經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路在神經(jīng)干細(xì)胞增殖和分化中的作用*

朱將虎 綜述，母得志 審校

(四川大學(xué)華西第二醫(yī)院兒科，成都 610000)

經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路在神經(jīng)干細(xì)胞增殖和分化中的作用*

朱將虎 綜述，母得志△審校

(四川大學(xué)華西第二醫(yī)院兒科，成都 610000)

經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路；神經(jīng)干細(xì)胞；增殖；分化

Wnt信號通路是調(diào)控細(xì)胞增殖、分化的關(guān)鍵途徑，在胚胎發(fā)育中起重要作用。這一通路最早發(fā)現(xiàn)在于果蠅，為無翅基因(wingless)[1]。后來，在小鼠乳腺腫瘤中發(fā)現(xiàn)int-1蛋白[2]，可在細(xì)胞間傳遞增殖和分化信號，并在小鼠胚胎發(fā)育中也有重要作用，為果蠅無翅基因的同源物[3]，所以兩者統(tǒng)一稱為Wnt基因家族。

Wnt信號通路是一條在進(jìn)化上保守，且相當(dāng)復(fù)雜的通路，在細(xì)胞增生、細(xì)胞分化、細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞黏附、細(xì)胞運動和機(jī)體發(fā)育等過程中起著重要調(diào)節(jié)作用[4-7]。特別對外周及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、分化及可塑性等起重要影響。另外，許多疾病與Wnt信號通路的異常也密切相關(guān)，深入研究Wnt信號通路，有助于理解相關(guān)疾病情況，并有望通過調(diào)節(jié)此通路來輔助診斷或治療。

Reynolds等[8]從成年鼠腦分離出神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells,NSCs)，突破了成年哺乳動物神經(jīng)元不能再生的觀念。NSCs是神經(jīng)系統(tǒng)具有自我更新能力、能產(chǎn)生各種神經(jīng)細(xì)胞(如神經(jīng)元和各種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞)的多能干細(xì)胞，對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)育起重要作用。近年研究還發(fā)現(xiàn)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病、遺傳性神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如亨廷頓舞蹈病)和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(如阿爾茨海默病、帕金森病)等治療中，NSCs已展現(xiàn)良好的潛力[9-12]。NSCs的增殖和分化受到復(fù)雜的調(diào)控系統(tǒng)調(diào)控，包括自身基因和外來信號的互相作用。盡管這方面的機(jī)制尚未完全研究清楚，但是目前已證實Wnt信號通路對其調(diào)控有重要作用。

1 Wnt信號通路

1.1 基本結(jié)構(gòu) Wnt信號通路至少有4條：(1)canonical Wnt/β-catenin pathway(經(jīng)典Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路)；(2)Wnt/polarity pathway or planar cell polarity pathway (平面細(xì)胞極性通路)；(3)Wnt/Ca2+pathway(Wnt/鈣離子信號通路)；(4)調(diào)節(jié)紡錘體定向和不對稱細(xì)胞分裂的通路。而在NSCs的分化和增殖中主要涉及經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路。

目前認(rèn)為經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路主要由以下幾種成分構(gòu)成：Wnt配體，是一類分泌型且富含半胱氨酸的糖蛋白家族，即Wnt分泌蛋白家族，如Wnt1、Wnt3a、Wnt7a等；Wnt受體，即卷曲跨膜受體蛋白(Frizzled,Fz)及低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(low-density lipoprotein receptor-related protein,LRP)；松散蛋白(dishevelled,Dvl/Dsh)，在胞內(nèi)起傳遞Wnt信號的作用；酪氨酸激酶Ⅰα(casein kinase Ⅰα,CKⅠα)，糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)，結(jié)腸腺瘤性息肉病基因蛋白(adenomatous polyposis coli，APC)，軸素(Axin)，可形成激酶復(fù)合物；β-catenin是Wnt信號向核內(nèi)傳遞的關(guān)鍵分子，無Wnt信號時，被形成的激酶復(fù)合物通過磷酸化而降解，這樣細(xì)胞中游離的β-catenin就維持在低水平；TCF/ LEF(T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子)為轉(zhuǎn)錄因子(圖1)。

1.2 經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路的激活 近年來研究顯示，經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路通過激活核內(nèi)靶基因的表達(dá)調(diào)控干細(xì)胞系統(tǒng)，包括皮膚、造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等[13-14]。自分泌或旁分泌的Wnt蛋白與Fz蛋白結(jié)合，促使其與LRP5/6相結(jié)合，通過激活Dvl蛋白，將信號傳至細(xì)胞內(nèi)，拮抗了由CKⅠα、GSK-3β、APC、Axin組成的激酶復(fù)合物活性；β-catenin不被降解，并在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)大量蓄積，繼而進(jìn)入胞核，在核內(nèi)與TCF/LEF家族的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活Wnt信號的相關(guān)靶基因轉(zhuǎn)錄(圖2)。這一經(jīng)典信號通路在NSCs增殖和分化中起重要作用。

2 經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路與NSCs增殖

經(jīng)典Wnt/β-catenin信號能調(diào)控NSCs增殖。Piccin等[15]研究表明，隨著年齡的增長，NSCs細(xì)胞池中干細(xì)胞數(shù)并未變化，但其增殖能力減弱，而幼年小鼠干細(xì)胞微環(huán)境可以逆轉(zhuǎn)其在老年小鼠中的增殖能力，深入研究其原因，發(fā)現(xiàn)經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路在老年小鼠干細(xì)胞微環(huán)境中的表達(dá)缺失是其NSCs增殖能力減弱的原因。Pei等[16]發(fā)現(xiàn)，NSCs體外培養(yǎng)體系中，激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路可刺激其細(xì)胞增殖；同樣，體內(nèi)研究也證實，上調(diào)β-catenin的表達(dá)可促使小腦內(nèi)NSCs增殖，但不會因此無限擴(kuò)增，從而維持了小腦正常的結(jié)構(gòu)和功能。Shin等[17]抑制體外培養(yǎng)NSCs的β-catenin和TCF功能，發(fā)現(xiàn)可削弱其增殖能力；而在體內(nèi)，抑制NSCs的β-catenin和TCF功能，則廣泛損害了胚胎小鼠大腦皮質(zhì)的神經(jīng)發(fā)生，提示經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路在神經(jīng)系統(tǒng)胚胎發(fā)育初期的重要作用。還有多個研究顯示，低氧可激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路，從而使NSCs的增殖能力顯著提高，但并不影響其細(xì)胞活力及干細(xì)胞特性；若抑制經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路，則拮抗了低氧誘導(dǎo)NSCs增殖能力的提高[18-19]。另外，NSCs在損傷性疾病中，已展示了良好的治療潛力，但是其增殖能力有限，實際應(yīng)用也受到很大的限制。Yang等[20]通過上調(diào)NSCs中Wnt3a的表達(dá)，顯著提高其增殖能力，為其應(yīng)用提供可能。

圖2 經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路激活示意圖

3 經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路與NSCs分化

大腦不同區(qū)域的發(fā)育依賴于NSCs在特定區(qū)域的定位和區(qū)域特異性的細(xì)胞增殖和分化的調(diào)節(jié)。Azim等[21]通過提高/降低經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路活性，發(fā)現(xiàn)可促進(jìn)/抑制背側(cè)腦室下區(qū)的NSCs向谷氨酸能神經(jīng)元祖細(xì)胞分化；相反，提高/降低經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路則抑制/促進(jìn)了背側(cè)腦室下區(qū)的NSCs向氨基丁酸能神經(jīng)元祖細(xì)胞分化。另外，激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路可顯著刺激背側(cè)腦室下區(qū)的NSCs向少突膠質(zhì)祖細(xì)胞分化，而抑制該通路活性，則不會抑制NSCs向少突膠質(zhì)祖細(xì)胞分化。Liu等[22]對銀杏內(nèi)酯誘導(dǎo)癌胚細(xì)胞向神經(jīng)元分化的機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，銀杏內(nèi)酯通過激活經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路誘導(dǎo)癌胚細(xì)胞向神經(jīng)元分化，并且有時間和劑量依賴性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，銀杏內(nèi)酯可使癌胚細(xì)胞無活性的磷酸化GSK-3β增多，胞內(nèi)β-catenin降解減少，從而核內(nèi)β-catenin積聚，導(dǎo)致經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路激活；同時，銀杏內(nèi)酯還可上調(diào)Wnt配體的表達(dá)分泌，進(jìn)一步促進(jìn)該信號通路的活化。其誘導(dǎo)癌胚細(xì)胞向神經(jīng)元分化的作用可被經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路的抑制劑XAV939完全抑制。因此認(rèn)為，經(jīng)典Wnt/β-catenin通路可影響神經(jīng)元的分化，在神經(jīng)相關(guān)疾病治療方面有潛在應(yīng)用價值。另外，Wnt7a對于NSCs的自我更新至關(guān)重要，缺乏Wnt7a可導(dǎo)致大鼠海馬內(nèi)NSCs數(shù)量顯著減少，并且還可影響其成熟分化，導(dǎo)致新生神經(jīng)元數(shù)目也減少；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Wnt7a通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和神經(jīng)元分化多方面的影響神經(jīng)發(fā)生[23]。Yang等[20]通過上調(diào)體外培養(yǎng)NSCs中Wnt3a的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)不僅可增強(qiáng)其增殖能力，還促進(jìn)了NSCs向神經(jīng)元分化，顯示了其在神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病的潛在治療價值。但是，Pei等[16]發(fā)現(xiàn)，β-catenin表達(dá)激活后，可促進(jìn)小腦中NSCs的增殖，同時卻抑制了其分化功能?？傊?，經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路決定NSCs分化方向與其所處的發(fā)育時期和周圍微環(huán)境有關(guān)。

4 前景與展望

經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路對NSCs的增殖、分化有著重要的影響，但是在NSCs增殖和分化之間，以及分化方向，究竟哪種起主導(dǎo)作用，目前尚未完全明確。如果能夠明確Wnt信號通路對NSCs增殖、分化的作用機(jī)制，人為控制NSCs增殖、分化的各種因素，并對其定向誘導(dǎo)，可為治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病帶來希望。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2016.34.034

國家自然科學(xué)基金資助項目(81330016)；四川科技廳公益民生項目(2014SZ0149)。 作者簡介：朱將虎(1982-)，主治醫(yī)生，在讀博士，主要從事新生兒疾病的研究。△

，E-mail:mudz@scu.edu.cn。

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1671-8348(2016)34-4858-03

2016-06-28

2016-08-16)