Wnt經(jīng)典通路對(duì)2型糖尿病β細(xì)胞功能的調(diào)控進(jìn)展

代　喆(綜述),徐焱成(審校)

(武漢大學(xué)中南醫(yī)院內(nèi)分泌科，武漢 430071)

Wnt經(jīng)典通路對(duì)2型糖尿病β細(xì)胞功能的調(diào)控進(jìn)展

代喆(綜述),徐焱成※(審校)

(武漢大學(xué)中南醫(yī)院內(nèi)分泌科，武漢 430071)

摘要：胰島β細(xì)胞功能受損是2型糖尿病發(fā)病的重要基礎(chǔ)。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)提示，Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)通路通過直接或者與胰高血糖素樣肽1、炎癥通路等相互作用的方式對(duì)胰島β細(xì)胞的新生、增殖及其功能發(fā)揮重要的調(diào)控作用，且可能介導(dǎo)了外周組織與β細(xì)胞的對(duì)話機(jī)制。對(duì)該通路及其調(diào)節(jié)分子在胰島β細(xì)胞中的作用機(jī)制的深入探討有助于為2型糖尿病的治療提供新的思路和方向。

關(guān)鍵詞：2型糖尿病；β細(xì)胞；Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)通路

2型糖尿病及其相關(guān)的致死致殘率的升高是全世界面臨的共同問題。進(jìn)入21世紀(jì)后，學(xué)術(shù)界的共識(shí)認(rèn)為，胰島β細(xì)胞的功能受損，對(duì)機(jī)體增加的胰島素需求在質(zhì)和量上的失代償是2型糖尿病發(fā)病的重要基礎(chǔ)。在空腹血糖受損的肥胖人群中，β細(xì)胞量已降至正常人的60%[1]，在2型糖尿病的人群中，β細(xì)胞量是正常人的30%~70%[1]。β細(xì)胞量與β細(xì)胞更新水平密切相關(guān)。在成人胰島中，β細(xì)胞更新主要決定于β細(xì)胞復(fù)制，新生與β細(xì)胞死亡的平衡[1]。在臨床實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，對(duì)胰島β細(xì)胞功能的保護(hù)和恢復(fù)，減少胰島β細(xì)胞的負(fù)擔(dān)和凋亡常常能獲得更長(zhǎng)久和平穩(wěn)的降糖效益。因此，尋找促進(jìn)β細(xì)胞增殖的機(jī)制及治療靶位，也成為了近年來的研究熱點(diǎn)之一。

1初識(shí)Wnt經(jīng)典信號(hào)通路在2型糖尿病發(fā)生中作用

Wnt信號(hào)通路最初是在大腸癌的研究中發(fā)現(xiàn)的。Wnt信號(hào)通路主要有3條分支，Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，planar細(xì)胞極性通路和Wnt/Ca2+通路。Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在生物進(jìn)化中極為保守，從低等生物果蠅至高等哺乳動(dòng)物，其成員都具有高度的同源性。Wnt受體由卷曲蛋白和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(low density lipoprotein receptor related protein 5/6，LRP5/6)組成。Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化起始于Wnt配體與受體的結(jié)合，引起LRP5/6的磷酸化和卷曲蛋白-LRP5/6復(fù)合體的形成。在沒有配體結(jié)合的情況下，細(xì)胞質(zhì)中的Axin蛋白的不同區(qū)域分別結(jié)合糖原合成酶激酶3，酪蛋白激酶1和β聯(lián)蛋白，從而形成Axin/糖原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase 3，GSK3)/腺瘤性息肉蛋白(adenomatous polyposis coli,APC)復(fù)合體。在有配體結(jié)合的情況下，Axin/GSK3/APC復(fù)合體解聚，胞質(zhì)內(nèi)的β聯(lián)蛋白的水平不斷升高，并進(jìn)入細(xì)胞核中與T細(xì)胞因子 DNA結(jié)合蛋白相互作用，啟動(dòng)下游靶基因轉(zhuǎn)錄，參與細(xì)胞的增殖、分化和凋亡等生命活動(dòng)。

有兩個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)引起了人們對(duì)于Wnt/β聯(lián)蛋白通路在胰島β細(xì)胞功能調(diào)控中作用的重視。一是TCF7L2基因多態(tài)性與2型糖尿病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的顯著而廣泛的相關(guān)性，二是Wnt信號(hào)通路可能參與了胰高血糖素樣肽1(glucagon-like peptide 1，GLP-1)對(duì)于胰島β細(xì)胞作用的調(diào)控。

TCF7L2(也稱為TCF4)是β聯(lián)蛋白的核內(nèi)結(jié)合的DNA結(jié)合蛋白之一。2006年首次報(bào)道，TCF7L2基因第3內(nèi)含子的一段四核苷酸重復(fù)序列DG10S478多態(tài)性與2型糖尿病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。此后，該序列的5個(gè)單核苷酸基因多態(tài)性(rs12255372，rs7903146，rs7901695，rs11196205及rs7895340)與2型糖尿病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)在多個(gè)國(guó)家和人群中得到廣泛證實(shí)[2]。rs7903146 T等位基因與胰島素分泌，腸促胰島素作用受損及肝糖輸出增加相關(guān)。體內(nèi)研究證實(shí)，下調(diào)TCF7L2的表達(dá)會(huì)增加人胰島β細(xì)胞的凋亡，減少β細(xì)胞的增殖和葡萄糖刺激的胰島素分泌，而上調(diào)TCF7L2的表達(dá)會(huì)對(duì)胰島在葡萄糖及細(xì)胞因子誘導(dǎo)的凋亡中起保護(hù)作用[3]。然而不同的TCF7L2剪接變異對(duì)糖尿病的影響不同。缺失了外顯子13,14,15和16的TCF7L2克隆可以誘導(dǎo)β細(xì)胞凋亡，對(duì)β細(xì)胞功能造成損傷，抑制GLP-1的應(yīng)答及Wnt信號(hào)通路的下游基因表達(dá)。而包含外顯子13的TCF7L2克隆改善β細(xì)胞的生存和功能，活化Wnt信號(hào)通路[4]。在胰島β細(xì)胞之外，TCF7L2也參與了外周組織包括肌肉、肝臟、腸道以及大腦對(duì)于胰島素作用和糖代謝穩(wěn)態(tài)的綜合調(diào)控[5]。

腸道L細(xì)胞的前胰島素原(preproinsulin，ppI)基因在轉(zhuǎn)錄后修飾后可以產(chǎn)生GLP-1和GLP-2。其中，GLP-1是一種腸促胰島素，可以促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖及分泌胰島素的功能，其相關(guān)藥物GLP-1受體激動(dòng)劑和DPP-Ⅳ抑制劑已廣泛應(yīng)用于臨床并獲得良好的效益。研究發(fā)現(xiàn)，β聯(lián)蛋白與TCF的結(jié)合可以介導(dǎo)GLP-1在刺激β細(xì)胞增殖中的作用[6]。鋰能模擬Wnt配體的活性效益，在鋰的刺激下，活化的β聯(lián)蛋白可以刺激大鼠ppI啟動(dòng)子的活性，也可以促進(jìn)原代胎小鼠腸道細(xì)胞內(nèi)源性ppI信使RNA(mRNA)的表達(dá)和GLP-1的產(chǎn)生。鋰對(duì)于ppI啟動(dòng)子的活化依賴于位于ppI啟動(dòng)子區(qū)域的G2部分的TCF結(jié)合序列[7]。TCF7L2與該部分在體內(nèi)存在相互作用。Wnt配體蛋白Wnt 3a可以刺激ppI啟動(dòng)子的活化和mRNA的表達(dá)。同時(shí)，GLP-1對(duì)Wnt信號(hào)通路可能也有影響。腸促胰島素類似物激動(dòng)肽4可以增加β細(xì)胞Wnt4的表達(dá)，并通過Wnt信號(hào)通路調(diào)控β細(xì)胞的增殖和炎性因子的釋放[8]。

2Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)通路在胰腺及胰島發(fā)生過程中的作用

在整個(gè)胰島中，Wnt信號(hào)通路的活性主要是在β細(xì)胞中發(fā)揮作用，在α細(xì)胞中，Wnt信號(hào)通路是沒有功能的。在胚胎期和出生后的胰腺中，有多種Wnt配體和卷曲蛋白受體的表達(dá)，提示了Wnt信號(hào)通路在胰腺發(fā)育過程中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，β聯(lián)蛋白在發(fā)育的不同階段有不同作用[9]。在早期階段，β聯(lián)蛋白促進(jìn)了Hedgehog和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子信號(hào)的改變，阻礙了編碼胰腺十二指腸同源盒1基因的表達(dá)。而在后期，β聯(lián)蛋白則促進(jìn)了胰腺細(xì)胞的增殖和器官體積的生長(zhǎng)?；罨摩侣?lián)蛋白在體內(nèi)可以明顯增加β細(xì)胞量。Wnt通路的負(fù)向調(diào)節(jié)因子axin的表達(dá)可以阻礙胚胎期β細(xì)胞的增殖，對(duì)β細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)揮影響。一項(xiàng)體內(nèi)研究顯示，在正常和糖尿病大鼠體內(nèi)抑制Wnt信號(hào)通路可以通過抑制β細(xì)胞增殖而改變?chǔ)录?xì)胞的正常生長(zhǎng)和代償性生長(zhǎng)[9]。通過抑制糖原合成酶激酶3β而活化Wnt通路在糖尿病大鼠體內(nèi)及體外顯示出具有顯著的刺激β細(xì)胞再生的作用。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這種作用是通過β聯(lián)蛋白和周期蛋白D介導(dǎo)的[9]。在出現(xiàn)明顯β細(xì)胞生理性增殖的孕期大鼠，胰島β聯(lián)蛋白和c-myc水平升高也提示了Wnt通路在β細(xì)胞增殖中的作用[10]。

3Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)通路對(duì)β細(xì)胞量及功能的影響

Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路在調(diào)控β細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活方面具有重要作用。在β細(xì)胞系或原代小鼠胰島中活化Wnt信號(hào)通路可以上調(diào)周期蛋白D1和周期蛋白D2基因的表達(dá)，同時(shí)伴隨β細(xì)胞量的增加[6]。抑制人胰島中TCF7L2的表達(dá)可以降低β細(xì)胞的增殖水平，增加β細(xì)胞凋亡，并降低β細(xì)胞重要的存活蛋白活性Akt的水平[6]。在加入了來源于腸道L 細(xì)胞的條件培養(yǎng)基后，人胰島的DNA合成水平增加了6倍，葡萄糖刺激下β細(xì)胞的增殖能力增加了20倍，同時(shí)，葡萄糖刺激的胰島素分泌的水平?jīng)]有受到影響，提示在受體水平活化了Wnt通路后可以在維持成熟β細(xì)胞性狀的同時(shí)，增加β細(xì)胞的增殖水平[11]。

Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路也可以調(diào)控成熟的β細(xì)胞的胰島素分泌功能。Wnt通路的協(xié)同受體LRP5在胰島β細(xì)胞的葡萄糖刺激胰島素分泌功能中具有決定作用，敲除了LRP5的小鼠會(huì)出現(xiàn)糖耐量異常。體外小鼠胰島在Wnt3a和Wnt5a的作用下，可以增加其葡萄糖刺激的胰島素分泌水平[12]。另有研究發(fā)現(xiàn)，Wnt信號(hào)通路的活化不僅能增加原代小鼠胰島的胰島素分泌水平，還可以活化胰島和大鼠胰島素瘤細(xì)胞的葡萄糖激酶的轉(zhuǎn)錄。在分離的小鼠和人類胰島中，降低TCF7L2的表達(dá)可以減少葡萄糖刺激的胰島素分泌水平，胰島素分子和胰十二指腸同源盒1的表達(dá)[13]。分泌型卷曲相關(guān)蛋白是一類結(jié)構(gòu)與卷曲蛋白受體極為相似的蛋白，通過競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合作用抑制Wnt通路的活動(dòng)。2型糖尿病患者的胰島中可出現(xiàn)分泌型卷曲相關(guān)蛋白4的高表達(dá)，在白細(xì)胞介素1β的刺激下從胰島釋放，可以通過減少胰島Ca2+通道蛋白的表達(dá)，抑制胰島素的胞吐作用而造成糖耐量受損[14]。Dickkopf家族是Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)通路的胞外抑制劑。Dickkopf相關(guān)蛋白2缺陷小鼠可以出現(xiàn)肝糖原的聚集增加及肝臟葡萄糖輸出減少，并可導(dǎo)致腸道Wnt信號(hào)通路的活化及GLP-1的產(chǎn)生增加[15]。R-spondin 1(RSPO1)是經(jīng)典Wnt通路的調(diào)節(jié)因子，可以激活Wnt信號(hào)通路的表達(dá)。RSPO1 可以增加小鼠胰島β細(xì)胞中β聯(lián)蛋白和c-myc的表達(dá)，促進(jìn)小鼠胰島素瘤細(xì)胞(MIN6)和小鼠β細(xì)胞的增殖。在RSPO1的作用下，可以有效地降低白細(xì)胞介素1β、腫瘤壞死因子α等炎性因子觸發(fā)的β細(xì)胞凋亡。同時(shí)，RSPO1還可以增加葡萄糖刺激性胰島素釋放[16]。也有學(xué)者認(rèn)為，Wnt通路對(duì)胰島素分泌的調(diào)節(jié)作用與過氧化物酶體增殖物激活受體γ信號(hào)通路的相互作用有關(guān)。另外，除了Wnt通路對(duì)于胰島β細(xì)胞本身的作用外，其調(diào)節(jié)作用可能與GLP-1也相關(guān)。

42型糖尿病患者中Wnt配體蛋白的可能來源及其作用

Wnt配體蛋白與受體的結(jié)合是Wnt通路活化的起始。在人體的β細(xì)胞中，有包括Wnt 2b、3、4、5a、7b、10a及14等在內(nèi)的多種Wnt配體蛋白的表達(dá)。在正常人的胰島中，Wnt通路信號(hào)分子包括TCF7L2、Wnt2b、β聯(lián)蛋白、GSK3β、TCF3、周期蛋白 D1和c-myc的表達(dá)量均比較低，而在2型糖尿患者的胰島中，這些信號(hào)分子的表達(dá)水平均會(huì)明顯升高[17]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Wnt4在胰島中存在豐富的表達(dá)，其表達(dá)的增加可以抑制胰島和MIN6細(xì)胞中Wnt經(jīng)典信號(hào)通路的活性[18]。而Wnt配體蛋白Wnt3a可以通過細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白周期蛋白D1，周期蛋白D2和細(xì)胞周期素依賴激酶4刺激MIN6細(xì)胞和小鼠原代β細(xì)胞的增殖[19]。Wnt3a對(duì)β細(xì)胞增殖的調(diào)控作用可能與胰島素受體底物2/磷脂酰肌醇3-激酶信號(hào)通路也有一定的相關(guān)性[20]。基因研究發(fā)現(xiàn)，Wnt16的一個(gè)亞型Wnt16a保守區(qū)的一段移碼插入突變攜帶者中，其Wnt16a mRNA水平比非突變攜帶者升高3.2倍，同時(shí)伴隨TCF7L2 mRNA表達(dá)水平升高23倍[21]。

Wnt蛋白的一個(gè)來源是脂肪組織。來自于人脂肪細(xì)胞的條件培養(yǎng)基可以增加大鼠胰島素瘤細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)Wnt信號(hào)通路的活化，這可能與在人類和齲齒類動(dòng)物中觀察到的肥胖狀態(tài)下β細(xì)胞的增生有關(guān)。在前脂肪細(xì)胞中表達(dá)Wnt5b可以通過抑制Wnt信號(hào)通路而增加脂肪形成和脂肪細(xì)胞因子基因的表達(dá)[13]。Wnt信號(hào)通路參與了脂肪細(xì)胞的分化[22]，并且在脂肪細(xì)胞因子的作用下，可以對(duì)Wnt配體蛋白和受體蛋白進(jìn)行調(diào)控[23]，提示W(wǎng)nt信號(hào)通路在外周組織與胰島β細(xì)胞的對(duì)話及對(duì)全身代謝狀態(tài)的調(diào)控中起重要作用。

5結(jié)語(yǔ)

Wnt/β聯(lián)蛋白經(jīng)典信號(hào)通路在胰島β細(xì)胞的新生，增殖的調(diào)控及其功能方面發(fā)揮重要作用。在將來的進(jìn)一步研究中，一方面在臨床研究中探討該通路的相關(guān)調(diào)控分子在糖尿病發(fā)生、發(fā)展中的變化，另一方面在基礎(chǔ)研究中對(duì)于該通路與其他相關(guān)通路如β細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等通路的交互作用的研究以及針對(duì)該通路的干預(yù)靶位的開發(fā)可能對(duì)2型糖尿病新的治療方向起到一定的啟示作用。

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Progression of Research on Canonical Wnt/β-catenin Signaling Pathway on the Modulation of β Cell Function in Type 2 Diabetes

DAIZhe,XUYan-cheng.

(DepartmentofEndocrinology,ZhongnanHospitalofWuhanUniversity,Wuhan430071,China)

Abstract：Islet β cell dysfunction is the fundamental factor in the pathogenesis of type 2 diabetes.Multiple researches have implicated that the canonical Wnt/β-catenin signaling pathway may have significant effect on islet β cell neogenesis, proliferation and its function by direct or indirect interaction with glucagon-like peptide or inflammatory pathway. Also this pathway might possibly mediate the cross-talk between β cell and peripheral tissues. The in-depth research on canonical Wnt/β-catenin signaling pathway and its modulators′ effect on the function of islet β cells can provide new directions for type 2 diabetes therapy.

Key words:Type 2 diabetes; β cell; Canonical Wnt/β-catenin signaling pathway

收稿日期：2014-06-23修回日期：2014-11-11編輯：相丹峰

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目(81370872)；湖北省衛(wèi)生廳青年科技人才項(xiàng)目(QJX2010-20)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.038

中圖分類號(hào)：R587.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)10-1831-03