BAMBI通過Wnt通路參與相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展

賈哲，于祥遠(yuǎn)，陳斐然，楊文文，劉創(chuàng)萍 綜述 秦勝花 審校

1.桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541001；2.桂林市人民醫(yī)院健康管理中心，廣西 桂林 541001

骨形態(tài)發(fā)生蛋白和激活素膜結(jié)合抑制劑[bone morphogenetic protein (BMP) and activin membrane-bound inhibitor，BAMBI]是在篩選與骨形態(tài)發(fā)生蛋白4信號通路相關(guān)基因表達(dá)譜時(shí)被發(fā)現(xiàn)的，并于1999年被命名為BAMBI。BAMBI是一種位于10p11.2-p12.3染色體的跨膜糖蛋白，因其胞外結(jié)構(gòu)域與轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)家族、激活素、BMP等配體的Ⅰ型受體胞外結(jié)構(gòu)域高度相似，但胞內(nèi)缺乏絲氨酸/蘇氨酸激酶信號轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域，所以也被稱為TGF-β偽受體。根據(jù)以往的研究，人類BAMBI 在人體的多種器官組織中均有表達(dá)，包括肝臟、腎臟、腎上腺、前列腺等組織。Wnt信號通路是由配體蛋白質(zhì)Wnt 和膜蛋白受體結(jié)合進(jìn)而激發(fā)多個(gè)下游通道的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。經(jīng)此通路，細(xì)胞外的信號將被傳導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)。Wnt信號通路在多細(xì)胞生物體軸分化過程中起重要作用。本文擬從BAMBI通過Wnt 通路參與腫瘤、肥胖、胚胎分化三個(gè)疾病方面進(jìn)行綜述。

1 BAMBI與Wnt及其信號通路基本結(jié)構(gòu)組成

1.1 BAMBI 基本結(jié)構(gòu) BAMBI 基因定位在10號染色體p11.2～p12.3 區(qū)域，是一種跨膜蛋白，BAMBI從非洲爪蟾到人類不同物種中高度保守表達(dá)。除了BAMBI胞內(nèi)缺乏絲氨酸/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域外，BAMBI 與TGF-β/BMP 1 型受體(TGFR1/BMPR1)胞外結(jié)構(gòu)域具有高度同源性[1]，因此，BAMBI 也被稱為TGFR1/BMPR1的偽受體。BAMBI作為TGF-β的拮抗劑常常干擾后者與TGF-βI、Ⅱ型受體結(jié)合。在斑馬魚、非洲爪蟾、鳥類和小鼠的胚胎發(fā)育過程中，BAMBI 通過TGF-β和Wnt信號通路與BMP4緊密共表達(dá)[2]。

1.2 Wnt及其信號通路結(jié)構(gòu)及傳導(dǎo)過程 Wnt信號通路最初是在癌癥和胚胎發(fā)育研究中發(fā)現(xiàn)的[3-4]。Wnt信號通路包括兩大類：(1)經(jīng)典的Wnt信號通路即依賴β-Catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；(2)非經(jīng)典Wnt信號傳導(dǎo)通路。其中后者又分為：Wnt/Ca2+、Wnt/PCP(平面細(xì)胞極性)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、Rho GTPase 途徑和c-Jun氨基末端激酶(JNK)的通路[5]。在靜息細(xì)胞中，游離β-Catenin 水平受到蛋白酶體介導(dǎo)的降解過程的嚴(yán)格控制。這種降解復(fù)合物有4 種關(guān)鍵成分，即腫瘤抑制因子APC(腺瘤性息肉病桿菌)、Axin 軸蛋白、GSK-3(絲氨酸/蘇氨酸激酶糖原合酶激酶3)、CK-1a(酪蛋白激酶1a)。在沒有Wnt 配體刺激的情況下，β-Catenin被隔離在細(xì)胞質(zhì)中并與上述蛋白酶體復(fù)合物結(jié)合磷酸化而降解。位于細(xì)胞核的TCFs在沒有β-Catenin參與下，將招募核輔抑制因子(HDAC、CtBP1和Groucho)并抑制Wnt 靶基因表達(dá)。而當(dāng)Wnt 配體參與時(shí)，Wnt配體與Frizzled卷曲受體(Fzd)、LRP5/6共受體結(jié)合，破壞蛋白酶體降解復(fù)合物或抑制其形成，同時(shí)招募并與散亂蛋白(Dvl)結(jié)合，β-Catenin 進(jìn)入細(xì)胞核，與TCF 結(jié)合進(jìn)一步形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，調(diào)節(jié)軸蛋白2、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白D1、原癌基因、氧化物酶體增殖物激活受體δ(peroxisome proliferator activated receptor-δ，PPARδ)等靶基因的表達(dá)[6]。另外，GLP1(胰高血糖素樣肽)和胰島素可通過激活β-Catenin參與TCF轉(zhuǎn)錄復(fù)合物形成，進(jìn)一步調(diào)控上述靶基因的表達(dá)。非經(jīng)典Wnt/β-Catenin信號通路研究較多的是平面細(xì)胞極性通路，即Wnt可與Fzd結(jié)合招募Dvl，控制細(xì)胞成分近、遠(yuǎn)端分布，在組織內(nèi)定向分布，影響胚胎細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，調(diào)控細(xì)胞凋亡[7]。Wnt配體與卷曲蛋白結(jié)合，招募并增強(qiáng)Dvl蛋白與連接蛋白disheveled 相關(guān)形態(tài)發(fā)生激動(dòng)劑1(disheveled associated activator of morphogenesis 1，DAAM1)的交連，激活WGEF (Rho weak similarity guanine nucleotide exchange factor)或Rho GTPase家族成員Rac1，進(jìn)而誘導(dǎo)相關(guān)蛋白激酶激活，影響細(xì)胞形態(tài)及骨架重構(gòu)。Wnt/Ca2+信號傳導(dǎo)通路即G蛋白三聚體受體-鈣離子耦連信號通路，Dvl 激活G 蛋白三聚體，導(dǎo)致環(huán)磷酸腺苷c AMP增加、蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)活化[8]，進(jìn)一步激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子釋放和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)的活化，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附、遷移及細(xì)胞各種活動(dòng)[9]。

2 BAMBI通過Wnt通路參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

相關(guān)研究報(bào)告顯示，BAMBI可以促進(jìn)癌細(xì)胞的遷移、侵襲和增殖[10]。近年來，Wnt信號通路在胚胎發(fā)育過程中被證明具有調(diào)控生長的作用，其病理作用揭示了幾種特定人類癌癥與高頻率突變之間的關(guān)系。高頻突變可誘導(dǎo)信號通路的轉(zhuǎn)錄激活[11]。LUH等[12]的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)與對照組相比，構(gòu)建的黑色素瘤小鼠模型組表現(xiàn)出：BAMBI 蛋白、Wnt 信號通路關(guān)鍵因子如Wnt10B、P53、Bcl-2 及反映細(xì)胞增殖及遷移的TOPflash、β-Catenin因子的高表達(dá)，而miR-708、血管內(nèi)皮生長因子低表達(dá)及細(xì)胞凋亡率降低。在模擬miR-708并同時(shí)干擾BAMBI RNA的黑色素瘤小鼠模型中，上述相關(guān)細(xì)胞因子及細(xì)胞活動(dòng)呈相反表達(dá)趨勢。此外，敲除BAMBI基因，細(xì)胞增殖和Wnt通路相關(guān)因子表達(dá)下降。通過上述實(shí)驗(yàn)證明：BAMBI在黑素瘤組織中高表達(dá)，并可能通過負(fù)向調(diào)控miR-708，激活Wnt信號通路，從而加速黑素瘤的發(fā)生發(fā)展。人類BAMBI也可以通過增強(qiáng)其與受體frizzed-5的相互作用來促進(jìn)Wnt信號[13]。在結(jié)腸癌及肝癌細(xì)胞中，BAMBI的高表達(dá)可使細(xì)胞生長從TGF-β的調(diào)節(jié)中逃逸。BAMBI表達(dá)也與Toll樣受體4與脂多糖介導(dǎo)的肝纖維化有關(guān)[14]。眾所周知，肝臟纖維化在肝癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，這也反映了BAMBI與肝癌的關(guān)系。c端截短型乙型肝炎病毒(ctHBX)是肝細(xì)胞癌(HCC)中經(jīng)常檢測到的病毒HBV整合到宿主的基因組。在LEE等[15]的實(shí)驗(yàn)中，在肝癌細(xì)胞中，ctHBx組對BAMBI的下調(diào)程度大于HBx組。HBx組Wnt/β-Catenin通路被激活，通過T細(xì)胞因子1的信號積極地調(diào)控BAMBI。然而ctHBx 消極監(jiān)管Wnt/β-Catenin通路，造成肝癌的發(fā)生發(fā)展。在胃癌細(xì)胞中，下調(diào)BAMBI表達(dá)阻礙了經(jīng)典Wnt通路中β-Catenin向核內(nèi)轉(zhuǎn)移，進(jìn)而干擾Wnt信號通路的傳導(dǎo)[16]。還有研究報(bào)道，BAMBI過表達(dá)使包括骨肉瘤[17]、卵巢[18]和結(jié)腸直腸癌[19]在內(nèi)的多種癌癥的惡性程度增加。靶向敲低BAMBI或者尋找促進(jìn)Wnt信號通路正向表達(dá)的藥物將會(huì)為腫瘤的防治提供新的思路。

3 BAMBI通過Wnt通路參與胚胎分化

Wnt信號通路在成人組織穩(wěn)態(tài)、干細(xì)胞維持、心臟發(fā)育和分化、血管生成、心肌肥厚、心力衰竭和衰老等方面具有重要作用[20]。此外，Wnt蛋白在細(xì)胞水平上具有多種功能，包括通過不同的機(jī)制調(diào)控基因表達(dá)(進(jìn)而調(diào)控分化)、細(xì)胞周期和增殖，以及其他非基因組反應(yīng)，如細(xì)胞遷移和纖毛形成[21]。BAMBI作為BMP2和TGF-β受體偽受體，在細(xì)胞的增殖、分化、凋亡過程中也發(fā)揮著重要作用。適當(dāng)?shù)募?xì)胞滋養(yǎng)層外侵是正常妊娠的前提。人滋養(yǎng)細(xì)胞侵襲不足導(dǎo)致胎盤異常發(fā)育，導(dǎo)致多種妊娠相關(guān)并發(fā)癥，如子癇前期、宮內(nèi)生長受限等，均對母親和胎兒的健康有害[22]。在大鼠滋養(yǎng)細(xì)胞向巨細(xì)胞的分化過程中，細(xì)胞周期蛋白D1被上調(diào)，使其從正常的有絲分裂細(xì)胞周期向重復(fù)周期過渡[23]，類似的細(xì)胞周期變化也發(fā)生在人類滋養(yǎng)層細(xì)胞的侵襲性獲取過程中。ZHAO等[24]通過建立未滅活的人類滋養(yǎng)細(xì)胞HTR8/SVneo和原始的人類滋養(yǎng)層細(xì)胞作為研究模型，表明BMP2 處理增加了BAMBI mRNA 水平并且激活了Wnt 信號通路，包括提高了磷酸化GSK3β，上調(diào)了未磷酸化的β-catenin及下游的細(xì)胞cycline D1水平。上述實(shí)驗(yàn)最終證明BAMBI 在BMP2 誘導(dǎo)下激活Wnt/β-catenin信號通路，促使人類滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲。最近有報(bào)道稱，BMP2可上調(diào)人顆粒細(xì)胞中的BAMBI[25]。BMP2可以激活并作用于經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號通路而參與骨形成和肺血管生成[26]。此外，BAMBI在嚙齒類動(dòng)物成肌細(xì)胞分化過程中促進(jìn)典型的Wnt 信號的傳導(dǎo)[27]。在犬腎上皮細(xì)胞中，BAMBI上調(diào)介導(dǎo)缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF1)誘導(dǎo)上皮極性的喪失[28]。

4 BAMBI通過Wnt通路參與肥胖的發(fā)生發(fā)展

肥胖狀態(tài)發(fā)生的原因是熱量攝入與能量消耗比例的增加，進(jìn)而導(dǎo)致了現(xiàn)有脂肪細(xì)胞肥大和存在脂肪組織的間充質(zhì)干細(xì)胞或前脂肪細(xì)胞向新脂肪細(xì)胞分化，促使新脂肪細(xì)胞增生。RAYKHEL 等[28]的基因水平研究中，在677 名肥胖兒童、青少年以及529 名消瘦對照受試者中，對BAMBI 編碼區(qū)和外顯子-內(nèi)含子邊界進(jìn)行突變篩選時(shí)，發(fā)現(xiàn)了18 個(gè)基因變異，其中12 個(gè)只在肥胖個(gè)體中發(fā)現(xiàn)，表明BAMBI 基因在肥胖和消瘦受試者的變異頻率不同，差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；證明BAMBI 與肥胖之間存在一定聯(lián)系[29]。在LUO 等[30]的試驗(yàn)中表明，在飲食誘導(dǎo)肥胖的小鼠模型中，BAMBI 表達(dá)水平降低。另觀察到，用成纖維細(xì)胞生長因子-1 (FGF-1)處理細(xì)胞分化時(shí)，BAMBI 表達(dá)降低。FGF-1 是由脂肪來源的微血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的旁分泌因子，通過FGF-1 受體1/成纖維細(xì)胞生長因子受體底物2 (FRS2)/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑促進(jìn)人前脂肪細(xì)胞的脂肪生成[31]。FGF-1 致脂作用的一個(gè)關(guān)鍵因素是在誘導(dǎo)分化之前，F(xiàn)GF-1 能夠通過誘導(dǎo)主要致脂調(diào)節(jié)因子-過氧化物酶體增殖激活受體g(PPARg)的表達(dá)來促進(jìn)脂肪生成的“啟動(dòng)”[31]。典型的Wnt/β-catenin 通路通過抑制PPARg 表達(dá)的誘導(dǎo)來維持前脂肪細(xì)胞處于未分化增殖狀態(tài)。已有研究證明，BAMBI 是典型的Wnt/β-Catenin 通路的正向調(diào)節(jié)因子[32]。BAMBI 敲除降低了Wnt/β-Catenin 信號通路的傳導(dǎo)，其證據(jù)是β-catenin 蛋白的降低抑制Wnt 介導(dǎo)的糖原合酶激酶3(GSK3)表達(dá)，進(jìn)而保護(hù)蛋白酶體不被降解，與此同時(shí)，降低脂肪細(xì)胞TCF-4 mRNA 合成，從而使前脂肪細(xì)胞處于未分化狀態(tài)。以上相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，BAMBI作為脂肪生成的一個(gè)強(qiáng)有力的負(fù)調(diào)控因子，它影響人類前脂肪細(xì)胞的分化。 此外，在人類非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者中，BAMBI 蛋白水平與患者體質(zhì)量指數(shù)(BMI)呈負(fù)相關(guān)[33]。以上說明，BAMBI 可能通過經(jīng)典β-catenin 通路負(fù)向調(diào)節(jié)脂肪形成，從而為治療肥胖提供分子水平策略。

5 小結(jié)

綜上相關(guān)資料表明，BAMBI通過參與Wnt信號通路促進(jìn)腫瘤的形成、侵襲及促進(jìn)胚胎分化，起正向作用，而對脂肪的生成及肥胖則作用相反。BAMBI通過Wnt 信號通路參與上述疾病的發(fā)生發(fā)展。靶向干預(yù)BAMBI 及Wnt 信號通路相關(guān)因子可能是干預(yù)或治療上述疾病的一個(gè)新思路。但具體應(yīng)用需要更進(jìn)一步的基礎(chǔ)和臨床實(shí)驗(yàn)。