Wnt信號通路與腫瘤多藥耐藥性的研究進展

徐建梅，劉風玲，陳 浩

腫瘤干細胞(cancer stem cells,CSCs)最早被發(fā)現(xiàn)于血液系統(tǒng)的惡性腫瘤中，指腫瘤組織中存在的一小群具有自我更新和分化潛能的細胞或具有干細胞樣能力的腫瘤細胞亞群，與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、復發(fā)、轉移、放療和化療的敏感性降低及耐藥性密切相關[1]。近年來，人們對CSCs方面的研究不斷取得突破，目前已發(fā)現(xiàn)CSCs中存在多種信號通路，如Wnt/β-catenin、Hedgehog、Notch、Bmi-1和BMP等，若出現(xiàn)突變和異常激活可導致腫瘤的發(fā)生。Wnt信號通路是一條研究較為清楚的信號通路，是一條多環(huán)節(jié)、多作用位點的開放式途徑。

Wnt信號通路是高度復雜且和人類很多疾病相關聯(lián)的通路，因為該通路主要作用于胚胎形成、人類組織修復，針對該通路的靶向藥物并不會引起明顯的毒副作用及毒性[2]。然而靶向Wnt信號通路的嘗試并沒有取得很大的成功，至今沒有臨床可批準的用藥，這可能是由于Wnt信號通路下游基因藥物的靶向選擇問題[3]。很多研究已經報道惡性腫瘤中存在通路上游組成部分的滅活，包括SFRP和DKK家族成員，其扮演著腫瘤形成過程中看門蛋白的關鍵角色[4]，同時細胞外的蛋白由于其在通路中相對應的上游的位置，也可能成為藥物靶點。本文將主要對Wnt信號通路在多種實體腫瘤中的最新研究進展進行闡述，深入探討Wnt信號通路的作用機制，為逆轉腫瘤多藥耐藥性提供新的研究方向。

1 Wnt信號通路的概況

Wnt是一種富含半胱氨酸的分泌型糖蛋白，通過旁分泌或自分泌在發(fā)育過程中調控增殖，發(fā)揮促進因子的作用。Wnt信號通路主要由以下幾種蛋白組成：Wnt蛋白、卷曲蛋白(frizzled，F(xiàn)rz)、低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6(LRP 5/6)、散亂蛋白(dishevelled，Dsh)、糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)、結腸腺瘤性息肉病蛋白(APC)、酪蛋白激酶1(CK1)、軸蛋白(axin)、β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、鈣黏蛋白(E-cadherin)、T細胞因子/淋巴樣增強因子(TCF/LEF)。Wnt蛋白與其細胞膜表面的Frz家族跨膜蛋白(Fz)受體結合后，其配體可以參與信號傳導[5]，并可能激活細胞內的3條信號通路：(1)Wnt/β-catenin信號通路,此通路通過穩(wěn)定核內β-catenin激活靶基因，其在胚胎發(fā)育和腫瘤中的功能已基本闡明；(2)Wnt/Ca2+信號通路,此通路由Wnt5α和Wnt11激活，引起細胞內Ca2+增加和Ca2+敏感信號成分的激活，如鈣調蛋白依賴的激酶和激活T細胞核因子，該通路能拮抗經典的Wnt通路；(3)由c-Jun N端激酶(c-Jun N-tenninalkinase，JNK)介導的細胞極性信號通路(planar cellpolarity，PCP)，該途徑涉及RhoA和Jun激酶(JNK)，調控細胞骨架的重排，其主要作用是對胚胎發(fā)育的階段性調控[6]。

已知Wnt信號通路在胚胎細胞發(fā)育、增殖、轉化、細胞黏附、細胞存活和凋亡方面有重要作用。通常，Wnt信號通路可以通過Wnt配體的過表達而直接被激活，或者通過Wnt信號的下游組件突變的傳遞作用而被激活。目前，研究較多且機制較為清楚的是經典Wnt信號通路，此信號通路發(fā)揮生物學效應是通過Wnt與細胞外基質分子緊密相連，并與相應受體結合而實現(xiàn)的。當Wnt信號缺失時，β-catenin與軸蛋白、APC、GSK-3β 組成的多蛋白復合體結合后被磷酸化，進而泛素化被降解，使細胞質β-catenin保持在較低水平。其中，GSK-3β是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，對于破壞復合體起關鍵作用。當Wnt信號通路啟動后，Wnt配體與細胞膜表面的Fz/肺耐藥相關蛋白受體結合阻斷了GSK-3β介導的β-catenin的磷酸化，即從軸蛋白/APC、GSK-3β組成的降解復合物分離，導致細胞質中β-catenin的穩(wěn)定和積聚，隨后進入細胞核，在核內與TCF/白細胞移動增強因子結合，削弱TCF/白細胞移動增強因子蛋白與轉錄抑制因子Groucho結合所引起的抑制作用，從而調節(jié)下游靶基因C-myc、Cyclin D1、環(huán)氧酶2(COX-2)、基質金屬蛋白酶(MMP)的表達[7]，而這些靶基因在腫瘤的生長、侵襲、血管生成和轉移中起重要作用。

近年來的研究表明，Wnt/β-catenin信號通路的不恰當激活，參與了腫瘤的發(fā)生及其侵襲轉移過程，而且還與CSCs的關系密切[8]。正常情況下機體內該途徑處于靜默狀態(tài)，幾乎沒有Wnt信號。但在惡性腫瘤發(fā)生過程中，Wnt/β-catenin信號通路突變性激活，導致其關鍵性標志蛋白β-catenin異常累積，進入細胞核內激活Wnt/β-catenin信號通路靶基因的轉錄，改變細胞遷移能力和細胞極性，從而誘導腫瘤發(fā)生。

2 Wnt信號通路在腫瘤耐藥性中的研究進展

2.1 Wnt信號通路與乳腺癌 在正常的乳腺細胞中，Wnt信號通路相關蛋白的表達受到一定的限制，而在乳腺癌細胞中其表達增高，提示Wnt信號通路對于維持乳腺癌干細胞的自我更新、胚胎時期的分化及成體發(fā)育有重要的作用[9]。沙利霉素(salinomycin)是第一個被報道的選擇性作用于乳腺癌干細胞的抑制劑[10]，對乳腺癌干細胞的殺傷效果要比傳統(tǒng)化療藥物紫杉醇高約100倍，但對正常干細胞相對無毒性。最近的研究表明沙利霉素的作用機制在于抑制了Wnt信號通路的活性，其阻滯了Wnt共受體LRP6的磷酰化過程，并誘導LRP6分解。

他莫昔芬增加了ER陽性乳腺癌患者的生存率，但隨著獲得性耐藥的發(fā)展，其長期獲益是有限的。最近的Meta分析顯示應用他莫昔芬輔助內分泌治療5年會產生33%的遠處復發(fā)及轉移[11-12]，而已經被確認與他莫西芬耐藥產生有重要相關性的一條通路是Wnt信號通路[3]。Loh等[13]最近進行了一項關于他莫西芬耐藥乳腺癌細胞(TamR)的實驗，結果顯示TamR細胞在給予他莫西芬時，其Wnt靶基因、軸蛋白2以及非經典Wnt受體Ror2表達增加。人重組Wnt3a可明顯增加TamR Wnt熒光素酶受體的轉錄水平，但對親代MCF7細胞卻沒有作用，而且相比單獨給予他莫西芬，聯(lián)合應用人重組Wnt3a及他莫西芬可以抑制MCF7及TamR的增殖。進一步說，人重組Wnt3a對TamR的治療可增強對他莫西芬的耐藥性，使其回到接近基礎水平。在TamR中，給予Wnt抑制劑IWP-2可以增強他莫西芬抗增殖的效果。這項研究表明靶向Wnt信號通路的藥物可能為耐藥性乳腺癌的個體化及靶向治療開啟新的前景。

2.2 Wnt信號通路與胃癌 國內研究者官文華等[14]通過研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌組織中Wnt3、Wnt3a及β-catenin的表達量明顯增高，提示Wnt/β-catenin信號通路在胃癌中處于活化狀態(tài),且Wnt3、Wnt3a可能在啟動胃癌Wnt信號通路的活化過程中起到了主要作用。研究同時發(fā)現(xiàn)Wnt3a的高表達與胃癌患者的年齡、淋巴結轉移及TNM分期相關,說明其參與了胃癌的發(fā)展過程,并且與胃癌轉移及出現(xiàn)耐藥具有相關性。由此，研究者推測這可能與胃癌中高表達的Wnt3a激活Wnt信號通路導致大量β-catenin在細胞質中累積有關。正常細胞中無Wnt信號時,細胞質內β-catenin大部分與細胞膜上E-cadherin結合形成黏著復合體,介導同型細胞間的黏附,對維持上皮形態(tài)結構的完整性和細胞極性起重要作用[15]，在癌組織中可能存在黏著復合體異常表達,使癌細胞喪失極性,具備侵襲性。

幽門螺桿菌(H.pylori)感染是胃癌發(fā)生的主要生物學因素，胃癌可能是H.pylori和其他多種因素共同作用的結果。最近研究表明H.pylori感染可以激活Wnt/β-catenin和COX-2/E2信號通路，這兩種信號通路在胃癌的發(fā)生中發(fā)揮關鍵性作用,研究證實H.pylori感染可以導致β-catenin和P120的表達，進而間接地在胃上皮細胞中表達過氧化酶增殖因子活化受體，使胃上皮細胞增殖，這些作用歸因于cag分泌系統(tǒng)的底物cagA和肽聚糖，而cagA是H.pylori的細菌蛋白，在小鼠中可以獨立產生胃癌[16]。同時Wnt信號通路的靶基因谷氨酰合成酶(GS)與H.pylori的關系也有相關研究，GS蛋白表達陽性率逐漸升高，H.pylori感染的陽性率也逐漸升高[17]。

異常的Wnt信號通路可以出現(xiàn)于46%以上的胃癌中，Wnt信號通路和干細胞表達標記物與患者的生存率低相關[18]。Bauer等[19]對480例經過含5氟尿嘧啶(5-FU)藥物進行新輔助化療的進展期胃癌患者進行研究，分析了經新輔助化療后CSCs相關基因的表達情況，主要包括GSK-3β、β-catenin基因CTNNB1和Notch2。結果表明GSK-3β和CTNNB1表達水平高的患者有較高的生存率，同時發(fā)現(xiàn)在殘余胃癌耐藥細胞中GSK-3β和CTNNB1高表達，可以作為患者預后良好的標志物。以上研究可表明在胃癌的發(fā)生、發(fā)展、轉移及耐藥過程中Wnt信號通路及相關蛋白發(fā)揮重要作用，針對Wnt信號通路的治療可能為胃癌的治療提供新的思路，而且有可能成為判斷病情進展及預后的指標。

2.3 Wnt信號通路與卵巢癌 Wnt信號通路中的β-catenin被磷酸化導致β-catenin/E-cadherin復合體解聚是E-cadherin表達水平和功能的主要調節(jié)方式，可使E-cadherin在細胞連接處密度降低，失去接觸抑制功能，易發(fā)生細胞離散，引起腫瘤的浸潤、轉移。β-catenin通過介導卵巢細胞增殖及卵巢細胞抗凋亡基因的表達，引起卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展。現(xiàn)認為β-catenin介導的Wnt信號通路異常導致卵巢癌發(fā)生是早期事件，而其參與β-catenin/E-cadherin復合體功能異常引起卵巢癌細胞浸潤轉移是晚期事件。

最近人們對上皮源性卵巢癌進行研究，給予卵巢癌患者系統(tǒng)性的治療(紫杉醇、卡鉑[20])，并且對相關分子通路進行研究，從而尋找出異常的腫瘤標記物并進行干預治療，被認為在卵巢癌中有潛在重要性的是Wnt信號通路[21-23]。分泌型卷曲相關蛋白家族(SFRPs)是分泌Fz受體蛋白的家族成員，在惡性程度較高的卵巢癌中發(fā)生突變，是看門基因之一[24]，而且相對于表達SFRP4的患者來說，缺失此基因預后更差，更易發(fā)生轉移及耐藥[24]。因為SFRP4表達缺失發(fā)生于大部分卵巢癌患者中[24]，通過SFRP4或Wnt信號通路的其他上游成員進而調控Wnt信號通路可能代表了卵巢癌靶向治療的新思路。

Ford等[25]對SFRP4進行實驗，研究中應用血清卵巢癌細胞系OVCAR3，應用重組人SFRP4(5 μg/L)對該細胞系進行治療，48 h后SFRP4 mRNA及相關蛋白增加大約2倍，而細胞外的重組人Wnt蛋白的增加也加強了內源性蛋白的產生。然而，隨著重組人SFRP4的治療，Wnt下游的靶基因Cyclin D1、C-myc和軸蛋白2表達減少。同時，該實驗證明應用重組人SFRP4進行治療對細胞增殖并沒有效果，但卻明顯抑制OVCAR3細胞轉移侵襲的能力，也表明增加SFRP4可以增強卵巢癌細胞對膠原及纖維覆蓋組織的黏附力。

2.4 Wnt信號通路與肝癌 乙型肝炎病毒(HBV)是肝細胞性肝癌發(fā)生的重要原因之一，病毒性肝炎向肝癌進展過程中Wnt/β-catenin信號通路起著關鍵的作用。最新研究報道顯示，HBV編碼的乙型肝炎病毒X蛋白(HBx)可以在胞質內與APC競爭性結合，進而影響APC與β-catenin形成破壞復合體，導致β-catenin在胞質內不能被泛素化降解，從而轉位入核，誘導肝細胞惡性轉化[26]。

已有研究表明，肝細胞癌(HCC)標本中β-catenin蛋白異質表達程度與患者淋巴結轉移及肝內轉移呈正相關[27]。Noda等[28]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin激活可以增強肝癌細胞對干擾素(INF)/5-FU的耐藥性，究其原因可能是降低這些藥物對體內腫瘤細胞DNA合成及調控的抑制作用。

2.5 Wnt信號通路與結腸癌 結腸癌的發(fā)生、發(fā)展與Wnt信號通路的異常也存在一定的關系，研究發(fā)現(xiàn)趨化因子基質細胞衍生因子1(SDF-1)可以誘發(fā)磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)的磷酸化作用，促進β-catenin中酪氨酸的磷酸化，使E-cadherin/β-catenin復合體數目減少，細胞間的黏附減少，促進了腫瘤的遷徙能力[29]。Wu 等[30]發(fā)現(xiàn)Nur77也是β-catenin下游因子：β-catenin激活和轉錄AP-1，生成的AP-1則可以與Nur77的前體結合，繼而激活Nur77，使其表達升高，升高的Nur77又可以進一步誘導上調抗凋亡因子BRE和VEGF表達，促進細胞的增殖，加速細胞形成集落，并增強細胞的遷徙能力。

目前，藥物及食物抑制Wnt信號通路相關過程的研究取得了很大的進展。研究發(fā)現(xiàn)，蘇靈大既可以減少β-catenin蛋白的表達，又可以抑制β-catenin蛋白從胞質到細胞核的移位，從而降低細胞核內β-catenin/TCF轉錄復合體數量及其下游因子S100A4蛋白的表達，最終使結腸癌細胞的侵襲性及移動性下降[31]。食物中的維生素D及其衍生物1，25二羥維生素D3〔1,25-(OH)2D3〕可以通過與維生素D受體結合，最終抑制β-catenin的活性及其轉錄基因DKK4的表達，上調DKK1的表達，進一步研究發(fā)現(xiàn)，DDK4在結直腸癌中表達上升，可以增加腫瘤細胞的移動能力和侵襲性；DDK1則是Wnt/β-catenin信號通路的抑制因子，其表達上升可以抑制細胞的增殖、轉移[32]。

3 展望

由于干細胞理論的不斷成熟，CSCs理論的進一步完善，CSCs與腫瘤的發(fā)生、復發(fā)、耐藥性密切相關，多條信號通路在CSCs自我更新中的重要作用已被證實，然而其具體機制仍不很明確，信號通路之間如何交互作用最終影響CSCs行為的機制不很清楚。Wnt信號通路作為一條最早調控胚胎發(fā)育及決定細胞命運的古老傳導通路，在腫瘤發(fā)生、侵襲及轉移中的調控作用機制越來越被人們所認識，調控的機制隨研究的深入而變得逐漸清晰,但是與細胞增殖、分化及凋亡的信號通路還有許多，Wnt信號通路與其他信號通路之間存在許多交叉，Wnt信號通路在其中究竟是起主導作用，還是與其他信號通路協(xié)同發(fā)揮作用，或者只是起到一些輔助性的作用。將靶向CSCs內信號通路的治療方法與傳統(tǒng)的放化療方法以及RNA干擾、免疫疫苗等新興的抗腫瘤技術聯(lián)合運用，必將為逆轉腫瘤多藥耐藥性治療翻開嶄新的篇章。

1 Song J,Chang I,Chen Z,et al.Characterization of side populations in HNSCC:highly invasive,chemoresistant and abnormal Wnt signaling[J].PLoS One,2010,5(7):e11456.

2 Takebe N,Harris PJ,Warren RQ,et al.Targeting cancer stem cells by inhibiting Wnt,Notch,and Hedgehog pathways[J].Nat Rev Clin Oncol,2011,8(2):97-106.

3 Clevers H,Nusse R.Wnt/β-catenin signaling and disease[J].Cell,2012,149(6):1192-1205.

4 Veeck J,Dahl E.Targeting the Wnt pathway in cancer:the emerging role of Dickkopf-3[J].Biochim Biophys Acta,2012,1825(1):18-28.

5 Zhao RC，Zhu YS，Shi Y.New hope for cancer treatment:exploring the distinction between normal adult stem cells and cancer stem cells[J].Pharmacol Ther，2008,119(1):74-82.

6 Teng Y，Wang X，Wang Y，et al.Wnt / beta-catenin signalig regulates cancer stem cells in lung cancer A549 cells [J].Biochem Biophys Res Commun，2010，392(3):373-379.

7 Xu HT，Wei Q，Liu Y，et al.Overexpression of axin downregulates TCF-4 and inhibits the development of lung cancer[J].Ann Surg Oncol,2007,14(11):3251-3259.

8 Gaston-Massuet C,Andoniadou CL,Signore M,et al.Increased Wingless(Wnt) signaling in pituitary progenitor/stem cells gives rise to pituitary tumors in mice and humans[J].Proc Natl Acad Sci USA,2011,108(28):11482-11487.

9 Prospen JR,Goss KH.A Wnt-ow of opportunity:targeting the Wnt/beta-catenin pathway in breast cancer[J].Curr Drug Target,2010,11(9):1074-1088.

10 Lu D,Carson DA.Inhibition of Wnt signaling and cancer stem cells[J].Oncotarget,2011,2(8):587.

11 Kiely B,Stockler M.ACP Journal Club.Meta-analysis:adjuvant tamoxifen reduces recurrence and death at 15 years in ER-posotive early breast cancer[J].Ann Intern Med,2012,156(6):JC3-4.

12 Umar A,Kang H,Timmermans AM,et al.Identification of a putative protein profile associated with tamoxifen therapy resistance in breast cancer[J].Mol Cell Proteomics,2009,8(6):1278-1294.

13 Loh YN,Heddith EL,Baker LA,et al.The Wnt signalling pathway is upregulated in an in vitro model of acquired tamoxifen resistant breast cancer[J].BMC Cancer,2013,13:174.

14 官文華，楊堃，趙文君,等.Wnt3、Wnt3a在胃癌組織中的表達及意義[J].世界華人消化雜志,2013，21(7):624-628.

15 Tian X,Liu Z,Niu B,et al.E-cadherin/β-catenin complex and the epithelial barrier[J].J Biomed Biotechnol,2011,2011:567305.

16 Nagy TA,Wroblewski LE,Wang D,et al.β-Catenin and p120 mediate PPARδ-depedent proliferation induced by Helicobacter pylori in human and rodent epithelia[J].Gastroenterology,2011,141(2):553-564.

17 李雪，耿長新，于建憲，等.Wnt信號通路靶向基因GS蛋白與胃癌發(fā)生發(fā)展的關系[J].齊魯醫(yī)學雜志,2011,26(5):384-386.

18 Ooi CH,Ivanova T,Wu J,et al.Oncogenic pathway combinations predict clinical prognosis in gastric cancer[J].PLoS Genet,2009,5(10):e1000676.

19 Bauer L,Langer R,Becker K,et al.Expression profiling of stem cell-related genes inneoadjuvant-treated gastric cancer:a NOTCH2,GSK-3β and β-catenin gene signature predicts survival[J].PLoS One,2012,7(9):e44566.

20 Hiss D.Optimizing molecular-targeted therapies in ovarian cancer:the renewed surge of interest in ovarian cancer biomarkers and cell signaling pathways[J].J Oncol,2012,2012:737981.

21 Barbolina MV,Burkhalter RJ,Stack MS.Diverse mechanisms for activation of Wnt signalling in the ovarian tumour microenvironment[J].Biochem J,2011,437(1):1-12.

22 Schmid S,Bieber M,Zhang F,et al.Wnt and hedgehog gene pathway expression in serous ovarian cancer[J].Int J Gynecol Cancer,2011,21(6):975-980.

23 Yoshioka S,King ML,Ran S，et al.WNT7A regulates tumor growth and progression in ovarian cancer through the WNT/β-catenin pathway[J].Mol Cancer Res,2012,10(3):469-482.

24 Jacob F,Ukegijni K,Nixdorf S，et al.Loss of secreted frizzled-related protein 4 correlates with an aggressive phenotype and predicts poor outcome in ovarian cancer patients[J].PLoS One,2012,7(2):e31885.

25 Ford CE,Jary E,Ma SS,et al.The Wnt gatekeeper SFRP4 modulates EMT,cell migration and downstream Wnt signalling in serous ovarian cancer cells[J].PLoS One,2013,8(1):e54362.

26 Hsieh A,Kim HS,Lim SO,et al.Hepatitis B viral X protein interacts with tumor suppressor adenomatous polyposis coli to activate Wnt/β-catenin signaling[J].Cancer Lett,2011,300(2):162-172.

27 Cheng H,Liang H,Qin Y,et al.Nuclear beta-catenin overexpression in metastatic sentinel lymph node is associated with synchronous liver metastasis in colorectal cancer[J].Diagn Pathol,2011,6:109.

28 Noda T,Nagano H,Takemasa I，et al.Activation of Wnt/beta-catenin signalling pathway induces chemoresistance to interferon-alpha/5-fluorouracil combination therapy for hepatocellular carcinoma[J].British J Cancer,2009,100(10):1647-1658.

29 Wang L,Li CL,Wang L,et al.Influence of CXCR4/SDF-1 axis on E-cadherin/β-catenin complex expression in HT29 colon cancer cells[J].World J Gastroenterol,2011,17(5):625-632.

30 Wu H,Lin Y,Li W,et al.Regulation of Nur77 expression by β-catenin and its mitogenic effect in colon cancer cells[J].FASEB J,2011,25(1):192-205.

31 Stein U,Arlt F,Smith J,et al.Intervening in β-catenin signaling by sulindac inhibits S100A4-dependent colon cancer metastasis[J].Neoplasia,2011,13(2):131-144.

32 Egan JB,Thompson PA,Vitanov MV.Vitamin D receptor ligands,adenomatous polyposis coli,and vitamin D receptor FokⅠ polymorphism collectively modulate beta-catenin activity in colon cancer cells[J].Mol Carcing,2010,49(4):337-352.

文獻來源：應用PubMed及中國知網(CNKI)期刊全文數據庫檢索系統(tǒng)，以“Wnt信號通路、干細胞、腫瘤多藥耐藥性、Wnt signaling、stem cells、tumor multi-drug resistance”等為關鍵詞，檢索1991年1月—2013年5月的相關文獻，共檢索到中文文獻3 950條，英文文獻650條。納入標準：(1)Wnt信號通路的描述；(2)Wnt信號通路與腫瘤干細胞的相關研究；(3)腫瘤干細胞與常見腫瘤耐藥性的關系；(4)Wnt信號通路與常見腫瘤耐藥性的關系；(5)逆轉腫瘤耐藥性的研究進展。根據納入標準分析，符合的文獻共49條，選擇時間和研究比較新的文獻33條。