子宮內(nèi)膜異位癥干細胞與Wnt/β-catenin信號通路

劉君，趙志梅，夏天，么秀潔

子宮內(nèi)膜異位癥（endometriosis，EMs）是指具有活性的子宮內(nèi)膜組織（腺體和間質(zhì)）出現(xiàn)在子宮體以外的部位而引起相關臨床癥狀的一類疾病。EMs是育齡期婦女最常見的婦科疾病之一，發(fā)病率高達10%～15%。有研究表明30%～50%的EMs患者可伴有不孕[1]。關于EMs的病因較經(jīng)典的有經(jīng)血逆流學說、體腔上皮化生學說、免疫學說及苗勒管殘跡學說等，但至今尚不明確，已成為困擾臨床醫(yī)生和科研工作者的一大難題。隨著對子宮內(nèi)膜干細胞研究的不斷深入，越來越多的研究證明子宮內(nèi)膜內(nèi)存在干細胞，并且這些干細胞影響著子宮內(nèi)膜的周期性修復和再生[2]。同時在子宮內(nèi)膜癌中β-連環(huán)蛋白（β-catenin）聚集明顯高于正常子宮內(nèi)膜，表明β-catenin在子宮內(nèi)膜癌發(fā)生過程中可能起一定作用[3]，而子宮內(nèi)膜癌同EMs一樣受子宮內(nèi)膜干細胞的調(diào)節(jié)。因此，子宮內(nèi)膜干細胞學說及Wnt/β-catenin信號通路對子宮內(nèi)膜干細胞調(diào)節(jié)具體機制的探索將為EMs發(fā)病機制的闡明和治療靶點的選擇提供新的視角及研究思路。綜述EMs與Wnt/β-catenin信號通路的研究進展。

1 子宮內(nèi)膜干細胞

干細胞是指一類存在于成體組織和器官中的具有自我更新、無限增殖和多向分化潛能的未分化細胞群。因其來源和分化潛能的不同可分為胚胎干細胞 （embryonic stem cell，ESC）、誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cell，iPS） 和成體干細胞（adult stem cell，ASC）。目前，國內(nèi)外研究最多的是ASC，其數(shù)量極少，存在于組織特定部位“壁龕”微環(huán)境，即存在于器官或組織中的可以維持干細胞的自我更新及避免分化的微環(huán)境，包括壁龕細胞、細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）和來源于壁龕細胞的可溶性因子[4]，并受其調(diào)控。在正常情況下ASC多處于休眠狀態(tài)，但在病理狀態(tài)下或某些外因的誘導下其將表現(xiàn)出不同程度的再生和更新能力，并在組織細胞的修復、再生及一些疾病如腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起到重要甚至關鍵性的作用[5]。近年有研究指出人類子宮內(nèi)膜之所以具有高度增殖的能力可能是依賴于子宮內(nèi)膜“壁龕”微環(huán)境中的干細胞[2]。

1.1 子宮內(nèi)膜干細胞的存在依據(jù) 1978年Prianishnikov[6]首先提出子宮內(nèi)膜干細胞的概念，認為其介導子宮內(nèi)膜功能層的增生修復，并在此基礎上進行了大量實驗研究，結果顯示：子宮內(nèi)膜干細胞位于基底層，且以上皮和基質(zhì)兩種類型存在。Chan等[7]對子宮切除術后取得的子宮內(nèi)膜標本進行克隆形成能力實驗，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)和上皮細胞均可形成大小集落，提示這些基質(zhì)和上皮細胞來源于子宮內(nèi)膜干細胞并證實了干細胞的存在，此后于2006年利用滯留標記法成功分離、鑒定出子宮內(nèi)膜干細胞，認為其可能位于基底層[8]。Caroline等[9]選取正常婦女子宮切除術后子宮內(nèi)膜組織進行體外培養(yǎng)，結果顯示子宮內(nèi)膜上皮細胞和間質(zhì)細胞中存在干細胞，可能是子宮內(nèi)膜強大再生能力的來源，推測子宮內(nèi)膜干細胞可能在子宮內(nèi)膜相關性疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關鍵性作用。Kato[10]通過流式熒光染料Hoechst 33342于子宮內(nèi)膜中分離出側群（side population，SP）細胞，其具有分化為內(nèi)膜細胞的潛能，并被證實可以長期增殖、分化為成熟的子宮內(nèi)膜上皮、基質(zhì)和內(nèi)皮細胞，即具有干細胞的特性。為了更加準確地分離出子宮內(nèi)膜干細胞，致力于子宮內(nèi)膜干細胞特異性標記物的研究不斷推進，目前多數(shù)學者依據(jù)神經(jīng)、造血或其他系統(tǒng)干細胞標記物來標記、研究子宮內(nèi)膜干細胞，均印證了子宮內(nèi)膜干細胞的存在，但子宮內(nèi)膜干細胞的特異性標記物仍在探索中[11]。

1.2 子宮內(nèi)膜干細胞的來源 目前多數(shù)學者認為子宮內(nèi)膜干細胞來源于胚胎殘留和骨髓。Snyder等[12]認為在成人子宮內(nèi)膜細胞中可能存在少量殘留的胎兒時期的上皮細胞和間充質(zhì)干細胞，作為月經(jīng)周期子宮內(nèi)膜組織更新再生的來源。子宮內(nèi)膜干細胞還有可能來自循環(huán)中的骨髓干細胞。Du等[13]證實骨髓來源的干細胞可遷移到在位和異位內(nèi)膜組織中，其中小部分可分化為間質(zhì)細胞和腺上皮細胞。據(jù)此推斷胚胎及骨髓來源的干細胞可定向遷移、分化，對在位和異位子宮內(nèi)膜的周期性修復和增生均發(fā)揮作用。Ikoma等[14]在接受男性骨髓移植的婦女子宮中均能檢測到供體來源的子宮內(nèi)膜細胞，表明骨髓干細胞可能是子宮內(nèi)膜干細胞的潛在來源。

2 Wnt信號通路

Wnt最初是在果蠅和小鼠中發(fā)現(xiàn)的一種富含半胱氨酸的糖蛋白，由350～400個氨基酸組成，其中23～24個半胱氨酸構成其保守區(qū)。Wnt蛋白通過自分泌和旁分泌的形式存在，并通過一系列的效應因子和（或）其他信號通路，如腫瘤生長因子β/骨形態(tài)發(fā)生蛋白（TGF-β/BMP）信號通路、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（PI3K/AKT/mTOR）信號通路和Hedgehog信號通路等相互作用，直接或間接影響這些通路下游基因的表達和調(diào)節(jié)。由此，Wnt信號通路在多種生物學過程中發(fā)揮調(diào)控作用，其中包括胚胎的生長和形態(tài)發(fā)育、組織的穩(wěn)定、能量代謝的平衡及干細胞的特性維持。Wnt信號通路的激活、失調(diào)與多種疾病密切相關，通過促進疾病相關生長因子的過度表達促使疾病的發(fā)生，并且在胚胎干細胞、腫瘤干細胞等多種干細胞功能的維持中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

2.1 經(jīng)典Wnt信號通路的組成及作用機制 Wnt

信號通路按其介導蛋白的差異可分為：①經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路，此通路通過穩(wěn)定核內(nèi)βcatenin，激活下游靶基因。②由轉(zhuǎn)錄因子c-Jun介導的細胞極性信號通路，此通路涉及RhoA蛋白和c-Jun氨基末端激酶（JNK）。③Wnt/Ca2+信號通路，此通路由Wnt5α和Wnt11激活，引起細胞內(nèi)Ca2+增加并激活Ca2+敏感信號[15]。以上3條信號通路目前研究最清楚的是經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路，有研究發(fā)現(xiàn)β-catenin的質(zhì)/核聚集與子宮內(nèi)膜癌發(fā)生有關[3]，而EMs與子宮內(nèi)膜癌同為子宮內(nèi)膜干細胞疾病，由此表明Wnt/β-catenin對子宮內(nèi)膜干細胞發(fā)揮一定的調(diào)節(jié)作用。

經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路的主要成員包括：Wnt分泌蛋白、跨膜受體卷曲蛋白（Frz）、低密度脂蛋白受體依賴性蛋白5/6（LRP5/6）、上皮鈣黏蛋白（E-cadherin）、散亂蛋白（Dsh）、β-catenin、結直腸腺瘤息肉蛋白（APC）、軸蛋白（Axin）、糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）、酪蛋白激酶1（CK1）、T 細胞因子/淋巴增強因子（TCF/LEF）等。該通路對細胞行為的調(diào)控主要是通過調(diào)節(jié)TCF/LEF家族的DNA結合蛋白的轉(zhuǎn)錄來實現(xiàn)的。Wnt蛋白與其在細胞膜表面的受體Frz家族跨膜蛋白結合后，其配體參與下游通路的轉(zhuǎn)導[16]。

Wnt信號通路具有高度保守性，β-catenin在Wnt信號通路開放的過程中發(fā)揮重要作用，在正常的成熟細胞中β-catenin以3種方式存在，大多數(shù)β-catenin與由細胞膜向細胞內(nèi)伸出的E-cadherin結合，少部分游離β-catenin存在于細胞內(nèi)，剩余βcatenin與APC、GSK-3β、Axin等組成多聚蛋白降解復合體泛素化后被降解。足量、結構穩(wěn)定且具有可溶性的β-catenin是調(diào)節(jié)Wnt信號通路的開關。通過檢測細胞內(nèi)β-catenin的表達水平可以判斷Wnt/βcatenin信號通路的激活情況[17]。在沉默的Wnt/βcatenin信號通路中，β-catenin直接被其參與構成的多聚蛋白降解復合體降解，其余細胞內(nèi)游離的βcatenin水平極低，不足以進入細胞核內(nèi)啟動相應基因的表達[18]。其中GSK-3β是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，起到破壞多聚蛋白降解復合體的關鍵作用[19]。

Wnt/β-catenin信號通路激活過程可概括為：Wnt蛋白→Frz或LRP5/6→Dsh→β-catenin復合體降解→胞內(nèi)β-catenin累積，進入細胞核→TCF/LEF→下游靶基因[20-21]，包括發(fā)育調(diào)控基因、細胞增殖調(diào)控基因、腫瘤發(fā)生相關基因，如原癌基因（C-myc）、細胞周期蛋白（Cyclin）和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）等的基因轉(zhuǎn)錄，而 C-myc、Cyclin、MMP 在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用[22]。

2.2 Wnt/β-catenin信號通路與子宮內(nèi)膜干細胞已有的研究證實經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路與多種婦科腫瘤的發(fā)生發(fā)展及預后轉(zhuǎn)歸關系密切[23]，該通路的異常表達可導致婦科腫瘤干細胞的無限增殖及生長，從而促使腫瘤發(fā)生。β-catenin在乳腺癌[24]、卵巢癌[25]、子宮內(nèi)膜癌[26]及宮頸癌[27]等激素依賴性疾病中異常表達，開啟了Wnt/β-catenin信號通路，使其在上述疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。另有研究表明，與正常對照組相比，子宮內(nèi)膜癌組中βcatenin聚集增高明顯[28]，說明Wnt/β-catenin信號通路在子宮內(nèi)膜癌發(fā)生過程中起到一定的作用，而這種作用的發(fā)揮主要是通過Wnt/β-catenin信號通路影響干細胞的細胞周期實現(xiàn)的。

隨著有關子宮內(nèi)膜干細胞研究的不斷深入，EMs的干細胞起源學說不斷完善，越來越多的學者認為EMs的形成與演變是子宮內(nèi)、外干細胞共同參與的結果[29]。此學說也被形象地比喻為“種子”與“土壤”學說：來源于子宮內(nèi)膜碎片的干細胞、胚胎殘留干細胞、骨髓干細胞異常脫落進而逆流進入盆腔成為“種子”[30]，而不同的局部微環(huán)境是“土壤”，當“種子”與“土壤”同時具備的情況下EMs便會發(fā)生，并因“土壤”的不同而發(fā)生不同類型的EMs，由此經(jīng)典的經(jīng)血逆流學說、體腔上皮化生學說、免疫學說及苗勒管殘跡學說等多種病因?qū)W說得以解釋，即進入盆腔的子宮內(nèi)膜干細胞在干細胞調(diào)節(jié)通路的誘導刺激下在盆腔特定部位進入增殖、分化程序并最終發(fā)展為EMs病灶。是否可以由此入手研究Wnt/β-catenin信號通路通過對子宮內(nèi)膜干細胞即“種子”的調(diào)節(jié)參與EMs形成過程中的細胞侵襲、黏附及新生血管的生成等環(huán)節(jié)，有待進一步研究證實。

3 展望

目前子宮內(nèi)膜干細胞研究在不斷的推進，EMs干細胞學說已逐漸被認可，同時對于Wnt/β-catenin信號通路的各組成成分及其作用機制己逐漸明了[31]。Wnt信號通路可調(diào)節(jié)多種干細胞的增殖與分化，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用，EMs因其具有侵襲、轉(zhuǎn)移、復發(fā)的惡性生物學行為，故又稱之為類腫瘤疾病或良性癌，且子宮內(nèi)膜中存在干細胞，由此認為EMs的發(fā)生可能與Wnt信號通路的異常活化有關。建議今后應在子宮內(nèi)膜干細胞及可調(diào)節(jié)其干細胞增殖分化的Wnt/β-catenin信號通路方面進行相關研究，尋找Wnt/β-catenin信號通路對EMs干細胞調(diào)節(jié)的靶點并開發(fā)可阻斷這些靶點的基因藥物，以探索出有效治療EMs的新途徑。

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