Wnt/β-catenin信號通路研究進展

邵宇婷

摘 要：Wnt信號通路是各種發(fā)育過程必不可少的， β-catenin在Wnt信號通路和鈣粘蛋白介導的細胞粘附中起著核心作用。經(jīng)典的Wnt信號轉(zhuǎn)導級聯(lián)反應，最初已在脊椎動物和非脊椎動物的胚胎發(fā)生中描述，此外還與多種不同腫瘤類型的發(fā)展有關(guān)，主要是胃腸道疾病的起源。近年來，在Wnt信號通路中已經(jīng)鑒定了多種新穎的相互作用組分和功能，不僅揭示了Wnt信號通路的復雜性，而且還揭示了其潛力。具有干細胞特性的癌細胞已被認為與癌癥的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。 Wnt /β-catenin信號傳導是促進癌細胞干性的主要信號途徑。

關(guān)鍵詞：Wnt信號通路;β-catenin;癌細胞;作用機制

1、Wnt蛋白家族

Wnt蛋白是由美國國家癌癥研究所現(xiàn)任主任Harold Varmus和現(xiàn)在斯坦福大學的HHMI研究員Roel Nusse于30年前首次發(fā)現(xiàn)。他們觀察到一個Wnt蛋白的編碼基因Wnt1在來自小鼠的乳腺癌細胞中非?；钴S。在過去的數(shù)十年里，研究人員證實Wnt蛋白在胚胎發(fā)育、組織再生、骨生長、干細胞分化以及大量的人類癌癥中均發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。Wnt家族的19種蛋白是在調(diào)控生物體發(fā)育和生長機制中起最重要作用的一些蛋白質(zhì)，用Wnt1，Wnt2，Wnt3A等表示[1]。Wnt是一類分泌型糖蛋白，通過自分泌或旁分泌發(fā)揮作用。Wnt信號途徑能引起胞內(nèi)β-catenin積累，β-catenin是一種多功能的蛋白質(zhì)，在細胞連接處它與鈣粘素相互作用，參與形成粘合帶，而游離的β-catenin可進入細胞核，調(diào)節(jié)基因表達。Wnt信號在動物發(fā)育中起重要作用，其異常表達或激活能引起腫瘤。

2、Wnt/β-catenin信號通路概述

Wnt信號傳導途徑是由配體蛋白質(zhì)Wnt和膜蛋白受體結(jié)合激發(fā)的一組多下游通道的信號轉(zhuǎn)導途徑。由于Wnt信號的許多成分在腫瘤形成中起著重要作用，因此Wnt信號近年來已受到癌癥研究人員的廣泛關(guān)注.Wnt信號分為以下四類：

（1）典型Wnt/β-catenin信號通路（Canonical Wnt/β-catenin pathway），此通路激活核內(nèi)靶基因的表達;Wnt家族分泌蛋白、Frizzled家族跨膜受體蛋白Dishevelled（Dsh）、糖原合成激酶3（GSK3）、APC、Axin、β-連環(huán)蛋白及TCF/LEF家族轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子等構(gòu)成了經(jīng)典通路[2];

（2）平面細胞極性通路（planar cell polarity pathway），此通路參與JNK的激活及細胞骨架的重排;

（3）Wnt/Ca+通路，激活磷脂酶C（PLC）和蛋白激酶C（PKC）;

（4）調(diào)節(jié)紡錘體的方向和非對稱細胞分裂的胞內(nèi)通路[3]。

β-catenin是一個多功能蛋白分子。細胞未激活時，細胞質(zhì)中的β-catenin與細胞粘附分子相互結(jié)合，共同定位在細胞連接處，起維持細胞連接的作用，其余大部分自由β-catenin被降解。當有特殊刺激誘導時，β-catenin降解受到抑制，并轉(zhuǎn)移到細胞核中與轉(zhuǎn)錄因子TCF和LEF家族相互作用調(diào)節(jié)基因表達。

WNT/β-catenin信號通路據(jù)說是隨著第一個多細胞生物（后生動物）進化來的[4]。在非脊椎動物如渦蟲中，這個信號通路會在損傷后被再激活，并且在再生期間對于正確的頭尾極性是必須的，與它在發(fā)育中的作用是一致的[5]。

3、Wnt/β-catenin信號通路研究進展

Wnts是一種分泌的糖蛋白，可與稱為卷曲蛋白的七個跨膜受體結(jié)合。 LRP 5和6是Wnt配體的必需共受體。其他分泌因子，例如WIF， cerberus和FrzB拮抗Wnt與卷曲受體的結(jié)合，而Dickkopf（Dkk）抑制Wnt / LRP相互作用。另一種與膜相關(guān)的蛋白質(zhì)kremen與Dkk結(jié)合并誘導LRP的內(nèi)吞作用，從而拮抗Wnt信號傳導。在細胞內(nèi)，Wnt信號轉(zhuǎn)導導致胞質(zhì)β-catenin的穩(wěn)定。在沒有Wnts的情況下，酪氨酸激酶在絲氨酸殘基45處將β-catenin磷酸化;這反過來又使糖原合酶激酶3β磷酸化絲氨酸/蘇氨酸殘基41、37和33。這最后兩個氨基酸的磷酸化觸發(fā)β-TrCP泛素化β-catenin并降解蛋白酶體。β-catenin的磷酸化發(fā)生在包含支架蛋白axin和其同系物axin2 / conductin，抑癌基因產(chǎn)物APC，GSK3b和diversin的多蛋白復合物中，該復合物將CK1e與復合物相連。

在Wnts的存在下，胞質(zhì)成分被弄亂了，通過一種未知的機制阻止了β-catenin的降解。穩(wěn)定的β-catenin進入細胞核并與TCF轉(zhuǎn)錄因子締合，導致Wnt靶基因的轉(zhuǎn)錄。 TCF：β-catenin復合物與各種激活劑（例如組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶CBP和染色質(zhì)重塑SWI / SNF復合物）的相互作用介導了轉(zhuǎn)錄激活。已經(jīng)鑒定了多種Wnt / β-catenin靶基因，包括細胞增殖的調(diào)節(jié)劑，發(fā)育控制基因和與腫瘤進展有關(guān)的基因。在不存在β-catenin的情況下，TCF可以將基因轉(zhuǎn)錄作為天然的顯性負性變體來抑制，也可以與轉(zhuǎn)錄阻遏物（例如法勞喬）一起抑制。在腫瘤中，Wnts的過表達（在人類腫瘤中很少見）或?qū)е娄?catenin降解的成分之一發(fā)生突變，導致β-catenin穩(wěn)定并激活靶基因。突變主要發(fā)生在所有大腸癌中約80%的抑癌基因APC中，在某些大腸癌中β-catenin的N末端（磷酸化）部分，以及在許多其他腫瘤中以及在毒素或傳導蛋白中，主要發(fā)生在肝和結(jié)腸腫瘤和髓母細胞瘤的一小部分[6]。

參考文獻：

[1]Willert K ， Brown J D ， Danenberg E ， et al. Wnt proteins are lipid-modified and can act as stem cell growth factors[J]. Nature （London）， 2003， 423（6938）：448-452.

[2]陳譽華.醫(yī)學細胞生物學（第四版）：人民衛(wèi)生出版社，2008：273

[3]姜勇 羅深秋.細胞信號轉(zhuǎn)導的分子基礎與功能調(diào)控：科學出版社，2005：172-179

[4]Holstein， T.W. （2012） The Evolution of the Wnt Pathway. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology， 4， Article ID： a007922

[5]Gurley， K.A.， Elliott， S.A.， Simakov， O.， Schmidt， H.A.， Holstein，T.W.， and S′anchez Alvarado， A. （2010） Expression of secreted Wnt Pathway Components Reveals Unexpected Complexity of the Planarian Amputation Response. Developmental Biology， 347， 24-39.

[6]Lustig B ， Behrens J . The Wnt signaling pathway and its role in tumor development[J]. Journal of Cancer Research & Clinical Oncology， 2003， 129（4）：199-221.