Wnt通路及其抑制劑Dickkopf-1在強直性脊柱炎中作用的研究進展

田麗貞 周美菊 張松照 薛靜

●綜 述

Wnt通路及其抑制劑Dickkopf-1在強直性脊柱炎中作用的研究進展

田麗貞 周美菊 張松照 薛靜

Wnt蛋白是一類參與胚胎發生、器官發生、形態發生等過程的分泌性糖蛋白家族。Wnt蛋白與細胞膜上的卷曲蛋白受體結合，引發不同的細胞內信號轉導通路，Wnt信號通路調節的失常可引起多種病理變化。Dickkopf-1（DKK1）一種分泌型糖蛋白，通過競爭性結合LRP5/6抑制Wnt信號在細胞內的傳遞，抑制成骨細胞增值、分化，抑制骨形成。本文就Wnt蛋白信號通路及其抑制物DKK1在強直性脊柱炎（AS）中的作用作一綜述，尤其對近幾年關于AS患者血清DKK1水平及其與疾病活動度關系研究的相關文獻列表作了詳盡分析，為AS的發病機制研究提供理論依據。

Wnt信號通路 Dickkopf-1 強直性脊柱炎

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是中軸型脊柱關節病（axial spondyloarthropathies，axSPA）中最為經典的疾病類型，是指以炎性腰背痛為主要臨床表現、脊柱骨關節受累為主的慢性系統性炎癥性疾病，主要侵犯骶髂關節、脊椎關節、外周關節及其鄰近的肌腱、韌帶等軟組織，炎癥后往往繼發纖維化與鈣化，導致骨贅形成，可使脊椎逐漸失去柔軟度，晚期可發展到像“竹節”一樣無法彎曲或伸展，喪失脊柱原有的功能和形態[1]。流行病學調查結果表明，AS在我國的患病率為0.2%～0.4%，青壯年男性多見，男女患病比例約2∶1～3∶1，估計患病人群超過1 000萬，其中約15～100萬人有不同程度的殘疾，有的甚至為重度殘疾，不僅給患者帶來高額醫療費用，還造成其巨大的心理負擔和勞動力喪失，已經成為了嚴重的社會公共衛生問題。AS的發病機制尚未完全明確，部分具有較明顯的家族聚集現象，其與HLA－B27基因陽性表達密切相關。目前研究認為，與類風濕關節炎（RA）的主要病理表現滑膜炎及骨侵蝕所不同的是，AS的典型病理特征表現為脊柱和肌腱末端過度骨化致韌帶骨贅形成。骨結構的破壞過程包括炎癥導致骨侵蝕、骨侵蝕處纖維組織過度修復、修復的組織骨化導致新骨形成3個階段，其中新骨形成則為脊柱畸形及功能喪失的主要原因。而AS現有的治療方法有功能鍛煉、非甾體類抗炎藥、TNF拮抗劑及晚期矯形手術治療等，其中非甾體類抗炎藥及TNF拮抗劑的治療仍主要針對控制疼痛及炎癥，對于脊柱及韌帶骨化則無能為力。因此，進一步明確其發病機制，圍繞骨代謝及新骨形成的機制并拓展相關治療思路對本病診治可能開辟全新的途徑。本文將對Wnt信號通路及其抑制物Dickkopf－1（DKK1）與骨代謝的關系、以及DKK1在AS中的作用作一綜述。

1 Wnt蛋白與Wnt通路及其與骨代謝的關系

Wnt蛋白是一類參與胚胎發生、器官發生、形態發生等過程的分泌性糖蛋白家族。Wnt蛋白與細胞膜上的卷曲蛋白（Frizzled）受體結合，引發不同的細胞內信號轉導通路，Wnt信號通路調節的失常可引起多種病理變化。Wnt信號通路包括Wnt/β－連環蛋白（β－catenin）信號通路、Wnt/Ca2+信號通路、Wnt/PCP（平面細胞極性）信號通路等。其中Wnt/β－catenin信號通路也被稱為Wnt經典信號通路，當Wnt通路未啟動時，β－catenin與支架蛋白，腸腺瘤息肉蛋白，糖原合酶激酶3β（GSK－3β）形成降解復合物，促進了β－catenin的磷酸化，導致βcatenin降解；當Wnt蛋白與卷曲蛋白－低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6（LRP5/6）復合受體結合，Wnt信號通路啟動，激活胞內的蓬亂蛋白（Dvl），抑制GSK－3β的激活，使降解復合物失去活性，抑制了β－catenin的磷酸化，β-catenin在胞內累積，而后由胞質進入胞核，與T細胞因子/淋巴增強因子轉錄因子家族成員結合，啟動下游靶基因的轉錄和表達[2]（圖1）。近年對Wnt信號通路的研究發現Wnt信號通路與骨代謝有著密切的聯系，其一方面參與調節骨髓間充質干細胞向成骨細胞分化，同時抑制其向脂肪細胞或軟骨細胞分化，促進成骨細胞的增殖及分化，另一方面也可以抑制成骨細胞的程序性死亡，間接影響破骨細胞的功能。因此，Wnt信號通路在維持骨組織的平衡中發揮至關重要的作用，Wnt通路及其相關蛋白也已經成為目前研究骨關節系統相關疾病的熱點之一。

圖1 Wnt與Frizzled及LRP結合后激活經典途徑，進而促進胞核內靶基因激活

2 DKK1及其對Wnt通路的抑制作用

Wnt信號通路通過對成骨細胞、軟骨細胞及破骨細胞等骨組織細胞的調節作用，參與了多種骨關節疾病的骨代謝紊亂過程。DKK1是一種分泌型糖蛋白，它通過競爭性結合LRP5/6抑制Wnt信號在細胞內的傳遞，從而參與調節細胞的增殖、分化及遷徙等過程[3]（圖2）。DKK1是通過關閉Wnt信號通路，導致Wnt/β-catenin的經典激活途徑受阻，從而抑制成骨細胞增值、分化，抑制骨形成，故也被認為是Wnt信號通路的天然抑制物。以往對DKK1的研究主要集中在腫瘤領域，近年來，隨著對Wnt信號通路與骨形成關系的認識逐漸深入，進一步探索DKK1在骨關節疾病中的作用及將DKKl作為新的生物標記物及治療干預靶點已成為新的研究熱點。實驗也證實過度表達的DKK1能抑制骨髓基質細胞向成骨細胞分化，使成骨細胞數量減少，還能抑制骨基質的礦化及骨折后的修復[4]。而在一些破骨細胞活性增加的疾病中，抑制DKK1的作用使其表達降低，進而激活Wnt通路使成骨細胞活動增加，對于骨量減少性疾病的治療具有一定的意義。有研究發現在骨質疏松及RA患者中具有高表達的DKK1，其作為Wnt通路信號的抑制劑，可使成骨細胞分化進程受阻，從而抑制骨形成，并可能間接作用于破骨細胞而誘導骨侵蝕[5]。因此，最近研究開發的DKK1多表位DNA疫苗正是通過中和DKK1的作用達到對關節炎動物模型骨侵蝕保護作用的目的。

圖2DKK1通過與LRP結合阻斷Wnt通路

3 DKK1與AS關系的研究現狀

目前關于DKK1與AS的研究相對較少，由于AS病理變化不同于RA、骨質疏松等骨關節疾病，其異位骨化的病理過程更為突出，因此Wnt通路及DKK1在該病中的可能作用機制也成為了研究熱點之一。已有研究發現，AS患者中DKK1表達降低，從而誘導Wnt家族成員高表達，促使成骨細胞特異性基因表達增加，促進骨形成。可能對AS晚期的軟骨細胞再生、韌帶骨化及假關節形成都起著重要作用。但是，也有部分研究表明在某些AS患者血清中DKK1表達反而升高，可能是其疾病活動期誘發骨侵蝕的機制之一。因此，進一步明確AS不同病情活動狀態下DKK1表達及其對Wnt通路的作用具有重要的臨床意義。

Yucong等[6]近期報道了在AS患者血清中功能型DKK1表達下降，且與該類患者影像學評分呈負相關，初步提示了DKK1在本類疾病的作用和潛在應用價值。但對于SPA中不同疾病亞型及不同疾病活動度的患者中DKK1表達情況并未進行深入探討，其是否通過Wnt/β-catenin經典途徑發揮作用也屬未知。因此，深入了解DKK1在SPA中的作用機制及其與病情活動及疾病亞型的相關性對于SPA的治療選擇具有重要意義，也可能為SPA的治療提供全新視角。

實驗動物研究方面，Diarra等[7]研究用DKK1拮抗劑處理TNF-轉基因小鼠，發現DKK1拮抗劑組小鼠成骨細胞增多并有骨贅形成，表明DKK1可抑制Wnt信號通路從而抑制骨形成。另外，實驗表明DKK1除了直接干擾Wnt通路的信號轉導過程，還可通過影響NF-κB受體活化因子（RANKL）和骨保護素的表達，作用于破骨細胞的產生及骨吸收過程。Uderhardt等[8]發現應用DKK1拮抗劑的小鼠模型阻斷DKK1后小鼠X型膠原的表達上調，肥大軟骨細胞數量增加，骶髂關節內βcatenin含量明顯增加，并出現骶髂關節的融合，說明阻斷DKK1能促進骶髂關節的融合，進一步提示其在SPA骶髂關節的病變中起了重要的作用。其次，小鼠血清中骨保護素水平明顯增加，關節的破骨細胞數量減少，骨吸收受到抑制，提示DKK1還能通過骨保護素影響骨代謝的過程。然而檢索近幾年關于AS患者血清DKK1水平的18篇相關研究文獻，發現在不同的文獻中結論不一。其中有9篇報道結果表明AS患者血清的DKK1較健康對照組明顯降低，支持DKK1降低與AS新骨形成有關[8-16]；6篇報道得出了結論相反的研究結果，AS患者血清中DKK1水平較對照組明顯升高[17－23]；2篇報道則認為AS患者與對照組外周血中DKK1水平相似，無統計學差異[11，24]；還有1篇分別測定了AS患者血清中總的DKK1水平和與LRP-6-FC結合的功能型DKK1水平，結果表明血清總DKK1水平在AS患者和健康對照組中差異無統計學意義，而功能型DKK1在AS患者組明顯低于健康對照組[6]。Kwon等[9]測定了56例AS患者和40例對照組的血清DKK1水平，發現AS患者血清的DKK1較對照組明顯降低，支持DKK1降低與AS新骨形成有關。Heiland等[10]隨訪了65例AS患者2年，發現有新的韌帶骨贅形成患者血清功能型DKK1水平較無韌帶骨贅形成患者低，提示上調DKK1可能是AS患者避免形成韌帶骨贅的保護性因素，該研究還發現DKK1與骨硬化蛋白相關，因此認為功能型DKK1可作為患者預測韌帶骨贅形成的生物標記物之一，但是DKK1與C反應蛋白（CRP）無關，提示DKK1與急性炎癥反應無關。Ustun等[17]檢測了44例AS患者和41例健康對照組的血清DKK1和骨硬化蛋白水平，并把AS組分成接受和未接受抗TNF-α治療的兩組，發現AS患者外周血DKK1和骨硬化蛋白水平低于健康對照組，差異有統計學意義，而接受和未接受抗TNF-α治療的兩組血清DKK1和骨硬化蛋白水平相似，活動和非活動患者水平相似，巴氏AS放射學評分（BASRI）與血清DKK1及骨硬化蛋白水平不相關。而Wang等[18]研究發現AS患者（126例）DKK1水平與RA患者（41例）相近，均明顯高于對照組，且DKK1與骨生物學標志物、Bath強直性脊柱炎疾病活動指數（BASDAI）、夜間痛、晨僵及CRP之間未見顯著相關性。Daoussis等[19]發現AS患者血清DKK1水平較健康對照組升高（P＜0.05），且在不同性別AS患者中DKK1差異無統計學意義。Elshishtawy等[20]發現AS患者DKK1水平雖然較對照組升高，但其中人類白細胞抗原（HLA）-B27陽性組DKK1水平較HLA-B27陰性組低，而且發現DKK1水平與脊柱巴氏AS放射學指數（BASRI-S）及修訂后的Stoke-AS脊柱評分（mSASSS）評分呈負相關。國內單振興等[21]測定了45例AS患者和20例對照組的DKK1水平，發現AS患者血清的DKK1較對照組明顯升高，進一步研究發現中晚期AS患者DKK1水平較早期患者明顯降低，隨著AS骨化程度的進展，DKK1表達呈下調趨勢；陳枝瓊等[22]測定了45例AS患者和20例對照組的DKK1水平，發現AS患者血清的DDK1較對照組明顯升高，且與BASDAI評分呈正相關，而使用TNF-α拮抗劑組DKK1水平降低。de Andrade等[11]和Taylan等[24]則認為AS患者外周血DKK1水平與健康對照組無統計學差異。Yucong等[6]分別測定了AS患者血清中總的DKK1水平和與LRP-6-FC結合的功能型DKK1水平，結果表明血清總DKK1水平在AS患者和健康對照組中差異無統計學意義，而功能型DKK1在AS患者組明顯低于健康對照組，且與該類患者影像學評分呈負相關。總之，AS患者DKK1及Wnt/β-catenin通路在不同文獻中結論不一，更需要進一步研究明確。

4 總結與展望

綜上所述，DKK1作為Wnt通路的調節蛋白，其在脊柱關節病患者血清中表達升高或是降低是否與病程、疾病活動度、血清型別、骨贅形成與否等病變亞型進一步相關，又或者與檢測方法有關，應該檢測與受體LRP-6-Fc結合的功能型DKK1，目前均尚無統一的結論，同時聯合檢測其經典代謝途徑中Wnt/β-catenin通路蛋白表達的水平也尚屬空白，DKK1聯合相關指標檢測是否能作為AS新骨形成的標記物等問題還有待進一步研究明確。近幾年興起的精準醫學治療理念就是指在充分了解患者的遺傳背景和臨床特征之后，根據各臨床指標對患者的預后發展和適用藥物作出精準預判，選擇最符合患者個性特點的治療方案。SPA等風濕性疾病是臨床上最富有個性和差異的一大類疾病，是最適合應用精準醫學理念的一大類疾病。因此，通過研究Wnt通路及其抑制劑DKK1在AS中的作用機制，對AS患者的遺傳學、分子生物學、病理學等特征進行更深入的了解，對于其發病機制的探討和發現新的干預靶點具有重要意義，更加促進其趨向于精準醫療。進一步研究DKK1在SPA患者血清中的表達對患者病情評價和預后判斷也具有重要的指導意義。

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（本文編輯：嚴瑋雯）

更正啟事

本刊2017年第39卷第8期第648頁沈曉勇《多層螺旋CT與MRI對胰腺囊性腫瘤診斷價值的比較研究》一文其中一位作者“江曉華”應改為“江小華”。特此更正，并向讀者致歉。

本刊編輯部

2016-11-25）

10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.9.2016-1966

321000 金華市中醫醫院風濕免疫科（田麗貞）；浙江大學醫學院附屬第二醫院風濕免疫科（周美菊、薛靜），檢驗科（張松照）

薛靜，E-mail：jingxue@zju.edu.cn