Wnt信號通路在血管新生和鈣化中的作用

謝夏丹，生 欣

(遵義醫科大學基礎醫學院 生物化學教研室， 貴州 遵義 563099)

Wnt信號通路是一類以分泌型Wnt蛋白為配體激活的信號通路。自1982年第一次發現Wnt家族蛋白以來，Wnt信號通路一直是學者研究的熱點，研究人員發現，Wnt信號通路參與了細胞的增殖、分化、凋亡等多個生理過程，該信號通路的異常激活或抑制都造成異常的生理狀態或疾病的發生，如：惡性腫瘤、神經系統疾病和心血管疾病等。在心血管系統中，Wnt信號通路不僅在心血管系統的發育中起到調控作用，也參與了動脈粥樣硬化、血管瘤、血管鈣化、心肌梗死、心律失常等病理過程。現將重點從Wnt信號通路在血管新生和血管鈣化中的作用機制進行闡述。

1 Wnt信號通路簡介

到目前為止，已在人類中發現了19種Wnt家族蛋白[1]，它們與不同的受體結合能夠產生不同的細胞信號，包括經典的Wnt(Wnt/β-catenin)信號和非經典的Wnt信號。

在經典的Wnt信號通路中(見圖1)，當Wnt配體與Frizzled(FZD)和LRP5/6共同受體結合后，激活蓬亂蛋白(disheveled，DVL)并抑制控制該通路的關鍵蛋白β-catenin穩定性的降解復合體(destruction complex，DC)活性，使β-catenin的泛素化降解受阻，胞漿內的β-catenin快速積累增多，促使其進入細胞核與T細胞因子/淋巴細胞增強因子(T-cell factor/Lymphoid enhancer-binding factor，Tcf/Lef)結合并激活靶基因的轉錄[2-3]。

圖1 經典Wnt信號通路在細胞中的傳導

圖2 非經典Wnt信號通路在細胞中的傳導

非經典的Wnt信號通路，也稱為非依賴β-catenin的Wnt信號通路，即平面細胞極性通路Wnt/Planar cell polarity(Wnt/PCP)和Wnt/Ca2+信號通路(見圖2)。在平面細胞極性通路中，Wnt配體與FZD/酪氨酸激酶樣孤獨受體2(receptor tyrosine kinase-like orphan receptor，ROR2)/受體相關酪氨酸酶(receptor-like tyrosine kinase，RYK)結合，招募DVL蛋白使DAAM1(disheveled associated activator of morphogenesis 1)聚集并激活小G蛋白Rho或Rac1，Rho激活Rho相關蛋白激酶(Rhos-associated coiled-coil-containing protein kinase，ROCK)，調節細胞骨架。Rac1激活c-Jun氨基末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)，隨后激活轉錄因子c-Jun和ATF2。在Wnt/Ca2+途徑中，Wnt配體與FZD受體結合，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)，一方面引起細胞內Ca2+庫釋放，Ca2+離子濃度增加激活Ca2+/鈣調蛋白激酶Ⅱ(calcium calmodulin mediated kinase，CamKⅡ)和激活的T細胞核因子(nuclear factor of activated T cells，NFAT)調節細胞黏附和細胞遷移，另一方面激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)調節細胞各種活動[4]。

2 Wnt信號通路對血管生成的影響

Wnt信號通路在血管生成中承擔著重要的作用。該信號通過調節內皮細胞的增殖、遷移及分化調控血管的發育及生成。

2.1 經典Wnt信號通路促進血管新生 在神經系統血管發育中，Richard Daneman等發現Wnt/β-catenin信號被特異性激活，涉及到的Wnt蛋白有Wnt7a、Wnt7b、Wnt3a、Wnt3、Wnt1，在小鼠體內阻斷Wnt/β-catenin信號能特異的導致中樞神經系統血管生成的缺陷[5]。最近發現一種由內皮細胞表達的黏附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受體激活經典Wnt信號通路控制中樞神經系統(central nervous system，CNS)血管的發育[6-8]。此外，Wnt /β-catenin信號在糖尿病性視網膜病變患者的視網膜新生血管形成過程中具有重要的作用。研究顯示，Wnt的內源性拮抗劑Kallistatin能通過抑制糖尿病視網膜病變(DR)小鼠模型中經典的Wnt信號，發揮抗血管生成和抗神經炎作用[9]。在創口愈合方面，Wnt與Notch信號通路分別通過激活下游靶基因(c-Myc and Hes1)的表達調節表皮干細胞(epidermal stem cells，ESCs)的遷移和分化；同時，Wnt /β-catenin信號還促進創傷部位血管的生成，增加局部血流量提供氧氣及營養物質，促進受損皮膚的愈合[10-11]。

2.2 非經典信號Wnt通路調節血管新生具有雙重作用 Wnt5a作為Wnt蛋白家族中非經典Wnt信號通路的代表，在胚胎血管發育中，通過激活PKC促進血管內皮細胞分化形成血管內壁[12]，并通過刺激細胞內Ca2+的釋放，激活CamKⅡ抑制甲硫氨酸氨基肽酶(MetAP-2)促進血管新生，MetAP-2具有抑制血管生成的作用[13]。在髓樣細胞中，發現非典型Wnt激活Flt1，一種由血管內皮生長因子-A(vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A)介導的血管生成的內源性抑制劑，但只有在鈣調神經磷酸酶功能完整時才會被激活[14]。可見非經典Wnt信號通路對血管新生具有雙重作用。

2.3 Wnt信號通路與腫瘤血管新生 β-catenin基因突變，或降解復合物的異常(APC、GSK-3β、Axin基因突變)，Wnt配體的過表達，以及內源性抑制物的缺失或調節途徑活性降低都是造成Wnt信號通路的異常激活的原因。在腫瘤中常常能檢測到Wnt信號的異常激活，其作用與調節細胞周期及腫瘤新生血管的發生相關。Yao等[15]等的研究顯示Wnt5a在約61.9%的非小細胞肺癌標本中高表達，且該蛋白與微血管密度(microvessel density，MVD)和血管生成擬態(vasculogenic mimicry，VM)密切相關；同時，Wnt5a與β-catenin-nu、VE-cadherin、基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)MMP2和MMP9呈正相關，過表達Wnt5a可能通過經典的Wnt信號通路在非小細胞肺癌血管生成中發揮作用。Wnt5a還能誘導細胞內Ca2+的釋放，通過非經典的Wnt-FZD5信號通路促進血管的新生[16]，而經典的Wnt信號通路還調節內皮細胞間的鈣粘蛋白連接，從而調節血管通透性[17]；抑制Wnt/β-catenin 信號通路能夠抑制血管生成，研究發現miR-1301能夠通過調節B細胞CLL/淋巴瘤9蛋白(B-cell CLL/lymphoma 9 protein，BCL9)下調Wnt/β-catenin信號，從而抑制肝細胞癌的遷移、增殖及血管的新生[18]。此外，Wnt/β-catenin信號還能夠調節腫瘤細胞糖酵解代謝，在結腸癌細胞中阻斷該信號能夠降低癌細胞內糖酵解水平并產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鍵酶也是該信號通路的靶基因，過表達PDK1能夠逆轉該信號通路阻斷后所降低的癌腫血管密度。因此，Wnt/β-catenin信號通路的激活，一方面通過PDK1促進癌細胞糖酵解代謝加強癌腫血管的生成，另一方面，通過血管內皮生長因子促進血管生成，二者共同促進癌腫血管的形成[19]。

3 Wnt信號通路與血管鈣化

血管鈣化是一般人群中晚期心血管疾病的臨床標志，糖尿病、高血脂癥、吸煙、慢性腎病、高血壓、肥胖都有可能導致血管鈣化的發生，而血管鈣化又是血管硬化、動脈粥樣硬化的病理生理基礎。大量研究顯示，經典與非經典Wnt信號通路均與血管的鈣化密切相關。

3.1 經典Wnt信號通路與血管鈣化 Liu等[20]利用免疫組織化學染色法發現在晚期腎疾病患者的鈣化動脈內β-catenin、GSK3β和Wnt5a高表達，多因素邏輯回歸分析證實Wnt5a是晚期腎疾病患者發生血管鈣化的獨立危險因素。在體外由高糖誘導的人血管平滑肌鈣化模型中，Wnt3a、Wnt7a、FZD4和Wisp1的mRNA表達增加，說明Wnt信號通路參與高糖誘導的血管平滑肌細胞的鈣化[21]。在這些細胞中，Wnt/β-catenin信號通路激活也被證實，且β-catenin入核引起靶基因的轉錄。而在加入內源性的Wnt/β-catenin信號通路抑制劑DKK1(Dickkopf-1)后，這種由高鈣和高磷誘導的鈣化會受到抑制[22-23]，在高磷酸鹽培養血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)中明顯上調了骨形成蛋白9(bone morphogenetic protein 9，BMP9)的表達，增加VSMCs中β-catenin蛋白和p-GSK3β的水平，環氧合酶2(cyclooxygenase 2，COX-2)抑制劑降低BMP9誘導的β-catenin的表達，COX-2通過激活Wnt/β-catenin途徑介導VSMCs中BMP9誘導的鈣化[24]。在正常培養情況下，利用特異性Wnt信號激動劑同樣刺激血管平滑肌細胞的鈣化，同時伴有MMP-2和MMP-9的表達增加[25]，MMP有助于細胞外基質的重塑，MMP-2和MMP-9是血管重塑的生理調節劑，他們的失調能促進血管平滑肌細胞的鈣化[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，并促進骨軟骨細胞表型的異位動脈表達，從而加重了其主動脈鈣化，同時此基因敲除小鼠的動脈組織中Wnt蛋白和FZD受體的mRNA的表達上調，包括Wnt7b、Wnt4、Wnt10a、Wnt3a和FZD10，這些蛋白的表達與非經典Wnt信號通路相關[27]。

3.2 非經典Wnt信號通路與血管鈣化 非經典Wnt信號通路同樣參與了血管鈣化，在研究炎癥疾病與鈣化的機制時，研究者發現在人脂肪組織來源的間充質干細胞(human adipose tissue-derived mesenchymal stem cells，hADSCs)中炎性細胞因子IL-6加速hADSCs的鈣化與ROR2/Wnt5a信號途徑(屬于非經典Wnt信號通路)有關[28]，非經典Wnt信號通路中通過RhoA/ROCK調節細胞骨架，在牛VSMCs中，用ROCK抑制劑Y-27632處理或siRNA轉染以敲低ROCK的表達，發現增加了該細胞堿性磷酸酶的活性并導致其鈣化，RhoA/ROCK信號轉導途徑可能是血管鈣化的重要負調節方式[29]。NFAT參與氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，oxLDL)誘導的血管平滑肌向成骨細胞表型的轉化[30]， Zhang等[31]也證實了胞漿活化T細胞核因子1(nuclear factor of activated T-cells，cytoplasmic1，NFATc1)促進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誘導的RANKL的增加[32]，也進一步說明NFAT參與血管鈣化的形成。

4 展望

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