Wnt/β-catenin信號通路與毛囊的生長

蘭雪梅，楊希川

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Wnt/β-catenin信號通路與毛囊的生長

蘭雪梅，楊希川

蘭雪梅

[摘要]Wnt信號通路是廣泛存在于多細(xì)胞真核生物中的一條高度保守的通路，它可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增生、分化，維持干細(xì)胞的活性，影響細(xì)胞的遷移及極性。近年來研究顯示，Wnt/β-catenin通路與毛囊的胚胎發(fā)生及生長密切相關(guān)。

[關(guān)鍵詞]Wnt/β-catenin信號通路；毛囊生長

[J Pract Dermatol, 2015, 8(3):205-207]

Wnt信號通路是一種復(fù)雜的蛋白網(wǎng)絡(luò)，在胚胎發(fā)育及腫瘤的發(fā)生中起著重要的作用。Wnt信號途徑可調(diào)控皮膚、毛發(fā)、及其他皮膚附屬器生長，其中對毛囊胚胎發(fā)生及生長的調(diào)控作用已經(jīng)廣受關(guān)注，且有證據(jù)證明Wnt/β-catenin信號途徑在毛囊間質(zhì)“第一信號”產(chǎn)生及調(diào)控毛囊生長周期中扮演著重要的角色[1]。本文對這一領(lǐng)域近年來的研究進展作一簡要綜述。

1　Wnt信號通路

Wnt信號通路至少包括4個分支：經(jīng)典途徑Wnt/β-catenin通路、非經(jīng)典途徑Wnt/polarity通路、Wnt/Ca2+通路及調(diào)節(jié)紡錘體定向和對稱細(xì)胞分裂的通路。目前研究中與毛囊生長密切相關(guān)的是經(jīng)典的Wnt/β-catenin通路。Wnt/polarity通路參與細(xì)胞極性的建立和細(xì)胞骨架的重排列，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的不對稱分布和上皮細(xì)胞的協(xié)同極化。Wnt/Ca2+調(diào)節(jié)細(xì)胞的運動和細(xì)胞的粘附性，但目前有研究認(rèn)為Wnt/Ca2+通路能抑制Wnt/β-catenin通路[2]。

Wnt蛋白是一種分泌型的糖蛋白，它與靶細(xì)胞膜上的卷曲蛋白（frizzled, Fz）受體家族成員及Wnt共受體低密度脂蛋白受體家族成員（LRP5/LRP6）相結(jié)合。Wnt信號通路在DKK家族成員、分泌型卷曲相關(guān)蛋白、Wnt抑制因子拮抗下，胞質(zhì)內(nèi)的β-catenin 與APC-Axin-GSK-3β（結(jié)直腺瘤性息肉蛋白-軸素-激活糖原合成激酶）結(jié)合，從而使β-catenin磷酸化而降解。Wnt信號途徑被激活后，F(xiàn)rizzled激活散亂蛋白（Dsh），Dsh進一步激活糖原合成激酶（GSK-3β）結(jié)合蛋白（GBP），GBP與APC-Axin-GSK-3β復(fù)合物相結(jié)合，并且GBP抑制復(fù)合物的磷酸化活性，致使不能降解β-catenin蛋白[2,3]。胞質(zhì)內(nèi)大量聚集的β-catenin進入細(xì)胞核內(nèi)與T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子（LEF/TCF）形成復(fù)合物，特異性結(jié)合靶基因轉(zhuǎn)錄啟動子，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄過程而影響細(xì)胞的生物學(xué)行為[4,5]。

Wnt蛋白可以分為Wnt1類蛋白和Wnt 5a類蛋白。Wnt1類蛋白參與Wnt/β-catenin通路，包括Wnt1、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt7a、Wnt8a、Wnt8b、Wnt10b等。Wnt5a類蛋白主要參與非經(jīng)典途徑，包括Wnt4、Wnt5a、Wnt11等[1]。目前的研究認(rèn)為Wnt信號途徑是毛囊形成所必需的信號途徑，但是哪種類型的Wnt蛋白參與了毛囊基板的形成尚不明確。DKK1（Dickkopf-1）是一種經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路細(xì)胞外抑制劑，DKK家族包括DKK1、2、3、4?，F(xiàn)目前廣泛應(yīng)用于Wnt信號途徑的研究中，它通過競爭性地結(jié)合Wnt蛋白共同受體LRP5/LRP6，從而抑制Wnt/β-catenin通路[2,6,7]。Cerberus(Cer)和FrzB通過與Wnt蛋白相結(jié)合，阻止了Wnt蛋白與Fz受體相結(jié)合，同樣阻斷經(jīng)典的Wnt/β-catenin通路[2]。

2　毛囊的形成

毛囊由上皮部分（毛干、內(nèi)毛根鞘、伴隨層、外毛根鞘、毛母質(zhì)）和間質(zhì)部分（真皮乳頭和結(jié)締組織鞘）組成。哺乳動物胚胎發(fā)育過程中，表皮與真皮一系列的相互作用導(dǎo)致了毛囊的初步形成。目前認(rèn)為誘導(dǎo)毛囊形成的“第一信號”來自于真皮。真皮發(fā)出“第一信號”后，表皮的基底細(xì)胞增厚，形成原始毛囊結(jié)構(gòu)-基板。隨后，基板發(fā)出信號，誘導(dǎo)間質(zhì)細(xì)胞在其下方聚集，形成真皮細(xì)胞凝聚體，真皮細(xì)胞凝聚體將進一步發(fā)育，形成毛囊的毛乳頭。真皮細(xì)胞凝聚體發(fā)出“第二信號”促使基板的上皮細(xì)胞不斷的向真皮分裂增生，形成毛囊的胚芽。沿著初始毛囊生長的長軸，形成兩個球部：上方的球部將發(fā)育成皮脂腺，而下方的球部則會發(fā)育成立毛肌附著處及假定的毛囊干細(xì)胞所在地——隆突。最后，上皮細(xì)胞增生分化為毛囊的不同結(jié)構(gòu)層。在毛囊形成過程中，“第一信號”觸發(fā)了表皮的基板形成，且來自于間質(zhì)的促進生長和抑制生長的信號相互作用，共同調(diào)節(jié)著基板的正常形成和發(fā)育[1,8]。

3　Wnt/β-catenin通路與毛囊的胚胎發(fā)生

雖然目前還不清楚真皮“第一信號”的組成，但確定有數(shù)條信號途徑參與誘導(dǎo)基板的形成。Eda-A1/Edar/Edaradd信號通路中，TNF家族成員Eda通過與Edar和NFκ相結(jié)合調(diào)節(jié)基板的初步形成，BMP信號通路負(fù)性調(diào)節(jié)基板的形成，Sonic Hedgehog(SHH)信號通路調(diào)節(jié)基板的增生及向下生長，而Wnt信號途徑對基板的形成與Edar的表達至關(guān)重要。目前研究認(rèn)為，Wnt/β-catenin信號通路、BMP信號通路、Eda-A1/Edar/Edaradd信號通路、Sonic Hedgehog(SHH)信號通路與毛囊的形成和生長有關(guān)[8]。其中Wnt/β-catenin信號通路對小鼠胚胎時期毛囊的形成至關(guān)重要。Maretto等在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，毛囊生長過程中小鼠表皮及真皮細(xì)胞凝聚體Wnt蛋白報告基因表達升高，當(dāng)毛囊表皮細(xì)胞向毛干分化時，可以檢測到毛干前體細(xì)胞Wnt蛋白報告基因表達降低。1999年對雛雞長毛區(qū)研究發(fā)現(xiàn)：基板形成2 d前可以檢測到細(xì)胞核內(nèi)β-catenin的集聚[9]。將小鼠表皮的β-catenin基因敲除后，導(dǎo)致小鼠的表皮不能形成基板，同時基板形成過程中的生物學(xué)標(biāo)志僅局灶性的表達[10]。在基板、真皮細(xì)胞凝聚體中發(fā)現(xiàn)陽性反應(yīng)Wnt報告基因TOPGAL、數(shù)個Wnt蛋白基因，再次證明Wnt途徑在毛囊形成過程中上皮與間質(zhì)交互作用中起著重要的作用[11]。 實驗發(fā)現(xiàn)Lef1是Wnt信號途徑所必需的因子，β-catenin- Lef1復(fù)合物在體內(nèi)能夠直接調(diào)控毛干角蛋白基因的表達，證明Wnt/β-catenin信號通路對毛干的分化起著重要的作用[12]。在小鼠的毛囊真皮內(nèi)發(fā)現(xiàn)了有Lef1表達，研究者認(rèn)為Lef1是小鼠觸須處毛囊而不是皮毛處毛囊形成過程所必需的因子，而此推測Wnt信號途徑激活某些類型毛囊真皮“第一信號”。由于Lef1是毛囊觸須部位毛囊生長以及早期小鼠皮毛部位毛囊生長所必需的，研究者推測毛囊的進一步生長需要Wnt途徑的激活[10]。

但有一些問題尚待進一步研究，即是否只有Wnt信號通路激發(fā)毛囊的形成或某些類型毛囊形成；目前沒有攜帶失去功能Wnt突變基因的有毛小鼠的報道；目前沒有Wnt信號途徑的下游效應(yīng)基因（如β-catenin、Lef1基因）獲得或失去功能突變后有毛小鼠的證據(jù)[13]。

為證明Wnt蛋白是毛囊形成生長所必需的這一假說，Thomas Andl等構(gòu)建了DKK1轉(zhuǎn)基因小鼠模型，轉(zhuǎn)基因小鼠表皮基底層細(xì)胞分泌的DKK1不但可以阻斷其鄰近真皮的Wnt信號，同時可以阻斷表皮的Wnt信號。他們發(fā)現(xiàn)小鼠皮膚高表達DKK1，且DKK1阻斷了所有類型毛囊、觸須、牙齒、乳腺的生長，由此認(rèn)為Wnt蛋白是毛囊生長、牙齒及乳腺的形成所必需，真皮“第一信號”的獲得對表皮基板正常的形成起著決定性的作用，而DKK1抑制Wnt途徑阻斷了毛發(fā)的生長，證明了Wnt信號途徑是真皮“第一信號”所必需的[15]。在敲除皮膚中的APC基因（Wnt/β-catenin信號途徑細(xì)胞內(nèi)抑制基因）后發(fā)現(xiàn)胚胎毛囊及異常的毛囊數(shù)目增加，但不影響毛囊間上皮的生長和分層[14]。

4　Wnt/β-catenin途徑與毛發(fā)生長

毛發(fā)生長周期分為3個階段：生長期、退行期、休止期。與胚胎時期毛囊發(fā)生機制相同，毛囊的細(xì)胞進一步增生、分化也需要毛囊間質(zhì)成分與表皮成分相互作用，目前研究表明Wnt/β-catenin途徑參與調(diào)節(jié)毛發(fā)的生長。在毛囊生長早期，在真皮毛乳頭附近可檢測到Wnt10b蛋白的表達，在毛囊的隆突部位發(fā)現(xiàn)Wnt10b基因表達增加。目前有研究認(rèn)為Wnt10b對毛囊生長周期起著重要的調(diào)控作用。Wnt10b主要表達于生長期的毛囊，而不表達于退行期和休止期的毛囊[11]。Li等[15]為了證明Wnt10b蛋白的作用，利用siRNA(ADSim10b)皮內(nèi)注射，觀察到在注射siRNA的部位其毛囊的生長期延后，且siRNA通過抑制β-catenin蛋白從而達到阻斷毛囊的再生。研究者還發(fā)現(xiàn)即使在Wnt10b過度表達時，Wnt10b可抑制下游β-catenin蛋白的激活。因而推測Wnt10b通過Wnt/β-catenin信號通路使休止期的毛囊進入生長期；其他的Wnt蛋白有可能調(diào)控毛囊從休止期進入生長期；非經(jīng)典的Wnt途徑有可能也參與這一調(diào)控過程。Huelsken等[8]利用Cre/loxP技術(shù)誘導(dǎo)突變型β-catenin基因形成，使攜帶該突變小鼠不能表達β-catenin蛋白。在小鼠胚胎時期，β-catenin基因突變使毛囊基板不能形成。在毛囊結(jié)構(gòu)形成之后，突變β-catenin基因使毛囊不能進入毛發(fā)生長周期，從而抑制了毛發(fā)的生長。當(dāng)缺乏β-catenin蛋白表達時，毛囊干細(xì)胞不能分化成毛囊角蛋白細(xì)胞，證明了Wnt/β-catenin途徑中β-catenin蛋白調(diào)控毛囊基板的形成、毛發(fā)生長周期、毛囊干細(xì)胞的分化。

真皮中毛囊周圍的宏觀環(huán)境在調(diào)控毛囊的再生中起著重要的作用，而這一作用是由Wnt/β-catenin信號通路的整合作用而實現(xiàn)。在毛發(fā)生長周期中，Wnt/BMP信號通路調(diào)節(jié)毛囊干細(xì)胞的生物學(xué)行為。來自于皮下脂肪組織的BMP信號通路使毛囊處于休止期前期，并且抑制休止期前期的毛囊對Wnt信號途徑發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)BMP途徑關(guān)閉時，毛囊進入休止期后期，這個時期的毛囊能夠接受Wnt信號途徑的刺激進入生長期。毛囊周期性更替過程中，抑制（DKK1、Sfrp4）和促進因素的比率對毛囊的生長至關(guān)重要。體外環(huán)境因素（溫度、晝長等）可以控制體內(nèi)調(diào)節(jié)因素（DKK1、Sfrp4）的表達[16]。故認(rèn)為Wnt信號途徑作為一個整合器處理體外信號，進而調(diào)控毛囊生長[17]。

Wnt基因作為進化過程中高度保守的家族，它參與調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞增生、分化、極化、凋亡、抗凋亡、體軸與胚胎的形成、器官的發(fā)育、干細(xì)胞的分化。同時Wnt信號途徑也與毛囊的生長密切相關(guān)，是近幾年來毛囊研究的熱點之一。Wnt信號通路在調(diào)節(jié)毛囊的數(shù)量、大小、生長、再生中起著重要的作用，在這一信號通路中可以通過分泌Wnt蛋白、Wnt蛋白與其受體相結(jié)合、β-catenin蛋白聚集與轉(zhuǎn)位、Wnt蛋白的種類、Wnt蛋白抑制劑等各個環(huán)節(jié)來調(diào)控毛囊生長。Wnt信號途徑調(diào)控毛囊生長機制將是今后研究的焦點。

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（本文編輯 敖俊紅）

作者單位：400038 重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院皮膚科（蘭雪梅，楊希川）

Wnt/β-catenin signaling pathways and hair follicle morphogenesis

LAN Xue-mei，YANG Xi-chuan
Department of Dermatovenerology, Southwest Hospital, the Military Medical University, Chongqing 400038, China

[Abstract]Wnt signaling pathway, a high conserved pathway, is widely presented in multicellular eukaryotes, which regulates cell proliferation, differentiation, maintains stem cell activity, as well as influences cell migration and polarity. In recent years, studies suggest that Wnt/β-catenin pathway and hair follicle morphogenesis are closely related.

[Key words]Wnt/β-catenin signaling pathways；Hair follicle morphogenesis

收稿日期（2014-06-29 修回日期 2014-08-03）

通訊作者：楊希川，E-mail: doctoryxc@qq.com

作者簡介：蘭雪梅，在讀碩士研究生，研究方向：皮膚病理及毛發(fā)相關(guān)疾病，E-mail: 839070414@qq.com

DOI：10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20150314

[文章編號]1674-1293(2015)03-0205-03

[文獻標(biāo)識碼]A

[中圖分類號]R322.995