Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與肺纖維化的關(guān)系

祝 艷，馮華松海軍總醫(yī)院 呼吸內(nèi)科，北京 00048；安徽醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，安徽合肥 3003

Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與肺纖維化的關(guān)系

祝 艷1,2，馮華松1
1海軍總醫(yī)院 呼吸內(nèi)科，北京 100048；2安徽醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，安徽合肥 230032

Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是與哺乳動物發(fā)育以及細胞分化、增殖密切相關(guān)的信號通路。經(jīng)典Wnt通路中，β-連環(huán)蛋白為其下游的關(guān)鍵調(diào)控因子。眾多研究表明，在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展中，Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路起著不可替代的調(diào)控作用。本文就Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與肺纖維化的關(guān)系及其研究進展做一綜述，旨在探討此通路在肺纖維化治療中存在的潛在靶點。

Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；肺纖維化；靶基因

Wnts(wingless-type MMTV integration site family members)是一個分泌性糖蛋白家族，具有自分泌或旁分泌作用。生理狀態(tài)下，通過與細胞膜上的受體相結(jié)合，調(diào)節(jié)胞內(nèi)相關(guān)靶基因的表達，調(diào)控生物體的生理病理過程。同時，Wnts蛋白家族也是在生物演化過程中高度保守的信號分子。Wnt蛋白及其下游的關(guān)鍵分子β-連環(huán)蛋白(β-catenin)等眾多靶基因構(gòu)成的Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，是肺組織發(fā)育所必需的分子信息傳遞系統(tǒng)，其表達異常與肺纖維化和肺部腫瘤等呼吸系統(tǒng)疾病均存在緊密的聯(lián)系。肺纖維化主要由放射線、肺部炎癥、藥物等因素引起，表現(xiàn)為肺泡上皮的損傷和成纖維細胞增殖的病理特征，是多種呼吸系統(tǒng)疾病的一個發(fā)展階段，目前尚無特效的治療方法。關(guān)于Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與肺纖維化的多項研究已經(jīng)廣泛展開。

1 Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路概述

Wnt信號傳導(dǎo)通路主要分兩類：經(jīng)典的Wnt信號傳導(dǎo)通路和非經(jīng)典的Wnt信號通路[1]。經(jīng)典的Wnt信號傳導(dǎo)通路即β-catenin依賴性傳導(dǎo)通路，是目前研究比較深入的Wnt通路，也是最具特征性的Wnt信號通路[2]。

經(jīng)典Wnt信號通路的激活機制：細胞外的Wnt蛋白與跨膜受體卷曲蛋白(frizzled，F(xiàn)rz)和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(LRP5/6)復(fù)合物結(jié)合，激活細胞內(nèi)的蓬亂蛋白(dishevelled，Dsh)，由此抑制糖原合成激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)的活性并使其從軸蛋白(Axin)上脫落，β-catenin的磷酸化因酶體復(fù)合物中酪蛋白激酶Ⅰα(CaseinⅠα，CKⅠα)及GSK-3β改變而受抑制。進而，β-catenin降解減少，游離水平在細胞質(zhì)中累積并發(fā)生核轉(zhuǎn)移，與核內(nèi)又發(fā)生一系列的分子反應(yīng)并產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)[3]。

當機體受到刺激后，Wnt配體蛋白與跨膜受體結(jié)合，誘導(dǎo)負性調(diào)節(jié)信號軸蛋白(Axin)的跨膜轉(zhuǎn)運[1]。Axin發(fā)生膜轉(zhuǎn)運之后，磷酸化的低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(LRP5/6)由CK1或者GSK3介導(dǎo)催化Axin與LRP5/6結(jié)合，蓬亂蛋白與Axin和Frz結(jié)合后，Dsh被磷酸化而激活，而GSK的活性則受到了抑制，從而激活一系列保護βcatenin的機制，表現(xiàn)為β-catenin在細胞質(zhì)中持續(xù)積累[4]，達到一定水平后發(fā)生核內(nèi)轉(zhuǎn)移，核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子T細胞因子/淋巴樣增強因子(TCF/LEF)與β-catenin形成復(fù)合體，定位于Wnt靶基因的啟動子部位，激活一系列Wnt信號靶基因的轉(zhuǎn)錄，促進細胞增殖和活化[5-6]。目前為止，研究發(fā)現(xiàn)的Wnt/β-catenin靶基因已有20多種，包括細胞增殖調(diào)控基因、發(fā)育控制基因和與腫瘤發(fā)生相關(guān)基因，如細胞周期蛋白D1(cyclinD1)基因、基質(zhì)金屬蛋白酶基因等，調(diào)控細胞的增殖和分化[7]。其中，參與肺纖維化的基因有基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-7，3，9及CTGF和TGF-β等。

作為Wnt信號通路的關(guān)鍵蛋白之一，β-catenin是經(jīng)典Wnt信號通路中的開關(guān)信號分子[8]，起著樞紐作用。正常功能狀態(tài)下，β-catenin磷酸化降解，從而使細胞質(zhì)內(nèi)游離β-catenin濃度保持相對較低狀態(tài)[8]。此過程中起關(guān)鍵作用的是β-catenin降解復(fù)合物。它由Axin、結(jié)腸息肉病蛋白(adenomat-osis polyposis coli，APC)、蛋白激酶2A(protein phosphatase 2A，PP2A)、GSK3、CKI組成，供GSK3黏附，促進β-catenin的磷酸化和降解[1]。當機體受到體內(nèi)外刺激，Wnt信號活化，β-catenin發(fā)生核轉(zhuǎn)移作為該信號通路的激活的標志[9]。

2 Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)因子在肺纖維化中的表達

肺纖維化是多種原因(慢性肺部炎癥、放射線、粉塵等)引起的以肺成纖維細胞(lung fibroblasts，LF)異常增殖、基質(zhì)金屬蛋白酶/基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子(MMPs/TIMPS)系統(tǒng)失衡[10-11]，膠原產(chǎn)生增多、降解減少，細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)大量聚集為特征，肺部結(jié)構(gòu)重塑，肺通氣/換氣功能逐漸下降。肺纖維化的形成是肺損傷反復(fù)發(fā)生與修復(fù)異常所致。近年來多項研究表明，Wnt信號通路與肺纖維化關(guān)系密切，影響肺纖維化的發(fā)生、發(fā)展[12-13]。

肺成纖維細胞是肺纖維化的主要效應(yīng)細胞，可分化為特異性表達α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)的肌成纖維細胞(myofib-roblast，MF)。肌成纖維細胞兼具成纖維細胞和平滑肌細胞的性質(zhì)，是ECM最重要的來源[14]。肺成纖維細胞趨化到效應(yīng)部位發(fā)揮作用是發(fā)生肺纖維化的關(guān)鍵。Lam等[15]研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)性硬化癥合并晚期肺纖維化的患者肺中，肺成纖維細胞胞核內(nèi)β-catenin積聚，并認為肺成纖維細胞中β-catenin信號通路的激活是肺纖維化的共同特征。另有研究發(fā)現(xiàn)，IPF病人成纖維細胞灶內(nèi)β-catenin向成纖維細胞核轉(zhuǎn)移[16]。趙亞東等[17]發(fā)現(xiàn)在人胚肺成纖維細胞內(nèi)β-catenin高表達可降低上皮型鈣黏連素的表達，降低細胞間黏附，有利于細胞趨化。其機制可能是細胞內(nèi)β-catenin增加并競爭性抑制GSK-3β磷酸化Snail，進而Snail發(fā)揮生物學(xué)作用抑制上皮型鈣黏連素的表達，為成纖維細胞趨化打開通路。

Chilosi等[18]通過對Wnt途徑在特發(fā)性肺纖維化/尋常型間質(zhì)性肺炎(idiopa-thic pulmonary fibrosis/usual interstitial pneumonia，IPF/UIP)中的激活作用的研究，發(fā)現(xiàn)IPF胞核內(nèi)β-catenin水平與cyclinD1、MMP基因水平表達同步，β-catenin水平表達升高，后者也隨之增加，這或許是造成成纖維細胞異常增殖的原因之一。此外，研究推斷IPF/UIP中部分成纖維細胞可以直接來源于進行性損傷和修復(fù)部位的上皮細胞前體。即在肺纖維化過程中發(fā)生了上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。EMT也被認為是肺纖維化發(fā)生發(fā)展的新模式。肺EMT促進至少1/3的成纖維細胞形成，明顯加劇肺纖維化的形成。Wnt信號通路在肺纖維化中異常活化則被認為可能是肺纖維化EMT的一個重要原因[19]。

曾慶富等[20]發(fā)現(xiàn)在小鼠肺纖維化模型中，轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β1，TGF-β1)表達異常增高。TGF-β1活化后，大鼠的肺纖維化反應(yīng)也變得更加顯著；相反，抑制TGF-β1的反應(yīng)可降低和減輕肺纖維化，對肺纖維化產(chǎn)生保護作用[21]。研究表明，TGF-β1是纖維化中誘導(dǎo)肌成纖維細胞分化效果最為明顯的細胞因子之一[22-23]，同時也是EMT的重要誘導(dǎo)因子，在EMT促進纖維化過程中占據(jù)重要地位。TGF-β1通過促進上皮細胞表型的丟失而在纖維化的進程中起重要的促進作用[24]。另有研究[25]發(fā)現(xiàn)，TGF-β通過Smad途徑與β-catenin發(fā)揮協(xié)同，在EMT過程中起推動作用[26]。據(jù)此，我們似乎可推斷TGF-β協(xié)同Wnt信號通路誘導(dǎo)激活細胞EMT程序[27]，推動著肺纖維化的發(fā)展進程。

K?nigshoff等[16]在對特發(fā)性肺纖維化的研究中發(fā)現(xiàn)Wnt配體蛋白和受體、β-catenin及其靶基因等在肺中的表達較高，明顯高于對照組的表達水平。此外，有研究結(jié)果表明，Wnt信號通路可通過調(diào)控MMP基因而促進纖維母細胞向受損部位遷移和聚集，證實Wnt通路靶基因MMP7參與了肺纖維化的發(fā)生[28]。

3 Wnt/β-catenin信號通路與抗纖維化

目前，多項研究通過Wnt拮抗劑、顯性負性作用以及一些細胞因子等方法成功調(diào)控該通路。另外去甲基化、基因敲除、競爭性抑制及小干擾RNA(siRNA)等技術(shù)均可用來削弱或阻斷Wnt信號途徑。

Wnt拮抗劑根據(jù)作用方式可分為以下兩類：第一類通過直接結(jié)合Wnt，影響改變其與Frz受體復(fù)合物的結(jié)合能力，而發(fā)揮拮抗作用抑制Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；第二類通過結(jié)合Wnt受體復(fù)合體LRPS/LRP6發(fā)揮抑制作用。第一類拮抗劑括分泌性Frizzded蛋白家族(即sFRP家族)、wif-l和Cerbrus，其中sFRP類抑制了Wnt作用的經(jīng)典和非經(jīng)典通路；而目前發(fā)現(xiàn)的第二類抑制劑只有Dickkopf(DKK)家族，僅抑制Wnt經(jīng)典通路[29]。

Wnt誘導(dǎo)分泌蛋白-1(WISP-1)是Wnt信號通路活化后的下游靶基因之一，在細胞增殖、遷移中發(fā)揮作用，調(diào)控肺纖維化的進程。K?nigshoff等[19]在小鼠肺纖維化模型和IPF患者中發(fā)現(xiàn)WISP-1的表達均升高。模型小鼠的肺泡上皮Ⅱ型細胞(ATⅡ)增殖加快并發(fā)生EMT，ECM的沉積加速；WISP-1中和抗體則可下調(diào)EMT相關(guān)基因的表達。這表明基因表達中的變化與肺纖維化明顯減輕有關(guān)，并由此可推測WlSP-1可能是抗肺纖維化治療的潛在靶點，拮抗WISP-1可以遏制肺纖維化發(fā)展。

Henderson等[30]對博萊霉素致肺纖維化小鼠的研究中，應(yīng)用ICG-001特異性抑制Wnt信號通路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該通路下游靶基因MMP-3，MMP-9、細胞周期蛋白D1以及膠質(zhì)蛋白基因如Ⅰ型膠原α2(COLlα2)，Ⅲ型膠原αl(COL3α1)等表達均下降，纖維化病變減輕，小鼠存活率較對照組明顯升高，證明Wnt信號通路在纖維化過程中起促進作用，抑制該通路可能達到治療纖維化的作用。

Flozak等[31]通過研究β-catenin對肺上皮細胞的分化調(diào)控，發(fā)現(xiàn)博來霉素致肺損傷模型的肺泡Ⅱ型上皮細胞Wnt/β-catenin通路被激活，抑制β-catenin/TCF信號通路活化后，則加重了肺泡Ⅱ型上皮細胞的損傷和死亡，幸存細胞的遷移及增殖能力減弱，Wnt/β-catenin信號通路可通過促進肺泡Ⅱ型上皮細胞的存活、遷移等參與肺損傷修復(fù)。

4 結(jié)語

肺纖維化是一種慢性進行性呼吸系疾病，隨著病程的發(fā)展，呼吸功能愈加受限，嚴重影響患者的生存質(zhì)量和生存期限。目前，肺纖維化的傳統(tǒng)治療方法，收效甚微。在分子水平對肺纖維化的研究為揭示其發(fā)生機制和針對性治療提供了新的視角與方向。

關(guān)于Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與器官纖維化的研究越來越深入，此通路在纖維化進展中的作用機制也越來越明了，由此展開的針對其特異性靶點抗纖維化治療的研究也越來越多。但是Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路不僅在疾病發(fā)生中發(fā)揮重要作用，同時還具有廣泛的生物學(xué)效應(yīng)。在抗纖維化治療中，通過對Wnt信號通路中關(guān)鍵蛋白及靶點的調(diào)控有可能會導(dǎo)致機體其他方面的失衡。鑒于此，有關(guān)Wnt/ β-catenin信號通路與肺纖維化發(fā)生發(fā)展與治療機制尚需更深入的研究和探索。

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Relationship between Wnt/β-catenin transduction signaling pathway and pulmonary fibrosis

ZHU Yan1,2, FENG Huasong1
1Department of Respiratory, Navy General Hospital, Beijing 100048, China;2Graduate School, Anhui Medical University, Hefei 230032, Anhui Province, China

FENG Huasong. Email: zhuyan112233@163.com

Wnt signaling transduction pathway is closely related to the development of mammals and the differentiation and proliferation of cell. Beta serial protein is the key regulatory factor in the downstream of canonical Wnt pathways. Numerous studies have shown that Wnt/β- catenin signaling pathway plays an unsubstituted role during the occurrence and development of pulmonary fibrosis. This paper reviews the relationship between Wnt/beta-catenin signaling pathway and pulmonary fibrosis in hope of exploring the potential targets gene for anti-fibrosis treatment which exist in this pathway.

Wnt/β-catenin signaling transduction pathway; pulmonary fibrosis; target gene

R 563.9

A

2095-5227(2015)10-1045-03 DOI：10.3969/j.issn.2095-5227.2015.10.022

時間：2015-06-01 10:23

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20150601.1023.001.html

2015-04-20

國家自然科學(xué)基金項目(81300050)

Supported by the National Natural Science Foundation of China(81300050)

祝艷，女，碩士。研究方向：放射性肺纖維化。Email: zhuyan112233@163.com