Wnt信號通路在腦血管粥樣硬化中的研究進展

唐海雙， 黃清海， 劉建民

海軍軍醫(yī)大學附屬長海醫(yī)院神經(jīng)外科，腦血管病中心，上海 200433

近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展和人們生活習慣的改變，心腦血管疾病已成為威脅現(xiàn)代社會人類的健康隱患。腦血管疾病，如顱內(nèi)動脈瘤、腦血管狹窄、基底動脈及椎動脈系統(tǒng)冗擴等，常伴發(fā)腦血管出血和缺血等不良事件，但目前其確切病因還未被闡明。腦血管疾病患者常伴有程度不一的血管粥樣硬化斑塊及血管鈣化現(xiàn)象。研究[1-2]認為，血管粥樣硬化和血管鈣化可能是腦血管疾病發(fā)生發(fā)展的初期階段和始動因素。

Wnt蛋白家族是一類高度保守的蛋白。Wnt信號通路在機體內(nèi)調(diào)控多種生理代謝反應，如細胞增殖、凋亡以及分化。隨著對Wnt蛋白及其信號通路研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)Wnt信號通路在多種腦血管疾病患者中被激活參與腦血管疾病的病理生理過程[3]。本文對Wnt信號通路在腦血管粥樣硬化中的作用，以及Wnt信號通路在血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞中的作用進行綜述，以期為腦血管動脈粥樣硬化病理生理機制的闡明提供幫助。

1 Wnt信號通路概述

Wnt基因最初于1982年在乳腺癌小鼠中發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)初期被命名為Int1基因[4]。隨后研究發(fā)現(xiàn)，Int1基因與果蠅中Wingless基因同源，因此將兩者統(tǒng)一命名為Wnt基因。Wnt基因編碼的Wnt蛋白在機體內(nèi)介導一系列細胞代謝反應[4]。在人體內(nèi)，Wnt信號通路中包括至少19種不同的Wnt分泌蛋白以及不少于10種跨膜G蛋白耦聯(lián)受體[卷曲蛋白家族( Fzd)]；此外，在細胞膜上還廣泛存在著Fzd蛋白的共受體，即脂蛋白受體相關蛋白(lipoprotein receptor-related protein, LRP)[5]。不同類型的Wnt分泌蛋白與Fzd蛋白結合后，其下游細胞代謝反應相差各異。根據(jù)Wnt分泌蛋白和下游受體蛋白的不同，將Wnt信號通路分為經(jīng)典信號通路和非經(jīng)典信號通路。

1.1 Wnt經(jīng)典信號通路 Wnt經(jīng)典信號通路也稱Wnt/β-連鎖蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路。Wnt 1、 Wnt 3、Wnt 3a、Wnt 7a、Wnt 7b等分泌蛋白均通過經(jīng)典信號通路發(fā)揮作用。在該通路中，β-catenin蛋白細胞內(nèi)起錨定連接其他蛋白分子，并起到將下游信號由胞質(zhì)轉導到胞核的作用。在Wnt/β-catenin信號通路未被激活時，磷酸化的β-catenin蛋白在胞質(zhì)內(nèi)與糖原合成酶激酶3β(Glycogen synthase kinase-3b，GSK-3β)、Axin蛋白、APC(adenomatous polyposis coli)蛋白、酪蛋白激酶1(Casein kinase 1，CK1)結合成可解離復合體，其中Axin蛋白、APC蛋白在復合體中起穩(wěn)定β-catenin蛋白的作用。當Wnt/β-catenin信號通路激活后，CK1和GSK-3β蛋白首先發(fā)生磷酸化，隨之β-catenin蛋白發(fā)生去磷酸化反應，使胞內(nèi)復合體解離；游離的去磷酸化β-catenin蛋白聚集在細胞核周，使細胞核內(nèi)T細胞因子(T cell factor，TCF)和淋巴增強結合因子(lymphoid enhancer-binding factor，LEF)復合物(TCF/LEF)由抑制狀態(tài)轉變?yōu)檗D錄激活狀態(tài)，進而激活下游C-myc、WISP-1等蛋白，促發(fā)不同的生理作用[6]。

1.2 Wnt非經(jīng)典信號通路 Wnt非經(jīng)典信號通路包括細胞極性(planar cell polarity pathway，PCP)通路和Wnt/Ca2+信號通路。這兩種信號通路均沒有β-catenin蛋白參與。Wnt 4、 Wnt 5a 和Wnt 11分泌蛋白通過非經(jīng)典信號通路發(fā)揮作用[7]。

在Wnt/Ca2+信號通路中，當Wnt蛋白與膜蛋白Fzd蛋白結合后激活下游磷脂酶C，使胞內(nèi)Ca2+濃度上升，激活Ca2+依賴的蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)和鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(calmodulin-dependent protein kinaseⅡ，CAMKⅡ)，進而活化T細胞核因子(nuclear factor of activated T-cells，NFAT)，而NFAT在血管內(nèi)皮生長因子誘導的血管生成過程中發(fā)揮關鍵作用[8]。此外，Wnt蛋白也可與膜Fzd蛋白以及Kny、Ror2、Ryk等共受體結合后激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)，促進相關核因子轉錄。

在Wnt細胞極性信號通路中，Wnt蛋白與Fzd蛋白結合后激活下游小GTP酶，其在細胞極化和細胞骨架重排等方面發(fā)揮作用。此外，也有研究[9]證實，Wnt細胞極性信號通路與內(nèi)皮細胞遷移、增殖密切相關。

2 Wnt信號通路與腦血管粥樣硬化

血管粥樣硬化是機體內(nèi)血脂代謝紊亂的結果，其中尤以低密度脂蛋白代謝障礙最明顯。在血管粥樣硬化病變的初始階段，血管內(nèi)皮功能代謝障礙，單核細胞黏附、聚集于受損部位；單核細胞分化為巨噬細胞并分泌一系列細胞因子，繼而誘發(fā)血管平滑肌細胞遷移，并最終形成粥樣斑塊。在對腦血管動脈瘤、腦血管缺血性病變以及腦血管冗擴等疾病的病理研究中發(fā)現(xiàn)，病變血管部位普遍存在粥樣硬化斑塊。腦血管粥樣硬化斑塊可能是眾多腦血管疾病發(fā)生發(fā)展的始動因素[10-11]；此外，當粥樣硬化斑塊脫落時也會造成缺血性腦卒中等不良事件的發(fā)生。多項研究表明，Wnt信號通路與腦血管粥樣硬化的病理生理過程關系密切，其可能主要通過血管內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞和巨噬細胞發(fā)揮作用。

2.1 Wnt信號通路與血管內(nèi)皮功能障礙 在機體生理狀態(tài)下，內(nèi)皮細胞通過分泌一氧化氮等物質(zhì)調(diào)節(jié)血管舒縮活動，維持正常的血管功能。當血管內(nèi)血流動力學發(fā)生異常改變而難以血管內(nèi)皮細胞自主調(diào)節(jié)時，內(nèi)皮細胞可被損傷，進而發(fā)生細胞功能障礙，并在損傷部位招募大量的炎癥細胞。這一病理過程稱為粥樣硬化發(fā)生的初始因素[12]。

當血管內(nèi)皮細胞發(fā)生功能障礙時，Wnt信號通路被激活。Wright等[13]發(fā)現(xiàn)，小鼠腦血管內(nèi)皮細胞中Wnt蛋白和Fzd蛋白家族高表達，伴β-catenin蛋白及TCF/LEF高表達，表明Wnt蛋白通過經(jīng)典信號通路在內(nèi)皮細胞功能障礙時起作用。此外，Padwal等[14]發(fā)現(xiàn)，Wnt 1蛋白在腹膜血管內(nèi)皮新生過程中高表達。Skaria等[15]發(fā)現(xiàn)，Wnt5a信號通路在人冠狀動脈內(nèi)皮細胞增殖時被激活，通過影響血管內(nèi)皮細胞屏障的通透性在膿毒癥中發(fā)揮作用。Goodwin等[16]對不同來源的血管內(nèi)皮細胞進行分析后發(fā)現(xiàn)，Wnt 2b、Wnt 4和Wnt 5a蛋白以及Fzd 6、Fzd 8蛋白在所有的細胞樣品中均高表達，而β-catenin蛋白在血管分叉部位的內(nèi)皮細胞中表達增加。

Wnt信號通路不僅與內(nèi)皮細胞的增殖關系密切，而且在調(diào)控內(nèi)皮細胞的炎癥反應中起重要作用。Kim等[17]報道，在體外將內(nèi)皮細胞暴露于Wnt 5a蛋白環(huán)境中培養(yǎng)1 h后，細胞中白介素-1α(IL-1α)、 IL-6 、IL- 8及炎癥因子環(huán)加氧酶-2(COX2)均高表達；其認為Wnt 5a蛋白通過Wnt5a/Ca2+信號通路激活腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)在上述過程中發(fā)揮作用。

2.2 Wnt信號通路與巨噬細胞功能障礙 血管動脈粥樣硬化也是血管壁的慢性炎癥反應，而巨噬細胞在其中起著關鍵作用。在異常血流刺激下，單核細胞聚集于內(nèi)皮細胞受損部位，分化為巨噬細胞后，在低密度脂蛋白的作用下形成泡沫細胞(粥樣硬化的特征性細胞)。Mill等[18]在血管粥樣硬化斑塊中發(fā)現(xiàn)，Wnt 5a蛋白以及基質(zhì)金屬蛋白酶高表達，提示W(wǎng)nt 5a蛋白與血管粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性關系密切；Wnt 5蛋白與Fzd 5結合后，可激活下游一系列細胞因子，促進粥樣硬化病變血管的炎癥反應。Schaale等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，Wnt 3a蛋白通過抑制GSK-3β的表達發(fā)揮抗炎的作用。Borrell-Pages等[20]對Fzd蛋白共受體LRP-5基因缺陷小鼠進行高膽固醇飲食喂養(yǎng)，結果表明，相比于野生型小鼠，LRP-5基因缺陷小鼠總膽固醇升高水平不顯著，這提示LRP-5在粥樣硬化形成過程中起保護作用。

2.3 Wnt信號通路與血管平滑肌細胞功能障礙 血管平滑肌細胞由中膜遷移至內(nèi)膜是血管粥樣硬化斑塊發(fā)生病理過程中的標志性事件。血管平滑肌細胞在不斷聚集的炎癥細胞和炎癥因子刺激下，由收縮型細胞向分泌型細胞、由分化細胞向去分化細胞轉變，并進一步分泌更多的炎癥因子，進而導致大量細胞外基質(zhì)產(chǎn)生。研究[21-22]發(fā)現(xiàn)，β-catenin蛋白高表達的環(huán)境促進血管平滑肌細胞的增殖，這可能與β-catenin蛋白通過經(jīng)典通路激活促進cyclin D1分子表達有關。Brown等[23]在小鼠頸總動脈結扎誘導的血管增殖中也發(fā)現(xiàn)Wnt信號通路中蛋白的高表達。Tsaousi等[24]在頸動脈結扎的Wnt轉基因小鼠中發(fā)現(xiàn)，β-catenin蛋白在血管中層高表達。Marchand等[25]報道，Wnt 1蛋白和Wnt 3a蛋白在血管平滑肌細胞中通過經(jīng)典信號通路誘導cyclin D1高表達，從而促進細胞增殖。研究[24]還表明，Wnt 4蛋白是促進血管平滑肌細胞增殖的內(nèi)源性因子；Wnt 4基因敲除后，血小板源性生長因子刺激的平滑肌細胞增殖被抑制。

Wnt信號通路在平滑肌細胞遷移的病理生理過程中也發(fā)揮重要作用[26]。在Wnt經(jīng)典信號通路中的β-catenin蛋白聚集于細胞質(zhì)中，同時可聚集到細胞膜上，這些膜蛋白在細胞與細胞黏附間起作用[27]。當Wnt信號通路激活時，細胞質(zhì)中β-catenin蛋白解離，在細胞核附近通過TCF/LEF上調(diào)cyclin D1；細胞膜上的β-catenin蛋白解離，可降低細胞間的黏附作用[28]。這一機制很好地解釋了血管粥樣硬化時平滑肌細胞在增殖的同時發(fā)生遷移的現(xiàn)象。

3 小結與展望

Wnt信號通路復雜，在體內(nèi)參與多種生理代謝過程。多種研究已證實，Wnt信號通路廣泛參與多種血管疾病的發(fā)生。動脈粥樣硬化是顱內(nèi)動脈瘤、頸動脈狹窄等腦血管疾病的重要病理基礎，而Wnt信號通路在腦血管粥樣硬化病變中發(fā)揮重要作用。然而，本文涉及的研究大多為基礎研究，Wnt信號通路的作用機制在人體中會有所不同，且這些研究忽略了其他致病因素的共同作用。此外，個體差異性也影響臨床治療，因此將整體化的研究成果應用于臨床治療指導，也需要很長時間的實踐過程。Wnt信號通路對血管內(nèi)膜細胞和平滑肌細胞的調(diào)控及其在腫瘤增生和轉移機制中的作用，將為腦血管疾病的研究提供新的思路，也可能成為顱內(nèi)動脈瘤研究的重要方向，為探索動脈瘤的精準治療提供新的方向。