Wnt/β-catenin信號(hào)通路在調(diào)控骨量的作用*

李俊峰，郭慶山，傅捷輝 綜述，宗兆文△ 審校

(1.第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所創(chuàng)傷科/創(chuàng)傷燒傷與復(fù)合傷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400042；2.福建省泉州市洛江萬鴻醫(yī)院骨科 362011)

·綜 述·

Wnt/β-catenin信號(hào)通路在調(diào)控骨量的作用*

李俊峰1,2，郭慶山1，傅捷輝2綜述，宗兆文1△審校

(1.第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所創(chuàng)傷科/創(chuàng)傷燒傷與復(fù)合傷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400042；2.福建省泉州市洛江萬鴻醫(yī)院骨科 362011)

Wnt/β-catenin信號(hào)通路；骨量；成骨細(xì)胞；破骨細(xì)胞

成人的骨量由成骨細(xì)胞的骨形成和破骨細(xì)胞的骨吸收共同維持著。Wnt/β-catenin信號(hào)通路參與骨形成過程中成骨細(xì)胞的增殖、分化，并能影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的產(chǎn)生和功能，對(duì)骨量的調(diào)控非常關(guān)鍵。因此，Wnt/β-catenin信號(hào)通路已成為治療相關(guān)骨代謝疾病如骨質(zhì)疏松的熱點(diǎn)。本文從Wnt/β-catenin信號(hào)通路的結(jié)構(gòu)、調(diào)控骨量的作用機(jī)制和Wnt/β-catenin信號(hào)通路靶向藥物研究進(jìn)展等方面，綜述了Wnt/β-catenin在調(diào)控骨量的作用的研究進(jìn)展。

1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路簡介

Nusse等最早用小鼠乳頭狀瘤病毒誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生乳腺癌的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了int-1基因。 1976年，人們發(fā)現(xiàn)了Wingless基因可導(dǎo)致果蠅無翅，而2種基因同源，因此該基因被重新命名為Wnt。Wnt蛋白是高度保守的分泌性糖蛋白，目前發(fā)現(xiàn)有19種，可通過旁分泌或者自分泌發(fā)揮作用，相對(duì)分子質(zhì)量為3 900～4 600。經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路中，Wnt蛋白與卷曲蛋白的氨基端和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(lipoprotein receptor related protein 5/6，LRP5/6)結(jié)合，可阻斷由細(xì)胞支架蛋白、糖原合成激酶3β、腺瘤樣結(jié)腸息肉病基因編碼的蛋白組成的降解復(fù)合體對(duì)β連環(huán)蛋白(β-catenin)的降解。β-catenin積累于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，隨后入核激活T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)子因子，調(diào)控下游靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，發(fā)生生物學(xué)效應(yīng)，如促進(jìn)細(xì)胞增殖及活化。Wnt/β-catenin信號(hào)通路在許多哺乳動(dòng)物的間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal Stem Cells,MSCs)和成骨細(xì)胞均有表達(dá)。成骨細(xì)胞是骨細(xì)胞的前體細(xì)胞，由MSCs分化而來[1]。MSCs還可進(jìn)一步分化為成纖維細(xì)胞、肌原細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和軟骨細(xì)胞[2-5]。

2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路與骨量調(diào)控

2.1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路在骨形成中的調(diào)控機(jī)制 已有多項(xiàng)人類和小鼠的基因研究和細(xì)胞學(xué)研究證明， Wnt/β-catenin信號(hào)通路在骨骼發(fā)育及代謝平衡中的重要作用，包括MSCs的定向分化、成骨細(xì)胞前體擴(kuò)增、終末分化、礦化和細(xì)胞的凋亡。在MSCs中，Wnt通路可促進(jìn)與成骨相關(guān)的核心結(jié)合蛋白因子2和骨鈣素的表達(dá)，促進(jìn)向成骨細(xì)胞分化；亦可抑制C/EBPα、PPARγ和sox9基因的表達(dá)，抑制向軟骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的分化。另外，Wnt通路能調(diào)控Myc、cycling D、c-Jun和Fra-1的表達(dá)，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖；亦可通過激活ERKs和Akt通路來促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)。

2.2 Wnt/β-catenin信號(hào)通路在骨吸收中的調(diào)控機(jī)制 β-catenin在破骨細(xì)胞的形成中有雙向性，增殖時(shí)水平升高，分化時(shí)降低。在破骨細(xì)胞持續(xù)激活β-catenin，破骨細(xì)胞增殖無變化而分化被阻斷，骨量增加；敲除β-catenin后增殖被阻斷，骨量也增加。因此認(rèn)為Wnt/β-catenin信號(hào)通路減少骨吸收的機(jī)制可能與直接作用于破骨細(xì)胞有關(guān)，但也有學(xué)者認(rèn)為可能是通過成骨細(xì)胞生成的骨保護(hù)素競爭性抑制核因子-κB受體活化素配體，從而間接抑制破骨細(xì)胞的分化、成熟及破骨細(xì)胞的骨吸收作用[6-7]。有研究發(fā)現(xiàn)，成骨細(xì)胞持續(xù)激活β-catenin均可造成骨量增加，破骨細(xì)胞減少[8-9]；敲除β-catenin后破骨細(xì)胞增加、骨量降低?？傊?，Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)骨吸收作用的調(diào)控機(jī)制比較復(fù)雜，尚需要進(jìn)一步研究。

2.2.1 LRP蛋白與骨量調(diào)控 目前發(fā)現(xiàn)LRP-5的缺失，成骨細(xì)胞的功能和增殖受阻，骨形成受影響[10]。另外，LRP-6的敲除會(huì)同時(shí)降低松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的骨密度。有學(xué)者報(bào)道了26周雌性小鼠敲除LRP-6后，骨密度下降55%。 因此，LRP5和LRP6的敲除都會(huì)導(dǎo)致骨量下降。另外，LRP4也被發(fā)現(xiàn)與Wnt/β-catenin信號(hào)通路有關(guān)，但具體機(jī)制仍未明確[11]。

2.2.2 Wnt蛋白與骨量調(diào)控 目前認(rèn)為激活Wnt/β-catenin經(jīng)典信號(hào)通路骨量增加，沉默則骨量降低。敲除小鼠的Wls基因(編碼Wnt蛋白)可導(dǎo)致骨形成減少，骨吸收增加。這表明Wnt/β-catenin信號(hào)通路對(duì)于成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞都有重要作用。其中Wnt1蛋白可通過骨保護(hù)素影響成骨細(xì)胞骨量和成骨細(xì)胞的生成，Wnt3a、Wnt4、Wnt5a和Wnt16可影響破骨細(xì)胞的分化[6]。

2.2.3 硬化蛋白、Diekkopf1(DKK1)與骨量調(diào)控 硬化蛋白由骨細(xì)胞分泌，并由旁分泌或自分泌的形式釋放在骨表面，進(jìn)而阻止Wnt蛋白與受體的結(jié)合。硬化蛋白基因也證實(shí)了硬化蛋白對(duì)調(diào)控骨量有重要作用：小鼠的成骨細(xì)胞過度表達(dá)硬化蛋白基因可導(dǎo)致顱骨和股骨的骨結(jié)構(gòu)紊亂，骨皮質(zhì)變薄及松質(zhì)骨骨量減少；也可造成肢體骨骼缺如。DKK1由成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞產(chǎn)生，也可阻止Wnt蛋白與受體的結(jié)合，抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路的傳導(dǎo)[12]。在成骨細(xì)胞過度表達(dá)DKK1后，長骨和顱骨的松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨骨量嚴(yán)重丟失； DKK1缺失的小鼠具有高骨量，這再次證實(shí)了DKK1對(duì)成骨細(xì)胞的Wnt信號(hào)通路和骨量調(diào)控的重要性。

3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路靶向藥物研究進(jìn)展

3.1 硬化蛋白拮抗劑 臨床試驗(yàn)證實(shí)，硬化蛋白拮抗劑可增加松質(zhì)骨骨量、增加骨膜和骨內(nèi)膜的面積[13]，可逆轉(zhuǎn)系統(tǒng)性和局部的骨質(zhì)丟失[14]，并促進(jìn)骨折愈合[13,15]。二期臨床試驗(yàn)對(duì)419例骨質(zhì)疏松的絕經(jīng)后婦女，分別給予硬化蛋白拮抗劑、二膦酸鹽及特立帕肽治療，發(fā)現(xiàn)硬化蛋白拮抗劑的療效強(qiáng)于后兩者；但是，這3組的橈骨遠(yuǎn)端的骨密度卻都不增加。因此，對(duì)于非椎體骨折的預(yù)防和治療，硬化蛋白拮抗劑的有效性仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，Wnt/β-catenin信號(hào)通路分布廣泛，與細(xì)胞增殖、干細(xì)胞干性的維持及腫瘤都有相關(guān)性[16-17]，因此,其安全性也需要慎重考慮。

3.2 DKK1拮抗劑 因DKK1作用于Wnt/β-catenin信號(hào)通路的機(jī)制與硬化蛋白具有一定的相似性[18]，DKK1的拮抗劑是否可以用于骨質(zhì)疏松治療也正在研究中[19]。有研究給予在12周齡行卵巢去式術(shù)的小鼠抗DKK1治療后，發(fā)現(xiàn)其因骨內(nèi)膜增加而逆轉(zhuǎn)骨質(zhì)丟失。此外，風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的滑膜上，可檢測出DKK1；而應(yīng)用DKK1拮抗劑可降低破骨細(xì)胞數(shù)量，增加成骨細(xì)胞數(shù)量而促進(jìn)骨形成，從而阻止干骺端的骨質(zhì)丟失。因此認(rèn)為DKK1拮抗劑可能可以用于治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[20]。

3.3 靶向藥物治療的局限性 以上研究證實(shí)硬化蛋白拮抗劑和DKK1拮抗劑均可增加骨量，但是，人體的骨骼有80%都是皮質(zhì)骨，這是骨骼強(qiáng)度和非椎體骨折風(fēng)險(xiǎn)的決定因素。而在對(duì)骨質(zhì)疏松患者進(jìn)行12個(gè)月的硬化蛋白拮抗劑治療后，皮質(zhì)骨骨量的增加并沒有松質(zhì)骨明顯，這個(gè)趨勢與目前的抗骨吸收藥物治療相同[21]。但另有研究發(fā)現(xiàn)，主要由皮質(zhì)骨的成骨細(xì)胞產(chǎn)生的Wnt16可增加皮質(zhì)骨厚度[22]，這使得Wnt16未來可能成為增加皮質(zhì)骨厚度、降低非椎體骨折風(fēng)險(xiǎn)的重要靶點(diǎn)[23]。

4 展 望

綜上所述，Wnt/β-catenin在骨量調(diào)控方面的機(jī)制是復(fù)雜的，Wnt/β-catenin信號(hào)通路可促進(jìn)骨形成，還可阻止骨形成，具體機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。盡管Wnt/β-catenin信號(hào)通路靶向藥物已進(jìn)入臨床三期試驗(yàn)，但對(duì)皮質(zhì)骨的效果卻遠(yuǎn)不如松質(zhì)骨，原因可能是Wnt/β-catenin信號(hào)通路在松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨存在差異性表達(dá)[24]。如何有效地增加皮質(zhì)骨骨形成，降低非椎體骨折的風(fēng)險(xiǎn)，將是今后抗骨質(zhì)疏松治療的一個(gè)熱點(diǎn)。另外目前已發(fā)現(xiàn)多種基因及甲基化水平與骨質(zhì)疏松及骨折風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[25]，尚需要進(jìn)一步研究。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2017.03.038

國家自然基金面上項(xiàng)目(81271935)。 作者簡介：李俊峰(1983-)，主治醫(yī)師，碩士，主要從事骨質(zhì)疏松方面研究?！?/p>

R681.1

A

1671-8348(2017)03-0401-03

2016-07-13

2016-09-25)