Wnt-5a在疾病中的作用與信號(hào)通路研究進(jìn)展*

閔 茜宋啟斌 于金明

Wnt-5a為Wnts家族一員，目前已知在人體內(nèi)共有19種Wnt 蛋白，這些Wnt成員可以通過不同途徑，協(xié)同不同信號(hào)分子發(fā)揮多種生理病理作用[1]。β-catenin是Wnt通路核心蛋白，根據(jù)是否依賴β-catenin，Wnt信號(hào)通路可分為β-catenin依賴型(經(jīng)典)通路和β-catenin非依賴型(非經(jīng)典)通路。通常β-catenin與Axin、APC、GSK3β、CK1等形成的蛋白降解復(fù)合物結(jié)合，使得β-catenin磷酸化最終降解。在經(jīng)典Wnt通路中，活化的Wnts與細(xì)胞表面受體 FZDs及LRP5/6結(jié)合，使前述蛋白降解復(fù)合物失活，β-catenin被釋放并進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與TCF/LEF作用，激活Wnt靶基因的轉(zhuǎn)錄。在非經(jīng)典Wnt通路中，Wnt不依賴β-catenin，而是通過多種信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)影響細(xì)胞極性、細(xì)胞骨架重組及基因轉(zhuǎn)錄等過程，其中最常見的兩條途徑是Wnt/Ca2+和Wnt/PCP通路。Wnt/Ca2+信號(hào)通路激活Ca2+依賴型信號(hào)分子包括PKC、CaMKII、NFAT，而Wnt/PCP通路主要通過Rho信號(hào)通路介導(dǎo)或通過小Rho-GTP酶激活JNKs。另外，研究發(fā)現(xiàn)，Wnt非經(jīng)典Wnt通路除了發(fā)揮自身作用外，也具有拮抗Wnt經(jīng)典途徑作用。這一拮抗作用主要通過激活TAK1- NLK，磷酸化TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子得以實(shí)現(xiàn)[2]。

目前越來越多的研究證實(shí)，Wnt-5a主要通過非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路發(fā)揮作用。此外，Wnt-5a還可以根據(jù)受體和細(xì)胞環(huán)境差異對(duì)經(jīng)典Wnt信號(hào)通路產(chǎn)生正或負(fù)的調(diào)節(jié)作用。

生理情況下，Wnt-5a從胚胎形態(tài)形成到出生后維持基因穩(wěn)定，在各個(gè)階段都扮演著重要的角色。它參與肺、心臟和乳腺形態(tài)發(fā)生，調(diào)節(jié)肝細(xì)胞更新、成骨細(xì)胞生成和組織再生。病理情況下，Wnt-5a異常表達(dá)常與多種惡性腫瘤、炎癥反應(yīng)及器官纖維化密切相關(guān)。早期實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Wnt5a純合基因敲除鼠表現(xiàn)為呼吸衰竭及廣泛發(fā)育異常的胚胎致死[3]。鑒于Wnt-5a在病理生理過程中扮演重要作用，本文將從纖維化、炎癥、腫瘤等病理過程對(duì)Wnt-5a信號(hào)通路及其作用進(jìn)行綜述。

1 Wnt-5a在纖維化中的作用

1.1 Wnt-5a促肺纖維化

在對(duì)間質(zhì)性肺炎(UIP)患者肺組織進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，其肺成纖維細(xì)胞中Wnt-5a mRNA和蛋白水平表達(dá)增強(qiáng)[4]。機(jī)械通氣后肺組織Wnt-5a蛋白表達(dá)亦增加，這可能與通氣后肺纖維化形成相關(guān)。獲取肺纖維化患者肺組織進(jìn)行分子學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，纖維化區(qū)域成纖維細(xì)胞增殖增加，細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)表達(dá)水平增高，而Wnt-5a可以促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞的增殖和存活，同時(shí)增加纖維連接蛋白和整合素的表達(dá)[5]。

肺組織纖維化是阻塞性肺疾病如哮喘和慢性阻塞性肺疾病氣道重塑的重要特征。研究發(fā)現(xiàn)，Wnt-5a在TGF-β的誘導(dǎo)下，影響氣道平滑肌細(xì)胞ECM的表達(dá)[6]。在氣道平滑肌細(xì)胞中，Wnt-5a通過非經(jīng)典Wnt信號(hào)途徑，激活Ca2+-NFAT和JNK誘導(dǎo)ECM的表達(dá)[7]，從而促進(jìn)肺纖維化進(jìn)展。

1.2 Wnt-5a促肝纖維化

眾所周知，活化的肝星狀細(xì)胞(HSCs)是肝纖維化發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，Wnt-5a蛋白在人感染后肝臟的纖維化區(qū)域表達(dá)增強(qiáng)，通過對(duì)小鼠進(jìn)行肝纖維化建模后分析同樣發(fā)現(xiàn)肝組織中Wnt-5a蛋白表達(dá)增加。并且Wnt-5a在活化的HSCs沉積ECM中顯著增加，而在靜止?fàn)顟B(tài)下的HSCs和正常成纖維細(xì)胞中Wnt-5a僅為基礎(chǔ)表達(dá)[8]，Wnt-5a通過活化的HSCs促進(jìn)增殖和ECM沉積進(jìn)一步加重肝纖維化[9，10]。

1.3 Wnt-5a抑腎纖維化

Wnt-5a可能對(duì)糖尿病腎病有保護(hù)作用，可減緩糖尿病腎臟纖維化發(fā)生。研究證實(shí)，高糖環(huán)境下，腎臟TGF-β表達(dá)升高，但腎臟Wnt-5a并沒有表現(xiàn)出在肺及肝臟中的促纖維化作用伴隨性增高，而是表達(dá)被抑制。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Wnt-5a可致GSK3β失活，β-catenin被蛋白降解物復(fù)合體釋放，從而緩解高糖所致的腎臟纖維化過程[11]。因此，Wnt-5a的抑纖維化作用的可能是通過影響β-catenin水平，最終通過經(jīng)典Wnt途徑實(shí)現(xiàn)。

2 Wnt-5a在炎癥中的作用

2.1 Wnt-5a促炎作用

在結(jié)核分枝桿菌感染肺部肉芽腫性組織、慢性牙周炎組織、嚴(yán)重膿毒癥患者的血清和骨髓巨噬細(xì)胞中、人和小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化區(qū)域、人類牙髓炎組織及類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者的滑膜組織和滑膜纖維組織中，Wnt-5a表達(dá)均顯著增高，這提示W(wǎng)nt-5a參與機(jī)體炎癥反應(yīng)[12-19]。

在神經(jīng)炎性疾病中，Wnt-5a誘導(dǎo)原代小膠質(zhì)細(xì)胞中環(huán)氧化酶-2(COX-2) 及促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α表達(dá)上調(diào)[17]。Wnt-5a也與阿爾茨海默氏病相關(guān)的神經(jīng)炎癥相關(guān)，β-淀粉樣肽(Ab) 誘導(dǎo)初級(jí)皮層神經(jīng)元表達(dá)Wnt-5a，通過上調(diào)NF-κB誘導(dǎo)激酶(NIK)激活NF-κB，并介導(dǎo)IL-1β的表達(dá)[18]。

最近研究發(fā)現(xiàn)，Wnt-5a也在其它細(xì)胞中發(fā)揮促炎作用。在人脂肪細(xì)胞中，Wnt-5a可誘導(dǎo)促炎因子IL-6和IL-1β的表達(dá)[14]。在骨髓基質(zhì)細(xì)胞中，通過MAPK和NF-κB通路，LPS誘導(dǎo)Wnt-5a表達(dá)，促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，并增強(qiáng)單核細(xì)胞和T細(xì)胞的趨化[13]。在內(nèi)皮細(xì)胞中，通過Ca2+-PKC-NF-κB，Wnt-5a促進(jìn)COX-2的表達(dá)和促炎細(xì)胞因子的釋放，增加血管通透性[19]。TNF-α刺激可誘導(dǎo)人牙髓細(xì)胞表達(dá)Wnt-5a，它通過MAPK和NF-κB信號(hào)通路調(diào)節(jié)IL-8和CCL2的表達(dá)，并影響巨噬細(xì)胞的遷移[16]。

2.2 Wnt-5a抗炎作用

研究表明，在小膠質(zhì)細(xì)胞中Wnt-5a通過抑制COX-2的上調(diào)而抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。另一項(xiàng)研究表明，在LPS/IFN-γ存在下，Wnt-5a可通過抑制M1巨噬細(xì)胞，抑制多種病理炎癥反應(yīng)。不同劑量的LPS可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表達(dá)不同水平Wnt-5a，這在一定程度上解釋了Wnt-5a和LPS劑量依賴關(guān)系，低劑量LPS下Wnt-5a發(fā)揮促炎作用，而高劑量LPS下Wnt-5a通過巨噬細(xì)胞耐受抑制炎癥反應(yīng)[17]。

2.3 Wnt-5a對(duì)機(jī)體免疫應(yīng)答作用

文獻(xiàn)表明，Wnt-5a參與體內(nèi)免疫應(yīng)答的維持。在非特異免疫反應(yīng)中，巨噬細(xì)胞可通過控制自身表達(dá)Wnt-5a，經(jīng)Rac1-NF-κB途徑誘導(dǎo)IFN-b、IFN-γ表達(dá)水平，調(diào)節(jié)CD14的表達(dá)最終影響機(jī)體的免疫應(yīng)答[12]。此外，Wnt-5a還可以維持巨噬細(xì)胞存活，Wnt-5a表達(dá)缺失可致Bcl-2、Bcl-l和mcl-1等促細(xì)胞生存因子表達(dá)降低，同時(shí)增加凋亡因子Bax的表達(dá)[13，14]，從而加速巨噬細(xì)胞凋亡。

非特異免疫應(yīng)答中另一關(guān)鍵過程是中性粒細(xì)胞聚集。在多種趨化因子作用下，大量中性粒細(xì)胞聚集到感染損傷部位，而過多中性粒細(xì)胞聚集與哮喘、COPD等多種疾病密切相關(guān)。人中性粒細(xì)胞表達(dá)多種Wnt-5a受體，最常見的為FZD2、FZD5和FZD8。Wnt-5a通過MAPK信號(hào)途徑，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞趨化因子IL-8和CCL2的釋放，募集中性粒細(xì)胞[14]。另外，Wnt-5a還可以通過JNK和NF-κB信號(hào)途徑作用于巨噬細(xì)胞，增加CCL2的表達(dá)。另一研究對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證，收集LPS處理后巨噬細(xì)胞的上清液，在Wnt-5a存在下可以有效地誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞遷移。

3 Wnt-5a在腫瘤中的作用

研究已表明，Wnt/β-catenin信號(hào)通路可促進(jìn)惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展，而Wnt-5a可通過調(diào)節(jié) Wnt/β-catenin信號(hào)通路和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的特性，影響腫瘤進(jìn)展。

3.1 Wnt-5a抑瘤作用

在乳腺癌和結(jié)直腸癌中，Wnt-5a低表達(dá)或缺失與腫瘤高侵襲性及預(yù)后不良有關(guān)。甲狀腺癌中，Wnt-5a表達(dá)增加表現(xiàn)出抑癌活性[20-25]。

Wnt-5a在急性淋巴細(xì)胞白血病(ALL)中也具有抑瘤作用。臨床研究發(fā)現(xiàn)，在ALL中，Wnt-5a表達(dá)缺失[26]，進(jìn)一步分析ALL患者腫瘤細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，這一缺失是由于啟動(dòng)子區(qū)高甲基化而表觀沉默，這或許是腫瘤細(xì)胞的無限增殖和惡性發(fā)展的原因之一[27]。

同樣，在食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)組織中也發(fā)現(xiàn)了相似的Wnt-5a啟動(dòng)子高度甲基化[28]。Wnt-5a表達(dá)異常抑制經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖和遷移，提示W(wǎng)nt-5a在ESCC中具有抑瘤作用[29]。

3.2 Wnt-5a促瘤作用

在胃癌組織中，Wnt-5a表達(dá)顯著上調(diào)，并且Wnt-5a上調(diào)的程度與胃癌惡性程度呈正相關(guān)。注射抗Wnt-5a抗體發(fā)現(xiàn)胃癌肝轉(zhuǎn)移被抑制[28]。目前已有研究發(fā)現(xiàn)Wnt-5a促進(jìn)胃癌侵襲相關(guān)機(jī)制：Wnt-5a激活黏著斑激酶和Rac1、激活PI3K/AKT、JNK和PKC信號(hào)通路，進(jìn)而通過調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附、肌動(dòng)蛋白形成和層粘連蛋白促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)移[30]。此外，胃癌組織中，Wnt-5a和MCP-1、IL-1β的表達(dá)呈正相關(guān)，提示W(wǎng)nt-5a可能參與腫瘤區(qū)域巨噬細(xì)胞浸潤和腫瘤相關(guān)炎癥等病理過程[15，22]。

在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)中， Wnt-5a的表達(dá)顯著增加并與不良預(yù)后相關(guān)[22]。香煙煙霧作為肺癌強(qiáng)誘導(dǎo)劑，可誘導(dǎo)人支氣管上皮細(xì)胞表達(dá)Wnt-5a，Wnt-5a通過激活PKC上調(diào)細(xì)胞中的抗凋亡基因如Bcl-2，使細(xì)胞抗凋亡[21]。

在人黑色素瘤組織中，Wnt-5a廣泛表達(dá)，并與腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后相關(guān)。高表達(dá)的Wnt-5a通過調(diào)節(jié)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，促進(jìn)黑色素瘤細(xì)胞侵襲[30]。Wnt-5a還可激活黑色素瘤細(xì)胞中的ARF6，阻斷N-cadherin對(duì)β-catenin的抑制作用，增強(qiáng)β-catenin介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞侵襲作用。此外，Wnt-5a還可以激活Ca2+依賴的信號(hào)通路，影響細(xì)胞骨架的重塑和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)[20]。Wnt-5a也可以通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞耐藥，從而延長腫瘤存活。研究發(fā)現(xiàn)，BRAF抑制劑長時(shí)間處理可誘導(dǎo)黑色素瘤細(xì)胞Wnt-5a表達(dá)，隨之腫瘤細(xì)胞對(duì)BRAF抑制劑抗性增強(qiáng)。這一過程可能與FZD7和RYK介導(dǎo)的AKT信號(hào)通路被激活相關(guān)[30]。反之，Wnt-5a缺失黑色素瘤細(xì)胞增殖減弱，腫瘤細(xì)胞對(duì)BRAF抑制劑的抗性降低敏感性增強(qiáng)。

在對(duì)前列腺癌細(xì)胞中Wnt-5a研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，Wnt-5a表達(dá)上調(diào)并通過Ca2+-CaMKII信號(hào)通路促進(jìn)肌動(dòng)蛋白重塑，影響細(xì)胞遷移和侵襲[31]。此前已知，基質(zhì)金屬蛋白酶1(MMP1)與前列腺腫瘤細(xì)胞骨轉(zhuǎn)移相關(guān)。而Wnt-5a與ROR2和FZD2受體結(jié)合后，激活蛋白激酶D(PKD)和JNK促進(jìn)MMP1表達(dá)[32]。這說明Wnt-5a參與前列腺癌骨轉(zhuǎn)移。隨著骨髓基質(zhì)細(xì)胞Wnt-5a水平增加，前列腺癌細(xì)胞表現(xiàn)出向骨髓基質(zhì)細(xì)胞的遷移增加的趨勢(shì)，提示W(wǎng)nt-5a可作為前列腺癌細(xì)胞的趨化因子或歸巢因子[33]。骨髓基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的Wnt-5a具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖的作用，Wnt-5a通過PKC-NF-κB、BMP-6激活SMAD和β-catenin，使前列腺癌組織中β-catenin核內(nèi)大量聚集。另一方面，BMP-6可以使前列腺癌細(xì)胞在無雄激素的情況下的增殖，這可能是去勢(shì)前列腺癌發(fā)生的原因[34]。

3.3 Wnt-5a在腫瘤中的其它作用

除了直接參與腫瘤發(fā)生發(fā)展外，Wnt-5a還通過參與促血管生成、免疫調(diào)節(jié)等方式間接影響腫瘤發(fā)生發(fā)展[23]。

Wnt-5a可誘導(dǎo)黑色素瘤細(xì)胞分泌IL-6、MMP2和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)，參與細(xì)胞骨架重組。將Wnt-5a缺陷的黑色素瘤細(xì)胞與正常內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，內(nèi)皮細(xì)胞生長被抑制。進(jìn)一步將Wnt-5a與黑色素瘤細(xì)胞共處理，獲取腫瘤細(xì)胞分泌的外泌體，用該外泌體處理內(nèi)皮細(xì)胞，可誘導(dǎo)血管生成，這一現(xiàn)象提示W(wǎng)nt-5a具有促血管生成作用[35]。

另一研究發(fā)現(xiàn)，Wnt-5a抑制黑色素瘤細(xì)胞腫瘤相關(guān)抗原(TAA)表達(dá)，影響細(xì)胞毒性T細(xì)胞功能，這導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞免疫逃逸[25]。

4 小 結(jié)

在不同階段、不同組織、不同生理病理過程中，Wnt-5a參與多樣生理病理作用，體現(xiàn)了其功能的復(fù)雜性。因此，開展更多Wnt-5a信號(hào)分子研究，不僅是有助于闡明病理狀態(tài)下通路機(jī)制和作用，并且更可為相關(guān)疾病的靶向治療研發(fā)提供新策略。