Wnt/β—catenin調控骨形成分子機制的研究進展

OP的病理機制主要與成骨分化能力減弱、成脂分化能力增強，骨組織微循環血供減少有關[1-2]。BMSCs（Bone mesenchymal stem cells，BMSCs）是成骨細胞的起源。在老齡OP患者中，BMSCs的含量不僅顯著減少，分化能力明顯減弱，且增殖緩慢，移植過程病毒感染風險大，免疫原性與成本也較高。人臍血間充質干細胞（Human umbilical cord blood mesenchymal stem cells，hUCB-MSCs）在體外誘導條件下具有向成骨細胞定向分化的巨大潛能[3]，來源更豐富，臨床取材方便，分離純度更高，具有強大的增殖與自我更新能力，免疫原性較低，能耐受更大程度的HLA配型不符，蘊藏著比BMSCs更加優越的臨床應用價值[4]。因此，通過持續激活Wnt/β-catenin信號通路，啟動與增強hUCB-MSCs的自身成骨分化能力，為臨床OP的干細胞治療提供新的策略。

1 Wnt/β-catenin調控骨形成的分子機制

Wnt/β-catenin信號通路對成骨分化的調控主要表現在控制MSCs的分化方向和早期分化潛能。Wnt蛋白和卷曲蛋白FZD（Frizzled）以及低密度脂蛋白受體LRPs（LDL-rececptor related proteins）結合激發了細胞內信號轉導，使GSK-3β磷酸化而失活，從而維持β-catenin的穩定。穩定的β-catenin在細胞質內聚集，轉移到細胞核內，后與轉錄因子TCF/LEF結合，啟動細胞靶基因Runx-2、DKx-5，Osterix等的轉錄，調控MSCs的生長（圖1示）。Wnt/β-catenin的激活不僅可促進MSCs向成骨細胞分化，通過上調成骨相關基因直接促進骨形成，而且可通過抑制成脂關鍵因子PPARγ-2等的表達來調控前體細胞定向成骨分化。

圖1

1.1激活Wnt/β-catenin信號通路調控MSCs成骨分化 Wnt/β-catenin信號通路通過調控BMSCs的分化方向和早期分化潛能來調節成骨分化能力[5]。一旦MSCs分化為成骨細胞系或前體成骨細胞時，Wnt/β-catenin信號途徑就可促進MSCs分化為成熟的成骨細胞。Wnt-11、FZD-6、sFRP-3和Ror-2等上調，Wnt-9a和FZD-7等下調參與調控成骨分化過程。在體外，經典的Wnt配體Wnt-3a、Wnt-1、Wnt-2、Wnt-10的過表達能促進間質干細胞向成骨細胞分化，且可激發C3HIOTI/2成骨細胞早期標志物堿性磷酸酶（ALP）的活性。另外，Wnt信號途徑對MSCs向脂肪細胞方向分化的調節也刺激了其向成骨細胞分化，在骨形成過程中，活化的Wnt/β-catenin不僅可通過上調成骨細胞相關基因RUNX-2，DKx-5，Osterix直接促進成骨形成，而且可通過調節Wnt/β-catenin信號通路中相互拮抗的信號分子的分泌比例來調控成骨細胞的成骨平衡，從而具有抗OP的作用。Wnt/β-catenin調控成骨細胞分泌骨保護素（osteoprotegerin，OPG）和核因子-JB受體活化素配體（receptor-activator ofNF-JB ligand，RANKL）的比例來調節骨量。抑制成骨細胞Wnt/β-catenin活性，可使RANKL/OPG比值升高，骨質形成減少，而RANKL/OPG比值降低則促進骨量增加。

1.2Wnt/β-catenin靶點治療機制 Wnt/β-catenin的活性受許多因素調控，包括胞外分泌因子，跨膜調節因子和細胞內信號。目前研究采用兩種方法篩選Wnt/β-catenin信號通路靶點來治療骨質疏松，一種是通過廣泛表達的受體和酶類，另一種是骨組織所表達的蛋白質。胞外分泌型Wnt拮抗物如Wnt抑制因子、分泌型Fz相關蛋白和Cerberus等蛋白與Wnt結合，不僅抑制Wnt信號，還可能參與調節Wnt在細胞外的擴散和分布。抑制Wif-1、Dkk-1（Dickkopfs，Dkk-1））過表達則使成骨細胞數目增多，骨量增加。阻斷DKK-1抑制Wnt/β-catenin信號通路的作用，可使RUNX-2，DKx-5，Osterix等成骨相關基因的表達，促進骨形成；拮抗成脂關鍵因子PPARγ-2的表達，則可增強成骨活性。

2 Wnt/β-catenin調控骨形成治療模式的展望

OP在老年人發病和致死率高，臨床治療較為棘手且療效欠佳。基于我國人口老齡化所帶來的社會經濟衛生和家庭嚴重健康問題，從骨形成內外環境結合的原則出發，通過靶向持續激活Wnt/β-catenin信號通路啟動成骨分化的內在動力因素，促進骨形成以治療OP的分子機制。擇取hUCB-MSCs作為干細胞治療的優良靶細胞，可避免BMSCs的缺點與臨床局限性。通過體外誘導條件下將hUCB-MSCs定向分化為成骨細胞，改善OP的生長環境，促進骨及軟組織愈合，最終達到抗OP的作用。另有研究表明，通過雙基因表達慢病毒載體pLV.EX3d.P/puro-EF1A>WNT3a>IRES/eGFP轉導hUCB-MSCs，建立能夠穩定、持續激活Wnt/β-catenin信號通路的hUCB-MSCs細胞模型。模型細胞的定向成骨誘導分化是可為OP的臨床治療提供有效的前體細胞。示蹤基因/eGFP可獲取該信號通路在模型細胞與活體內的分布、分化的可靠證據。

參考文獻：

[1]Fu L，Tang T，Miao Y，et al.Stimulation of osteogenic diferentiation and I nhibition of adipogenic diferentiation in bone marrow stromal cells by alendronate via ERK and JNK activation[J].Bone，2008，43：40-47.

[2]劉洪江，劉海全，秦佳佳.不同濃度淫羊藿含藥血清干預骨髓基質干細胞的成脂分化[J].中國組織工程研究與臨床康復，2011，15，（14）：2583-2586.

[3]張積華，孫康，王妍，等.臍血間充質干細胞生物學特性及其成骨成脂分化潛能[J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（27）：4984-4987.

[4]Miki T，Yasuda SY，MKahn M.Wnt/β-catenin Signaling in Embryonic Stem Cell Self-renewal[J].Stem Cell Rev and Rep，2011，7：836-846.

編輯/王敏