康海軍綜述，康剛勁審校

（西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院眼科，四川瀘州646000）

綜述

Wnt信號通路在晶狀體發(fā)育中的作用

康海軍綜述，康剛勁審校

（西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院眼科，四川瀘州646000）

Wnt信號通路；晶狀體上皮細胞；發(fā)育

在眼球的發(fā)育過程中，Wnt（wingless-type MMTV integration site family members）信號轉導通路起著重要作用，晶狀體上皮細胞的分化以及晶狀體的發(fā)育與Wnt信號轉導通路有著密切的關系[1]。在脊椎動物晶狀體的早期發(fā)育階段，經典Wnt信號轉導通路通過抑制視泡和表面外胚層的形成來調節(jié)晶狀體的發(fā)育[2-4]，隨后通過影響晶狀體上皮細胞和晶狀體纖維細胞分化調節(jié)晶狀體的發(fā)育[5-6]。非經典的Wnt信號轉導通路主要在晶狀體上皮細胞延長和晶狀體纖維細胞規(guī)律的排列中起重要作用[7-8]。本文結合目前該領域研究進展就Wnt信號轉導通路在晶狀體的發(fā)育分化中的作用進行詳細綜述。

1 Wnt信號通路

最初在果蠅胚胎發(fā)育的研究中發(fā)現了無翅基因（wingless，wg），wg基因突變將導致無翅。隨后在用小鼠乳頭瘤病毒（MMTV）誘導小鼠產生乳腺癌的過程中，發(fā)現MMTV常常固定整合于宿主染色體的特定位置，命名為整合基因（integration，int）。隨著研究的不斷深入，證明小鼠的int基因就是果蠅的wg基因，現已將相關的二類基因統(tǒng)一命名為wnt基因家族。wnt基因編碼的Wnt蛋白，可啟動細胞內信號轉導途徑，傳遞生長刺激信號，參與不同的發(fā)育機制，如細胞分化、移行，以及決定細胞命運的增殖等，因其啟動蛋白為Wnt蛋白，故命名為Wnt信號轉導通路。目前對Wnt信號轉導通路研究較為清楚的有3條途徑：根據LRP5/6是否參與信號轉導分為經典Wnt/β-catenin信號通路（canonical pathway）和非經典途徑，Wnt/細胞極化通路（the planar cell polarity pathway，Wnt/PCP）以及Wnt/Ca2+通路。

2 Wnt信號轉導通路對晶狀體發(fā)育的調控

一個世紀以來，通過對晶狀體發(fā)育的研究，讓研究者能夠從基因、生化水平研究胚胎誘導、細胞調控、信號轉導等過程來研究眼發(fā)育進程與發(fā)育機制。晶狀體的形成是一系列信號因子對預定晶狀體外胚層細胞連續(xù)誘導和作用的結果。Wnt信號轉導通路和FGF信號轉導通路、BMP/TGF-β信號轉導通路一樣在晶狀體和視網膜發(fā)育中起著關鍵作用[9]。

2.1 Wnt/β-catenin信號轉導通路

現已證實Wnt/β-catenin信號通路對胚胎發(fā)育和成體組織中細胞命運的調控起著關鍵作用[10]，當然包括晶狀體上皮和晶狀體纖維細胞的發(fā)育分化。當細胞分泌的Wnt蛋白與人卷曲/低密度脂蛋白受體相關蛋白6（frizzled/low-density lipoprotein receptor-related protein 6，FZD/LRP 6）受體結合后，可磷酸化散亂蛋白（dishevelled，Dsh），磷酸化的Dsh抑制β-catenin與Axin-APC-GSK-3β形成降解復合物，使βcatenin在細胞質內積累，并最終結合核蛋白Nup62、Nup153和RanBP2[11]，促進其核轉移然后移至細胞核內與TCF/LEF相結合并調控下游cyclinD1、c-myc等靶基因的轉錄和表達，從而調控細胞增殖和分化[12]。Carpenter AC等[13]通過小鼠的研究發(fā)現在表面外胚層的晶狀體基板表達12種Wnt配體,在晶狀體發(fā)育早期階段，Wnt/β-catenin信號通路抑制外胚層的發(fā)育調控晶狀體發(fā)育。抑制E9.5區(qū)的β-catenin會導致晶狀體的異位與晶狀體纖維細胞間的連接異常[2-3]。通過實驗去除整個晶狀體中的β-catenin則會導致晶狀體上皮細胞內鈣黏蛋白和Pax6表達的下調，同時使晶狀體上皮細胞的周期停止在G1-S期，但是已經分化的細胞并不會受到影響[14]。同時Pax6也會直接調控Wnt/β-catenin信號轉導通路中相關成分的表達，比如Bcl9l,Ccnd1,Dkk3,Lrp6和Wnt7a[15-16]；Pax6與Wnt/β-catenin也可以共同調控α1-laminin基因的表達來控制晶狀體細胞骨架的形成[17]。在晶狀體隨后的發(fā)育階段，如果沒有β-catenin的調控將引起晶狀體纖維細胞的不規(guī)則延長、β-晶狀體蛋白表達的下降以及細胞間不正常的連接[18]。Hayashi等[14]用RT-PCR技術在晶狀體發(fā)育的不同時間點收集虹膜組織，發(fā)現整個過程中Wnt 2b和Fz4表達上調,特別是第8、12d時在虹膜組織上調更為顯著。用含有FGF2和Wnt信號通路阻斷劑（DKK1、SFRP1）的培養(yǎng)基研究晶狀體的發(fā)育時，發(fā)現晶狀體發(fā)育速度顯著下降；但是用含有FGF2和Wnt信號通路蛋白（WNT3A）培養(yǎng)基則會出現截然不同的效果，甚至可以從虹膜腹側部觀察到大量的晶狀體在虹膜背部重建。這項研究結果顯示由FGF2觸發(fā)的Wnt/β-catenin信號轉導通路，對虹膜背部的晶狀體發(fā)育起著關鍵作用。同時由FGF2觸發(fā)的Wnt/β-catenin信號轉導通路也對晶狀體蛋白表達起著促進作用[19]。

2.2 Wnt/細胞極化通路

Wnt信號激活Rho或者Rac，這些GTP酶通過Rho-associated protein kinase（ROCK）調控細胞骨架變化或者通過Jun N-terminal kinase（JNK）調控基因的轉錄[20],稱為Wnt/細胞極化通路（the planar cell polarity pathway，Wnt/PCP）。晶狀體纖維的延長以及規(guī)則的排列需要Wnt/PCP的準確調控[7,21]，錯誤的晶狀體上皮細胞遷移運動可導致晶狀體形狀的異常和晶狀體縫的異常。研究發(fā)現在晶狀體中PCP相關蛋白不對稱地分布在頂端晶狀體纖維表面[21]：Fz6和Vangl2主要分布在晶狀體前面，Pk1在晶狀體后表面細胞和一些基質較少的細胞中占據優(yōu)勢，Dvl2和Dvl3則在每個細胞中都有分布。這種不均勻的分布提示Wnt/PCP信號轉導通路在晶狀體纖維規(guī)則排列起著重要作用。其中FGF通過上調Wnt/PCP信號通路相關蛋白Fz3、Fz6、Dvl2、Dvl3來調控晶狀體纖維的分化；在添加Sfrp1或IWP-2的FGF培養(yǎng)基中體外培養(yǎng)晶狀體纖維可以發(fā)現晶狀體纖維的延長被抑制、晶狀體絲蛋白和β-晶狀體蛋白的表達下降；同時Wnt/PCP信號通路相關蛋白表達也下降，Dvl2的激活被抑制[22]。用Van Gogh-like 2（Vangl2）和Celsr1基因突變（PCP核心基因）的小鼠會導致晶狀體不規(guī)則排列和晶狀體縫的形成[23]。在小鼠中過量表達的Sfrp2（Wnt/PCP調節(jié)蛋白）通過下調Wnt/PCP信號轉導通路中相關組成分子的表達/活化，打亂規(guī)則排列的晶狀體纖維[8,21]。Wnt/PCP信號通路激活Rho,Rac和Cdc42等GTP蛋白激酶后，這些激酶再調節(jié)細胞骨架變化來決定細胞的遷移運動，同時激活JNK以調控一系列轉錄因子的表達[24]。這些研究揭示Wnt/PCP信號轉導通路對晶狀體發(fā)育的重要作用主要表現在對晶狀體纖維規(guī)則排列和遷移的調控。

2.3 Wnt/Ca2+信號轉導通路

鈣離子是細胞內功能最為廣泛的第二信使之一，幾乎在所有的細胞生理過程中發(fā)揮作用。從細胞的分化到程序性凋亡、從興奮收縮耦聯到興奮釋放耦聯、從基因表達到突觸可塑性，鈣離子都在其中發(fā)揮著作用[25-26]，Wnt蛋白與受體結合后導致細胞內Ca2+濃度增加，從而激活CaM依賴性蛋白激酶II（CAMKII）和蛋白激酶C（PKC）來調控細胞的遷移以及分化[20,27]；在胚胎發(fā)育時期，細胞的遷移需要細胞骨架蛋白和整合蛋白的共同調節(jié)，Wnt/Ca2+信號通路通過調控這些蛋白的表達從而控制細胞的遷移。Wnt/Ca2+的激活需要Wnt4a、Wnt5a的參與[28-29]。Wnt5a在神經脊細胞高度表達，從而對晶狀體的早期發(fā)育起著調控作用。Wnt5a與Frizzled蛋白受體結合后，通過使磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2）水解而影響細胞內Ca2+水平。PIP2水解生成甘油二脂（DG）和肌醇1,4,5-三磷脂（IP3），其中DG可使PKC活化，IP3可作用于細胞內質網IP3受體，引起Ca2+從內質網中釋放。細胞內升高的Ca2+反過來激活PKC蛋白激酶Ⅱ[30-31]。PKC通過與細胞骨架蛋白的相互作用來調節(jié)細胞的粘附和遷移[32]。

2.4 三條信號轉導通路間的相互作用與關系

Wnt與Frizzled配體結合后，激活Wnt信號通路，其中Wnt/β-catenin信號通路調控細胞增殖和分化[12]，不需要LRP5/6參與的PCP信號通路直接參與對晶狀體纖維發(fā)育過程中的規(guī)則排列和遷移的調控。Dkkl與LRP6特異性結合能阻斷Wnt/β-catenin信號通路,但不能阻斷PCP信號[33],表明其功能也不依賴于Wnt/β-catenin信號通路，Wnt/β-catenin信號通路與Wnt/PCP在控制晶狀體的發(fā)育調節(jié)中起著不同作用，相互獨立；非經典Wnt/Ca2+信號通路能阻斷經典Wnt信號通路,它可以促使細胞內鈣的釋放并激活CamKII和PKC兩種激酶調節(jié)細胞的粘附和遷移[34]。只有三條信號通路在空間、時間上準確調控才能保證形成良好的視覺。

3 展望

在晶狀體的發(fā)育過程中，細胞的增殖和分化受到精確的調控，這個過程的調節(jié)受到基質成分及粘附蛋白的表達和信號轉導通路的影響。Wnt/β-catenin信號通路和非經典Wnt/ Ca2+信號通路主要通過調控晶狀體發(fā)育相關基因的表達來調控晶狀體的早期發(fā)育，Wnt/PCP信號轉導通路則對晶狀體纖維細胞發(fā)育過程中的規(guī)則排列和遷移的調控起著重要作用。Wnt信號通路對晶狀體每一步發(fā)育過程的精確調控是形成良好視覺質量的前提。盡管人們對此進行了大量的研究,但此通路中各種蛋白相互作用的分子機制仍未完全闡明。因此,進一步研究Wnt信號轉導通路之間的相互作用與關系，以及各基因及其表達蛋白的相互作用,對于從更深層次闡明晶狀體的發(fā)育有著重大意義，并有望成為研究晶狀體發(fā)育的新方向。

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（2016-04-05收稿）

R776.1

A

10.3969/j.issn.1000-2669.2016.06.023

康海軍（1988-），男，碩士生。E-mail:705094775@qq.com