Wnt/β-連環蛋白信號通路與炎癥性腸病關系的研究進展

陳苗，董雪，張靜，王華，喬成棟

Wnt/β-連環蛋白信號通路與炎癥性腸病關系的研究進展

陳苗1，董雪1，張靜1，王華1，喬成棟2

1 蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730000；2 蘭州大學第一醫院老年病科

炎癥性腸病是腸道的慢性非特異性炎癥性疾病，其根本病因及發病機制尚不明確，目前認為遺傳、環境、免疫因素間復雜的相互作用可能是炎癥性腸病發病的主要原因。Wnt/β-連環蛋白信號通路能調節腸道干細胞的增殖和分化進程，維持腸上皮細胞的有序結構和腸道內穩態，其功能紊亂與炎癥性腸病密切相關。

炎癥性腸病；Wnt/β-連環蛋白信號通路；克羅恩病；潰瘍性結腸炎

炎癥性腸病（IBD）是腸道的慢性非特異性炎癥性疾病，雖然其在西方國家的發病率趨于穩定，但其患病率一直大于0.3%［1］。IBD主要包括潰瘍性結腸炎（UC）和克羅恩病（CD）［2-3］。目前公認的IBD發病機制是在環境和遺傳易感性的雙重刺激下，機體被誘導產生不可抗拒的、反復出現的異常腸道免疫反應，導致腸上皮大量炎性細胞浸潤，腸黏膜損傷和其他病理變化。KHOUNLOTHAM等［4］通過小鼠實驗表明，雖然IBD的遺傳易感性很常見，但不足以引發慢性結腸炎，最終導致慢性結腸炎的原因是腸道生態失調或急性腸上皮損傷。研究表明，IBD發病的關鍵事件之一是腸上皮屏障的破壞［5］。Wnt/β-連環蛋白（Wnt/β-catenin）在細胞的生長發育、增殖和組織修復中起至關重要的作用，參與IBD的發生發展過程。在IBD患者尤其是UC患者中，抑制Wnt信號會導致潘氏細胞缺乏，最終導致腸道屏障的崩潰［6］。Wnt途徑還可調節IBD發病過程中的腸道免疫［7］。Wnt/β-catenin信號通路有望成為臨床預防和治療IBD的新靶點。本文就Wnt/β-catenin信號通路在IBD發生發展中的作用進行綜述。

1 Wnt/β-catenin信號通路概述

連環蛋白是一組具有相似結構的胞內糖蛋白家族，其氨基酸組成中都具有數個相同序列的結構域。迄今為止已發現的連環蛋白家族至少可以分為四大類，其中β-catenin尤為重要［8］。β-catenin是由CTNNB1基因編碼的多功能蛋白質，可分為α、β、γ亞型，含有781個氨基酸，主要分布于細胞膜，具有介導細胞間黏附與信號轉導的功能。其N-末端是β-catenin被糖原合成酶激酶磷酸化降解的作用位點；連接臂重復區是β-catenin與多種配體（T細胞轉錄因子、結腸腺息肉蛋白、軸蛋白、上皮細胞鈣黏蛋白等）結合的重要部位，發揮細胞黏附與細胞間信號傳導的功能；C-末端酸性較強，參與β-catenin與T細胞轉錄因子的結合［9］。

Wnt信號通路廣泛存在于多細胞真核生物中，在胚胎發育和疾病中起至關重要的作用。Wnt信號通路是一個復雜的調控網絡，主要包括三個分支：WNT/β-cantenin信號通路、平面細胞極性通路（WNT/PCP通路）、WNT/Ca2+通路。Wnt/β-catenin信號通路是其中最經典的一條［10］。當Wnt蛋白啟動一個復雜的信號級聯，會通過穩定的關鍵介質β-catenin調節細胞的增殖和分化。當Wnt途徑沉默時，泛素-蛋白酶體系統（包括糖原合成酶激酶3、酪蛋白激酶Iα、體軸抑制因子和腸腺息肉瘤蛋白）可以磷酸化β-catenin，導致β-catenin降解，使其無法入核啟動下游基因轉錄，從而抑制基因的轉錄活性。當Wnt途徑被激活時，β-catenin不能被降解，進而在胞質內聚集，導致轉錄復合物被累積的β-catenin取代，最終激活與細胞增殖及遷移相關的基因的靶向表達，促進細胞增殖以及存活［11］，而持續性地激活Wnt信號可使得信號通路中的其他分子發生突變。

2 Wnt/β-cantenin在IBD發生發展中的作用

IBD的特征是腸黏膜的慢性復發性炎癥，其組織損傷和修復的起伏會導致腸上皮屏障功能的破壞，最終可能引發結腸炎相關癌癥［12］。機體為了保持腸道屏障的完整性，在正常的體內平衡條件下，單層腸上皮在腸隱窩底部的少量高度增殖的干細胞的驅動下不斷更新［13］。隨著細胞沿著隱窩表面軸遷移，進而分化成不同功能的上皮細胞群，最終流入腸腔。通過這種方式，大多數上皮細胞被迅速替換，以避免機械損傷或病原體暴露造成的磨損。人類結直腸上皮的周轉率為2～3 d，這個速率在整個生命周期中保持不變，在不同年齡年齡段和不同組織中有很小的差異［14］。然而，在損傷后的腸上皮修復過程中，傷口邊緣的腸上皮細胞動態增加自身增殖速率，以覆蓋裸露區域［15］。這種現象在UC的動物模型中可以觀察到。SERAFINI等［16］發現，在UC疾病活動期間，上皮細胞更新率顯著增加；但在緩解期間，上皮細胞更新率較低。同樣，在小鼠結腸炎模型中觀察到，結腸黏膜潰瘍邊緣的上皮細胞增殖增加，潰瘍附近的成熟上皮細胞經歷了不同于正常腸細胞的分化過程［17］。

腸上皮細胞增殖的一個關鍵調節因子是Wnt途徑，越來越多的證據表明Wnt可以作為損傷修復的驅動因素［18］。簡而言之，在典型的Wnt信號分支中，Wnt家族配體通過抑制多蛋白破壞復合物誘導轉錄輔因子β-catenin的穩定，β-catenin與轉錄因子/淋巴增強子結合（TCF/LEF），驅動促進干細胞特性和細胞周期進展的靶基因的表達，這種機制是各種器官中干細胞維持和增殖的中心決定因素［19］。尤其在腸道，活躍的Wnt/β-catenin信號通路對維持腸道上皮內環境的穩定至關重要，而通路抑制會導致隱窩丟失和組織退化，進而抑制腸道干細胞（ISC）的增殖［20］。除此之外，在再生的皮膚、心臟和骨骼中觀察到了廣泛的Wnt信號活性［21］。這些研究均表明，Wnt信號是一種進化上保守的組織再生程序，可在傷口修復中被激活。另外，在IBD的發病過程中，Wnt/β-catenin信號通路和炎癥信號通路（包括NF-κB、JAKSTAT3和MAPK信號通路）之間的相互作用可以調節炎癥因子的分泌或者直接調節炎性因子（如環氧化酶2和白細胞介素-8）），進而影響IBD的進展［22］。同時，腫瘤壞死因子-α通過激活NF-κB和Wnt途徑促進ISC的惡性轉化［23］；干擾素-γ通過間接抑制Wnt/β-catenin信號通路，限制ISC的增殖［24］。可見，Wnt/β-catenin信號通路在IBD的發生發展中至關重要。

3 Wnt/β-catenin信號通路在IBD治療中的作用

Wnt/β-catenin信號通路在IBD中被激活，導致β-catenin聚集，進而激活與細胞增殖和遷移相關基因的表達；Wnt/β-catenin信號通路還可調節腸道免疫，通過抑制與IBD相關免疫調節因子的表達進而抑制IBD。該信號通路的異常激活貫穿于IBD發生發展的整個過程，故而針對Wnt/β-catenin信號通路靶向治療IBD有很大的潛力。

3.1ISC中Wnt/β-catenin信號通路的藥物誘導調節ZHU等［25］發現，原花青素B2可通過抑制ISC中核因子E2相關因子2/抗氧化反應元件（Nrf2/ARE）信號氧化應激，增強Wnt/β-catenin信號傳導，促進富含亮氨酸重復序列的G蛋白偶聯受體5陽性腸干細胞（Lgr5（+）ISCs）驅動再生，進而促進腸道損傷修復。將8周齡雄性小鼠隨機分為對照組、UC模型組、水楊磺胺吡啶（SASP）組、低劑量和高劑量二十二碳六烯酸（DHA）組、低劑量和高劑量二十碳五烯酸（EPA）組，給予DHA、EPA和SASP組相應地口服治療9周。其中，第5～9周，對照組給予蒸餾水，其他組給予含2%葡聚糖硫酸鈉（DSS）的蒸餾水誘導UC，最終檢測Wnt/β-catenin通路的增殖相關蛋白表達。結果顯示，EPA組治療效果優于DHA組，可顯著減輕DSS誘導的小鼠結腸炎［26］。WIBOWO等［27］在DSS誘導的IBD模型中發現，β-catenin活化增加，且隨著維生素D劑量的增加腸道黏膜修復逐漸改善。表明維生素D可作為Wnt-βcatenin信號通路激活的誘導劑，通過促進多能干細胞增殖進而促進結腸黏膜的修復。ZHU等［28］發現，黃芩苷通過阻斷磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信號通路，使緊密連接蛋白和β-catenin的表達增加，進而促進腸干細胞增殖及黏膜愈合，顯著減輕2，4，6-三硝基苯磺酸誘導的結腸炎。

3.2非ISC中Wnt/β-catenin信號通路的藥物誘導調節在非ISC中，ZHU等［29］發現，miR-155拮抗劑通過激活Wnt/β-catenin信號通路調節輔助性T細胞17/調節性T細胞（Th17/Treg），從而減輕DSS誘導的小鼠結腸炎。WANG等［30］通過建立DSS誘導的小鼠IBD疾病模型發現，白藜蘆醇通過Wnt/β-catenin通路抑制泛素蛋白修飾分子-1，從而減輕DSS所致的IBD。HUANG等［31］通過研究胡椒胺（PL）對DSS誘導的小鼠急性結腸炎和氧化偶氮甲烷/葡聚糖硫酸鈉（AOM/DSS）誘導的小鼠結直腸癌的治療作用中發現，PL可通過下調促炎細胞因子環氧合酶-2、白細胞介素-6、上皮-間充質轉化相關因子、β-catenin和蝸牛蛋白的表達，抑制小鼠結腸炎的炎癥反應，減少大腫瘤（直徑>2 mm）的發生率，但不能改善結腸炎的癥狀及降低小腫瘤（直徑<2 mm）的發生率，表明PL可能是治療結腸炎和結直腸癌的有效藥物。DONG等［32］通過構建大鼠模型發現，SASP和益生菌通過抑制Wnt/β-catenin信號通路的激活來減輕炎癥，改善腸道功能，恢復腸道結構，從而減輕UC癥狀。

3.3針對Wnt/β-catenin信號通路治療IBD的潛在靶點TERRY等［33］發現，隨著UC和CD患者活檢組織中炎癥的增加，WIF-1在隱窩和固有層的染色顯著增強。WiF-1是一種抑制性蛋白，通過阻斷WNT與其受體復合物的相互作用，導致該途徑的最終產物下調。這些發現將可為Wnt/β-catenin信號通路系統和WIF-1在IBD治療中的新應用提供指導。DENG等［34］發現，M2巨噬細胞衍生的外泌體miR-590-3p，通過靶向大腫瘤抑制基因，激活Yes相關蛋白/β-catenin調節的轉錄，減少炎癥信號，進而促進腸上皮再生，為UC的臨床治療提供了新的契機。LI等［35］發現，miR155的高表達上調了磷酸化的糖原合成酶激酶-3β（GSK3β）、LEF和T細胞因子-4的水平，從而抑制Wnt/β-catenin信號通路的負性調節因子HMG盒轉錄因子1的表達，最終加重結腸炎及其腸纖維化癥狀。這項研究揭示了miR-155誘導腸纖維化的可能機理，可為結腸炎相關腸狹窄的治療提供潛在的治療靶點。YU等［36］發現，IL-1β預刺激可有效下調子宮內膜再生細胞中分泌型蛋白DKK1（Dickkopf-1）的表達，進而促進結腸和脾組織中Wnt/β-catenin信號通路的激活，顯著減輕結腸炎小鼠的結腸損傷、體重減輕和結腸長度縮短，可為結腸炎的治療提供新的治療靶點。

在腸道中，Wnt/β-catenin信號通路對腸上皮細胞的增殖、分化和修復至關重要。IBD中異常的Wnt/β-catenin信號通路干擾了ISC的增殖分化過程，破壞了腸上皮屏障的穩態，使管腔微生物侵入黏膜進而引起腸道炎癥。在ISC中，針對Wnt/β-catenin信號通路的藥物促進干細胞增殖，誘導分泌細胞譜系分化，并恢復干細胞的可塑性。在非ISC中，通過藥物抑制Wnt/β-catenin信號通路相關免疫調節因子的分泌，進而有效減輕結腸炎相關癥狀。目前，針對Wnt/β-catenin信號通路治療IBD的藥物有多種，包括天然植物化學物質、植物提取物和合成化合物等。然而，我們需要意識到，針對Wnt/β-catenin信號通路的藥物可能會影響干細胞群體，進而出現胃腸道反應、骨損傷和血管毒性等副作用，其安全性尚需進一步探討。同時，盡管這些藥物已被明確證明干擾Wnt通路，但尚不清楚其是否直接與這種通路相關的復合物結合。總之，Wnt/β-catenin信號通路調控網絡的復雜性以及腸道細胞增殖和分化的可塑性為治療IBD的藥物開發帶來了新的機遇和挑戰。

［1］ NG S C， SHI H Y， HAMIDI N， et al. Worldwide incidence and prevalence of inflammatory bowel disease in the 21st century： A systematic review of population-based studies［J］. Lancet， 2017，390（10114）：2769-2778.

［2］ GURUDU S， FIOCCHI C， KATZ J A. Inflammatory bowel disease［J］. Best Pract Res Clin Gastroenterol， 2002，16（1）：77-90.

［3］ GREUTER T， VAVRICKA S R. Extraintestinal manifestations in inflammatory bowel disease - epidemiology， genetics， and pathogenesis［J］. Expert Rev Gastroenterol Hepatol， 2019， 13（4）： 307-317.

［4］ KHOUNLOTHAM M， KIM W， PEATMAN E， et al. Compromised intestinal epithelial barrier induces adaptive immune compensation that protects from colitis［J］. Immunity， 2012，37（3）：563-573.

［5］ ATREYA R， NEURATH M F. IBD pathogenesis in 2014： Molecular pathways controlling barrier function in IBD［J］. Nat Rev Gastroenterol Hepatol， 2015，12（2）：67-68.

［6］ GERSEMANN M， STANGE E F， WEHKAMP J. From intestinal stem cells to inflammatory bowel diseases［J］. World J Gastroenterol， 2011，17（27）：3198-3203.

［7］ SWAFFORD D， SHANMUGAM A， RANGANATHAN P， et al. Canonical Wnt signaling in CD11c+APCs regulates microbiota-induced inflammation and immune cell homeostasis in the colon［J］. J Immunol， 2018，200（9）：3259-3268.

［8］ OZAWA M， BARIBAULT H， KEMLER R. The cytoplasmic domain of the cell adhesion molecule uvomorulin associates with three independent proteins structurally related in different species［J］. Embo J， 1989，8（6）：1711-1717.

［9］ CASTA?O J， RAURELL I， PIEDRA J A， et al. β-catenin N- and C-terminal tails modulate the coordinated binding of adherens junction proteins to beta-catenin［J］. J Biol Chem， 2002，277（35）：31541-31550.

［10］ KOMIYA Y， HABAS R. Wnt signal transduction pathways［J］. Organogenesis， 2008，4（2）：68-75.

［11］ 朱秋杰，周加義，梁少杰，等.Wnt/β-連環蛋白信號驅動小腸上皮更新和再生機制的研究進展，動物營養學報［J］.2019，31（11）：4995-5002.

［12］ ULLMAN T A， ITZKOWITZ S H. Intestinal inflammation and cancer［J］. Gastroenterology， 2011，140（6）：1807-1816.

［13］ BARKER N. Adult Intestinal stem cells： Critical drivers of epithelial homeostasis and regeneration［J］. Nat Rev Mol Cell Biol， 2014，15（1）：19-33.

［14］ IMHANN F， VICH VILA A， BONDER M J， et al. Interplay of host genetics and gut microbiota underlying the onset and clinical presentation of inflammatory bowel disease［J］. Gut， 2018，67（1）：108-119.

［15］ IIZUKA M， KONNO S. Wound healing of intestinal epithelial cells［J］. World J Gastroenterol， 2011，17（17）：2161-2171.

［16］ SERAFINI E P， KIRK A P， CHAMBERS T J. Rate and pattern of epithelial cell proliferation in ulcerative colitis［J］. Gut， 1981，22（8）：648-652.

［17］ MIYOSHI H， VANDUSSEN K L， MALVIN N P， et al. Prostaglandin E2 promotes intestinal repair through an adaptive cellular response of the epithelium［J］. Embo J， 2017，36（1）：5-24.

［18］ KARIN M， CLEVERS H. Reparative inflammation takes charge of tissue regeneration［J］. Nature， 2016，529（7586）：307-315.

［19］ WEHKAMP J， WANG G， KüBLER I， et al. The paneth cell alpha-defensin deficiency of ileal Crohn's disease is linked to Wnt/Tcf-4［J］. J Immunol， 2007，179（5）：3109-3118.

［20］ KOCH S， NAVA P， ADDIS C， et al. The Wnt antagonist Dkk1 regulates intestinal epithelial homeostasis and wound repair［J］. Gastroenterology， 2011，141（1）：259-268.

［21］ WHYTE J L， SMITH A A， HELMS J A. Wnt signaling and injury repair［J］. Cold Spring Harb Perspect Biol， 2012，4（8）：a008078.

［22］ KOCH S， NUSRAT A. The life and death of epithelia during inflammation： lessons learned from the gut［J］. Annu Rev Pathol， 2012，7：35-60.

［23］ ZHAO X， MA L， DAI L， et al. TNF?α promotes the malignant transformation of Intestinal stem cells through the NF?κB and Wnt/Β?catenin signaling pathways［J］. Oncol Rep， 2020，44（2）：577-588.

［24］ NAVA P， KOCH S， LAUKOETTER M G， et al. Interferon-gamma regulates intestinal epithelial homeostasis through converging beta-catenin signaling pathways［J］. Immunity， 2010， 32（3）：392-402.

［25］ ZHU X， TIAN X， YANG M， et al. Procyanidin B2 promotes intestinal injury repair and attenuates colitis-associated tumorigenesis via suppression of oxidative stress in mice［J］. Antioxid Redox Signal， 2021，35（2）：75-92.

［26］ ZHANG Z， XUE Z， YANG H， et al. Differential effects of EPA and DHA on DSS-induced colitis in mice and possible mechanisms involved［J］. Food Funct， 2021，12（4）：1803-1817.

［27］ WIBOWO S， SUBANDIYAH K， HANDONO K， et al. Role of vitamin D in wnt pathway activation for colonic epithelial cell differentiation［J］. J Taibah Univ Med Sci， 2021，16（4）：575-581.

［28］ ZHU L， SHEN H， GU P Q， et al. Baicalin alleviates TNBS-induced colitis by inhibiting PI3K/AKT pathway activation［J］. Exp Ther Med， 2020，20（1）：581-590.

［29］ ZHU F， LI H， LIU Y， et al. MiR-155 Antagomir protect against DSS-induced colitis in mice through regulating Th17/Treg cell balance by Jarid2/Wnt/β-Catenin［J］. Biomed Pharmacother， 2020，126：109909.

［30］ WANG J， ZHANG Z， FANG A， et al. Resveratrol attenuates inflammatory bowel disease in mice by regulating SUMO1［J］. Biol Pharm Bull， 2020，43（3）：450-457.

［31］ HUANG J R， WANG S T， Wei M N， et al. Piperlongumine alleviates mouse colitis and colitis-associated colorectal cancer［J］. Front Pharmacol， 2020，11：586885.

［32］ DONG L N， WANG M， GUO J， et al. Influences of probiotics combined with sulfasalazine on rats with ulcerative colitis via the Wnt/Β-catenin signaling pathway［J］. Eur Rev Med Pharmacol Sci， 2019，23（14）：6371-6378.

［33］ TERRY R， CHINTANABOINA J， PATEL D， et al. Expression of WIF-1 in inflammatory bowel disease［J］. Histol Histopathol， 2019，34（2）：149-157.

［34］ DENG F， YAN J， LU J， et al. M2 macrophage-derived exosomal mir-590-3p attenuates dss-induced mucosal damage and promotes epithelial repair via the LATS1/YAP/ β-Catenin signalling axis［J］. J Crohns Colitis， 2021，15（4）：665-677.

［35］ LI N， OUYANG Y， XU X，et al. MiR-155 promotes colitis-associated intestinal fibrosis by targeting HBP1/Wnt/β-Catenin signalling pathway［J］. J Cell Mol Med， 2021，25（10）：4765-4775.

［36］ YU D， ZHAO Y， WANG H， et al. IL-1β pre-stimulation enhances the therapeutic effects of endometrial regenerative cells on experimental colitis［J］. Stem Cell Res Ther， 2021，12（1）：324.

（2022-03-25）

喬成棟（E-mail： qcd2000@163.com）

10.3969/j.issn.1002-266X.2022.28.024

R574

A

1002-266X（2022）28-0101-04