Wnt信號通路在COPD中的研究進展

張志華 趙卉 王潤鈺 趙一茹 馮惠 曲夢蕊 劉潔

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是以持續(xù)存在的呼吸系統(tǒng)癥狀和氣流受限為特征的慢性疾病。COPD的患病率和死亡率在全球逐年上升，目前已成為全球第三大死因[1]。COPD患者隨著年齡增長及疾病進展，經(jīng)濟負擔逐漸加重，生活質(zhì)量逐年下降，故探索新的診療思路對COPD的預防和治療顯得尤為重要。近年來越來越多的研究表明Wnt信號通路的異常與多種疾病密切相關，多個學者研究表明Wnt信號通路異常與COPD的發(fā)生、發(fā)展有密切關系。本綜述主要介紹Wnt信號通路與COPD發(fā)病的相關研究進展。

一、Wnt信號通路概述

Wnt信號通路進化上高度保守，在胚胎發(fā)育、成人組織穩(wěn)態(tài)和多種細胞的增殖、分化、存活、凋亡和遷移中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[2-3]。Wnt基因最初在小鼠中發(fā)現(xiàn)被命名為Int1，后來在果蠅中鑒定出一個無翼表型的同系物，并將Int基因重命名為Wnt；Wnts是一類分泌型糖蛋白，目前已有19種Wnt配體被確認，當Wnt配體與不同的受體結(jié)合時發(fā)揮不同的生物學效應。隨著對Wnt?信號通路的深入研究，發(fā)現(xiàn)其與COPD的發(fā)病密切相關。研究表明Wnt信號通路的失調(diào)有助于慢性肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展，包括COPD、肺間質(zhì)纖維化、哮喘及肺癌[4]。依據(jù)有無β-catenin可將Wnt信號通路分為經(jīng)典信號通路(Wnt1、2、3、8a，8b，10a和10b)和非經(jīng)典信號通路(Wnt4、5a，5b，6、7a，7b和11)[5]。經(jīng)典Wnt信號通路的作用機制：當Wnt信號缺失時，β-catenin被軸抑制因子(Axin)、結(jié)直腸腺瘤息肉蛋白(APC)、糖原合酶激酶3(GSK-3)和酪蛋白激酶1(CK1)組成的蛋白質(zhì)復合物降解；當存在Wnt配體時，Wnt與受體的結(jié)合會導致蛋白質(zhì)復合物解離并在細胞核中積累β-catenin，β-catenin與T細胞因子/淋巴增強因子(TCFs/LEFs)結(jié)合并激活靶基因的表達[2]。非經(jīng)典Wnt信號通路作用機制比較復雜，目前主要的兩條通路為Wnt/Ca2+通路及Wnt細胞極性通路。Wnt細胞極性通路(又稱平面細胞極性信號通路(PCP))是定向細胞行為(如遷移、不對稱分裂和形態(tài)極化)的一個強有力的發(fā)育調(diào)控因子，對塑造人體軸和復雜的組織和器官三維結(jié)構(gòu)至關重要。Vladar等人[6]研究表明PCP功能障礙與多種慢性肺部疾病有關(包括COPD、特發(fā)性肺動脈高壓等)，對PCP機制透徹的研究，可提供針對慢性肺部疾病治療的新思路。Wnt-5A是Wnts家族中的重要成員，Wnt-5A對Wnt經(jīng)典信號通路與非經(jīng)典信號均有調(diào)控作用，其主要是通過非經(jīng)典信號通路發(fā)揮調(diào)控作用，而在肺部疾病中主要通過經(jīng)典途徑起雙向調(diào)節(jié)作用。

二、Wnt信號通路與COPD

1 肺泡上皮細胞

肺泡上皮細胞是構(gòu)成和維持肺泡穩(wěn)定性的重要細胞。Ⅰ型肺泡上皮細胞(AT1)覆蓋肺泡的大部分表面，與巨噬細胞共同參與構(gòu)成氣-血屏障；Ⅱ型肺泡上皮細胞(AT2)分泌肺泡表面活性物質(zhì)，降低肺泡表面張力、穩(wěn)定肺泡大小，AT2異常可導致肺氣腫、肺不張的發(fā)生，從而增加COPD發(fā)病的風險。多種研究已證實AT2具有分化為AT1的潛能，但其潛在的分化機制尚不明確，Ghosh等研究表明[7]Wnt-5A可被胰島素樣生長因子-I(IGF-1)激活，激活的Wnt-5A可使AT2細胞分化為AT1細胞，且IGF-1和Wnt-5A可刺激損傷的肺泡上皮細胞修復。Wu等研究表明[8]在肺泡上皮祖細胞中Wnt-5A/B為負性調(diào)控，Wnt-5A與Wnt-5/β均可抑制肺泡上皮祖細胞的生長，這可能是導致COPD肺泡修復缺陷的原因。Skronska-Wasek等研究表明[9]卷曲蛋白受體4(FZD4)在COPD患者的AT2細胞中表達明顯下降，降低了Wnt/β-catenin驅(qū)動的上皮細胞增殖和傷口閉合，并且干擾了AT2到AT1細胞的分化；同時，研究發(fā)現(xiàn)丙戊酸可誘導FZD4依賴的Wnt信號通路的活性，從而增加FZD4的表達。Baarsma等研究表明[10]Wnt-5A在COPD患者及COPD實驗模型中表達增加，并與相關刺激(例如TGF-β，香煙煙霧(CS)和細胞衰老)誘導有關；成熟的Wnt-5A在體外減弱了經(jīng)典的Wnt驅(qū)動的肺泡上皮細胞傷口的愈合和分化，肺部Wnt-5A過量表達進一步惡化了彈性蛋白酶誘導的肺氣腫，當Wnt-5A受抑制時，彈性蛋白酶、CS誘導的COPD模型中肺組織的肺功能得到了改善，并恢復了β-catenin驅(qū)動的靶基因和肺泡上皮細胞標志物的表達，推斷出Wnt-5A參與COPD發(fā)病機制中的間質(zhì)-上皮細胞受損的新機制，研制Wnt-5A抑制劑可作為治療靶點；Li等[11]研究表明Wnt-5A失活對肺泡形成的主要影響是肌成纖維細胞的分化和遷移，關鍵調(diào)節(jié)基因的表達減少。

2 肺成纖維細胞

成纖維細胞是肺間質(zhì)中最豐富的細胞類型，主要功能是產(chǎn)生肺泡隔，細胞外基質(zhì)中的蛋白聚糖、彈性蛋白和Ⅲ型膠原蛋白，參與細胞外基質(zhì)穩(wěn)態(tài)，其主要受轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)調(diào)節(jié)，因此在肺組織修復和重塑中至關重要。研究已經(jīng)證實在各種慢性疾病中，WNT/β-catenin途徑的激活與細胞外基質(zhì)轉(zhuǎn)換異常有關，Baarsma等[12]研究結(jié)果顯示β-catenin信號傳導有助于肺成纖維細胞產(chǎn)生細胞外基質(zhì)，并有助于肌成纖維細胞分化。有學者研究表明TGF-β誘導的成纖維細胞向肌成纖維細胞的分化，有助于COPD和特發(fā)性肺纖維化的重塑；Ng-Blichfeldt等研究表明TGF-β會損害成纖維細胞修復支持上皮的能力[13]。

3 支氣管上皮干細胞

支氣管黏液腺肥大、增生及分泌旺盛和纖毛變短、黏連、倒伏及脫失均為COPD患者氣道病理改變。支氣管干細胞可分化為黏液細胞和纖毛細胞。Malleske團隊[14]早先研究表明β-catenin的遺傳穩(wěn)定作用抑制了小鼠細支氣管組織干細胞的分化，近期研究確定了β-catenin及其輔因子P300(E1A結(jié)合蛋白，300 kDa)和cAMP反應元件結(jié)合(CREB)結(jié)合蛋白(CBP)對人支氣管上皮干細胞向黏液細胞和纖毛細胞分化的影響，證實P300和CBP調(diào)節(jié)β-catenin信號以促進黏液細胞分化。由上述結(jié)果不難推斷出在氣道損傷及病變時Wnt信號通路可干擾其正常修復，導致疾病進一步進展。

4 纖毛上皮細胞

黏膜纖毛上皮細胞提供了抵抗病原體的第一道防線，已經(jīng)研究表明黏膜纖毛上皮的再生和重塑受損與慢性氣道疾病中Wnt/β-catenin信號失調(diào)有關，但其潛在機制尚不清楚；Haas等[15]研究表明慢性Wnt激活導致黏膜纖毛上皮重塑和基底細胞增生，體內(nèi)和體外均可逆轉(zhuǎn)，由此推斷出Wnt抑制可作為慢性肺部疾病的治療選擇。

5 慢性氣道炎癥

慢性氣道炎癥參與多種疾病的發(fā)病機制，包括哮喘、結(jié)核、肺癌、支氣管擴張等肺部疾病，COPD也不例外；有學者[16]研究表明細小顆粒物(直徑≤2.5μm)、CS、香煙煙霧提取物(CSE)會誘導氣道炎癥和Wnt-5A表達，聯(lián)合暴露可使Wnt-5A表達明顯升高，使用Wnt-5A拮抗劑(BOX5)成功阻斷了相關的炎癥作用，可作為COPD治療的新靶點。Guo等[17]通過實驗表明CS誘導的Wnt/β-catenin信號通路可能通過PPARδ/p38 MAPK途徑促進氣道上皮炎性細胞因子的產(chǎn)生，進而在COPD氣道炎癥中發(fā)揮作用，抑制或切斷這個途徑或許會改善COPD吸煙患者的臨床癥狀。有學者研究證實：當脂多糖誘導肺部損傷產(chǎn)生氣道炎癥時，Wnt/β-catenin通路處于抑制狀態(tài)，表明脂多糖引起的氣道炎癥會抑制Wnt信號通路[18]；增強Wnt信號傳導能夠減弱脂多糖導致的肺泡上皮細胞的炎癥反應[19]；研究表明對于COPD患者胰島素抵抗(IR)會加重其氣道炎癥，目前發(fā)病機制尚不清楚。Zhu等研究表明[20]IR降低了肺組織中Sfrp5的表達并激活了Wnt-5A/JNK1途徑，從而促進了巨噬細胞的激活并促進了肺部的炎癥反應。相反，過度表達Sfrp5可抑制Wn-t5A/JNK1途徑從而抑制炎癥反應，Sfrp5可能作為治療COPD的靶點。

6 肺泡表面活性蛋白A和D

吸煙、粉塵是COPD發(fā)病的重要誘因之一，有研究表明[21]尼古丁通過人氣道上皮細胞中的Wnt/β-catenin和PKC信號傳導降低表面活性蛋白A和D的水平，而表面活性蛋白A和D的缺乏是氣道重塑的機制，氣道重塑是COPD的特征之一，控制COPD患者表面活性蛋白A和D水平或許會延緩疾病的進展。氣道重塑包括平滑肌特異性基因和蛋白質(zhì)表達的變化，但目前對于氣道重塑機制的了解相對少，仍需繼續(xù)探索。Kumawat 等[22]研究表明WNT-11-依賴的Rho激酶-肌動蛋白-MRTF-A信號軸調(diào)節(jié)氣道平滑肌細胞中平滑肌-α-肌動蛋白的表達進而影響氣道重塑；Jia等[23]研究表明Wnt/β-catenin信號傳導途徑可能通過p38 MAPK依賴性途徑調(diào)節(jié)氣道重塑過程。miR-130a是一種miRNA，Wu等[24]研究發(fā)現(xiàn)miR-130a在CS誘導的COPD中具有致病作用，并通過靶向Wnt1調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號傳導，miR-130a可作為治療CS誘導的COPD的潛在靶標。

三、結(jié)論和展望

已有的研究表明Wnt信號通路可能在COPD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但這些研究仍多處于探索的早期階段。隨著對Wnt信號通路在COPD發(fā)病中作用認識的逐步深入，將有可能以Wnt信號通路為靶點，為COPD的治療開發(fā)新的藥物。