Wnt/β-catenin信號通路研究進展

邵宇婷

摘 要：Wnt信號通路是各種發育過程必不可少的， β-catenin在Wnt信號通路和鈣粘蛋白介導的細胞粘附中起著核心作用。經典的Wnt信號轉導級聯反應，最初已在脊椎動物和非脊椎動物的胚胎發生中描述，此外還與多種不同腫瘤類型的發展有關，主要是胃腸道疾病的起源。近年來，在Wnt信號通路中已經鑒定了多種新穎的相互作用組分和功能，不僅揭示了Wnt信號通路的復雜性，而且還揭示了其潛力。具有干細胞特性的癌細胞已被認為與癌癥的發生和發展有關。 Wnt /β-catenin信號傳導是促進癌細胞干性的主要信號途徑。

關鍵詞：Wnt信號通路;β-catenin;癌細胞;作用機制

1、Wnt蛋白家族

Wnt蛋白是由美國國家癌癥研究所現任主任Harold Varmus和現在斯坦福大學的HHMI研究員Roel Nusse于30年前首次發現。他們觀察到一個Wnt蛋白的編碼基因Wnt1在來自小鼠的乳腺癌細胞中非常活躍。在過去的數十年里，研究人員證實Wnt蛋白在胚胎發育、組織再生、骨生長、干細胞分化以及大量的人類癌癥中均發揮關鍵性的作用。Wnt家族的19種蛋白是在調控生物體發育和生長機制中起最重要作用的一些蛋白質，用Wnt1，Wnt2，Wnt3A等表示[1]。Wnt是一類分泌型糖蛋白，通過自分泌或旁分泌發揮作用。Wnt信號途徑能引起胞內β-catenin積累，β-catenin是一種多功能的蛋白質，在細胞連接處它與鈣粘素相互作用，參與形成粘合帶，而游離的β-catenin可進入細胞核，調節基因表達。Wnt信號在動物發育中起重要作用，其異常表達或激活能引起腫瘤。

2、Wnt/β-catenin信號通路概述

Wnt信號傳導途徑是由配體蛋白質Wnt和膜蛋白受體結合激發的一組多下游通道的信號轉導途徑。由于Wnt信號的許多成分在腫瘤形成中起著重要作用，因此Wnt信號近年來已受到癌癥研究人員的廣泛關注.Wnt信號分為以下四類：

（1）典型Wnt/β-catenin信號通路（Canonical Wnt/β-catenin pathway），此通路激活核內靶基因的表達;Wnt家族分泌蛋白、Frizzled家族跨膜受體蛋白Dishevelled（Dsh）、糖原合成激酶3（GSK3）、APC、Axin、β-連環蛋白及TCF/LEF家族轉錄調節因子等構成了經典通路[2];

（2）平面細胞極性通路（planar cell polarity pathway），此通路參與JNK的激活及細胞骨架的重排;

（3）Wnt/Ca+通路，激活磷脂酶C（PLC）和蛋白激酶C（PKC）;

（4）調節紡錘體的方向和非對稱細胞分裂的胞內通路[3]。

β-catenin是一個多功能蛋白分子。細胞未激活時，細胞質中的β-catenin與細胞粘附分子相互結合，共同定位在細胞連接處，起維持細胞連接的作用，其余大部分自由β-catenin被降解。當有特殊刺激誘導時，β-catenin降解受到抑制，并轉移到細胞核中與轉錄因子TCF和LEF家族相互作用調節基因表達。

WNT/β-catenin信號通路據說是隨著第一個多細胞生物（后生動物）進化來的[4]。在非脊椎動物如渦蟲中，這個信號通路會在損傷后被再激活，并且在再生期間對于正確的頭尾極性是必須的，與它在發育中的作用是一致的[5]。

3、Wnt/β-catenin信號通路研究進展

Wnts是一種分泌的糖蛋白，可與稱為卷曲蛋白的七個跨膜受體結合。 LRP 5和6是Wnt配體的必需共受體。其他分泌因子，例如WIF， cerberus和FrzB拮抗Wnt與卷曲受體的結合，而Dickkopf（Dkk）抑制Wnt / LRP相互作用。另一種與膜相關的蛋白質kremen與Dkk結合并誘導LRP的內吞作用，從而拮抗Wnt信號傳導。在細胞內，Wnt信號轉導導致胞質β-catenin的穩定。在沒有Wnts的情況下，酪氨酸激酶在絲氨酸殘基45處將β-catenin磷酸化;這反過來又使糖原合酶激酶3β磷酸化絲氨酸/蘇氨酸殘基41、37和33。這最后兩個氨基酸的磷酸化觸發β-TrCP泛素化β-catenin并降解蛋白酶體。β-catenin的磷酸化發生在包含支架蛋白axin和其同系物axin2 / conductin，抑癌基因產物APC，GSK3b和diversin的多蛋白復合物中，該復合物將CK1e與復合物相連。

在Wnts的存在下，胞質成分被弄亂了，通過一種未知的機制阻止了β-catenin的降解。穩定的β-catenin進入細胞核并與TCF轉錄因子締合，導致Wnt靶基因的轉錄。 TCF：β-catenin復合物與各種激活劑（例如組蛋白乙酰基轉移酶CBP和染色質重塑SWI / SNF復合物）的相互作用介導了轉錄激活。已經鑒定了多種Wnt / β-catenin靶基因，包括細胞增殖的調節劑，發育控制基因和與腫瘤進展有關的基因。在不存在β-catenin的情況下，TCF可以將基因轉錄作為天然的顯性負性變體來抑制，也可以與轉錄阻遏物（例如法勞喬）一起抑制。在腫瘤中，Wnts的過表達（在人類腫瘤中很少見）或導致β-catenin降解的成分之一發生突變，導致β-catenin穩定并激活靶基因。突變主要發生在所有大腸癌中約80%的抑癌基因APC中，在某些大腸癌中β-catenin的N末端（磷酸化）部分，以及在許多其他腫瘤中以及在毒素或傳導蛋白中，主要發生在肝和結腸腫瘤和髓母細胞瘤的一小部分[6]。

參考文獻：

[1]Willert K ， Brown J D ， Danenberg E ， et al. Wnt proteins are lipid-modified and can act as stem cell growth factors[J]. Nature （London）， 2003， 423（6938）：448-452.

[2]陳譽華.醫學細胞生物學（第四版）：人民衛生出版社，2008：273

[3]姜勇 羅深秋.細胞信號轉導的分子基礎與功能調控：科學出版社，2005：172-179

[4]Holstein， T.W. （2012） The Evolution of the Wnt Pathway. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology， 4， Article ID： a007922

[5]Gurley， K.A.， Elliott， S.A.， Simakov， O.， Schmidt， H.A.， Holstein，T.W.， and S′anchez Alvarado， A. （2010） Expression of secreted Wnt Pathway Components Reveals Unexpected Complexity of the Planarian Amputation Response. Developmental Biology， 347， 24-39.

[6]Lustig B ， Behrens J . The Wnt signaling pathway and its role in tumor development[J]. Journal of Cancer Research & Clinical Oncology， 2003， 129（4）：199-221.