Wnt 信號(hào)通路在膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎軟骨退變的作用

方雨婷 柳直 姚五平 王宇杰 張璇

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎 ( knee osteoarthritis，KOA ) 是一種慢性退變性疾病，其中軟骨退變以軟骨纖維化、皸裂等為主要特點(diǎn)，其患病率高達(dá) 8.1%，并且逐年增多，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。膝關(guān)節(jié)軟骨退變主要因?yàn)橄リP(guān)節(jié)力學(xué)失衡，局部受力不均，則關(guān)節(jié)軟骨面磨損，甚至軟骨下骨的損壞，日久慢性勞損形成 KOA。關(guān)節(jié)軟骨的組成主要是水、膠原、蛋白聚糖和軟骨細(xì)胞，隨著增齡老化，膠原老化則導(dǎo)致軟骨硬度增加，蛋白聚糖數(shù)量和水含量減少，蛋白含量增加，則降低了軟骨彈性。軟骨慢性勞損及創(chuàng)傷后，軟骨細(xì)胞腫脹、崩解、壞死、脫落則軟骨微骨折；受損的軟骨細(xì)胞開始分泌蛋白質(zhì)溶解酶及膠原酶則破壞了軟骨基質(zhì)，導(dǎo)致蛋白聚糖降解，膠原纖維暴露、老化，加重軟骨損害，甚至出現(xiàn)軟骨下骨暴露、骨折、出血，成骨，則軟骨生物力學(xué)功能降低；軟骨微骨折處逐漸被肉芽組織填充，漸行成纖維軟骨，軟骨鈣化，終成骨贅。Wnt 信號(hào)通路在早期軟骨形成和成熟中有重要作用，同時(shí)也參與了 KOA 進(jìn)展的全過程，在軟骨細(xì)胞中特異性敲除 β-catenin基因，致軟骨細(xì)胞減少潤(rùn)滑素的產(chǎn)生，加重軟骨退變，持續(xù)勞損進(jìn)展為 KOA。Wnt 在膝關(guān)節(jié)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和 KOA 發(fā)展和治療中有重要作用，但目前研究對(duì)軟骨損傷修復(fù)治療并沒有特效藥物及治療方式，所以對(duì)近幾年研究 Wnt 信號(hào)通路相關(guān)觀點(diǎn)進(jìn)行綜述，為治療 KOA 軟骨退變和進(jìn)一步深入研究提供參考。

一、Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)通路

Wnt 信號(hào)通路由 Wnt 及其受體 ( Fri22led，F(xiàn)r2 )、Dishevelled ( Dsh / Dvl ) 蛋白、β-連環(huán)蛋白 ( β-catenin，β-cat )等調(diào)節(jié)蛋白組成，調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、增殖、遷移、凋亡等，Wnt 信號(hào)通路的信號(hào)分子由 Wnt、β-連環(huán)蛋白、Axin 蛋白、LEF / TCF 蛋白、Dishevelled 蛋白、鈣黏蛋白、APC、LRP5 / 6、Frizzled 跨膜蛋白組成；Wnt 信號(hào)通路有經(jīng)典和非經(jīng)典兩種模式：經(jīng)典為 Wntl 經(jīng) Wnt 通路，提高胞內(nèi)磷酸化 β-cat 的水平，激活靶基因轉(zhuǎn)錄，上調(diào) cyclin D1 / E，激活 CDK4，使 p-Rb 超磷酸化，生長(zhǎng)周期加快，細(xì)胞有絲分裂、增殖加快、減少凋亡；非經(jīng)典 Wnt 信號(hào)通路，是不產(chǎn)生內(nèi)源性 β-cat 積累信號(hào)的 Wnt 信號(hào)通路，Wnt 結(jié)合質(zhì)膜受體后，通過其它通路起作用 ( 非基因組作用 )。

由于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中均存在 β-catenin，所以 β-catenin 在細(xì)胞增殖及分化中有重要意義。β-catenin是多功能蛋白，不僅能介導(dǎo)質(zhì)膜中的細(xì)胞黏附，而且可以激活細(xì)胞核內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄，同時(shí)是 Wnt 通路的正性調(diào)節(jié)因子，促進(jìn) c-Mcyc 及 cyclin D1 活化，促進(jìn)細(xì)胞增殖；是一種骨架蛋白，可以與 20 種以上蛋白結(jié)合，在調(diào)節(jié)β-catenin 細(xì)胞內(nèi)水平時(shí)，正、負(fù)調(diào)節(jié)因子互相制衡維持生理平衡，從而調(diào)控相關(guān)細(xì)胞的增殖、凋亡和代謝。轉(zhuǎn)錄因子的功能障礙使關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞、軟骨外基質(zhì)、軟骨下骨質(zhì)的合成及降解的失衡，導(dǎo)致軟骨退化，軟骨下骨增厚，骨贅形成，滑膜炎癥和肥大以及韌帶變性進(jìn)展為KOA，故 Wnt 信號(hào)通路的異常與 KOA 的軟骨細(xì)胞分化及增殖有密切的相關(guān)性。

二、Wnt 信號(hào)通路對(duì)軟骨細(xì)胞的作用

1.調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞分化：Wnt 基因能夠轉(zhuǎn)錄成相應(yīng)Wnt 蛋白并參與了多種信號(hào)通路，Wnt / Ctnn-Beta 途徑由 Wnt1、Wnt3、Wnt3a、Wnt7a 和 Wnt8 激活與其受體Frizzled 結(jié)合激活 Dishevelled 參與轉(zhuǎn)化。Wnt-Frizzled 中Wnt 蛋白主要由 Wnt1、Wnt5A 和 Wnt11 組成，與 Frizzled跨膜受體結(jié)合刺激異三聚體 G 蛋白，激活 PLC。Wnt 信號(hào)通路中的 Wnt4、Wnt5a、Wnt3a 和 Wnt7a 都具有調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞分化的功能，Wnt5a 有促進(jìn)體外早期軟骨生成，并且抑制體內(nèi)的軟骨細(xì)胞的末端分化的作用。Wnt4 不僅具有抑制軟骨生成，而且還具有促進(jìn)軟骨細(xì)胞的成熟分化的作用，研究發(fā)現(xiàn) Wnt14 不僅可以誘導(dǎo)關(guān)節(jié)軟骨形成的初始階段，而且 Wnt14 在成熟關(guān)節(jié)中持續(xù)表達(dá)，有利于軟骨修復(fù)。Wnt5a 激活后調(diào)節(jié)周期蛋白 DI 和 p130 上調(diào)，有助于提高軟骨細(xì)胞增殖與分化的速度，從而達(dá)到調(diào)控軟骨細(xì)胞的增殖來修復(fù)軟骨，防治 KOA 的發(fā)生。Qi 等研究表明 Wnt5a 通過激活 PI3K / AKT / JNK 通路，證明了Wnt5a 可以促進(jìn) MSC 和軟骨細(xì)胞的增殖、遷移和軟骨分化。有研究表明 Wnt5b 抑制堿性磷酸酶的表達(dá)和活性，減少成骨細(xì)胞的分化和礦化。而且 Wnt5b 會(huì) IL -6 的表達(dá)，并在成骨細(xì)胞分化過程中抑制 E2 誘導(dǎo)的堿性磷酸酶的表達(dá)；Wnt5b 通過受體 ROR1 / 2 抑制成骨細(xì)胞的分化，激活 DVL2 / 3 / RAC1 / CDC42 / JNK / SIN3A 信號(hào)傳導(dǎo)并抑制β-catenin 活性。

Wnt3a 與 Wnt7a 都參與體內(nèi)外軟骨生成和發(fā)育的調(diào)節(jié)，軟骨細(xì)胞中重要的轉(zhuǎn)錄因子，Sox9 通過抑制 Runx2 和β-catenin 的轉(zhuǎn)錄活性來調(diào)控蛋白多聚糖和 Ⅱ 型膠原的表達(dá)，促進(jìn)軟骨細(xì)胞分化。Wnt3a 抑制 Sox9 的表達(dá)來抑制 Ⅰ / Ⅱ 型膠原表達(dá)，刺激 Tcf / Lef 復(fù)合體的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)，從而誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞去分化，同時(shí)穩(wěn)定的細(xì)胞 - 細(xì)胞黏附作用抑制軟骨生成。研究表明，Wnt7a 信號(hào)可以通過刺激 β-catenin 轉(zhuǎn)錄，提高其活性，則激發(fā)軟骨細(xì)胞去分化來調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞分化。汪建樣等研究表明，TGF-β 能夠激活 Wnt 信號(hào)通路促進(jìn) hBMSCs 成軟骨分化。由此可見，Wnt 信號(hào)通路通過激活或者抑制參與調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞分化、增殖、成熟等過程，軟骨退變是 KOA 的主要癥狀之一，它們是有密切聯(lián)系的。

2.調(diào)控軟骨細(xì)胞增殖：軟骨細(xì)胞的功能改變?cè)谲浌菗p傷中有重要作用，軟骨細(xì)胞的增殖是維持細(xì)胞體積所必需的。Wnt3a 可以促進(jìn)軟骨修復(fù)，Wnt3a 和 Wnt 通過激活β-catenin 來誘導(dǎo)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞分化，而且 Wnt3a 還可以激活 Ca2+ / CaMKⅡ 途徑，刺激軟骨細(xì)胞分化速度，從而促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖。Wnt5a 也有利于軟骨細(xì)胞增殖、軟骨形成，Wnt5b 和 Wnt9a 的缺乏導(dǎo)致軟骨內(nèi)骨化的嚴(yán)重延遲，也有學(xué)者認(rèn)為 Wnt5b 沒有促使軟骨細(xì)胞增殖的作用，目前還有爭(zhēng)議。Wnt7a 表達(dá)的降低和 Wnt5a 表達(dá)的增加可以促進(jìn)軟骨細(xì)胞的分化，Wnt9a 促進(jìn)軟骨細(xì)胞成熟并調(diào)節(jié) Ihh 蛋白表達(dá)，缺乏 Wnt5b 和 Wnt9a 會(huì)減緩軟骨內(nèi)骨化。研究表明，Wnts 可以調(diào)節(jié)多種信號(hào)分子調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞增殖。

三、Wnt 信號(hào)通路參與 KOA 的發(fā)生發(fā)展

KOA 發(fā)病機(jī)制之一為炎癥學(xué)說，受損傷的軟骨細(xì)胞及滑膜細(xì)胞在炎性因子誘導(dǎo)下釋放炎性遞質(zhì)和酶類，進(jìn)而加速軟骨細(xì)胞外基質(zhì)降解及軟骨損傷，而 Wnt 信號(hào)通路發(fā)生異常與局部炎癥有關(guān)，在巨噬細(xì)胞中，Wnt3a 通過激活 Wnt 通路降低 TNF-α 的釋放來發(fā)揮抗炎作用，Wnt 配體 Wnt1 可直接誘導(dǎo) IL-6 和 IL-8 的產(chǎn)生，Wnt2 可抑制細(xì)菌產(chǎn)生 IL-8，Wnt3a 可誘導(dǎo) IL-6、IL-8、TGF-β 產(chǎn)生。鄢澤然等研究發(fā)現(xiàn) Wnt / β-catenin 通路激活會(huì)釋放炎性因子和軟骨細(xì)胞基質(zhì)水解酶類的表達(dá)，致軟骨細(xì)胞外基質(zhì)降解，這與 KOA 患者軟骨損傷機(jī)制相關(guān)，所以抑制 Wnt /β-catenin 通路是研究 KOA 的治療方向。ANP32A 對(duì)關(guān)節(jié)軟骨中的 Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)呈負(fù)調(diào)節(jié)，Anp32a 缺乏導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨中 Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)過度激活伴有氧化應(yīng)激的增加，改善了軟骨損傷和骨贅形成。SM04690 抑制了經(jīng)典 Wnt 通路，上調(diào)了 Wnt16、COL2A1、SOX9 和軟骨蛋白聚糖的表達(dá)，抑制了軟骨分解代謝因子 MMP13 的表達(dá)，并保護(hù)了TNF-α 誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)中的軟骨細(xì)胞，促進(jìn)了纖維軟骨干細(xì)胞的軟骨生成和修復(fù)。

KOA 發(fā)生的病理機(jī)制尚未統(tǒng)一，觀點(diǎn)多樣化，但是就力學(xué)和生物學(xué)因素導(dǎo)致軟骨細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及軟骨下骨的降解及合成失衡，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨損傷的觀點(diǎn)是認(rèn)同度最多的。大量數(shù)據(jù)表明，滑膜和軟骨細(xì)胞產(chǎn)生的促炎因子刺激軟骨細(xì)胞分解軟骨基質(zhì)，破壞軟骨中的膠原、蛋白聚糖和軟骨細(xì)胞，加速軟骨損傷，日久發(fā)展為 KOA。目前修復(fù)軟骨主要方法是促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)合成。SHP2 抑制劑 SHP099 在滑膜間充質(zhì)干細(xì)胞中增加了軟骨生成標(biāo)志物表達(dá)，降低了肥厚標(biāo)記物 ( COL10，RUNX2 ) 表達(dá)，增加的透明軟骨樣組織數(shù)量，提高了糖胺聚糖 ( GAG ) 和 COL2 水平較高。KOA 中 β-catenin 水平上調(diào)，則致軟骨細(xì)胞肥大和滑膜炎癥，所以規(guī)范 Wnt 信號(hào)對(duì)軟骨形成和修復(fù)有重要的意義，研究發(fā)現(xiàn) Wnt 信號(hào)通路的化合物 SM04690 具有緩解軟骨變性的作用。

中醫(yī)藥現(xiàn)代藥理研究表明，獨(dú)活寄生湯、溫經(jīng)通絡(luò)方、盤龍七片、七厘散、加味二仙顆粒、補(bǔ)骨脂、青蒿、大黃等中藥復(fù)方或中藥通過對(duì)Wnt / β-catenin 信號(hào)通路的調(diào)控來保護(hù)軟骨細(xì)胞延緩 KOA進(jìn)展。但是需要對(duì)其有效成分 / 劑量和其體內(nèi)代謝產(chǎn)物具體作用機(jī)制進(jìn)一步明確，以期為臨床醫(yī)師選藥、用藥提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。