Wnt信號(hào)通路在血管新生和鈣化中的作用

謝夏丹，生 欣

(遵義醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)教研室， 貴州 遵義 563099)

Wnt信號(hào)通路是一類以分泌型Wnt蛋白為配體激活的信號(hào)通路。自1982年第一次發(fā)現(xiàn)Wnt家族蛋白以來，Wnt信號(hào)通路一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，Wnt信號(hào)通路參與了細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等多個(gè)生理過程，該信號(hào)通路的異常激活或抑制都造成異常的生理狀態(tài)或疾病的發(fā)生，如：惡性腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心血管疾病等。在心血管系統(tǒng)中，Wnt信號(hào)通路不僅在心血管系統(tǒng)的發(fā)育中起到調(diào)控作用，也參與了動(dòng)脈粥樣硬化、血管瘤、血管鈣化、心肌梗死、心律失常等病理過程?，F(xiàn)將重點(diǎn)從Wnt信號(hào)通路在血管新生和血管鈣化中的作用機(jī)制進(jìn)行闡述。

1 Wnt信號(hào)通路簡介

到目前為止，已在人類中發(fā)現(xiàn)了19種Wnt家族蛋白[1]，它們與不同的受體結(jié)合能夠產(chǎn)生不同的細(xì)胞信號(hào)，包括經(jīng)典的Wnt(Wnt/β-catenin)信號(hào)和非經(jīng)典的Wnt信號(hào)。

在經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路中(見圖1)，當(dāng)Wnt配體與Frizzled(FZD)和LRP5/6共同受體結(jié)合后，激活蓬亂蛋白(disheveled，DVL)并抑制控制該通路的關(guān)鍵蛋白β-catenin穩(wěn)定性的降解復(fù)合體(destruction complex，DC)活性，使β-catenin的泛素化降解受阻，胞漿內(nèi)的β-catenin快速積累增多，促使其進(jìn)入細(xì)胞核與T細(xì)胞因子/淋巴細(xì)胞增強(qiáng)因子(T-cell factor/Lymphoid enhancer-binding factor，Tcf/Lef)結(jié)合并激活靶基因的轉(zhuǎn)錄[2-3]。

圖1 經(jīng)典Wnt信號(hào)通路在細(xì)胞中的傳導(dǎo)

圖2 非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路在細(xì)胞中的傳導(dǎo)

非經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路，也稱為非依賴β-catenin的Wnt信號(hào)通路，即平面細(xì)胞極性通路Wnt/Planar cell polarity(Wnt/PCP)和Wnt/Ca2+信號(hào)通路(見圖2)。在平面細(xì)胞極性通路中，Wnt配體與FZD/酪氨酸激酶樣孤獨(dú)受體2(receptor tyrosine kinase-like orphan receptor，ROR2)/受體相關(guān)酪氨酸酶(receptor-like tyrosine kinase，RYK)結(jié)合，招募DVL蛋白使DAAM1(disheveled associated activator of morphogenesis 1)聚集并激活小G蛋白R(shí)ho或Rac1，Rho激活Rho相關(guān)蛋白激酶(Rhos-associated coiled-coil-containing protein kinase，ROCK)，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架。Rac1激活c-Jun氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)，隨后激活轉(zhuǎn)錄因子c-Jun和ATF2。在Wnt/Ca2+途徑中，Wnt配體與FZD受體結(jié)合，招募DVL向FZD聚集，并激活G蛋白三聚體，從而激活磷脂酶C(phospholipase C，PLC)，一方面引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+庫釋放，Ca2+離子濃度增加激活Ca2+/鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ(calcium calmodulin mediated kinase，CamKⅡ)和激活的T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T cells，NFAT)調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和細(xì)胞遷移，另一方面激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)調(diào)節(jié)細(xì)胞各種活動(dòng)[4]。

2 Wnt信號(hào)通路對(duì)血管生成的影響

Wnt信號(hào)通路在血管生成中承擔(dān)著重要的作用。該信號(hào)通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移及分化調(diào)控血管的發(fā)育及生成。

2.1 經(jīng)典Wnt信號(hào)通路促進(jìn)血管新生 在神經(jīng)系統(tǒng)血管發(fā)育中，Richard Daneman等發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin信號(hào)被特異性激活，涉及到的Wnt蛋白有Wnt7a、Wnt7b、Wnt3a、Wnt3、Wnt1，在小鼠體內(nèi)阻斷Wnt/β-catenin信號(hào)能特異的導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)血管生成的缺陷[5]。最近發(fā)現(xiàn)一種由內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的黏附G蛋白藕連受體家族成員Gpr124，作為Wnt7a和Wnt7b的共同激活劑通過FZD和LRP受體激活經(jīng)典Wnt信號(hào)通路控制中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)血管的發(fā)育[6-8]。此外，Wnt /β-catenin信號(hào)在糖尿病性視網(wǎng)膜病變患者的視網(wǎng)膜新生血管形成過程中具有重要的作用。研究顯示，Wnt的內(nèi)源性拮抗劑Kallistatin能通過抑制糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)小鼠模型中經(jīng)典的Wnt信號(hào)，發(fā)揮抗血管生成和抗神經(jīng)炎作用[9]。在創(chuàng)口愈合方面，Wnt與Notch信號(hào)通路分別通過激活下游靶基因(c-Myc and Hes1)的表達(dá)調(diào)節(jié)表皮干細(xì)胞(epidermal stem cells，ESCs)的遷移和分化；同時(shí)，Wnt /β-catenin信號(hào)還促進(jìn)創(chuàng)傷部位血管的生成，增加局部血流量提供氧氣及營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)受損皮膚的愈合[10-11]。

2.2 非經(jīng)典信號(hào)Wnt通路調(diào)節(jié)血管新生具有雙重作用 Wnt5a作為Wnt蛋白家族中非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路的代表，在胚胎血管發(fā)育中，通過激活PKC促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞分化形成血管內(nèi)壁[12]，并通過刺激細(xì)胞內(nèi)Ca2+的釋放，激活CamKⅡ抑制甲硫氨酸氨基肽酶(MetAP-2)促進(jìn)血管新生，MetAP-2具有抑制血管生成的作用[13]。在髓樣細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)非典型Wnt激活Flt1，一種由血管內(nèi)皮生長因子-A(vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A)介導(dǎo)的血管生成的內(nèi)源性抑制劑，但只有在鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶功能完整時(shí)才會(huì)被激活[14]。可見非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路對(duì)血管新生具有雙重作用。

2.3 Wnt信號(hào)通路與腫瘤血管新生 β-catenin基因突變，或降解復(fù)合物的異常(APC、GSK-3β、Axin基因突變)，Wnt配體的過表達(dá)，以及內(nèi)源性抑制物的缺失或調(diào)節(jié)途徑活性降低都是造成Wnt信號(hào)通路的異常激活的原因。在腫瘤中常常能檢測(cè)到Wnt信號(hào)的異常激活，其作用與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期及腫瘤新生血管的發(fā)生相關(guān)。Yao等[15]等的研究顯示W(wǎng)nt5a在約61.9%的非小細(xì)胞肺癌標(biāo)本中高表達(dá)，且該蛋白與微血管密度(microvessel density，MVD)和血管生成擬態(tài)(vasculogenic mimicry，VM)密切相關(guān)；同時(shí)，Wnt5a與β-catenin-nu、VE-cadherin、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)MMP2和MMP9呈正相關(guān)，過表達(dá)Wnt5a可能通過經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路在非小細(xì)胞肺癌血管生成中發(fā)揮作用。Wnt5a還能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+的釋放，通過非經(jīng)典的Wnt-FZD5信號(hào)通路促進(jìn)血管的新生[16]，而經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路還調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞間的鈣粘蛋白連接，從而調(diào)節(jié)血管通透性[17]；抑制Wnt/β-catenin 信號(hào)通路能夠抑制血管生成，研究發(fā)現(xiàn)miR-1301能夠通過調(diào)節(jié)B細(xì)胞CLL/淋巴瘤9蛋白(B-cell CLL/lymphoma 9 protein，BCL9)下調(diào)Wnt/β-catenin信號(hào)，從而抑制肝細(xì)胞癌的遷移、增殖及血管的新生[18]。此外，Wnt/β-catenin信號(hào)還能夠調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞糖酵解代謝，在結(jié)腸癌細(xì)胞中阻斷該信號(hào)能夠降低癌細(xì)胞內(nèi)糖酵解水平并產(chǎn)生小而灌注不良的腫瘤，而丙酮酸脫氫酶激酶1 (pyruvate dehydrogenase kinase 1，PDK1)作為糖酵解代謝中的關(guān)鍵酶也是該信號(hào)通路的靶基因，過表達(dá)PDK1能夠逆轉(zhuǎn)該信號(hào)通路阻斷后所降低的癌腫血管密度。因此，Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活，一方面通過PDK1促進(jìn)癌細(xì)胞糖酵解代謝加強(qiáng)癌腫血管的生成，另一方面，通過血管內(nèi)皮生長因子促進(jìn)血管生成，二者共同促進(jìn)癌腫血管的形成[19]。

3 Wnt信號(hào)通路與血管鈣化

血管鈣化是一般人群中晚期心血管疾病的臨床標(biāo)志，糖尿病、高血脂癥、吸煙、慢性腎病、高血壓、肥胖都有可能導(dǎo)致血管鈣化的發(fā)生，而血管鈣化又是血管硬化、動(dòng)脈粥樣硬化的病理生理基礎(chǔ)。大量研究顯示，經(jīng)典與非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路均與血管的鈣化密切相關(guān)。

3.1 經(jīng)典Wnt信號(hào)通路與血管鈣化 Liu等[20]利用免疫組織化學(xué)染色法發(fā)現(xiàn)在晚期腎疾病患者的鈣化動(dòng)脈內(nèi)β-catenin、GSK3β和Wnt5a高表達(dá)，多因素邏輯回歸分析證實(shí)Wnt5a是晚期腎疾病患者發(fā)生血管鈣化的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。在體外由高糖誘導(dǎo)的人血管平滑肌鈣化模型中，Wnt3a、Wnt7a、FZD4和Wisp1的mRNA表達(dá)增加，說明Wnt信號(hào)通路參與高糖誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞的鈣化[21]。在這些細(xì)胞中，Wnt/β-catenin信號(hào)通路激活也被證實(shí)，且β-catenin入核引起靶基因的轉(zhuǎn)錄。而在加入內(nèi)源性的Wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制劑DKK1(Dickkopf-1)后，這種由高鈣和高磷誘導(dǎo)的鈣化會(huì)受到抑制[22-23]，在高磷酸鹽培養(yǎng)血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)中明顯上調(diào)了骨形成蛋白9(bone morphogenetic protein 9，BMP9)的表達(dá)，增加VSMCs中β-catenin蛋白和p-GSK3β的水平，環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase 2，COX-2)抑制劑降低BMP9誘導(dǎo)的β-catenin的表達(dá)，COX-2通過激活Wnt/β-catenin途徑介導(dǎo)VSMCs中BMP9誘導(dǎo)的鈣化[24]。在正常培養(yǎng)情況下，利用特異性Wnt信號(hào)激動(dòng)劑同樣刺激血管平滑肌細(xì)胞的鈣化，同時(shí)伴有MMP-2和MMP-9的表達(dá)增加[25]，MMP有助于細(xì)胞外基質(zhì)的重塑，MMP-2和MMP-9是血管重塑的生理調(diào)節(jié)劑，他們的失調(diào)能促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的鈣化[26]。血管平滑肌譜系中LRP6的條件性缺失增加了喂食高脂飲食LDLR-/-小鼠的血管硬化，并促進(jìn)骨軟骨細(xì)胞表型的異位動(dòng)脈表達(dá)，從而加重了其主動(dòng)脈鈣化，同時(shí)此基因敲除小鼠的動(dòng)脈組織中Wnt蛋白和FZD受體的mRNA的表達(dá)上調(diào)，包括Wnt7b、Wnt4、Wnt10a、Wnt3a和FZD10，這些蛋白的表達(dá)與非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路相關(guān)[27]。

3.2 非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路與血管鈣化 非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路同樣參與了血管鈣化，在研究炎癥疾病與鈣化的機(jī)制時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)在人脂肪組織來源的間充質(zhì)干細(xì)胞(human adipose tissue-derived mesenchymal stem cells，hADSCs)中炎性細(xì)胞因子IL-6加速hADSCs的鈣化與ROR2/Wnt5a信號(hào)途徑(屬于非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路)有關(guān)[28]，非經(jīng)典Wnt信號(hào)通路中通過RhoA/ROCK調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架，在牛VSMCs中，用ROCK抑制劑Y-27632處理或siRNA轉(zhuǎn)染以敲低ROCK的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)增加了該細(xì)胞堿性磷酸酶的活性并導(dǎo)致其鈣化，RhoA/ROCK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能是血管鈣化的重要負(fù)調(diào)節(jié)方式[29]。NFAT參與氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，oxLDL)誘導(dǎo)的血管平滑肌向成骨細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)化[30]， Zhang等[31]也證實(shí)了胞漿活化T細(xì)胞核因子1(nuclear factor of activated T-cells，cytoplasmic1，NFATc1)促進(jìn)慢性腎衰竭大鼠血管鈣化的形成，另外核因子κB(nuclear factor-kappaB，NFκB)配體的受體激活劑(receptor activator of NFκB ligand，RANKL)參與心肌炎癥、血管鈣化，Vivit peptide是一種選擇性NFAT的抑制劑，能降低CuLDL誘導(dǎo)的RANKL的增加[32]，也進(jìn)一步說明NFAT參與血管鈣化的形成。

4 展望

Wnt信號(hào)通路作為一個(gè)調(diào)控細(xì)胞增殖、分化和凋亡等生命活動(dòng)的信號(hào)通路參與了血管新生和形成過程，且受到多水平的調(diào)節(jié)，包括拮抗Wnt配體的分泌蛋白、Wnt抑制劑、激活劑及一些microRNA[33]。該信號(hào)通路的異常激活為腫瘤發(fā)生提供了血管支持；此外，該信號(hào)通路還參與了多種因素導(dǎo)致的血管鈣化過程，是導(dǎo)致多種心血管疾病發(fā)生的重要原因。Wnt5a在血管的生成及鈣化中均發(fā)揮著作用，近年來，研究顯示W(wǎng)nt5a/JNK信號(hào)傳導(dǎo)途徑涉及血管內(nèi)皮功能障礙[34]，并且Wnt5a通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮滲透性起重要作用[35]，鑒于Wnt5a從多個(gè)方面多條通路影響血管內(nèi)皮功能，可以以Wnt5a為切入點(diǎn)，對(duì)Wnt信號(hào)通路在心血管疾病及腫瘤發(fā)生中的作用進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為心血管疾病及腫瘤的防治找到新的思路。