Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路互相調(diào)控在創(chuàng)面愈合中的作用*

趙亞男， 劉 明△， 魏建梁， 張玉冬， 王 彬， 張 玥， 王 冠

(山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 1周圍血管病科， 2高血壓基地， 山東 濟南 250014)

Wnt/β-catenin信號通路和核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號通路都是相對保守的信號通路，貫穿哺乳類動物的一生并可以調(diào)節(jié)很多生物學進程。研究顯示，Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路之間存在交互作用，且共同參與多方面的調(diào)控。創(chuàng)面愈合是一個復雜而有序的過程，是涉及炎性細胞、細胞外基質(zhì)和細胞因子等多種因素的級聯(lián)反應(yīng)。Wnt/β-catenin通路和NF-κB通路的相互參與創(chuàng)面愈合的過程，可反映在調(diào)控炎癥、影響成纖維細胞和干預血管新生等方面。

1 Wnt/β-catenin信號通路簡述

Wnt信號通路是一條高度保守的信號傳導通路，Wnt蛋白家族參與很多生物學過程，包括細胞增殖、凋亡和分化，并參與維持干細胞的多潛能性等[1]。Wnt信號通路主要有3條途徑，其中研究最多的即Wnt/β-catenin通路，又稱為經(jīng)典Wnt通路。在正常成熟細胞中，Wnt通路處于關(guān)閉狀態(tài)，當Wnt信號通路被激活時，Wnt蛋白與細胞表面受體卷曲蛋白(Frizzled，F(xiàn)rz)及低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6(low-density lipoprotein receptor-related protein 5/6，LRP5/6)結(jié)合，胞內(nèi)散亂蛋白(Dishevelled，Dsh或Dvl)與Frz胞內(nèi)區(qū)結(jié)合后被磷酸化激活，抑制糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)的活性，使得β-catenin不能被磷酸化，不能被泛素-蛋白酶體系降解；不能被降解的β-catenin在胞質(zhì)內(nèi)大量積累并進入核內(nèi)，與轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF(T-cell factor/lymphoid enhancer factor)結(jié)合，啟動下游CCND1(cyclin D1的基因)等靶基因的表達[2]。

2 NF-κB信號通路簡述

NF-κB是一個轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族，當處于靜息狀態(tài)時，NF-κB在胞質(zhì)內(nèi)與其抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)相結(jié)合，故不具有轉(zhuǎn)錄活性。當受到外界刺激時，IκB激酶(IκB kinase, IKK)被激活使IκB蛋白從NF-κB上脫離并被降解，NF-κB進入細胞核，并與核內(nèi)DNA特定靶位結(jié)合，啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄與表達，釋放白細胞介素2(interleukin-2, IL-2)和IL-6等炎癥相關(guān)因子[3]。NF-κB通路是調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、應(yīng)激反應(yīng)、凋亡和炎癥的中心環(huán)節(jié)，是諸多炎癥過程的共同通路，在組織修復中也起到重要作用[4]。

3 Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路間的相互作用

信號通路間的相互作用可以使各自的功能得到擴展，并形成一個復雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。Wnt/β-catenin信號通路是參與組織再生的重要通路，而NF-κB通路是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵通路[5]。Wnt/β-catenin通路可以通過與NF-κB通路相互作用而調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)，同樣的，NF-κB通路也可干預Wnt/β-catenin信號通路的激活[6]。Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路的相互作用參與很多方面的調(diào)控，如慢性炎癥、免疫和腫瘤等[7]，見圖1。

Figure 1. The interaction of Wnt/β-catenin and NF-κB signaling pathways[5].

圖1Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路的相互作用

3.1Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路之間的正向調(diào)控 β-catenin過表達可激活Wnt信號通路，同時導致IκB的降解，繼而激活NF-κB通路[8]。研究發(fā)現(xiàn)，在血管平滑肌細胞中，Wnt-1可激活β-catenin/TCF4介導的NF-κB通路[9]。IKKα作為NF-κB通路的重要激活劑，可以上調(diào)β-catenin/TCF的轉(zhuǎn)錄活性，并增加下游基因CCND1的表達[10]；IKKα還可以通過抑制GSK-3β/APC的降解增加細胞質(zhì)內(nèi)β-catenin的水平[11]。在小鼠軟骨細胞中，IL-1β引起的NF-κB激活可促進Wnt/β-catenin通路轉(zhuǎn)錄因子Lef1的表達，激活β-catenin/LEF的活性，間接地干預Wnt通路[12]。

3.2Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路之間的負向調(diào)控 第1次發(fā)現(xiàn)Wnt通路可以拮抗性調(diào)節(jié)NF-κB通路的證據(jù)來源于對人類結(jié)腸和乳腺腫瘤細胞的觀察[13]。該研究發(fā)現(xiàn)，β-catenin與RelA和p50形成復合物，導致NF-DNA激活的下降，激活的β-catenin抑制NF-κB目標基因Fas的表達，因此可能作用于Fas介導的腫瘤發(fā)生。更多的研究證實，在肝、乳腺和結(jié)腸腫瘤細胞上β-catenin對NF-κB的激活和下游基因的表達有抑制作用[14-15]。 β-catenin對NF-κB的抑制作用還體現(xiàn)在許多非腫瘤細胞上，如軟骨細胞、成纖維細胞、上皮細胞、成骨細胞和肝細胞等[5]。在結(jié)腸癌、肝癌和乳腺癌中，NF-κB可以通過上調(diào)腫瘤抑制基因LZTS2抑制β-catenin/TCF的活性，而在膠質(zhì)瘤細胞中可以下調(diào)LZTS2來促進β-catenin/TCF的活性[16]。

3.3Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路的交互作用位點

3.3.1Wnt蛋白與通路的交互作用 近些年，研究發(fā)現(xiàn)Wnt5a具有許多重要功能。Wnt5a與受體結(jié)合后，可激活Wnt/β-catenin途徑，并在生物體發(fā)育和腫瘤形成過程中扮演關(guān)鍵角色。同時，Wnt5a的表達受NF-κB通路的調(diào)控，不僅表現(xiàn)在炎癥及感染方面，而且在腫瘤發(fā)生上也發(fā)揮重要作用[17]。研究表明，創(chuàng)面中Wnt5a的表達增強，并可作用于濾泡間上皮細胞，并使其分化成不同的皮膚附屬器，參與創(chuàng)面愈合[18]。

3.3.2DKK1與通路的交互作用 DKK1是Wnt/β-catenin通路的拮抗劑，其表達受經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路影響[19]。在乳腺癌細胞中發(fā)現(xiàn)DKK1高表達，且乳腺癌骨轉(zhuǎn)移時表達水平更高。研究認為，乳腺癌細胞產(chǎn)生DKK1，阻斷Wnt3a引起的成骨作用，并導致NF-κB配體的減少可能是其發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的機制之一[20]。有研究證實，DKK1可調(diào)節(jié)皮膚色素沉著、皮膚厚度、毛囊大小并參與毛發(fā)新生等[21-22]，但目前尚無其參與創(chuàng)面愈合過程的直接證據(jù)。

3.3.3E-鈣黏蛋白與通路的交互作用 E-鈣黏蛋白是一類主要介導同型細胞間黏附的鈣依賴性跨膜糖蛋白，維持生理條件下上皮組織極性和結(jié)構(gòu)的完整性[23]。在正常成熟細胞中，Wnt信號通路未被激活時，大部分β-catenin與細胞膜上的E-鈣黏蛋白結(jié)合形成復合體，維持上皮的完整性。當兩者中任一個功能變化或表達異常致使復合體的功能降低或喪失時，不僅會影響細胞間的黏附性連接，而且導致細胞膜上的β-catenin可轉(zhuǎn)移至細胞質(zhì)或細胞核，并進一步激活Wnt/β-catenin信號通路[24]。研究顯示，與E-鈣黏蛋白相關(guān)的另一條主要信號傳導通路即NF-κB信號通路[7]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，在黑色素細胞瘤中，低水平的E-鈣黏蛋白導致NF-κB高表達的原因可能是細胞質(zhì)中β-catenin導致p38介導下的NF-κB激活[25]。同時，有研究證實，在創(chuàng)面愈合時，角質(zhì)形成細胞中E-鈣黏蛋白的表達水平影響了黑素細胞的遷移，而黑素細胞遷移到創(chuàng)口邊緣是創(chuàng)面愈合的必須過程[26]。

3.3.4GSK-3β與通路的交互作用 GSK-3β既可以降解APC-β-catenin復合物進而激活Wnt通路，同時又可作為NF-κB的調(diào)控因子，其在基因轉(zhuǎn)錄、細胞凋亡、感染、葡萄糖代謝、干細胞更新和分化方面均具有重要作用[27]。GSK-3β可以通過降低β-catenin的水平進而抑制Wnt信號通路的表達[28]；同時，又可以通過降低IκB的水平進而激活NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性[29]。有學者通過動物實驗證實，過表達GSK-3β有助于促進創(chuàng)面愈合，增加膠原含量，減少細胞凋亡[30]。

3.3.5IKKs/IkB與通路的交互作用 IKKα和IKKβ是NF-κB的重要激活劑，也是β-catenin的重要調(diào)節(jié)劑。研究發(fā)現(xiàn)，IKKβ表達下降可抑制β-catenin的泛素化，進而使β-catenin水平升高，激活Wnt信號通路[31]；而IKKα通過作用于β-catenin的氨基末端以增加其轉(zhuǎn)錄激活[32]。有研究證實，在創(chuàng)面修復過程中，IKK可通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)干預表皮生長因子的表達，影響創(chuàng)面愈合[33]。

4 Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路在創(chuàng)面愈合中的作用

創(chuàng)面愈合是一個為維持皮膚完整性，涉及多種因子、多種細胞的復雜有序的過程。第一階段(1～3 d)是止血與炎癥反應(yīng)階段，炎癥反應(yīng)是清除微生物及組織碎片的必須過程，早期表現(xiàn)為中性粒細胞的浸潤，后期為單核細胞的分化；第二階段(2～10 d)為增殖階段，表現(xiàn)為成纖維細胞增殖、血管新生、肉芽組織形成；第三階段為修復階段，可持續(xù)至創(chuàng)傷后1年甚至更久，主要表現(xiàn)為膠原的收縮及瘢痕的形成[34]。在愈合過程中，炎癥階段到增殖階段的轉(zhuǎn)變是創(chuàng)面愈合的關(guān)鍵，而過度及持久的炎癥可導致慢性難愈性創(chuàng)面[35]。

4.1干預炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)是創(chuàng)面愈合過程中不可缺少的部分，但是過度的炎癥反應(yīng)不利于創(chuàng)面愈合。過度炎癥反應(yīng)是導致包括糖尿病潰瘍在內(nèi)的許多慢性難愈性創(chuàng)面重要因素之一[36]。NF-κB通路是炎癥反應(yīng)的經(jīng)典通路，在創(chuàng)面愈合過程中，NF-κB通路作為初期的免疫反應(yīng)立即被激活，并釋放出創(chuàng)面愈合所必需的炎癥因子[37]。有研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病潰瘍中，NF-κB通路持續(xù)激活，導致炎癥因子分泌增加，并成為糖尿病潰瘍慢性難愈的原因之一，而抑制NF-κB通路后，創(chuàng)面愈合加速[38]；有學者發(fā)現(xiàn)，維生素D可通過抑制NF-κB介導的炎癥反應(yīng)促進糖尿病小鼠創(chuàng)面愈合[39]；同時，研究證實，在創(chuàng)面愈合的炎癥反應(yīng)階段，創(chuàng)面組織β-catenin的水平也顯著增強[40]；研究顯示，Wnt通路在不同刺激中對NF-κB介導的目標基因和生物學功能產(chǎn)生不同的作用，其中包括干預炎癥反應(yīng)[5]。創(chuàng)面修復早期，巨噬細胞中Wnt5a表達增強并通過其配體Fzd以調(diào)節(jié)炎癥因子[41]。Wnt5a可以激活經(jīng)典Wnt通路及非經(jīng)典Wnt通路，同時它可以激活NF-κB通路，參與炎癥反應(yīng)[7]。

4.2干預成纖維細胞 成纖維細胞可產(chǎn)生細胞外基質(zhì)，為細胞的生長和營養(yǎng)的轉(zhuǎn)運提供結(jié)構(gòu)支撐[42]。在傷口愈合過程中Wnt信號參與了成纖維細胞的增殖。研究證實，β-catenin參與了大鼠及人類傷口修復的增殖階段，認為其對成纖維細胞的運動起調(diào)節(jié)作用，在皮膚創(chuàng)傷修復的增殖階段，β-catenin是成纖維細胞的重要調(diào)控者[43]。在創(chuàng)面修復階段，成纖維細胞中β-catenin蛋白水平和轉(zhuǎn)錄活性明顯升高，并在創(chuàng)面重塑階段恢復到基線水平[44]。而異常的β-catenin可導致過多的纖維組織及瘢痕形成[45]。也有研究發(fā)現(xiàn)[46]，成纖維細胞中β-catenin水平的高低對調(diào)節(jié)傷口大小、抗張強度均有重要作用。同時，有學者對糖尿病大鼠創(chuàng)面進行研究，發(fā)現(xiàn)通過激活NF-κB，使p-IKKα/β和p-IκBα水平提高，可有助于促使皮膚成纖維細胞的遷移，調(diào)節(jié)創(chuàng)面組織的炎癥反應(yīng)并加速愈合[47]。亦研究顯示，在創(chuàng)面愈合過程中，通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路，抑制腫瘤壞死因子α(tumor necresis factor α, TNF-α)的作用，可促進成纖維細胞的增殖[48]。

4.3干預血管新生 血管新生是創(chuàng)面愈合過程中基質(zhì)形成的核心[49]。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factors，VEGFs)及其受體(vascular endothedia growth factor receptors，VEGFRs)是促進血管形成過程中關(guān)鍵的細胞因子。在創(chuàng)面修復及重塑階段，Wnt在血管形成中發(fā)揮重要作用，且增加Wnt水平可糾正難愈性創(chuàng)面中血管較少的局面[50]。Skurk等[51]研究發(fā)現(xiàn)β-catenin可明顯上調(diào)VEGFR-2的表達，從而促進血管生成；有學者提出，VEGFs/VEGFRs可能是β-catenin信號通路的靶基因[52]；Xie等[53]在研究中發(fā)現(xiàn)，阻斷NF-κB信號通路，體內(nèi)VEGF的表達受到抑制，從而抑制血管的新生；Tabruyn等[54]論述了NF-κB在血管生成中的作用，并表明VEGFs受NF-κB的調(diào)節(jié)；Shibata等[55]的研究也表明，VEGFs/VEGFRs可能是NF-κB信號通路的下游靶基因，NF-κB也介導了血管新生能力。在創(chuàng)面愈合中，血管內(nèi)皮細胞參與血管新生及組織修復，而研究發(fā)現(xiàn)，IKKβ是調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞通透性及遷移能力過程中必不可少的物質(zhì)[56]；在對赤芝酮促進創(chuàng)面愈合的研究發(fā)現(xiàn)，赤芝酮可通過激活NF-κB通路刺激巨噬細胞VEGF的分泌，并進而作用于血管內(nèi)皮細胞，促進血管新生，加速創(chuàng)面愈合[57]。

綜上所述，Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路之間存在相互調(diào)控，且相互之間既存在促進作用，又存在抑制作用。通路之間的相互調(diào)控進一步擴大了彼此的功能。Wnt/β-catenin通路及NF-κB通路在創(chuàng)面愈合中均發(fā)揮重要角色，且又通過交互作用進一步加強其對創(chuàng)面愈合的影響。但Wnt/β-catenin通路與NF-κB通路的對話在創(chuàng)面愈合中發(fā)揮的機制尚需進一步研究。