Wnt信號通路調(diào)控血管平滑肌細胞在腦血管病變中的研究進展

唐海雙 閆亞洲 黃清海 劉建民

血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)主要位于血管壁的中層，為構成血管壁的主要成分。生理狀態(tài)下，VSMCs的增生、遷移、凋亡均保持動態(tài)平衡，以維持血管壁的正常形態(tài)和功能。當平衡受到破壞，血管壁發(fā)生炎性浸潤、粥樣硬化病變、管腔狹窄等，成為心腦血管疾病的始動因素。

對Wnt信號通路的研究逐漸從腫瘤擴展至血管疾病。在腦血管病病變中，Wnt信號通路被激活，并在VSMCs的增生、遷移、凋亡、分化過程中發(fā)揮作用，成為促進腦血管疾病發(fā)生發(fā)展的機制之一[1]。我們對Wnt信號通路在VSMCs的增生、分化、遷移、凋亡等過程中的作用進行綜述，以期為深入了解和早期干預腦血管疾病提供新的思路。

1 VSMCs及其在腦血管病變中的作用

動脈中膜的主要成分為平滑肌細胞和細胞外基質(zhì)。與外周血管不同的是，腦動脈的內(nèi)膜和外膜層菲薄，VSMCs為腦血管的主要成分。生理狀態(tài)下，VSMCs處于收縮狀態(tài)并呈低頻率的增生以維持血管壁的正常結構和功能[2]。結構完整的血管可有效避免機體內(nèi)外生長因子和炎性因子的刺激，而當其完整性受異常血流動力學或機體其他異常環(huán)境破壞時，血管內(nèi)膜受損，炎性細胞和炎性因子聚集于受損部位，并呈級聯(lián)放大效應，最終造成血管壁發(fā)生粥樣硬化等病變。

在血管粥樣硬化病變中，VSMCs由收縮型細胞向分泌型細胞、由分化型細胞向去分化型細胞轉(zhuǎn)變，VSMCs增生速度明顯加快并向血管內(nèi)膜遷移[3]。遷移至內(nèi)膜的VSMCs一方面保持高速的增生，另一方面分泌大量炎性因子及細胞外基質(zhì)，使血管內(nèi)膜增生，血管腔逐漸狹窄。

在血管粥樣硬化后期形成的纖維帽由脂蛋白、VSMCs以及細胞外基質(zhì)共同組成，纖維帽在病變部位起穩(wěn)定粥樣硬化斑塊的作用。VSMCs的數(shù)量與纖維帽的強度有關，VSMCs的凋亡導致纖維帽變薄，繼而增加粥樣硬化斑塊脫落以及血管破裂的風險[4]。在顱內(nèi)動脈瘤中普遍存在VSMCs凋亡現(xiàn)象，而在顱內(nèi)動脈瘤破裂前期典型的組織病理學特點為血管壁變薄、VSMCs廣泛凋亡[5]。當VSMCs凋亡增加時，纖維帽強度減弱，粥樣硬化斑塊脫落堵塞血管可造成急性腦缺血事件。

因此，VSMCs增生、遷移、凋亡等廣泛存在于粥樣硬化的腦血管、腦血管狹窄、顱內(nèi)動脈瘤以及腦血管旁路移植術中，了解VSMCs的增生、遷移、凋亡機制對預防和治療腦血管不良事件具有重要意義。

2 Wnt蛋白及Wnt信號通路

Wnt蛋白是一種廣泛存在于機體內(nèi)的分泌蛋白家族[6]，其活性主要取決于分子結構內(nèi)絲氨酸殘基的活性。卷曲蛋白家族(frizzled proteins，F(xiàn)zd)是位于細胞膜上的七次跨膜受體，Wnt蛋白與其結合后激活Wnt下游信號通路[7]。Fzd的典型特征是胞外高度保守的半胱氨酸結構域(cysteine rich domain，CRD)，Wnt蛋白與CRD結合形成Wnt-CRD復合體，而脂蛋白受體相關蛋白(lipoprotein receptor-related proteins，LRP)5和LRP 6是Wnt-CRD復合體的共受體，共同激活Wnt信號通路下游分子[8-9]。

Wnt信號通路受多種內(nèi)源性分子調(diào)控，其中最主要的為可溶性卷曲蛋白相關蛋白以及Dickkopf家族蛋白。與Fzd類似，可溶性卷曲蛋白相關蛋白也含有CRD，在細胞外與Wnt蛋白結合后可阻止Wnt蛋白與Fzd的結合，從而抑制Wnt信號通路的作用[10]。Dickkopf家族蛋白與膜共受體蛋白LRP5和LRP6結合后阻止Fzd蛋白與共受體的結合，抑制Wnt信號通路下游信號通路的激活。

Wnt信號通路包括Wnt/β-catenin信號通路、Wnt細胞極性通路、Wnt/Ca2+信號通路，其中Wnt/β-catenin信號通路被稱為Wnt經(jīng)典信號通路，存在于細胞質(zhì)的β-catenin蛋白中，起錨定其他分子的作用；Wnt細胞極性通路和Wnt/Ca2+信號通路被稱為Wnt非經(jīng)典信號通路。Wnt/β-catenin信號通路未被激活時，β-catenin蛋白與細胞質(zhì)內(nèi)的糖原合成酶激酶3β、腺瘤性結腸息肉病蛋白、酪蛋白激酶1、Axin蛋白結合成可解離復合體，使之處于磷酸化狀態(tài)。當Wnt/β-catenin信號通路激活后，β-catenin蛋白發(fā)生去磷酸化反應，細胞質(zhì)復合體解離，β-catenin蛋白向細胞核周聚集，通過細胞核內(nèi)T細胞因子和淋巴增強結合因子復合物轉(zhuǎn)錄激活下游C-myc、Wnt蛋白，誘導可溶性蛋白1等靶蛋白發(fā)揮作用。

Wnt非經(jīng)典信號通路廣泛作用于細胞生理代謝，其中Wnt細胞極性通路激活小GTP酶Rac、Rho等，在胚胎發(fā)育中發(fā)揮關鍵作用。Wnt/Ca2+信號通路通過G蛋白激活細胞質(zhì)內(nèi)磷脂酶C，細胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高激活Ca2+依賴的蛋白激酶C以及鈣調(diào)蛋白依賴激酶Ⅱ，繼而活化T細胞核因子，從而在細胞代謝中發(fā)揮作用[11]。

3 Wnt信號通路與VSMCs

3.1 Wnt信號通路與VSMCs增生

關于Wnt信號通路與VSMCs增生的關系已得到多個研究的證實。在外周血管和腦血管的VSMCs中，Wnt信號通路均參與VSMCs增生的病理生理過程[12-13]。研究表明，Wnt蛋白通過活化β-catenin蛋白激活細胞核內(nèi)T細胞因子，進而上調(diào)與細胞增殖關系密切的cyclin D1分子[14-15]。在大鼠頸動脈球囊損傷模型中，VSMCs增生細胞中的β-catenin蛋白呈激活狀態(tài)[16]。Wang等[16]研究表明，在使用LRP抑制劑后VSMCs的增生受到抑制，證實Wnt蛋白可通過Wnt/β-catenin信號通路促進VSMCs的增生。Marchand等[13]發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)Wnt 1和Wnt 3a能夠通過激活β-catenin蛋白上調(diào)cyclin D1的表達。Tsaousi等[17]在細胞實驗中觀察到Wnt 4蛋白具有促進VSMCs增生的作用，同時用生長因子刺激VSMCs時也可觀察到Wnt 4蛋白的表達增加。與野生型小鼠相比，Wnt 4蛋白敲除的小鼠在右側(cè)頸動脈結扎后，其血管內(nèi)膜增厚的程度明顯降低。Reddy等[18]研究顯示，白細胞介素8誘導的VSMCs增生也依賴于Wnt/β-catenin信號通路，其可能的機制為白細胞介素8通過Wnt蛋白誘導的可溶性蛋白1發(fā)揮作用。

此外，Wnt非經(jīng)典信號通路也參與到VSMCs增生中。在血管球囊損傷模型中，VSMCs增生與活化T細胞核因子的表達相關[19]。鈣調(diào)蛋白依賴激酶Ⅱ具有促進大鼠主動脈VSMCs增生的作用，但尚未發(fā)現(xiàn)參與VSMCs增生的Wnt非經(jīng)典信號通路中具體的Wnt蛋白[20]。骨形成蛋白2可通過Wnt非經(jīng)典信號通路促進VSMCs增生[21]。因此，盡管已有多項研究證實Wnt信號通路與VSMCs增生關系密切，但考慮到Wnt信號通路的復雜性以及Wnt信號通路與其他信號通路的交聯(lián)[22]，關于Wnt信號通路與VSMCs增生的具體機制尚有待于更多的研究進一步證實。

3.2 Wnt信號通路與VSMCs遷移

與VSMCs增生相比，關于Wnt信號通路與VSMCs遷移關系的證據(jù)相對較少，但已有研究證實，Wnt信號通路在血管發(fā)育中具有促進單核細胞和內(nèi)皮細胞遷移的功能。Christman等[23]在粥樣硬化的血管中觀察到Wnt 5a蛋白表達增加，推測其與VSMCs遷移關系密切。與穩(wěn)定的粥樣硬化斑塊相比，不穩(wěn)定粥樣硬化斑塊部位的Wnt 5a表達增加，提示其可能與VSMCs遷移有關[24]。Williams等[25]研究顯示，Wnt 2蛋白通過Wnt/β-catenin信號通路促進VSMCs遷移。在Wnt非經(jīng)典通路中，活化T細胞核因子與鈣調(diào)蛋白依賴激酶Ⅱ因子在腦血管球囊損傷VSMCs遷移部位表達增高。此外，骨形成蛋白2通過Wnt/β-catenin信號通路以及Wnt細胞極性通路易化VSMCs遷移[21]。

3.3 Wnt信號通路與VSMCs凋亡

VSMCs凋亡是很多腦血管病變終末期特征之一，并受機體內(nèi)外多種因子的調(diào)控，如炎性因子、活性氧類物質(zhì)、低密度脂蛋白等[26]。在顱內(nèi)動脈瘤破裂前期，VSMCs大量凋亡造成血管壁變薄，抑制VSMCs凋亡的因素對防止動脈瘤破裂具有重要作用，而促進VSMCs凋亡也能成為治療內(nèi)膜增厚造成血管狹窄的策略。Wnt蛋白依賴的VSMCs生存因子包括Wnt信號通路靶分子，如胰島素樣生長因子、生存素等。此外，與VSMCs轉(zhuǎn)錄相關的蛋白包括c-Jun、sox9等，均依賴Wnt/β-catenin信號通路。Wang等[27]通過抑制T細胞因子/LRP抑制Wnt/β-catenin信號通路，結果顯示，VSMCs凋亡增加。Mill等[28]通過Wnt 5a上調(diào)T細胞因子的表達而抑制小鼠主動脈VSMCs凋亡，結果顯示，在氧化刺激因素H2O2存在的環(huán)境下，Wnt 5a可逆轉(zhuǎn)氧化因素造成的VSMCs凋亡。因此，該研究提示，Wnt 5a抑制凋亡的作用可能通過Wnt蛋白誘導的可溶性蛋白1介導[28]。Zhang等[29]研究顯示，Wnt 3a可通過經(jīng)典信號通路抑制VSMCs的凋亡。

3.4 Wnt信號通路與VSMCs分化

在顱內(nèi)動脈瘤中，VSMCs由收縮型細胞向分泌型細胞、由分化型細胞向去分化細胞轉(zhuǎn)變。Shin等[30]研究顯示，Wnt信號通路上調(diào)T細胞因子可作用于雞胚胎VSMCs的分化，同時，Wnt信號通路也與骨形成蛋白、Notch信號通路交聯(lián)，調(diào)控VSMCs的分化。Shafer和Towler[31]研究表明，Wnt 3a可促進肌纖維標志分子SM 22α的表達。Shu等[32]研究顯示，在肺平滑肌細胞中，Wnt 7b可通過Wnt經(jīng)典信號通路調(diào)控VSMCs的分化，且在Wnt 7b基因敲除的新生小鼠中存在肺動脈VSMCs成分的缺失。Shi等[33]研究表明，Wnt 5a與血管生成以及VSMCs分化有關。目前，關于Wnt信號通路與VSMCs分化的機制尚有待于進一步的研究。

4 結論

作為腦血管壁重要的組成部分，VSMCs與腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展關系密切。無論是外周血管還是腦血管的VSMCs，Wnt信號通路均廣泛參與其增生、遷移、凋亡和分化過程。