Wnt/β-catenin信号转导通路与肺纤维化的关系

祝 艳，冯华松海军总医院 呼吸内科，北京 00048；安徽医科大学研究生学院，安徽合肥 3003

Wnt/β-catenin信号转导通路与肺纤维化的关系

祝 艳1,2，冯华松1
1海军总医院 呼吸内科，北京 100048；2安徽医科大学研究生学院，安徽合肥 230032

Wnt信号转导通路是与哺乳动物发育以及细胞分化、增殖密切相关的信号通路。经典Wnt通路中，β-连环蛋白为其下游的关键调控因子。众多研究表明，在肺纤维化的发生发展中，Wnt/β-catenin信号转导通路起着不可替代的调控作用。本文就Wnt/β-catenin信号转导通路与肺纤维化的关系及其研究进展做一综述，旨在探讨此通路在肺纤维化治疗中存在的潜在靶点。

Wnt/β-catenin信号转导通路；肺纤维化；靶基因

Wnts(wingless-type MMTV integration site family members)是一个分泌性糖蛋白家族，具有自分泌或旁分泌作用。生理状态下，通过与细胞膜上的受体相结合，调节胞内相关靶基因的表达，调控生物体的生理病理过程。同时，Wnts蛋白家族也是在生物演化过程中高度保守的信号分子。Wnt蛋白及其下游的关键分子β-连环蛋白(β-catenin)等众多靶基因构成的Wnt/β-catenin信号转导通路，是肺组织发育所必需的分子信息传递系统，其表达异常与肺纤维化和肺部肿瘤等呼吸系统疾病均存在紧密的联系。肺纤维化主要由放射线、肺部炎症、药物等因素引起，表现为肺泡上皮的损伤和成纤维细胞增殖的病理特征，是多种呼吸系统疾病的一个发展阶段，目前尚无特效的治疗方法。关于Wnt/β-catenin信号转导通路与肺纤维化的多项研究已经广泛展开。

1 Wnt/β-catenin信号转导通路概述

Wnt信号传导通路主要分两类：经典的Wnt信号传导通路和非经典的Wnt信号通路[1]。经典的Wnt信号传导通路即β-catenin依赖性传导通路，是目前研究比较深入的Wnt通路，也是最具特征性的Wnt信号通路[2]。

经典Wnt信号通路的激活机制：细胞外的Wnt蛋白与跨膜受体卷曲蛋白(frizzled，Frz)和低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP5/6)复合物结合，激活细胞内的蓬乱蛋白(dishevelled，Dsh)，由此抑制糖原合成激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)的活性并使其从轴蛋白(Axin)上脱落，β-catenin的磷酸化因酶体复合物中酪蛋白激酶Ⅰα(CaseinⅠα，CKⅠα)及GSK-3β改变而受抑制。进而，β-catenin降解减少，游离水平在细胞质中累积并发生核转移，与核内又发生一系列的分子反应并产生相应的生物学效应[3]。

当机体受到刺激后，Wnt配体蛋白与跨膜受体结合，诱导负性调节信号轴蛋白(Axin)的跨膜转运[1]。Axin发生膜转运之后，磷酸化的低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(LRP5/6)由CK1或者GSK3介导催化Axin与LRP5/6结合，蓬乱蛋白与Axin和Frz结合后，Dsh被磷酸化而激活，而GSK的活性则受到了抑制，从而激活一系列保护βcatenin的机制，表现为β-catenin在细胞质中持续积累[4]，达到一定水平后发生核内转移，核内转录因子T细胞因子/淋巴样增强因子(TCF/LEF)与β-catenin形成复合体，定位于Wnt靶基因的启动子部位，激活一系列Wnt信号靶基因的转录，促进细胞增殖和活化[5-6]。目前为止，研究发现的Wnt/β-catenin靶基因已有20多种，包括细胞增殖调控基因、发育控制基因和与肿瘤发生相关基因，如细胞周期蛋白D1(cyclinD1)基因、基质金属蛋白酶基因等，调控细胞的增殖和分化[7]。其中，参与肺纤维化的基因有基质金属蛋白酶(MMP)-7，3，9及CTGF和TGF-β等。

作为Wnt信号通路的关键蛋白之一，β-catenin是经典Wnt信号通路中的开关信号分子[8]，起着枢纽作用。正常功能状态下，β-catenin磷酸化降解，从而使细胞质内游离β-catenin浓度保持相对较低状态[8]。此过程中起关键作用的是β-catenin降解复合物。它由Axin、结肠息肉病蛋白(adenomat-osis polyposis coli，APC)、蛋白激酶2A(protein phosphatase 2A，PP2A)、GSK3、CKI组成，供GSK3黏附，促进β-catenin的磷酸化和降解[1]。当机体受到体内外刺激，Wnt信号活化，β-catenin发生核转移作为该信号通路的激活的标志[9]。

2 Wnt/β-catenin信号通路相关因子在肺纤维化中的表达

肺纤维化是多种原因(慢性肺部炎症、放射线、粉尘等)引起的以肺成纤维细胞(lung fibroblasts，LF)异常增殖、基质金属蛋白酶/基质金属蛋白酶组织抑制因子(MMPs/TIMPS)系统失衡[10-11]，胶原产生增多、降解减少，细胞外基质(extracellular matrix，ECM)大量聚集为特征，肺部结构重塑，肺通气/换气功能逐渐下降。肺纤维化的形成是肺损伤反复发生与修复异常所致。近年来多项研究表明，Wnt信号通路与肺纤维化关系密切，影响肺纤维化的发生、发展[12-13]。

肺成纤维细胞是肺纤维化的主要效应细胞，可分化为特异性表达α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)的肌成纤维细胞(myofib-roblast，MF)。肌成纤维细胞兼具成纤维细胞和平滑肌细胞的性质，是ECM最重要的来源[14]。肺成纤维细胞趋化到效应部位发挥作用是发生肺纤维化的关键。Lam等[15]研究发现，系统性硬化症合并晚期肺纤维化的患者肺中，肺成纤维细胞胞核内β-catenin积聚，并认为肺成纤维细胞中β-catenin信号通路的激活是肺纤维化的共同特征。另有研究发现，IPF病人成纤维细胞灶内β-catenin向成纤维细胞核转移[16]。赵亚东等[17]发现在人胚肺成纤维细胞内β-catenin高表达可降低上皮型钙黏连素的表达，降低细胞间黏附，有利于细胞趋化。其机制可能是细胞内β-catenin增加并竞争性抑制GSK-3β磷酸化Snail，进而Snail发挥生物学作用抑制上皮型钙黏连素的表达，为成纤维细胞趋化打开通路。

Chilosi等[18]通过对Wnt途径在特发性肺纤维化/寻常型间质性肺炎(idiopa-thic pulmonary fibrosis/usual interstitial pneumonia，IPF/UIP)中的激活作用的研究，发现IPF胞核内β-catenin水平与cyclinD1、MMP基因水平表达同步，β-catenin水平表达升高，后者也随之增加，这或许是造成成纤维细胞异常增殖的原因之一。此外，研究推断IPF/UIP中部分成纤维细胞可以直接来源于进行性损伤和修复部位的上皮细胞前体。即在肺纤维化过程中发生了上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)。EMT也被认为是肺纤维化发生发展的新模式。肺EMT促进至少1/3的成纤维细胞形成，明显加剧肺纤维化的形成。Wnt信号通路在肺纤维化中异常活化则被认为可能是肺纤维化EMT的一个重要原因[19]。

曾庆富等[20]发现在小鼠肺纤维化模型中，转化生长因子β(transforming growth factor-β1，TGF-β1)表达异常增高。TGF-β1活化后，大鼠的肺纤维化反应也变得更加显著；相反，抑制TGF-β1的反应可降低和减轻肺纤维化，对肺纤维化产生保护作用[21]。研究表明，TGF-β1是纤维化中诱导肌成纤维细胞分化效果最为明显的细胞因子之一[22-23]，同时也是EMT的重要诱导因子，在EMT促进纤维化过程中占据重要地位。TGF-β1通过促进上皮细胞表型的丢失而在纤维化的进程中起重要的促进作用[24]。另有研究[25]发现，TGF-β通过Smad途径与β-catenin发挥协同，在EMT过程中起推动作用[26]。据此，我们似乎可推断TGF-β协同Wnt信号通路诱导激活细胞EMT程序[27]，推动着肺纤维化的发展进程。

Königshoff等[16]在对特发性肺纤维化的研究中发现Wnt配体蛋白和受体、β-catenin及其靶基因等在肺中的表达较高，明显高于对照组的表达水平。此外，有研究结果表明，Wnt信号通路可通过调控MMP基因而促进纤维母细胞向受损部位迁移和聚集，证实Wnt通路靶基因MMP7参与了肺纤维化的发生[28]。

3 Wnt/β-catenin信号通路与抗纤维化

目前，多项研究通过Wnt拮抗剂、显性负性作用以及一些细胞因子等方法成功调控该通路。另外去甲基化、基因敲除、竞争性抑制及小干扰RNA(siRNA)等技术均可用来削弱或阻断Wnt信号途径。

Wnt拮抗剂根据作用方式可分为以下两类：第一类通过直接结合Wnt，影响改变其与Frz受体复合物的结合能力，而发挥拮抗作用抑制Wnt信号转导；第二类通过结合Wnt受体复合体LRPS/LRP6发挥抑制作用。第一类拮抗剂括分泌性Frizzded蛋白家族(即sFRP家族)、wif-l和Cerbrus，其中sFRP类抑制了Wnt作用的经典和非经典通路；而目前发现的第二类抑制剂只有Dickkopf(DKK)家族，仅抑制Wnt经典通路[29]。

Wnt诱导分泌蛋白-1(WISP-1)是Wnt信号通路活化后的下游靶基因之一，在细胞增殖、迁移中发挥作用，调控肺纤维化的进程。Königshoff等[19]在小鼠肺纤维化模型和IPF患者中发现WISP-1的表达均升高。模型小鼠的肺泡上皮Ⅱ型细胞(ATⅡ)增殖加快并发生EMT，ECM的沉积加速；WISP-1中和抗体则可下调EMT相关基因的表达。这表明基因表达中的变化与肺纤维化明显减轻有关，并由此可推测WlSP-1可能是抗肺纤维化治疗的潜在靶点，拮抗WISP-1可以遏制肺纤维化发展。

Henderson等[30]对博莱霉素致肺纤维化小鼠的研究中，应用ICG-001特异性抑制Wnt信号通路，结果发现该通路下游靶基因MMP-3，MMP-9、细胞周期蛋白D1以及胶质蛋白基因如Ⅰ型胶原α2(COLlα2)，Ⅲ型胶原αl(COL3α1)等表达均下降，纤维化病变减轻，小鼠存活率较对照组明显升高，证明Wnt信号通路在纤维化过程中起促进作用，抑制该通路可能达到治疗纤维化的作用。

Flozak等[31]通过研究β-catenin对肺上皮细胞的分化调控，发现博来霉素致肺损伤模型的肺泡Ⅱ型上皮细胞Wnt/β-catenin通路被激活，抑制β-catenin/TCF信号通路活化后，则加重了肺泡Ⅱ型上皮细胞的损伤和死亡，幸存细胞的迁移及增殖能力减弱，Wnt/β-catenin信号通路可通过促进肺泡Ⅱ型上皮细胞的存活、迁移等参与肺损伤修复。

4 结语

肺纤维化是一种慢性进行性呼吸系疾病，随着病程的发展，呼吸功能愈加受限，严重影响患者的生存质量和生存期限。目前，肺纤维化的传统治疗方法，收效甚微。在分子水平对肺纤维化的研究为揭示其发生机制和针对性治疗提供了新的视角与方向。

关于Wnt/β-catenin信号转导通路与器官纤维化的研究越来越深入，此通路在纤维化进展中的作用机制也越来越明了，由此展开的针对其特异性靶点抗纤维化治疗的研究也越来越多。但是Wnt信号转导通路不仅在疾病发生中发挥重要作用，同时还具有广泛的生物学效应。在抗纤维化治疗中，通过对Wnt信号通路中关键蛋白及靶点的调控有可能会导致机体其他方面的失衡。鉴于此，有关Wnt/ β-catenin信号通路与肺纤维化发生发展与治疗机制尚需更深入的研究和探索。

1 王丽雅，廖学娟，郑晓辉，等．Wnt信号通路与骨髓间充质干细胞成骨之间的关系［J］.现代生物医学进展，2012，12（20）：3981-3984．

2 Mikels AJ， Nusse R. Wnts as ligands： processing， secretion and reception［J］. Oncogene， 2006， 25（57）： 7461-7468.

3 Gordon MD， Nusse R. Wnt signaling： multiple pathways， multiple receptors， and multiple transcription factors［J］. J Biol Chem，2006， 281（32）： 22429-22433.

4 Mulholland DJ， Dedhar S， Coetzee GA， et al. Interaction of nuclear receptors with the Wnt/beta-catenin/Tcf signaling axis： Wnt you like to know?［J］. Endocr Rev， 2005， 26（7）： 898-915.

5 Dawson K， Aflaki M， Nattel S. Role of the Wnt-Frizzled system in cardiac pathophysiology： a rapidly developing， poorly understood area with enormous potential［J］. J Physiol， 2013， 591（Pt 6）：1409-1432.

6 Rao TP， Kühl M. An updated overview on Wnt signaling pathways：a prelude for more［J］. Circ Res， 2010， 106（12）： 1798-1806.

7 于晓敏，王辰，王军．Wnt信号通路的生物学效应及其与肺部疾病的关系［J］.首都医科大学学报，2009，30（2）：182-184.

8 Bienz M. beta-Catenin： a pivot between cell adhesion and Wnt signalling［J］. Curr Biol， 2005， 15（2）： R64-R67.

9 Tolwinski NS， Wieschaus E. A nuclear function for armadillo/betacatenin［J］. PLoS Biol， 2004， 2（4）： E95.

10 张辉，刘敬禹．博莱霉素致小鼠肺纤维化中解整合素-金属蛋白酶17表达水平的研究［J］.解放军医学院学报，2014，35（9）：947-951．

11 王勇，杨永滨，马玉琛．MMP1，MMP2和TIMP2在雄附方干预大鼠肺间质纤维化中的作用［J］.解放军医学院学报，2013，34（4）：376-378．

12 Meuten T， Hickey A， Franklin K， et al. WNT7B in fibroblastic foci of idiopathic pulmonary fibrosis［J］. Respir Res， 2012， 13（1）：62.

13 Kim TH， Kim SH， Seo JY， et al. Blockade of the Wnt/β-catenin pathway attenuates bleomycin-induced pulmonary fibrosis［J］. Tohoku J Exp Med， 2011， 223（1）： 45-54.

14 Deng YL， Xiong XZ， Cheng NS. Organ fibrosis inhibited by blocking transforming growth factor-β signaling via peroxisome proliferatoractivated receptor γ agonists［J］. Hepatobiliary Pancreat Dis Int，2012， 11（5）： 467-478.

15 Lam AP， Flozak AS， Russell S， et al. Nuclear β-catenin is increased in systemic sclerosis pulmonary fibrosis and promotes lung fibroblast migration and proliferation［J］. Am J Respir Cell Mol Biol， 2011， 45（5）： 915-922.

16 Königshoff M， Balsara N， Pfaff EM， et al. Functional Wnt signaling is increased in idiopathic pulmonary fibrosis［J］. PLoS One， 2008，3（5）： e2142.

17 赵亚东，李振华，张梅英，等．高表达β-连环蛋白促进人胚肺成纤维细胞趋化及上皮型钙黏连素的表达［J］.中国病理生理杂志，2010，26（7）：1399-1403．

18 Chilosi M， Poletti V， Zamò A， et al. Aberrant Wnt/beta-catenin pathway activation in idiopathic pulmonary fibrosis［J］. Am J Pathol， 2003， 162（5）： 1495-1502.

19 Königshoff M， Kramer M， Balsara N， et al. WNT1-inducible signaling protein-1 mediates pulmonary fibrosis in mice and is upregulated in humans with idiopathic pulmonary fibrosis［J］. J Clin Invest， 2009， 119（4）： 772-787.

20 曾庆富，赵勇，钱仲棐，等．肺泡Ⅱ型TGFβ_1和PDGF基因表达及其在肺纤维化中的意义［J］.临床与实验病理学杂志，2001，17（1）：53-56．

21 Zhao J， Shi W， Wang YL， et al. Smad3 deficiency attenuates bleomycin-induced pulmonary fibrosis in mice［J］. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol， 2002， 282（3）： L585-L593.

22 Phan SH. Genesis of the myofibroblast in lung injury and fibrosis［J］. Proc Am Thorac Soc， 2012， 9（3）： 148-152.

23 Kage H， Borok Z. EMT and interstitial lung disease： a mysterious relationship［J］. Curr Opin Pulm Med， 2012， 18（5）： 517-523.

24 黄振杰，郑金旭，莫凯天，等．上皮细胞间质转化在肺纤维化发生发展中的作用［J］.医学综述，2011，17（1）：18-21．

25 Zhang P， Cai Y， Soofi A， et al. Activation of Wnt11 by transforming growth factor-β drives mesenchymal gene expression through noncanonical Wnt protein signaling in renal epithelial cells［J］. J Biol Chem， 2012， 287（25）： 21290-21302.

26 Kasai H， Allen JT， Mason RM， et al. TGF-beta1 induces human alveolar epithelial to mesenchymal cell transition （EMT）［J］. Respir Res， 2005， 6（6）： 56.

27 朱智杰，阮君山，李尧，等．Wnt信号通路诱导肿瘤细胞上皮间质转化的研究进展［J］.中国药理学通报，2012，28（7）：904-907．

28 Bühling F， Röcken C， Brasch F， et al. Pivotal role of cathepsin K in lung fibrosis［J］. Am J Pathol， 2004， 164（6）： 2203-2216.

29 Myung SJ， Yoon JH， Gwak GY， et al. Wnt signaling enhances the activation and survival of human hepatic stellate cells［J］. FEBS Lett， 2007， 581（16）： 2954-2958.

30 Henderson J， Chi EY， Ye X， et al. Inhibition of Wnt/beta-catenin/ CREB binding protein （CBP） signaling reverses pulmonary fibrosis［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 2010， 107（32）： 14309-14314.

31 Flozak AS， Lam AP， Russell S， et al. Beta-catenin/T-cell factor signaling is activated during lung injury and promotes the survival and migration of alveolar epithelial cells［J］. J Biol Chem， 2010， 285（5）：3157-3167.

Relationship between Wnt/β-catenin transduction signaling pathway and pulmonary fibrosis

ZHU Yan1,2, FENG Huasong1
1Department of Respiratory, Navy General Hospital, Beijing 100048, China;2Graduate School, Anhui Medical University, Hefei 230032, Anhui Province, China

FENG Huasong. Email: zhuyan112233@163.com

Wnt signaling transduction pathway is closely related to the development of mammals and the differentiation and proliferation of cell. Beta serial protein is the key regulatory factor in the downstream of canonical Wnt pathways. Numerous studies have shown that Wnt/β- catenin signaling pathway plays an unsubstituted role during the occurrence and development of pulmonary fibrosis. This paper reviews the relationship between Wnt/beta-catenin signaling pathway and pulmonary fibrosis in hope of exploring the potential targets gene for anti-fibrosis treatment which exist in this pathway.

Wnt/β-catenin signaling transduction pathway; pulmonary fibrosis; target gene

R 563.9

A

2095-5227(2015)10-1045-03 DOI：10.3969/j.issn.2095-5227.2015.10.022

时间：2015-06-01 10:23

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20150601.1023.001.html

2015-04-20

国家自然科学基金项目(81300050)

Supported by the National Natural Science Foundation of China(81300050)

祝艳，女，硕士。研究方向：放射性肺纤维化。Email: zhuyan112233@163.com