關系

AS存在成骨過度現(xiàn)象，而經(jīng)典Wnt信號通路又在成骨過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。DKK-1作為經(jīng)典Wnt信號通路的抑制因子，在AS發(fā)病中的作用備受關注。Uderhardt等［22］研究表明 DKK-1會逆轉轉基因小鼠TNF誘導的關節(jié)炎部分骨骼的損傷，其中骨保護素合成增加，從而阻斷了細胞內(nèi)核因子κB受體活化因子配體，減少骨質破壞。阻斷DKK-1激活Wnt通路也可使骨破壞轉變?yōu)楣琴樕?。這說明AS患者體內(nèi)循環(huán)骨形成促進因子功能上占優(yōu)勢，DKK-1介導的抑制作用下降可能是成骨過度的主要機制。

促使DKK-1抑制作用下降的原因是DKK-1生成減少還是 DKK-1的無效生成，目前尚未明確。Daoussis等［23］研究發(fā)現(xiàn)，AS患者的血清DKK-1水平明顯升高，且DKK-1的功能下降即無效生成。近期有研究發(fā)現(xiàn)［8］，TNF-α 可以刺激DKK-1的表達，所以使用TNF-α抑制劑抑制AS炎性反應后應該會通過減少DKK-1的表達而促進新骨形成，但尚無臨床研究證據(jù)表明TNF-α抑制劑促進AS新骨形成過程這一現(xiàn)象。因此，有待于進一步深入研究觀察以明確。研究還發(fā)現(xiàn)［23］，使用TNF-α抑制劑治療的AS患者其血清DKK-1水平明顯高于未使用抗TNF-α治療的AS患者。有研究者提出一個“TNF-α阻斷假說”，認為TNF-α在AS中的作用可能并不介導其炎癥過程而是介導其骨形成過程，它通過增加DKK-1的表達而阻斷新骨形成［24］。當 TNF-α被阻斷時 Wnt信號通路被激活，機體可能通過體內(nèi)的代償機制使DKK-1水平升高。

4 結語

Wnt信號通路在骨的形成和發(fā)育中起著重要的調(diào)節(jié)作用，甚至可能占據(jù)主導地位?？梢灶A見AS和Wnt信號通路的研究可能是Wnt及AS研究領域一個新的方向。但目前有關Wnt與AS的相關研究較少，有很多機制還未完全闡明，如哪些分子參與調(diào)節(jié)骨形成的穩(wěn)定，是否存在某一始動因子，是否與其他通路存在交聯(lián)等。隨著對Wnt信號通路與AS骨贅形成關系的研究的深入，可能為AS的研究和治療提供新的思路。

［1］Maksymowych WP，Chiowchanwisawakit P，Clare T，et al.Inflammatory lesions of the spine on magnetic resonance imaging predict the development of new syndesmophytes in ankylosing spondylitis:evidence of a relationship between inflammation and new bone formation［J］.Arthritis Rheum，2009，60（1）:93-102.

［2］Campbell IK，O'Donnell K，Lawlor KE，et al.Severe inflammatory arthritis and lymphadenopathy in the absence of TNF［J］.J Clin Invest，2001，107（12）:1519-1527.

［3］Brennan FM，Maini RN，F(xiàn)eldmann M.TNF alpha——a pivotal role in rheumatoid arthritis?［J］.Br J Rheumatol，1992，31（5）:293-298.

［4］Appel H，Janssen L，Listing J，et al.Serum levels of biomarkers of bone and cartilage destruction and new bone formation in different cohorts of patients with axial spondyloarthritis with and without tumor necrosis factor-alpha blocker treatment［J］.Arthritis Res T-her，2008，10（5）:R125.

［5］Rudwaleit M，Claudepierre P，Kron M，et al.Effectiveness of adalimumab in treating patients with ankylosing spondylitis associated with enthesitis and peripheral arthritis［J］.Arthritis Res Ther，2010，12（2）:R43.

［6］Lories RJ，Derese I，de Bari C，et al.Evidence for uncoupling of inflammation and joint remodeling in a mouse model of spondylarthritis［J］.Arthritis Rheum，2007，56（2）:489-497.

［7］Baraliakos X，Listing J，Rudwaleit M，et al.The relationship between inflammation and new bone formation in patients with ankylosing spondylitis［J］.Arthritis Res Ther，2008，10（5）:R104.

［8］Diarra D，Stolina M，Polzer K，et al.Dickkopf-1 is a master regulator of joint remodeling［J］.Nat Med，2007，13（2）:156-163.

［9］Ball J.Enthesopathy of rheumatoid and ankylosing spondylitis［J］.Ann Rheum Dis，1971，30（3）:213-223.

［10］Hopwood B，Tsykin A，F(xiàn)indlay DM，et al.Microarray gene expression profiling of osteoarthritic bone suggests altered bone remodelling，WNT and transforming growth factor-beta/bone morphogenic protein signalling［J］.Arthritis Res Ther，2007，9（5）:R100.

［11］Walsh NC，Gravallese EM.Bone remodeling in rheumatic disease:a question of balance［J］.Immunol Rev，2010，233（1）:301-312.

［12］Zhang C.Transcriptional regulation of bone formation by the osteoblast-specific transcription factor Osx［J］.J Orthop Surg Res，2010，5:37.

［13］Lieberman JR，Daluiski A，Einhorn TA.The role of growth factors in the repair of bone.Biology and clinical applications［J］.J Bone Joint Surg Am，2002，84-A（6）:1032-1044.

［14］Butler JS，Queally JM，Devitt BM，et al.Silencing Dkk1 expression rescues dexamethasone-induced suppression of primary human osteoblast differentiation［J］.BMC Musculoskelet Disord，2010，11:210.

［15］Fujita K，Janz S.Attenuation of WNT signaling by DKK-1 and-2 regulates BMP2-induced osteoblast differentiation and expression of OPG，RANKL and M-CSF［J］.Mol Cancer，2007，6:71.

［16］Zhang M，Yan Y，Lim YB，et al.BMP-2 modulates beta-catenin signaling through stimulation of Lrp5 expression and inhibition of beta-TrCP expression in osteoblasts［J］.J Cell Biochem，2009，108（4）:896-905.

［17］Johnson ML，Kamel MA.The Wnt signaling pathway and bone metabolism［J］.Curr Opin Rheumatol，2007，19（4）:376-382.

［18］Niehrs C.Function and biological roles of the Dickkopf family of Wnt modulators［J］.Oncogene，2006，25（57）:7469-7481.

［19］Pinzone JJ，Hall BM，Thudi NK，et al.The role of Dickkopf-1 in bone development，homeostasis，and disease［J］.BLOOD，2009，113（3）:517-525.

［20］Morvan F，Boulukos K，Clement-Lacroix P，et al.Deletion of a single allele of the Dkk1 gene leads to an increase in bone formation and bone mass［J］.J Bone Miner Res，2006，21（6）:934-945.

［21］Li J，Sarosi I，Cattley RC，et al.Dkk1-mediated inhibition of Wnt signaling in bone results in osteopenia［J］.Bone，2006，39（4）:754-766.

［22］Uderhardt S，Diarra D，Katzenbeisser J，et al.Blockade of Dickkopf（DKK）-1 induces fusion of sacroiliac joints［J］.Ann Rheum Dis，2010，69（3）:592-597.

［23］Daoussis D，Liossis SN，Solomou EE，et al.Evidence that Dkk-1 is dysfunctional in ankylosing spondylitis［J］.Arthritis Rheum，2010，62（1）:150-158.

［24］Maksymowych WP.What do biomarkers tell us about the pathogenesis of ankylosing spondylitis?［J］.Arthritis Res Ther，2009，11（1）:101.