Wnt信號通路在卵泡發(fā)育中的調(diào)控研究

馬亞博， 吳 霜, 馬 慧, 原筱潭, 侯海藍田, 徐金瑞, 楊 易

(寧夏大學 生命科學學院,寧夏 銀川 750021)

隨著人類社會的發(fā)展和進步,生存環(huán)境和生活壓力導致適齡人群不孕不育率逐年上升[1]．人類的生殖健康問題成為社會關注的熱點問題.輔助生殖技術的發(fā)展,在一定程度上緩解不孕不育率,但依然還有許多理論和技術難題是未知的,特別是女性不孕機理亟待探索[2]．卵巢作為雌性哺乳動物的生殖器官,承載著產(chǎn)生成熟卵子、繁衍子代的重要任務[3]．卵泡作為卵母細胞發(fā)生與發(fā)育的基本功能單位[4],負責雌性哺乳動物順利完成生殖活動．卵泡的數(shù)量在出生前后確定而在成年后不再更新,且隨著年齡的增長卵泡的數(shù)量逐漸消耗殆盡．因此,卵泡的形成、激活、發(fā)育及成熟直接決定了雌性哺乳動物的生殖資源和生育能力[5].而卵泡的異常激活和發(fā)育都會造成卵巢早衰、多卵巢囊腫綜合癥等女性生殖疾?。罅康难芯勘砻?Wnt信號在卵泡發(fā)育、黃體形成和類固醇生成等方面發(fā)揮至關重要的作用．雖然近年來對Wnt信號在卵泡發(fā)育調(diào)控中作用的認識有了很大的提高,但對于Wnt信號在成熟卵巢中的生理病理作用仍不清楚．近年來,相關學者在卵泡形成、激活及發(fā)育方面進行了廣泛的探索,但卵巢卵泡的研究仍然停留在各種激素以及部分信號通路,而關于卵泡形成和發(fā)育機制的研究較少[6].

1 Wnt信號

Wnts家族(Wingless-typeMMTV integration site families,Wnts)是一個廣泛的糖蛋白分子家族[7]．Wnts通過β-catenin依賴和β-catenin獨立通路調(diào)節(jié)細胞生長和分化的重要過程,包括細胞增殖、細胞遷移、細胞命運規(guī)范和細胞凋亡[8]．該信號通路異常激活或抑制都會造成異常生理狀態(tài)或疾病的發(fā)生[9]．

目前,對于經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路的研究較清楚,該通路的許多成分在卵泡發(fā)育中有所表達．非經(jīng)典Wnt信號通路是獨立于β-catenin的信號轉(zhuǎn)導途徑,其激活的信號通路比經(jīng)典通路更復雜,且種類眾多[10]．關于非經(jīng)典Wnt 信號通路的研究不多,其具體途徑和作用機制尚不清楚．

2 Wnt信號通路與卵泡發(fā)育

卵巢是一個多室器官,卵泡在其中生長,培育成熟的可受精的卵母細胞,并在排卵時釋放它們[11]．卵巢也是一種內(nèi)分泌組織,分泌類固醇激素,如雌二醇和孕酮,用于準備著床和懷孕所需的生殖道．為了使這些功能發(fā)生,必須發(fā)生一系列高度協(xié)調(diào)的支持卵泡發(fā)育的事件．從腔前到腔內(nèi)和排卵階段,卵巢卵泡的生長和發(fā)育過程涉及多個因素,包括多種激素、卵巢內(nèi)生長調(diào)節(jié)因子和類固醇等．除這些因素外,Wnt信號通路在顆粒細胞中表達,它們由促性腺激素調(diào)節(jié),并在卵泡發(fā)育、排卵和黃體形成過程中發(fā)揮作用．

受Wnt蛋白家族調(diào)控的各種生理過程顯示,卵巢中Wnt信號成分的存在和活性并非出乎意料[11]．研究表明,許多Wnt家族成員調(diào)控整個卵泡發(fā)育的表達,在卵泡形成、生長和排卵過程中存在潛在作用．目前,對于Wnt2,Wnt4配體在卵泡中的表達研究較清楚．

Vainio等首次揭示W(wǎng)nt4在卵巢中的表達[12],實驗證實,在出生前敲除Wnt4基因可使小鼠喪失大部分卵子[13]．進一步的研究證明,β-catenin介導Wnt4的發(fā)生,Wnt4調(diào)節(jié)腔內(nèi)卵泡成熟和類固醇生成．與Wnt配體相似,Fzd受體在卵泡成熟、排卵和黃體發(fā)育的特定階段都有所表達,在顆粒細胞中已經(jīng)檢測到許多Fzd受體,但與Fzd受體在成年卵泡發(fā)育中的生理相關性知之甚少．Hsieh等發(fā)現(xiàn),Wnt4在小鼠和大鼠卵泡發(fā)育各個階段的顆粒細胞中表達[14],但體外受精前從卵母細胞獲得的人卵丘顆粒細胞中并未檢測到Wnt4[15]．在成年嚙齒動物顆粒細胞中,Wnt4在人絨毛膜促性腺激素(HCG)刺激下升高,在黃體中保持升高[14]．使用孕馬血清促性腺素對母豬進行發(fā)情同步,與對照組相比,黃體組織中Wnt4的表達增加[16]．Boyer等發(fā)現(xiàn),小鼠顆粒細胞中Wnt4的靶向缺失導致卵巢較小[17],竇狀卵泡在42 d時發(fā)育不全．這些結(jié)果表明,Wnt4是控制卵巢生長和成熟的重要信號[8,18]．

研究顯示,Wnt2作為Wnts家族的重要成員,在未成熟大鼠卵泡發(fā)育各個階段的顆粒細胞中均有表達[19],提示W(wǎng)nt2對卵巢卵泡發(fā)育有積極的調(diào)控作用[20]．Wang等揭示,Wnt2在小鼠卵丘和壁顆粒細胞以及大的、健康的竇前和腔內(nèi)卵泡中具有最大的免疫反應[21]．免疫組化顯示,在小鼠卵泡發(fā)育的整個過程中,Wnt2在卵巢壁顆粒細胞和卵丘細胞中均有表達,在人卵丘細胞上也有該因子的表達．Wnt2通過其受體FZD9信號調(diào)節(jié)人卵丘細胞中的β-catenin途徑,β-連環(huán)素進入細胞膜并促進其形成黏附連接以調(diào)控人卵泡的發(fā)育[21]．

3 Wnt信號通路在卵巢疾病中的研究

3.1 卵巢早衰

卵巢早衰(premature ovarian failure,POF)是指女性在40歲之前出現(xiàn)卵巢功能衰竭的現(xiàn)象[22].卵巢早衰是造成女性生育能力下降甚至喪失的重要原因之一． 影響卵巢早衰的病因復雜,涉及方面廣泛,其中包括卵泡功能失調(diào)、卵泡閉鎖或耗竭過快等．

卵巢主要功能之一是類固醇激素的生成,而卵巢類固醇激素的形成受Wnt信號通路的嚴格調(diào)控.研究表明,可通過對卵巢類固醇生成分子的機制研究揭示女性生殖疾病,如卵巢早衰和卵巢癌的發(fā)病機制．Wnt/β-catenin途徑可能是通過促性腺激素(GTH)信號來調(diào)節(jié)類固醇的生成．研究表明,Wnt4信號不僅在胚胎發(fā)育過程中,而且在出生和成年后均控制著卵巢功能．Wnt4介導的卵泡成熟調(diào)控涉及抗苗勒氏管激素(Anti-Mullerianh hormone,Amh)．Wnt4協(xié)調(diào)顆粒細胞極性和卵泡內(nèi)生物分子(biological molecular,BM)組分的積累,且在卵巢體細胞中Wnt4信號受損導致POF[23]．Shan等通過敲除小鼠Wnt4基因[18],并使用新型Wnt4 (mCherry) 敲入小鼠,在2個模型中,卵巢卵泡發(fā)生損傷,女性生育能力嚴重下降,Wnt4缺乏最終導致卵巢早衰．由此可知,Wnt4基因在卵泡發(fā)育階段至關重要,是促進卵巢早衰發(fā)生、發(fā)展的關鍵因子[18]．

3.2 卵巢癌

卵巢癌(ovariary cancer,OC)是指發(fā)生在卵巢的惡性腫瘤性疾病,且組織學類型多樣,主要指上皮來源,具有病情發(fā)展迅速、病死率高的特點．目前,對于卵巢癌的治療主要依靠手術和化療技術,但治療效果并不顯著,臨床上也未發(fā)現(xiàn)完全有效的抗癌藥物．因此,尋找新的治療方法和藥物靶點一直是研究卵巢癌的熱點．

Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導通路是目前公認的腫瘤發(fā)生的重要途徑之一,該通路的異常激活會促進細胞增殖和癌變．β-catenin通過調(diào)控細胞增殖和凋亡基因影響卵巢癌的發(fā)生和發(fā)展[24]．李委佳等的研究顯示,抑制基因N-myc下游調(diào)節(jié)基因4(N-myc downstream regulated gene 4,NDRG4),可抑制卵巢癌細胞的遷移和侵襲[25],作用機制與抑制Wnt/β-catenin細胞信號通路的活性有關．龔建明等發(fā)現(xiàn),從紅花中分離得到的羥基紅花黃色素A(hydroxysafflor yellow A,HSYA)能夠促進腫瘤抑制因子menin表達[26],導致β-catenin降解,使其在細胞核中的積累量減少,從而抑制Wnt/β-catenin信號通路的活性,使下游癌基因表達減少,進而抑制卵巢癌細胞的增殖,誘導癌細胞凋亡．馮珊珊等的研究證明[27],沉默賴氨酰氧化酶樣蛋白2(lysyl oxidase-like2,LOXL2) 通過抑制Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導通路的活性進而抑制癌細胞的增殖,最終誘導癌細胞的凋亡,說明LOXL2可能成為治療卵巢癌的潛在靶點．對Wnt/β-catenin信號通路中關鍵因子進行的研究結(jié)果顯示,這些調(diào)控因子有望成為治療卵巢癌的藥物靶點．

研究顯示,Wnt,Notch信號通路在胚胎發(fā)育和腫瘤發(fā)生方面存在相互作用[28].Bocchicchio等發(fā)現(xiàn)[29],Notch,β-catenin信號共同參與卵巢癌細胞的功能,抑制卵巢癌細胞的增殖和遷移,且少部分可在沒有Wnt信號的情況下上調(diào)Notch-Jagged1配體實現(xiàn)．Wnt ,Notch信號通路在卵巢癌細胞功能中的相互作用,為日后臨床上治療卵巢癌疾病提供了參考．

近年來,關于卵巢疾病發(fā)生發(fā)展的相關機制研究越來越多,并且獲得了一定的理論依據(jù)．在卵巢疾病的治療方面,激素已經(jīng)取代了最早的治療方法,但在臨床治療中仍未取得根本性的有效成果,卵巢癌和卵巢早衰等疾病也未發(fā)現(xiàn)絕對有效的治療手段.如何利用Wnt信號通路調(diào)控機制預防和治療卵巢疾病是未來主要的研究方向．

4 Wnt信號與其他卵泡細胞

4.1 Wnt信號通路與原始卵泡的形成

原始卵泡的形成作為卵泡發(fā)育的第一個階段,其正常形成和激活決定雌性哺乳動物終身的生育能力.出生前后形成的原始卵泡庫容量即為雌性哺乳動物終生可利用的生育資源．

牛萬寶等的研究表明,JNK,Wnt4在卵母細胞中均表達,JNK信號通路和Wnt4相互作用,共同調(diào)控合胞體的破裂和原始卵泡的形成[30]．GSK-3β通過嚴格的胞內(nèi)底物活性調(diào)控,在不同組織中控制細胞命運,其活性受到多個細胞生長信號通路的調(diào)控．盡管GSK-3β在胞內(nèi)維持著持續(xù)激活的狀態(tài),但仍然能被短暫的鈣濃度升高所激活.GSK-3β活性也可被一些信號通路抑制,如Wnt,P13K/Akt通路等.抑制GSK-3β對小鼠胚胎期卵巢合胞體破裂及原始卵泡形成沒有顯著影響[31]．Bothun等發(fā)現(xiàn)[32],Wnt信號從妊娠早期到中期在成人卵巢中持續(xù)表達,并保留在成人卵巢中,但經(jīng)典Wnt信號僅在原始卵泡卵母細胞中存在．

雖然對原始卵泡形成的作用機制及調(diào)控因子知之甚少,但其在卵泡發(fā)育和決定雌性哺乳動物生殖力等方面的重要性不可否認,研究原始卵泡形成的作用機制和關鍵因子可能是解決女性生殖障礙的關鍵．

4.2 Wnt信號與顆粒細胞

顆粒細胞(granule cells,GC)被稱為守護卵子的“羽林軍”,是組成卵泡的重要細胞之一,對卵泡的發(fā)育和成熟起到保護作用．

趙妙妙等發(fā)現(xiàn)[33],綿羊卵泡顆粒細胞的發(fā)育成熟受Wnt信號通路與FSH共同調(diào)節(jié)．楊有福的研究顯示,在豬卵巢卵泡發(fā)育過程中[34],顆粒細胞和卵巢卵泡的發(fā)育活動與褪黑素、PI3K通路和Wnt/β-catenin通路密切相關．有報道m(xù)icroRNA-10家族在卵泡形成過程中干擾顆粒細胞的正常發(fā)育[35].Tu等的研究進一步證明,miR-10a通過協(xié)同調(diào)節(jié)PTEN,Akt和Wnt途徑促進顆粒細胞瘤(granulosa cell tumor,GCT)的發(fā)生與發(fā)展[35]．張深的研究證明[36],過表達gga-miR458b-5p擬合物會抑制雞卵泡顆粒細胞內(nèi)β-catenin蛋白的合成以及細胞增殖,進而影響Wnt/β-catenin信號通路中一些相關基因的表達．薛麗娜等發(fā)現(xiàn)[20],Wnt2蛋白在綿羊卵泡內(nèi)膜細胞、顆粒細胞以及卵丘細胞內(nèi)均有表達,Wnt2是通過經(jīng)典Wnt信號通路促進綿羊卵泡顆粒細胞的生物學功能．

5 Wnt5a與惡性腫瘤

Wnt信號通路在腫瘤的發(fā)育、動態(tài)平衡和疾病中起著重要作用,Wnt信號異常在多種癌癥類型中普遍存在[37]．隨著對惡性腫瘤的深入研究,Wnt5a也受到廣泛的關注． Wnt5a是一種激活非經(jīng)典Wnt信號通路分支的配體,可作為腫瘤抑制因子促進癌細胞的侵襲和遷移,其異常表達或抑制都會產(chǎn)生許多不良后果．除了子宮內(nèi)膜癌、乳腺癌和宮頸癌外,Wnt5a還參與許多其他腫瘤和疾病的表達,但其分子作用機制尚未完全闡明．

子宮內(nèi)膜癌(endometrial carcinomas,EC)是婦科常見的惡性腫瘤.與正常組織相比,子宮內(nèi)膜癌中Wnt5a顯示低表達[38]．經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路在腫瘤發(fā)生中起著重要的調(diào)控作用,而非經(jīng)典Wnt5a-ROR1信號是Wnt信號通路的重要調(diào)控因子,ROR1通過上調(diào)Wnt5a和刺激Wnt/β-catenin信號通路作用于EC細胞[39]．乳腺癌是乳腺上皮細胞在多種致癌因子的作用下,發(fā)生增殖失控的現(xiàn)象．研究表明,Wnt5a是乳腺癌的一種抑制因子,其表達的缺失會造成許多不良后果.但也有研究表明,Wnt5a具有致癌性,Wnt5a在乳腺癌中的作用仍然存在一些爭議．Zeng等的研究證明[40],Wnt5a的作用取決于關鍵受體的可用性和不同細胞類型之間的相互作用,其在乳腺癌中表達也可能取決于這些因素．季曉輝的研究表明,乳腺癌組織中Wnt5a低表達、 β-catenin高表達[41],乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床分期受Wnt5a,β-catenin的共同調(diào)節(jié),這為診斷和治療乳腺癌提供了潛在靶點．宮頸癌也是常見的婦科惡性腫瘤,已有研究報道,經(jīng)典Wnt信號轉(zhuǎn)導通路與宮頸癌的發(fā)生與發(fā)展密切相關,但對于非經(jīng)典Wnt信號通路在宮頸癌中的作用機制仍不完全清楚．Lin等的研究證明,Wnt5a在宮頸癌組織中高表達[42],宮頸癌的轉(zhuǎn)移和臨床預后與Wnt5a密切相關．平靜等的研究表明[43],Wnt5a可能參與宮頸鱗狀細胞癌的侵潤、轉(zhuǎn)移等過程．文麗芳等的研究表明,5-氟尿嘧啶通過Wnt/β-catenin信號通路促進HPV陽性宮頸癌細胞凋亡[44]．盧柳媚等發(fā)現(xiàn),miR-137通過靶向Wnt5a抑制宮頸癌細胞的增殖、遷移和侵襲[45]．因此,Wnt5a,Wnt信號通路有望成為治療女性生殖疾病的關鍵因子和潛在靶點．

6 結(jié)語

Wnt信號通路在生殖系統(tǒng)中的功能復雜,在調(diào)節(jié)卵泡的正常生長、成熟、排卵和黃體形成過程中都起重要作用．Wnt信號通路不僅在人體卵泡發(fā)育中具有一定的調(diào)控作用,還在其他哺乳動物卵泡細胞中起重要作用．