Wnt/β-catenin信號通路在急性腎損傷及慢性腎臟病中的作用

王雅慧 刁宗禮 劉文虎

·綜述與講座·

Wnt/β-catenin信號通路在急性腎損傷及慢性腎臟病中的作用

王雅慧 刁宗禮 劉文虎

目的 Wnt信號通路參與生物胚胎發(fā)育、器官形成、組織再生等多種生理過程，是生物進化過程中高度保守的信號通路。在病理情況下，Wnt信號通路異常激活，參與多種疾病的病理過程并發(fā)揮不同作用。在急性腎損傷中，Wnt信號通路被激活，發(fā)揮腎臟保護作用，而在慢性腎臟疾病，Wnt信號通路可以促進腎臟纖維化及腎功能惡化的發(fā)生。本文就經(jīng)典的wnt/β-catenin信號通路在急性腎損傷及慢性腎臟病中異常激活，發(fā)揮的不同作用及其機制進行綜述。

Wnt/β-catenin；急性腎損傷；慢性腎纖維化

腎臟作為機體重要的排泄及內(nèi)分泌器官，對于維持機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)具有重要作用，當腎臟受到不同原因、不同程度損傷時，可發(fā)生急、慢性腎臟功能、結(jié)構(gòu)改變。急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是指由于腎前、腎后或腎性因素導(dǎo)致的腎功能在短時間內(nèi)迅速惡化，而引起的一系列病理改變；而慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)指各種原因引起的慢性腎臟結(jié)構(gòu)和功能障礙，包括腎GFR正常和不正常的病理損傷、血液或尿液成分異常，及影像學(xué)檢查異常，或不明原因GFR下降(<60 ml·min-1·1.73 m-2)超過3個月。急、慢性腎臟疾病，不但增加患者的住院率及死亡風(fēng)險，而且終末期腎臟病行腎臟替代治療給患者造成巨大的精神心理壓力，給家庭、社會及醫(yī)療資源帶來沉重的負擔(dān)，當今，慢性腎臟病已成為危害全世界公共衛(wèi)生健康的重大疾病之一。如何控制急性腎損傷、延緩急性腎損傷向慢性腎臟病的進展以及改善慢性腎臟病的預(yù)后，一直以來都為研究者所重視。在腎臟疾病的各種發(fā)病機制研究中，Wnt/β-catenin信號通路作為經(jīng)典而高度保守的信號通路，受到廣泛關(guān)注。因此，本文就wnt/β-catenin信號通路在急性腎損傷及慢性腎臟病中異常激活，以及發(fā)揮的不同作用及其機制進行綜述。

1 Wnt信號通路

1.1 簡介 Wnt基因的命名源于1982年在小鼠乳腺癌的研究中發(fā)現(xiàn)的一個基因，該基因激活依賴小鼠乳腺癌相關(guān)病毒基因插入，當時被稱為Int1基因；之后的研究表明，Int1基因與1973年在果蠅胚胎發(fā)育的研究中發(fā)現(xiàn)的無翅基因(wingless)具有同源性，因此將Wingless與Int1合稱為Wnt基因，而由Wnt基因調(diào)控的重要信號傳導(dǎo)系統(tǒng)定義為Wnt信號通路。

1.2 信號通路分支簡介 Wnt信號通路主要分為經(jīng)典的Wnt/β-catenin通路及非經(jīng)典Wnt信號通路兩個部分，其中非經(jīng)典Wnt信號通路主要包括Wnt/PCP及Wnt/Ca2+兩條分支。在PCP通路中，Wnt蛋白與細胞表面的卷曲受體(Fz)及非依賴低密度脂蛋白受體蛋白5/6(LRP-5/6)結(jié)合，激活下游蓬亂蛋白DSH，導(dǎo)致Rho/Rho-相關(guān)蛋白激酶(ROCK)及c-Jun N端激酶(JUN)激活；Wnt/Ca2+通路的激活，可使細胞內(nèi)磷脂酶C(PLC)及蛋白激酶C(PKC)的激活，引起細胞內(nèi)的Ca2+濃度增加，并使Ca2+敏感信號成分激活。非經(jīng)典Wnt信號通路主要參與細胞極性建立、細胞骨架重排以及調(diào)節(jié)細胞黏附、運動[1，2]。

而經(jīng)典Wnt/β-catenin通路，主要由Wnt蛋白配體、細胞表面跨膜的卷曲蛋白受體(Frizzled)、低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6、胞質(zhì)內(nèi)的蓬亂蛋白(Dsh)、連環(huán)素蛋白(β-catenin)、糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase3β，GSK-3β)、軸蛋白(axin)、結(jié)腸腺瘤息肉蛋白(adenomatosis polyposis coli，APC)和T細胞因子(T cell factor，TCF)/淋巴樣增強因子(1ymphoid enhancingfactor，LEF)轉(zhuǎn)錄因子家族等組成，是目前研究較多且機制較清楚的一條信號通路。

Wnt蛋白作為一類分泌型糖蛋白，通過自分泌或旁分泌的形式發(fā)揮作用。人類的Wnt蛋白分為19種，包括: Wntl、Wnt2、Wnt2b、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt5a，、Wnt5b、Writ6、Wnt7a、Wnt7b、Wnt8a、Wnt8b、Wnt9a、Wnt9b、Wnt10a、Wnt10b、Wnt11及Wnt16，盡管其結(jié)構(gòu)相似，但不同的Wnt蛋白具有不同的生物活性，參與不同的信號通路的傳導(dǎo)。正常情況下，分泌到細胞外的Wnt蛋白可與DKK、SFRPs等Wnt信號抑制劑相結(jié)合，保持Wnt信號通路不被激活。近年來研究顯示klotho蛋白也可以通過與Wnt蛋白相結(jié)合，抑制Wnt信號通路激活，起到負向調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)作用。

Wnt信號通路靜止狀態(tài)下，胞質(zhì)中絕大多數(shù)β-catenin與細胞膜上的E-鈣黏素形成復(fù)合體，維持同型細胞之間的黏附；而游離在胞質(zhì)中的β-catenin，可被胞質(zhì)軸蛋白(axin)、結(jié)腸腺瘤息肉蛋白(APC)、糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)組成的裂解復(fù)合物磷酸化，進一步經(jīng)過泛素化后被蛋白酶體降解，從而使胞內(nèi)β-catenin維持較低水平。當Wnt信號通路激活時，Wnt蛋白與細胞膜上的跨膜受體Frizzled/LRP5/6相結(jié)合，激活胞質(zhì)內(nèi)的Dsh蛋白，后者可抑制裂解復(fù)合體對β-catenin的磷酸化及降解，使得β-catenin在胞漿中濃度增高并進入細胞核內(nèi)，與TCF/LEF轉(zhuǎn)錄子相互作用，進一步調(diào)節(jié)靶基因的表達。

1.3 Wnt信號通路在機體中的狀態(tài) Wnt信號通路是物種進化過程中高度保守的信號通路，普遍存在生物體內(nèi)，廣泛參與多種生理過程，而Wnt通路異常激活，與纖維化、腫瘤等多種病理改變及疾病發(fā)生密切相關(guān)。目前的研究顯示，Wnt/β-catenin信號通路參與多種腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展并發(fā)揮不同的病理作用。

2 Wnt/β-catenin信號通路參與急慢性腎臟疾病的病理改變及作用機制

2.1 Wnt/β-catenin信號通路參與急性腎損傷的修復(fù) 急性腎損傷的特點是腎小管上皮細胞的壞死，細胞刷狀緣及細胞極性丟失，細胞從基底膜上分離[3]。而急性腎損傷修復(fù)的過程，包括細胞的增殖及子細胞再次分化成需要的細胞表型，新生細胞替代壞死的細胞，從而實現(xiàn)腎小管完整性的修復(fù)；此外，在該過程中，微脈管系統(tǒng)的損傷，需要上皮細胞的再生及遷移，促進腎臟損傷的恢復(fù)。

在Terada等[4]利用大鼠缺血再灌注所致急性腎損傷模型的研究發(fā)現(xiàn)，在急性腎損傷早期，受到損傷的腎臟細胞表現(xiàn)出胚胎腎細胞的特點，如間質(zhì)細胞向上皮細胞轉(zhuǎn)分化及增殖。而殘存的皮質(zhì)細胞可增加Wnt-4蛋白表達，進而激活Wnt/β-catenin信號通路，通過促進細胞周期蛋白(Cyclin)啟動子活性，增加cyclin D1的表達，加速腎小管細胞的周期進程，進而促進損傷的腎小管進行修復(fù)。

Zhou等[5]在葉酸及缺血再灌注損傷所致的AKI模型中均觀察到，特異性敲除小鼠腎小管β-catenin組，病死率顯著增高，腎臟病理顯示腎小管上皮細胞刷狀緣的丟失及細胞凋亡明顯增加。進一步研究顯示，急性腎損傷過程中，β-catenin可能通過刺激磷脂酰肌醇3激酶，使下游的蘇氨酸蛋白激酶磷酸化激活，抑制凋亡的發(fā)生[6]；此外β-catenin可以直接調(diào)節(jié)促生成素的生成，因此β-catenin的缺乏使得促生存素表達下降，促進細胞的凋亡；再者，β-catenin的缺乏，可以上調(diào)p53蛋白表達，并抑制蘇氨酸激酶(Akt)的磷酸化，一方面通過上調(diào)Bcl-2家族中促凋亡蛋白Bax的表達，增加細胞的凋亡，另一方面Akt磷酸化減少可能通過影響腎小管細胞的增殖而加重腎臟損傷[5]。

急性腎損傷過程中細胞修復(fù)的過程，可以看似組織傷口愈合的一種形式，具有成纖維細胞及肌成纖維細胞的參與[7]。Fujigaki等[8]在乙酸雙氧鈾誘導(dǎo)的大鼠急性腎損傷過程中觀察到，腎小管周圍α-SMA陽性的間質(zhì)成纖維細胞短暫性激活；Xiao等[9]利用含有Wnt蛋白配體的培養(yǎng)液孵育正常小鼠腎間質(zhì)成纖維細胞24 h，觀察到激活Wnt/β-catenin信號通路后，伴有成纖維細胞表達纖連蛋白增加。與此同時，Wnt/β-catenin信號通路激活，也可以促進下游靶基因-基質(zhì)金屬蛋白酶7(matrix metalloproteinase-7，MMP-7)的表達和生成。MMP-7是活性依賴于鋅指及鈣離子的肽鏈內(nèi)切酶，可以誘導(dǎo)成纖維細胞Fas配體的表達，導(dǎo)致基質(zhì)成纖維細胞的凋亡，并且可以降解成纖維細胞分泌的細胞外基質(zhì)，從而維持腎臟細胞外基質(zhì)的穩(wěn)態(tài)[10]。

2.2 Wnt/β-catenin信號通路參與慢性腎臟纖維化的發(fā)生發(fā)展 腎臟纖維化是各種病因所致的腎臟疾病發(fā)展至終末期腎病的主要共同病理改變，在過程中，亦有Wnt信號通路的激活，參與其發(fā)生發(fā)展過程。

首先，Wnt通路激活后，胞漿內(nèi)增高β-catenin進入細胞核，與TCF/LEF相結(jié)合，調(diào)節(jié)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，其中纖連蛋白，成維細胞特有蛋白1 (Fsp-1)，Ⅰ型纖溶酶原激活物抑制因子(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)，Twist蛋白以及Snail蛋白等[11,12]均參與腎臟纖維化的發(fā)生，例如纖連蛋白是細胞外基質(zhì)的組成成分，Snail1蛋白可以抑制E-鈣黏素的表達，破壞細胞間黏附，誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化(EMT)的發(fā)生等等。在單側(cè)輸尿管結(jié)扎(UUO)所致的腎臟纖維化動物模型中觀察到，多種Wnt蛋白配體表達上升，腎小管上皮細胞胞漿及核內(nèi)β-catenin水平增加，伴隨著多種纖維化相關(guān)的靶基因的表達增高。使用DKK-1特異性拮抗Wnt信號通路后，β-catenin的水平顯著降低，且I型膠原蛋白及纖連蛋白表達減少[13]。此外，在Surendran等[14]的研究中發(fā)現(xiàn)，給予UUO小鼠腹腔注射重組的Wnt信號通路抑制劑SFRP4，可以觀察到腎小管上皮細胞中β-catenin水平下降以及腎臟纖維化的減輕。

其次，腎臟纖維化的主要特點是細胞外基質(zhì)的沉積，目前關(guān)于腎臟纖維化過程中產(chǎn)生腎臟基質(zhì)的細胞來源尚存爭議，認為主要包括有成纖維細胞激活、骨髓造血干細胞或間質(zhì)干細胞、外膜周細胞及腎小管上皮細胞間質(zhì)轉(zhuǎn)分化(epithelialto-mesenchymal transition，EMT)，而在Iwano等[15]的研究中顯示，多達36%的分泌細胞外基質(zhì)的細胞是來自于腎小管上皮細胞，即EMT。EMT是指病理狀態(tài)下，損傷的上皮細胞失去原有的細胞形態(tài)及細胞極性，從基底膜脫離，向腎臟間質(zhì)移動，轉(zhuǎn)化為梭形的間充質(zhì)細胞，并具有分泌細胞基質(zhì)的特性，造成細胞外基質(zhì)的沉積[16,17]。研究顯示，Wnt/β-catenin信號通路參與 EMT的過程[18]。Kim等[19]在帕里骨化醇對腎臟的保護性研究中發(fā)現(xiàn)，利用4-羥基-2-壬烯酸(HHE)孵育人腎小管上皮細胞發(fā)生上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，伴隨著細胞核內(nèi)β-catenin水平的升高，而特異性阻斷β-catenin后，EMT的標志物如α-SMA,CTGF 的表達減弱，證明了β-catenin信號通路參與了HHE誘導(dǎo)EMT及腎纖維化。

此外，在Xiao等[9]研究中，利用不同濃度Wnt蛋白的培養(yǎng)液孵育小鼠腎間質(zhì)成纖維細胞(NRK-49F)不同的時間，發(fā)現(xiàn)持續(xù)激活Wnt/β-catenin信號通路可以使成纖維細胞活化，分泌纖連蛋白、Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白等，然而激活的成纖維細胞在Wnt信號通路被抑制后可以很快恢復(fù)到靜息狀態(tài)。由此推測，Wnt/β-catenin信號通路持續(xù)激活成纖維細胞，參與腎臟纖維化的發(fā)生。

再者，TGF-β/Smad信號通路是纖維化的重要通路，研究顯示TGF-β可以通過smad3、p38MAPK通路誘導(dǎo)β-catenin的激活，Wang等[17]在動物水平及細胞水平均發(fā)現(xiàn)，增加TGF-β表達，促進足細胞損傷及蛋白尿的發(fā)生，同時觀察到Wnt1、β-catenin及靶基因如Snail1,MMP-7,MMP-9,desmin,Fsp1及PAI-1等表達上調(diào)，利用Wnt信號通路抑制劑DKK1抑制β-catenin的激活，可以減輕足細胞的損傷及蛋白尿的發(fā)生[20]；此外在特發(fā)性肺纖維化患者的肺泡上皮細胞中觀察到磷酸化β-catenin/Smad2復(fù)合體，應(yīng)用siRNA沉默β-catenin可顯著降低TGF-β的表達。可見Wnt信號通路與TGF-β/Smad信號通路在纖維化疾病中相互作用，參與其發(fā)生發(fā)展的過程。

3 Wnt/β-catenin信號通路在AKI向CKD發(fā)展中的作用

新近的研究顯示，Wnt/β-catenin信號通路在AKI向CKD的發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。Xiao等[9]在小鼠腎臟缺血再灌注的研究中發(fā)現(xiàn)，在小鼠腎臟缺血再灌注20 min模擬的急性腎損傷組中，Wnt蛋白及β-catenin水平一過性升高，之后顯著下降，伴有腎功能及病理改變的明顯恢復(fù)。而在缺血再灌注30 min組，Wnt信號通路呈現(xiàn)持續(xù)激活，而β-catenin下游與纖維化相關(guān)的基因(PAI-1，MMP-7,FSP1)表達增加，同時免疫組化顯示MMP-7及腎素在腎小管上皮細胞表達顯著增多，腎臟病理示纖維化改變，呈現(xiàn)慢性腎臟病的特點。因此證明Wnt/β-catenin信號通路的持續(xù)激活，促進了急性腎損傷向慢性腎臟病的進程。分析其原因，可能與持續(xù)激活的Wnt/β-catenin信號通路導(dǎo)致腎間質(zhì)成纖維細胞的持續(xù)活化，進而分泌膠原蛋白在腎組織沉積，導(dǎo)致慢性腎臟纖維化的形成及腎功能的惡化。

Wnt/β-catenin信號通路的激活在腎損傷中是把 “雙刃劍”。在急性腎損傷過程中，Wnt/β-catenin信號通路短暫性激活，可以抑制細胞的凋亡，促進細胞增殖，減輕腎損傷及加速腎臟結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)，適當?shù)腤nt/β的激活在急性腎損傷中是具有腎保護性的。而在慢性腎損傷過程中，Wnt/β-catenin信號通路持續(xù)激活，通過調(diào)節(jié)多種促纖維化因子形成，及持續(xù)激活腎臟成纖維細胞，促進了腎臟纖維化的發(fā)生及腎功能的惡化，發(fā)揮不利作用。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2017.04.031

項目來源:國家自然科學(xué)基金項目(編號:81300607);北京市科學(xué)技術(shù)委員會科技計劃重大項目(編號:D131100004713001)

100050 北京市，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院腎內(nèi)科

劉文虎，100050 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院腎內(nèi)科;

E-mail: liuwenhu2013@163．com

R 692

A

1002-7386(2017)04-0592-04

2016-09-23)