Wnt信號通路在新生血管性眼病中的研究進展

楊俊楠　包秀麗

【摘要】Wnt信號通路作為一條調控細胞增殖、分化和凋亡等活動的信號通路，參與生物血管系統的多種生理和病理過程，在血管發生和新生血管生成方面的研究最為深入。Wnt信號分子是血管形態發生中的關鍵調控因子，其信號成分的缺失或突變會導致多種新生血管性眼病，如角膜新生血管性眼病、視網膜新生血管性眼病和脈絡膜新生血管性眼病。近年來，隨著新生血管性眼病的發病率和致盲率逐年上升，新生血管性眼病逐漸得到學者們的重視，深入研究調控新生血管性眼病的Wnt信號通路，對研發新藥物和新技術十分重要。該文就Wnt信號通路在眼部病理性血管發生中的作用機制作一綜述。

【關鍵詞】Wnt信號通路;新生血管性眼病;Norrin;β-連環蛋白

Research progress on Wnt signaling pathway in neovascular eye diseases Yang Junnan， Bao Xiuli. College of Postgraduate， Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010100， China

Corresponding author， Bao Xiuli， E-mail： ophbaxili@hotmail.com

【Abstract】As a signaling pathway that regulates cell proliferation， differentiation and apoptosis， Wnt signaling pathway participates in multiple physiological and pathological processes in the biological vascular system， especially in the angiogenesis and neovascularization. Wnt signaling molecules are the key regulatory factors in vascular morphogenesis， of which the loss-of-function mutations may be involved in neovascular eye diseases， such as corneal， retinal and choroidal neovascular eye diseases. Recently， the incidence and blindness rates of neovascular eye diseases have increased year by year， which have gradually attracted widespread attention from scholars. In-depth research on the Wnt signaling pathway that regulates neovascular eye diseases plays a significant role in the development of new drugs and technologies. This article reviews the mechanism underlying the function of Wnt signaling pathway in ocular pathological angiogenesis.

【Key words】Wnt signaling pathway; Neovascular eye diseases; Norrin; β-catenin

眼部血管的正常發育有賴于血管生成因子和抑制因子之間的動態平衡，當發生缺血缺氧、炎癥等情況時，這種平衡被打破就會導致眼部血管發育異常和新生血管生成。新生血管的生成是眾多致盲性眼病的共同病理改變，眼部血管系統的發育和分化涉及多因素和多通路的共同調節，Wnt信號通路在其中承擔著重要作用。本文將Wnt信號通路在眼部血管發育和新生血管性眼病發生發展中的研究進展進行闡述，以期進一步了解新生血管性眼病的發病機制，并為相關疾病的診療提供新思路。

一、Wnt與Wnt信號通路

Wnt是由果蠅的Wingless基因和小鼠的Int1基因組合而成的一類分泌型糖蛋白，可參與調控細胞增殖、分化及凋亡等過程，并能影響血管生成和重塑[1]。根據下游是否受β-catenin的控制，Wnt信號通路主要分為3種：經典Wnt信號通路、Wnt/c-Jun氨基末端激酶（JNK）和Wnt/Ca2+非經典信號通路。

1.Wnt信號通路

經典Wnt信號通路處于激活狀態時，Wnt蛋白與卷曲蛋白（FZD）和LDL受體相關蛋白5/6（LRP5/6）結合，引起蓬亂蛋白（DVL）磷酸化，導致由軸蛋白（Axin）、糖原合酶激酶3β（GSK-3β）、結腸癌抑制因子（APC）、酪蛋白激酶-1γ（CK-1γ） 組成的分解復合物失活。β-catenin在細胞核內與淋巴增強因子和T淋巴細胞因子結合，激活靶基因的表達，作用機制見圖1[2-3]。

非經典Wnt信號通路主要有2條：一條為Wnt/JNK信號通路，Wnt蛋白與FZD受體結合激活JNK，進而調控靶基因的轉錄;另一條為Wnt/Ca2+信號通路，在磷脂酶C介導下，Wnt蛋白與FZD受體結合促使內質網釋放Ca2+，激活Ca2+依賴的蛋白激酶Ⅱ調節細胞活動[4]。目前已證實的Wnt信號通路下游靶基因超過100個，包括血管內皮生長因子（VEGF）、E-cadherin和Cyclin D1等，這充分體現了經典Wnt信號通路在生物發育和疾病發生等過程中具有廣泛調節作用。

2. Norrin蛋白

Norrin是一種由Norrie病假性神經膠質瘤（NDP）基因編碼，Müller膠質細胞產生的分泌型蛋白質，可作為一個特殊的Wnt配體與FZD4結合調節視網膜血管的發生[5]。Norrin可與FZD4、LRP5和四次跨膜蛋白12（TSPAN12）受體結合形成復合物，通過經典Wnt信號通路發揮調控作用。Zhang等[6]發現，Norrin通過誘導FZD4泛素化，TSPAN12作為輔助受體驅使Norrin受體復合體進入溶酶體，發揮其促血管生成作用。LRP5基因缺陷型（LRP5-/-）小鼠表現出視網膜初級血管的延遲出現以及病理性新生血管的生成，這與緊密連接蛋白claudin5的顯著下調有關，可見阻斷claudin5可抑制新生血管的生成。NDP基因缺陷型（NDPy/-）小鼠的視網膜內血管發育不足導致視網膜缺血缺氧，從而導致酪氨酸激酶受體1、受體2和血小板衍生生長因子-B減少，而HIF-1α和VEGF-A增加，視網膜新生血管（RNV）形成[7]。由此可見，Norrin/FZD4/LRP5/TSPAN12通路在調控視網膜血管生成中發揮重要的調控作用。

3.Wnt信號通路與血管生成

血管發育受多種信號通路精密調控，Wnt信號通路是關鍵調控系統之一。眾多Wnt配體參與調控血管內皮細胞的功能發生和穩態維持，例如Wnt1可增加毛細血管的穩定性、促進細胞的體外增殖，Wnt3a和Wnt5a可誘導細胞的增殖、分化和遷移等過程，Wnt7a和Wnt7b在玻璃體血管退化中介導細胞凋亡。VEGF在胚胎發育起始階段調控血管生成和血管通透性，病理情況下起著刺激血管內皮細胞增殖和誘導新生血管生成的作用。Wnt信號通路是VEGF的主要調節劑，通過與VEGF中經典Wnt信號通路的TCF位點結合發揮作用，且β-catenin/ TCF復合物還可介導IL-8和基質金屬蛋白酶的轉錄，共同參與調節血管生成[8]。可見，Wnt信號通路是血管生成的重要調節因素，其缺失或突變會影響血管生成。

二、Wnt信號通路與新生血管性眼病

Wnt信號通路在眼的發育、成熟和病變中起著重要作用，當其下游的不同基因如配體Norrin或受體FZD4、LRP5和TSPAN12等突變時，均會引起眼部血管發育異常這一共同的病理特征，這些突變基因有望成為防治新生血管性眼病的潛在靶點。

1.角膜新生血管性眼病

生理情況下，角膜維持其無血管特性得益于血管生成因子與抑制因子之間的動態平衡。發生缺氧、感染、炎癥及創傷等病理情況時，角膜新生血管便會形成。在小鼠堿燒傷誘導的角膜新生血管模型中發現，LRP6和β-catenin呈現高表達狀態，LRP6通過與極低密度脂蛋白受體結合形成異源二聚體，導致Wnt信號激活和角膜新生血管生成[9]。據研究，過表達的Pax6會導致角膜上皮分化障礙和新生血管形成，Wnt7a可通過下調Pax6的表達來抑制新生血管生成[10]。研究提示，通過應用絲氨酸蛋白酶抑制劑SERPINA3K、姜黃素等均可降低β-catenin的表達水平，抑制角膜新生血管的生成[11]。由此可見，Wnt信號在角膜新生血管的形成中起著關鍵作用，抑制Wnt信號通路的異常激活可為角膜新生血管性疾病提供新的治療理念。

2.視網膜新生血管性眼病

2.1 Norrie病

Norrie病是一種X連鎖隱性遺傳病，又稱先天性X連鎖智力遲鈍盲聾病，主要是由于NDP基因突變導致Wnt信號通路失活所致。其病理學改變為周邊視網膜血管發育缺陷、深層血管缺失和玻璃體血管持續存在，眼部表現為白內障、角膜混濁、RNV、視網膜脫離（RD）、玻璃體積血和假性神經膠質瘤等[12]。由于環境、遺傳等因素不同，部分患者除眼部癥狀外，還表現出精神障礙、智力低下、神經性耳聾和性腺機能減退等癥狀。研究表明，Norrin可以通過特異性結合FZD4來激活經典Wnt信號通路[5]。當Norrin缺陷時，經典Wnt信號通路激活受阻，隨之阻礙了視網膜血管的正常發育以及玻璃體血管的退化，導致RNV形成。可見，Wnt信號通路在Norrie病的發生中起著重要作用。

2.2 家族性滲出性玻璃體視網膜病變（FEVR）

FEVR是一種遺傳致盲性眼病，病理特征為周邊視網膜血管發育異常導致視網膜缺血缺氧，引起RNV形成、血管滲漏以及RD[13]。其臨床表現與Norrie病相似，但具有遺傳多態性。NDP、FZD4、LRP5和TSPAN12基因與FEVR發生密切相關，約占FEVR病因的50%，均通過Norrin激活經典Wnt信號通路。不同的遺傳模式與不同的基因突變有關，涉及FZD4、LRP5和TSPAN12等基因的突變常表現為常染色體顯性遺傳，LRP5和TSPAN12基因的突變表現為常染色體隱性遺傳，而NDP基因的突變表現為X連鎖隱性遺傳[14]。這些基因的蛋白質產物均可激活Wnt信號通路，因此Wnt信號通路異常會阻礙眼部血管的正常發育。

2.3骨質疏松-假性神經膠質瘤綜合征（OPPG）

OPPG因生理表型類似于視網膜神經膠質瘤而得名，被認為是FEVR的一種特殊亞型，為常染色體隱性遺傳病。臨床表現為視力障礙和骨質疏松，眼部檢查可見視網膜毛細血管擴張、滲出和微動脈瘤，骨質疏松癥表現為包括脊椎在內的多處骨折和顱骨軟化，部分患者還存在認知障礙。據報道，OPPG是由于LRP5突變引起Wnt信號通路受到抑制所致[15]。在LRP5-/-小鼠模型中可見，LRP5是Norrin/FZD4/β-catenin介導的RNV形成中的關鍵共受體，其突變會導致OPPG的發生[16]。這些研究充分表明，Wnt信號通路在調節視網膜血管生成方面發揮著不可或缺的作用。

2.4 Coats病

Coats病也是一種與Wnt信號相關的新生血管性眼病，又稱外層滲出性視網膜病變。病理特征為視網膜毛細血管擴張、微動脈瘤、視網膜下脂質滲出、視網膜血管發育缺陷最終引起RD。近期，有學者發現FZD4的缺失突變以常染色體隱性遺傳方式導致Coats病。Wu等[17]發現，RCBTB1作為FZD4/LRP5信號通路的下游分子呈現低表達狀態時，可阻礙Norrin-Wnt信號中的β-catenin的核內蓄積，導致視網膜血管發育異常。上述表明Wnt信號通路與Coats病的發生密切相關，這些突變基因可成為該疾病新的治療靶點。

2.5早產兒視網膜病變（ROP）

ROP的發生始于早產后的高氧環境導致視網膜血管和神經元的發育受阻（Ⅰ期），隨著組織缺血缺氧以及新陳代謝需求的增加驅動RNV增殖（Ⅱ期）[18]。感染、高氧、早產和低出生體質量兒等都是ROP的危險因素，高氧是其重要危險因素之一。眼內暫時的高氧環境導致VEGF和促紅細胞生成素表達受到抑制，早期發生血管退化和神經元凋亡[19]。隨著視網膜發育和代謝需求的增加誘導VEGF高表達，導致RNV生成、滲漏、玻璃體內機化和RD。在氧誘導視網膜病變模型中發現，異位表達于晶狀體或視網膜色素上皮的Norrin可通過激活經典Wnt信號通路上調血管生成素-2的表達，沉默血管生成素-2可能減少ROP的發生[20]。此外，通過降低Wnt配體、受體（FZD4和LRP5）以及β-catenin的表達，也可減少ROP中的病理性新生血管。可見，通過抑制Wnt信號通路中的信號分子可以阻斷ROP的發生，為其治療提供可靠的藥物靶點。

2.6糖尿病性視網膜病變（DR）

DR是一種在高血糖狀態下發生的胰島素及細胞代謝改變引起血管內皮和血-視網膜屏障受損，導致視網膜血管滲漏、出血和機化膜形成。病變早期表現為非增殖性DR，以微血管瘤、出血點、滲出等為特征，晚期可出現RNV、玻璃體積血和纖維血管膜等增殖性改變。不少研究證實，Wnt信號與DR的發生發展密切相關。DR患者視網膜中的β-catenin和LRP5/6表達上調，敲除β-catenin可以阻斷Müller細胞中的Wnt信號通路，使VEGF和TNF-α的表達下調從而抑制視網膜新生血管的產生[21]。此外，在DR患者的血漿和玻璃體液中Dickkopf-1（DKK-1）水平降低，導致其改善視網膜炎癥、減少血管滲漏和抑制RNV的作用減弱[22]。除了DKK-1，還有Kallistatin和Mab2F1等Wnt信號抑制劑可在DR中發揮抗新生血管的作用[23]。總之，這些與Wnt信號相關的DR新生血管發生機制進一步證實了Wnt信號在DR發生中扮演著重要角色。

3.脈絡膜新生血管性眼病

年齡相關性黃斑變性（AMD）是目前研究較廣泛的與Wnt信號相關的脈絡膜新生血管性眼病，分為干性和濕性。濕性AMD主要特征為視網膜血管瘤樣增生，脈絡膜新生血管生成并侵入視網膜下發生滲漏導致RD，故又稱為新生血管性AMD（nAMD）。在眾多調控nAMD發生的因素中，異常激活的經典Wnt信號通路是一個關鍵調控因素。nAMD患者的視網膜中Cyclin1、c-Myc、Axin2和VEGF等Wnt信號靶基因表達水平增高，加入Wnt信號通路抑制劑可延緩其發生[24]。研究表明，nAMD患者中Wnt信號表達增加，歸因于LRP6表達上調和血管生成抑制因子Kallistatin、DKK-1血漿濃度降低[25]。由此可見，使用抗LRP6抗體或DKK-1等Wnt信號通路抑制劑可阻斷經典Wnt信號轉導，進而發揮對nAMD的防治作用。

三、展 望

眼部血管的正常發育是多因素、多通路交叉作用的結果，經典Wnt信號通路在其中發揮著不可或缺的作用。該通路的異常激活將會影響眼部血管的正常發育，為眾多新生血管性眼病提供血管基礎。目前，雖然臨床上存在一些治療新生血管性眼病的方法，但療效不持久且具有諸多的并發癥和潛在風險，探索更優化的治療方法仍是迫切需要的。鑒于Wnt信號是一個血管生成的重要調節因子，在今后的研究中仍需要進一步闡明其在新生血管性眼病發生發展中的詳細機制，從而為新生血管性眼病提供有效的防治思路。

參 考 文 獻

[1] Nusse R， Brown A， Papkoff J， Scambler P， Shackleford G， McMahon A， Moon R， Varmus H. A new nomenclature for int-1 and related genes： the Wnt gene family. Cell， 1991， 64（2）：231.

[2] Nusse R， Clevers H. Wnt/β-Catenin signaling， disease， and emerging therapeutic modalities. Cell， 2017， 169（6）：985-999.

[3] Kretzschmar K， Clevers H. Wnt/β-catenin signaling in adult mammalian epithelial stem cells. Dev Biol， 2017， 428（2）：273-282.

[4] Tran F H， Zheng J J. Modulating the wnt signaling pathway with small molecules. Protein Sci， 2017， 26（4）：650-661.

[5] El-Sehemy A， Selvadurai H， Ortin-Martinez A， Pokrajac N， Mamatjan Y， Tachibana N， Rowland K， Lee L， Park N， Aldape K， Dirks P， Wallace V A. Norrin mediates tumor-promoting and -suppressive effects in glioblastoma via Notch and Wnt. J Clin Invest， 2020， 130（6）：3069-3086.

[6] Zhang C， Lai M B， Khandan L， Lee L A， Chen Z， Junge H J. Norrin-induced Frizzled4 endocytosis and endo-lysosomal trafficking control retinal angiogenesis and barrier function. Nat Commun， 2017， 8：16050.

[7] Luhmann U F， Lin J， Acar N， Lammel S， Feil S， Grimm C， Seeliger M W， Hammes H P， Berger W. Role of the Norrie disease pseudoglioma gene in sprouting angiogenesis during development of the retinal vasculature. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2005， 46（9）：3372-3382.

[8] Easwaran V， Lee S H， Inge L， Guo L， Goldbeck C， Garrett E， Wiesmann M， Garcia P D， Fuller J H， Chan V， Randazzo F， Gundel R， Warren R S， Escobedo J， Aukerman S L， Taylor R N， Fantl W J. beta-Catenin regulates vascular endothelial growth factor expression in colon cancer. Cancer Res， 2003， 63（12）：3145-3153.

[9] Wang Z， Cheng R， Lee K， Tyagi P， Ding L， Kompella U B， Chen J， Xu X， Ma J X. Nanoparticle-mediated expression of a Wnt pathway inhibitor ameliorates ocular neovascularization. Arterioscler Thromb Vasc Biol， 2015， 35（4）：855-864.

[10] Ouyang H， Xue Y， Lin Y， Zhang X， Xi L， Patel S， Cai H， Luo J， Zhang M， Zhang M， Yang Y， Li G， Li H， Jiang W， Yeh E， Lin J， Pei M， Zhu J， Cao G， Zhang L， Yu B， Chen S， Fu X D， Liu Y， Zhang K. WNT7A and PAX6 define corneal epithelium homeostasis and pathogenesis. Nature， 2014， 511（7509）：358-361.

[11] Zhou T， Chen L， Huang C H， Lin Z， Zong R， Zhu C， Pan F， Ma J X， Liu Z G， Zhou Y. Serine proteinase inhibitor SERPINA3K suppresses corneal neovascularization via inhibiting Wnt signaling and VEGF. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2014， IOVS-14-14023.

[12] Lin M， Lu Y， Sui Y， Ni X， Li H， Chen X， Zhao N， Jiang M. A novel c.287G > T NDP missense mutation in a Chinese family with Norrie disease. Ophthalmic Genet， 2020， 41（4）：338-340.

[13] 王司儀，孫方格，劉早霞.家族性滲出性玻璃體視網膜病變合并視網膜脫離一例. 新醫學， 2017， 48（12）： 900-903.

[14] Tauqeer Z， Yonekawa Y. Familial exudative vitreoretinopathy： pathophysiology， diagnosis， and management. Asia Pac J Ophthalmol （Phila）， 2018， 7（3）：176-182.

[15] Alonso N， Soares D C， V McCloskey E， Summers G D， Ralston S H， Gregson C L. Atypical femoral fracture in osteoporosis pseudoglioma syndrome associated with two novel compound heterozygous mutations in LRP5. J Bone Miner Res， 2015， 30（4）：615-620.

[16] Huang W， Li Q， Amiry-Moghaddam M， Hokama M， Sardi S H， Nagao M， Warman M L， Olsen B R. Critical endothelial regulation by LRP5 during retinal vascular development. PLoS One， 2016， 11（3）：e0152833.

[17] Wu J H， Liu J H， Ko Y C， Wang C T， Chung Y C， Chu K C， Liu T T， Chao H M， Jiang Y J， Chen S J， Chung M Y. Haploinsufficiency of RCBTB1 is associated with Coats disease and familial exudative vitreoretinopathy. Hum Mol Genet， 2016， 25（8）：1637-1647.

[18] Bashinsky A L. Retinopathy of prematurity. N C Med J， 2017， 78（2）：124-128.

[19] Chen J， Connor K M， Aderman C M， Smith L E. Erythropoietin deficiency decreases vascular stability in mice. J Clin Invest， 2008， 118（2）：526-533.

[20] Ohlmann A， Seitz R， Braunger B， Seitz D， B?sl M R， Tamm E R. Norrin promotes vascular regrowth after oxygen-induced retinal vessel loss and suppresses retinopathy in mice. J Neurosci， 2010， 30（1）：183-193.

[21] Zhou K K， Benyajati S， Le Y， Cheng R， Zhang W， Ma J X. Interruption of Wnt signaling in Müller cells ameliorates ischemia-induced retinal neovascularization. PLoS One， 2014， 9（10）：e108454.

[22] Qiu F， He J， Zhou Y， Bai X， Wu G， Wang X， Liu Z， Chen Y， Ma J X， Liu Z. Plasma and vitreous fluid levels of Dickkopf-1 in patients with diabetic retinopathy. Eye （Lond）， 2014， 28（4）：402-409.

[23] Hombrebueno J R， Ali I H A， Ma J X， Chen M， Xu H. Antagonising Wnt/β-catenin signalling ameliorates lens-capsulotomy-induced retinal degeneration in a mouse model of diabetes. Diabetologia， 2018， 61（11）：2433-2446.

[24] Tuo J， Wang Y， Cheng R， Li Y， Chen M， Qiu F， Qian H， Shen D， Penalva R， Xu H， Ma J X， Chan C C. Wnt signaling in age-related macular degeneration： human macular tissue and mouse model. J Transl Med， 2015， 13：330.

[25] Chen Y， Hu Y， Lu K， Flannery J G， Ma J X. Very low density lipoprotein receptor， a negative regulator of the wnt signaling pathway and choroidal neovascularization. J Biol Chem， 2007， 282（47）：34420-34428.

（收稿日期：2021-03-30）

（本文編輯：鄭巧蘭）