Wnt/β-catenin信號(hào)通路在慢性難愈創(chuàng)面修復(fù)中的作用研究進(jìn)展

韋柳葉,唐婷,黃金梅,唐乾利

(1. 廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院,廣西 南寧 530001;2. 右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院,廣西 百色 533000;3. 右江民族醫(yī)學(xué)院/廣西高校桂西地區(qū)高發(fā)病防治研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 百色 533000)

臨床上將經(jīng)規(guī)范治療1個(gè)月或以上仍未愈合或無明顯愈合傾向的創(chuàng)面稱為慢性難愈創(chuàng)面[1]。該疾病以慢性炎癥為特點(diǎn),其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,主要由創(chuàng)傷性感染、壓力性損傷、代謝性疾病、惡性腫瘤等引起,涉及病種包括下肢靜脈血管炎性潰瘍、肢體畸形、壓瘡、糖尿病足潰瘍等。因其具有發(fā)病機(jī)制復(fù)雜、涉及人群廣泛、治療周期較長(zhǎng)、創(chuàng)面纏綿難愈、日常護(hù)理難度大、醫(yī)療費(fèi)用昂貴等多種問題,不但影響患者個(gè)人的生活質(zhì)量,同時(shí)也為家庭、社會(huì)及醫(yī)療系統(tǒng)帶來沉重的負(fù)擔(dān)[2-3]。

創(chuàng)面的愈合是一個(gè)高度專業(yè)化的動(dòng)態(tài)多階段過程,通過一系列復(fù)雜的機(jī)制修復(fù)受損組織,創(chuàng)面愈合過程中任意一環(huán)節(jié)的異常都會(huì)導(dǎo)致瘢痕的增生或發(fā)展為更易感染的慢性難愈合狀態(tài)。盡管當(dāng)下各種治療方案不斷更新和發(fā)展,但慢性難愈合創(chuàng)面的臨床評(píng)估和治療仍然具有挑戰(zhàn)性。近年來,通過干預(yù)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路探究慢性難愈合創(chuàng)面的修復(fù)機(jī)制已成為研究的熱點(diǎn)話題,細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是機(jī)體內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的、各個(gè)環(huán)節(jié)相互影響的一系列過程,機(jī)體內(nèi)的生理性、病理性刺激等都需要經(jīng)過細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間的信息連鎖反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。創(chuàng)面修復(fù)中的細(xì)胞增殖、分化、遷移和凋亡等都是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控的結(jié)果,典型的Wnt/β-catenin途徑涉及一系列生物活動(dòng),包括細(xì)胞增殖、分化和凋亡,是皮膚組織創(chuàng)傷修復(fù)的關(guān)鍵途徑之一[4],因此本文就經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究,綜述慢性難愈創(chuàng)面的部分修復(fù)機(jī)制,為該疾病的細(xì)胞分子研究及臨床用藥提供理論依據(jù)。

1 Wnt/β-catenin信號(hào)通路概述

Wnt基因最初來源于小鼠乳腺癌整合酶-1和果蠅無翅基因,由于這兩個(gè)基因和功能蛋白相似,研究人員將這兩個(gè)術(shù)語合并為Wnt基因[5]。Wnt蛋白在多細(xì)胞生物發(fā)育過程中均有表達(dá),與大多數(shù)哺乳動(dòng)物基因組一樣,人類基因組含有19種不同的Wnt基因,其長(zhǎng)度約為350～400個(gè)氨基酸。Wnt信號(hào)通路包括非經(jīng)典通路和經(jīng)典通路,非經(jīng)典Wnt通路包括Wnt/Ca2+通路和非經(jīng)典Wnt-平面細(xì)胞極性通路(Wnt-PCP);經(jīng)典的Wnt通路,也稱為Wnt/β-catenin通路,涉及β-catenin-T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子結(jié)合因子(T-cell factor/lymphoid enhancing factor,TCF/LEF),β-catenin是經(jīng)典Wnt信號(hào)傳導(dǎo)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[6-7]。經(jīng)典Wnt/β-catenin通路由4個(gè)部分組成:細(xì)胞外信號(hào)、膜段、細(xì)胞質(zhì)段和核段。細(xì)胞外信號(hào)主要由Wnt蛋白介導(dǎo),包括Wnt1、Wnt3a和Wnt5a;細(xì)胞膜段主要包含Wnt受體卷曲蛋白(frizled,FZD)和低密度脂蛋白相關(guān)受體(lipoprotein-related receptor protein 5/6,LRP5/6);細(xì)胞質(zhì)段主要包括β-catenin、胞質(zhì)銜接蛋白(dishevelled,DVL)、糖原合成酶激酶(GSK-3β)、軸抑制蛋白1(Axin1)、大腸腺瘤性息肉病(APC)和酪蛋白激酶1(CK1);核段主要包括易位到細(xì)胞核的β-catenin、TCF/LEF家族成員和β-catentin下游靶基因,如MMPs和c-Myc[8]。Wnt/β-catenin途徑的特征是Wnt與其核心受體復(fù)合物(由LRP5或LRP6組成)和FZD蛋白家族的10個(gè)成員結(jié)合,在沒有Wnt配體的穩(wěn)定狀態(tài)下,細(xì)胞質(zhì)β-catenin被GSK3β、CK1、Axin和APC組成的復(fù)合物磷酸化[9]。在靜息狀態(tài)下,Axin是一種支持與GSK3β和APC形成復(fù)合物的物質(zhì),一旦進(jìn)入復(fù)合物,GSK3β促進(jìn)細(xì)胞質(zhì)中β-catenin的磷酸化,APC介導(dǎo)磷酸化的β-catenin與細(xì)胞質(zhì)中泛素介導(dǎo)的蛋白水解途徑的結(jié)合。在Wnt蛋白配體存在的情況下,Wnt結(jié)合其核心受體復(fù)合體,通過招募胞漿(Dvl)蛋白并阻斷或破壞Axin/GSK3/APC復(fù)合體的形成來激活Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),從而抑制β-catenin的降解,導(dǎo)致β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中積聚,然后累積的細(xì)胞質(zhì)β-catenin轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核,并與TCF/LEF結(jié)合,啟動(dòng)Wnt靶基因的表達(dá)[10]。

Wnt是皮膚發(fā)育過程中最早出現(xiàn)的分子信號(hào),β-catenin是經(jīng)典Wnt信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,經(jīng)典Wnt/β-catenin途徑是皮膚損傷修復(fù)過程中最重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之一,在一些哺乳動(dòng)物組織的自我更新中起著重要作用,對(duì)包括細(xì)胞增殖、分化和組織穩(wěn)態(tài)等發(fā)育過程至關(guān)重要[11]。此外,Wnt信號(hào)通路與細(xì)胞代謝和再生、毛囊更新、皮膚創(chuàng)面修復(fù)密切相關(guān),經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路高度參與創(chuàng)面的修復(fù),可以決定細(xì)胞增殖、細(xì)胞存活和分化[12-13]。

2 Wnt信號(hào)通路在慢性難愈創(chuàng)面修復(fù)中的作用

2.1抑制炎癥反應(yīng) 炎癥是傷口修復(fù)的第一階段,但不良的炎癥反應(yīng)可能觸發(fā)有害因素的增加,尤其是細(xì)菌對(duì)創(chuàng)面組織的破壞,可影響創(chuàng)面的愈合進(jìn)程。慢性炎癥是慢性難愈合創(chuàng)面的主要特點(diǎn),Wnt/β-catenin信號(hào)通路高度參與促炎細(xì)胞的調(diào)節(jié),傳統(tǒng)的炎性細(xì)胞因子和Wnt因子控制哺乳動(dòng)物組織修復(fù)和再生的細(xì)胞和分子水平[14]。呂曉玉等[15]通過對(duì)糖尿病創(chuàng)面的研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Wnt1、β-catenin高表達(dá)時(shí),創(chuàng)面中的TNF-α、IL-6等促炎細(xì)胞減少,而Wnt1、β-catenin低表達(dá)時(shí),促炎細(xì)胞增多,表明激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路能夠在一定程度上減少炎癥反應(yīng)。于澤洋等[16]的實(shí)驗(yàn)研究通過上調(diào)Wnt及β-catenin mRNA和蛋白的表達(dá),可減少大鼠Ⅲ期壓瘡潰瘍的炎癥反應(yīng),減輕炎性浸潤,促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)。說明Wnt/β-catenin信號(hào)通路中Wnt1、β-catenin等特異性分子的高表達(dá)能夠在一定程度上抑制創(chuàng)面組織中的炎癥細(xì)胞增長(zhǎng),減輕炎癥反應(yīng)。

2.2促進(jìn)表皮干細(xì)胞的增殖 β-catenin蛋白可增強(qiáng)成纖維細(xì)胞、表皮干細(xì)胞等相關(guān)細(xì)胞的增殖、分化,而GSK-3β對(duì)Wnt信號(hào)通路起負(fù)調(diào)控作用[17]。劉宏東等[18]通過檢測(cè)不同Wagner分級(jí)糖尿病足潰瘍患者的β-catenin、GSK-3β表達(dá),結(jié)果顯示W(wǎng)agner分級(jí)與β-catenin水平成負(fù)相關(guān),與GSK-3β水平成正相關(guān),認(rèn)為激活或增強(qiáng)Wnt/β-catenin信號(hào)通路可能對(duì)糖尿病足潰瘍愈合有利。仇蓮胤等[19]研究糖尿病大鼠創(chuàng)面組織發(fā)現(xiàn),未行干預(yù)治療的糖尿病大鼠創(chuàng)面模型中Wnt/β-catenin、Cyclin D1、C-myc蛋白表達(dá)較正常組織下降,創(chuàng)面中表皮干細(xì)胞數(shù)量明顯減少,且細(xì)胞增殖能力減弱;在對(duì)糖尿病大鼠創(chuàng)面進(jìn)行藥物治療后,創(chuàng)面組織中的Wnt1、Wnt3a、β-catenin mRNA水平較模型組明顯上升,β-catenin與β-catenin核內(nèi)表達(dá)水平增加,GSK-3β蛋白表達(dá)下降,下游靶基因C-myc、Cyclin D1蛋白表達(dá)較模型組上升,K19、β1整合素、PCNA陽性表達(dá)較模型組明顯增強(qiáng),說明通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路,上調(diào)Wnt1、Wnt3a、β-catenin等在靶細(xì)胞中的表達(dá)能夠促進(jìn)表皮干細(xì)胞的增殖分化。

2.3影響毛囊干細(xì)胞的增殖、分化和遷移 研究表明毛囊干細(xì)胞在修復(fù)受損創(chuàng)面、恢復(fù)皮膚組織的完整性和功能性等方面具有重要作用[20],盡管成年毛囊的丟失被認(rèn)為是永久性的,但研究發(fā)現(xiàn)大鼠的全層切除傷口可以通過毛囊的再生而愈合,這一過程需要Wnt/β-catenin信號(hào)的參與[21],高水平活化的β-catenin能夠顯著促進(jìn)胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell,ESC)分化為毛囊形態(tài),抑制β-catenin下游蛋白c-Myc能顯著抑制生長(zhǎng)期毛囊的發(fā)育,而c-Myc激活促進(jìn)了毛發(fā)生長(zhǎng)[22]。申倩等[23]研究發(fā)現(xiàn),在創(chuàng)面修復(fù)早期通過上調(diào)β-catenin、LEF1和C-myc的表達(dá)能夠促進(jìn)毛囊干細(xì)胞的增殖分化,促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù);而杜燁等[24]的研究也證實(shí)Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在創(chuàng)面組織和毛囊的再生微環(huán)境中起著重要作用,同時(shí)有研究表明[25],Wnt3a在毛囊基質(zhì)細(xì)胞中廣泛表達(dá),當(dāng)Wnt3a表達(dá)減少時(shí),會(huì)導(dǎo)致毛發(fā)收縮。綜上說明Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控能夠影響毛囊干細(xì)胞的增殖。

2.4促進(jìn)血管再生和肉芽組織的生長(zhǎng) 新生的毛細(xì)血管極大地改變創(chuàng)面的微循環(huán),促進(jìn)創(chuàng)面新陳代謝,為創(chuàng)面組織的修復(fù)提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣;在創(chuàng)面修復(fù)過程中,肉芽組織的形成可直接影響創(chuàng)面的愈合和預(yù)后,而肉芽組織的本質(zhì)為豐富的成纖維細(xì)胞和大量的新生毛細(xì)血管[26]。血管生成需要許多細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的共同調(diào)節(jié),Wnt/β-catenin信號(hào)通路是協(xié)調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞行為以控制血管形態(tài)發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一[27-28]。各種Wnt配體可作為短程旁分泌信號(hào)介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能和穩(wěn)態(tài)等諸多方面,雷霆等[29]通過明膠/白芨膠-三七多孔材料調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)通路的研究,證實(shí)Wnt/β-catenin通路中β-catenin、Rspo3 mRNA的上調(diào)和GSK-3β mRNA的下調(diào)表達(dá)可以促進(jìn)糖尿病模型大鼠潰瘍創(chuàng)面上的血管生成、肉芽組織生長(zhǎng)和膠原纖維沉積,從而加速糖尿病潰瘍創(chuàng)面的愈合。內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞是血管重建的重要因素,激活Wnt/β-catenin通路可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞與平滑肌細(xì)胞形成與分化[30],曹華平等[31]的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)Wnt3a蛋白的應(yīng)用能夠促進(jìn)傷口肉芽組織的再生與成熟,顯著縮短創(chuàng)面愈合時(shí)間。有研究[32]進(jìn)一步證實(shí)Wnt3a能夠促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移、分化和存活。此外,Wnt1能夠增加內(nèi)皮細(xì)胞和毛細(xì)血管穩(wěn)定性,Wnt2在內(nèi)皮細(xì)胞分化和小管形成中具有重要作用[33-34]。綜上,說明Wnt/β-catenin信號(hào)通路能夠在一定程度上促進(jìn)血管再生和肉芽組織的生長(zhǎng)。

3 小結(jié)與展望

基于Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化與遷移等生物學(xué)功能,其與慢性難愈合創(chuàng)面的修復(fù)具有密切的聯(lián)系,可通過對(duì)創(chuàng)面組織的多種細(xì)胞(成纖維細(xì)胞、毛囊干細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、表皮干細(xì)胞等),多種細(xì)胞因子(TNF-α、IL-6等),多個(gè)過程(炎癥反應(yīng)、血管再生、細(xì)胞增殖、分化與遷移等)的調(diào)控來促進(jìn)創(chuàng)面愈合。本文通過對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)通路的多方向、多角度研究,闡明了該信號(hào)通路在創(chuàng)面修復(fù)中的部分機(jī)制,了解Wnt/β-catenin在慢性難愈創(chuàng)面發(fā)生和發(fā)展中的具體作用,有助于指導(dǎo)小分子藥物的準(zhǔn)確使用,以最大限度地提高其療效并使更多患者受益,為臨床藥物研制及應(yīng)用提供了新的思路。但各細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間相互交匯、信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程可能會(huì)引起連鎖反應(yīng),因而在慢性創(chuàng)面藥物研究中應(yīng)多靶點(diǎn)、多通路深入,為慢性難愈創(chuàng)面提供綜合全面的理論探究。