Wnt/β-catenin信号通路与毛囊的生长

兰雪梅，杨希川



Wnt/β-catenin信号通路与毛囊的生长

兰雪梅，杨希川

兰雪梅

[摘要]Wnt信号通路是广泛存在于多细胞真核生物中的一条高度保守的通路，它可调节细胞的增生、分化，维持干细胞的活性，影响细胞的迁移及极性。近年来研究显示，Wnt/β-catenin通路与毛囊的胚胎发生及生长密切相关。

[关键词]Wnt/β-catenin信号通路；毛囊生长

[J Pract Dermatol, 2015, 8(3):205-207]

Wnt信号通路是一种复杂的蛋白网络，在胚胎发育及肿瘤的发生中起着重要的作用。Wnt信号途径可调控皮肤、毛发、及其他皮肤附属器生长，其中对毛囊胚胎发生及生长的调控作用已经广受关注，且有证据证明Wnt/β-catenin信号途径在毛囊间质“第一信号”产生及调控毛囊生长周期中扮演着重要的角色[1]。本文对这一领域近年来的研究进展作一简要综述。

1　Wnt信号通路

Wnt信号通路至少包括4个分支：经典途径Wnt/β-catenin通路、非经典途径Wnt/polarity通路、Wnt/Ca2+通路及调节纺锤体定向和对称细胞分裂的通路。目前研究中与毛囊生长密切相关的是经典的Wnt/β-catenin通路。Wnt/polarity通路参与细胞极性的建立和细胞骨架的重排列，调节细胞骨架的不对称分布和上皮细胞的协同极化。Wnt/Ca2+调节细胞的运动和细胞的粘附性，但目前有研究认为Wnt/Ca2+通路能抑制Wnt/β-catenin通路[2]。

Wnt蛋白是一种分泌型的糖蛋白，它与靶细胞膜上的卷曲蛋白（frizzled, Fz）受体家族成员及Wnt共受体低密度脂蛋白受体家族成员（LRP5/LRP6）相结合。Wnt信号通路在DKK家族成员、分泌型卷曲相关蛋白、Wnt抑制因子拮抗下，胞质内的β-catenin 与APC-Axin-GSK-3β（结直腺瘤性息肉蛋白-轴素-激活糖原合成激酶）结合，从而使β-catenin磷酸化而降解。Wnt信号途径被激活后，Frizzled激活散乱蛋白（Dsh），Dsh进一步激活糖原合成激酶（GSK-3β）结合蛋白（GBP），GBP与APC-Axin-GSK-3β复合物相结合，并且GBP抑制复合物的磷酸化活性，致使不能降解β-catenin蛋白[2,3]。胞质内大量聚集的β-catenin进入细胞核内与T细胞转录因子（LEF/TCF）形成复合物，特异性结合靶基因转录启动子，调节转录过程而影响细胞的生物学行为[4,5]。

Wnt蛋白可以分为Wnt1类蛋白和Wnt 5a类蛋白。Wnt1类蛋白参与Wnt/β-catenin通路，包括Wnt1、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt7a、Wnt8a、Wnt8b、Wnt10b等。Wnt5a类蛋白主要参与非经典途径，包括Wnt4、Wnt5a、Wnt11等[1]。目前的研究认为Wnt信号途径是毛囊形成所必需的信号途径，但是哪种类型的Wnt蛋白参与了毛囊基板的形成尚不明确。DKK1（Dickkopf-1）是一种经典Wnt/β-catenin信号通路细胞外抑制剂，DKK家族包括DKK1、2、3、4。现目前广泛应用于Wnt信号途径的研究中，它通过竞争性地结合Wnt蛋白共同受体LRP5/LRP6，从而抑制Wnt/β-catenin通路[2,6,7]。Cerberus(Cer)和FrzB通过与Wnt蛋白相结合，阻止了Wnt蛋白与Fz受体相结合，同样阻断经典的Wnt/β-catenin通路[2]。

2　毛囊的形成

毛囊由上皮部分（毛干、内毛根鞘、伴随层、外毛根鞘、毛母质）和间质部分（真皮乳头和结缔组织鞘）组成。哺乳动物胚胎发育过程中，表皮与真皮一系列的相互作用导致了毛囊的初步形成。目前认为诱导毛囊形成的“第一信号”来自于真皮。真皮发出“第一信号”后，表皮的基底细胞增厚，形成原始毛囊结构-基板。随后，基板发出信号，诱导间质细胞在其下方聚集，形成真皮细胞凝聚体，真皮细胞凝聚体将进一步发育，形成毛囊的毛乳头。真皮细胞凝聚体发出“第二信号”促使基板的上皮细胞不断的向真皮分裂增生，形成毛囊的胚芽。沿着初始毛囊生长的长轴，形成两个球部：上方的球部将发育成皮脂腺，而下方的球部则会发育成立毛肌附着处及假定的毛囊干细胞所在地——隆突。最后，上皮细胞增生分化为毛囊的不同结构层。在毛囊形成过程中，“第一信号”触发了表皮的基板形成，且来自于间质的促进生长和抑制生长的信号相互作用，共同调节着基板的正常形成和发育[1,8]。

3　Wnt/β-catenin通路与毛囊的胚胎发生

虽然目前还不清楚真皮“第一信号”的组成，但确定有数条信号途径参与诱导基板的形成。Eda-A1/Edar/Edaradd信号通路中，TNF家族成员Eda通过与Edar和NFκ相结合调节基板的初步形成，BMP信号通路负性调节基板的形成，Sonic Hedgehog(SHH)信号通路调节基板的增生及向下生长，而Wnt信号途径对基板的形成与Edar的表达至关重要。目前研究认为，Wnt/β-catenin信号通路、BMP信号通路、Eda-A1/Edar/Edaradd信号通路、Sonic Hedgehog(SHH)信号通路与毛囊的形成和生长有关[8]。其中Wnt/β-catenin信号通路对小鼠胚胎时期毛囊的形成至关重要。Maretto等在动物实验中发现，毛囊生长过程中小鼠表皮及真皮细胞凝聚体Wnt蛋白报告基因表达升高，当毛囊表皮细胞向毛干分化时，可以检测到毛干前体细胞Wnt蛋白报告基因表达降低。1999年对雏鸡长毛区研究发现：基板形成2 d前可以检测到细胞核内β-catenin的集聚[9]。将小鼠表皮的β-catenin基因敲除后，导致小鼠的表皮不能形成基板，同时基板形成过程中的生物学标志仅局灶性的表达[10]。在基板、真皮细胞凝聚体中发现阳性反应Wnt报告基因TOPGAL、数个Wnt蛋白基因，再次证明Wnt途径在毛囊形成过程中上皮与间质交互作用中起着重要的作用[11]。 实验发现Lef1是Wnt信号途径所必需的因子，β-catenin- Lef1复合物在体内能够直接调控毛干角蛋白基因的表达，证明Wnt/β-catenin信号通路对毛干的分化起着重要的作用[12]。在小鼠的毛囊真皮内发现了有Lef1表达，研究者认为Lef1是小鼠触须处毛囊而不是皮毛处毛囊形成过程所必需的因子，而此推测Wnt信号途径激活某些类型毛囊真皮“第一信号”。由于Lef1是毛囊触须部位毛囊生长以及早期小鼠皮毛部位毛囊生长所必需的，研究者推测毛囊的进一步生长需要Wnt途径的激活[10]。

但有一些问题尚待进一步研究，即是否只有Wnt信号通路激发毛囊的形成或某些类型毛囊形成；目前没有携带失去功能Wnt突变基因的有毛小鼠的报道；目前没有Wnt信号途径的下游效应基因（如β-catenin、Lef1基因）获得或失去功能突变后有毛小鼠的证据[13]。

为证明Wnt蛋白是毛囊形成生长所必需的这一假说，Thomas Andl等构建了DKK1转基因小鼠模型，转基因小鼠表皮基底层细胞分泌的DKK1不但可以阻断其邻近真皮的Wnt信号，同时可以阻断表皮的Wnt信号。他们发现小鼠皮肤高表达DKK1，且DKK1阻断了所有类型毛囊、触须、牙齿、乳腺的生长，由此认为Wnt蛋白是毛囊生长、牙齿及乳腺的形成所必需，真皮“第一信号”的获得对表皮基板正常的形成起着决定性的作用，而DKK1抑制Wnt途径阻断了毛发的生长，证明了Wnt信号途径是真皮“第一信号”所必需的[15]。在敲除皮肤中的APC基因（Wnt/β-catenin信号途径细胞内抑制基因）后发现胚胎毛囊及异常的毛囊数目增加，但不影响毛囊间上皮的生长和分层[14]。

4　Wnt/β-catenin途径与毛发生长

毛发生长周期分为3个阶段：生长期、退行期、休止期。与胚胎时期毛囊发生机制相同，毛囊的细胞进一步增生、分化也需要毛囊间质成分与表皮成分相互作用，目前研究表明Wnt/β-catenin途径参与调节毛发的生长。在毛囊生长早期，在真皮毛乳头附近可检测到Wnt10b蛋白的表达，在毛囊的隆突部位发现Wnt10b基因表达增加。目前有研究认为Wnt10b对毛囊生长周期起着重要的调控作用。Wnt10b主要表达于生长期的毛囊，而不表达于退行期和休止期的毛囊[11]。Li等[15]为了证明Wnt10b蛋白的作用，利用siRNA(ADSim10b)皮内注射，观察到在注射siRNA的部位其毛囊的生长期延后，且siRNA通过抑制β-catenin蛋白从而达到阻断毛囊的再生。研究者还发现即使在Wnt10b过度表达时，Wnt10b可抑制下游β-catenin蛋白的激活。因而推测Wnt10b通过Wnt/β-catenin信号通路使休止期的毛囊进入生长期；其他的Wnt蛋白有可能调控毛囊从休止期进入生长期；非经典的Wnt途径有可能也参与这一调控过程。Huelsken等[8]利用Cre/loxP技术诱导突变型β-catenin基因形成，使携带该突变小鼠不能表达β-catenin蛋白。在小鼠胚胎时期，β-catenin基因突变使毛囊基板不能形成。在毛囊结构形成之后，突变β-catenin基因使毛囊不能进入毛发生长周期，从而抑制了毛发的生长。当缺乏β-catenin蛋白表达时，毛囊干细胞不能分化成毛囊角蛋白细胞，证明了Wnt/β-catenin途径中β-catenin蛋白调控毛囊基板的形成、毛发生长周期、毛囊干细胞的分化。

真皮中毛囊周围的宏观环境在调控毛囊的再生中起着重要的作用，而这一作用是由Wnt/β-catenin信号通路的整合作用而实现。在毛发生长周期中，Wnt/BMP信号通路调节毛囊干细胞的生物学行为。来自于皮下脂肪组织的BMP信号通路使毛囊处于休止期前期，并且抑制休止期前期的毛囊对Wnt信号途径发生反应。当BMP途径关闭时，毛囊进入休止期后期，这个时期的毛囊能够接受Wnt信号途径的刺激进入生长期。毛囊周期性更替过程中，抑制（DKK1、Sfrp4）和促进因素的比率对毛囊的生长至关重要。体外环境因素（温度、昼长等）可以控制体内调节因素（DKK1、Sfrp4）的表达[16]。故认为Wnt信号途径作为一个整合器处理体外信号，进而调控毛囊生长[17]。

Wnt基因作为进化过程中高度保守的家族，它参与调节胚胎发育过程中的细胞增生、分化、极化、凋亡、抗凋亡、体轴与胚胎的形成、器官的发育、干细胞的分化。同时Wnt信号途径也与毛囊的生长密切相关，是近几年来毛囊研究的热点之一。Wnt信号通路在调节毛囊的数量、大小、生长、再生中起着重要的作用，在这一信号通路中可以通过分泌Wnt蛋白、Wnt蛋白与其受体相结合、β-catenin蛋白聚集与转位、Wnt蛋白的种类、Wnt蛋白抑制剂等各个环节来调控毛囊生长。Wnt信号途径调控毛囊生长机制将是今后研究的焦点。

【参 考 文 献】

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（本文编辑 敖俊红）

作者单位：400038 重庆，第三军医大学西南医院皮肤科（兰雪梅，杨希川）

Wnt/β-catenin signaling pathways and hair follicle morphogenesis

LAN Xue-mei，YANG Xi-chuan
Department of Dermatovenerology, Southwest Hospital, the Military Medical University, Chongqing 400038, China

[Abstract]Wnt signaling pathway, a high conserved pathway, is widely presented in multicellular eukaryotes, which regulates cell proliferation, differentiation, maintains stem cell activity, as well as influences cell migration and polarity. In recent years, studies suggest that Wnt/β-catenin pathway and hair follicle morphogenesis are closely related.

[Key words]Wnt/β-catenin signaling pathways；Hair follicle morphogenesis

收稿日期（2014-06-29 修回日期 2014-08-03）

通讯作者：杨希川，E-mail: doctoryxc@qq.com

作者简介：兰雪梅，在读硕士研究生，研究方向：皮肤病理及毛发相关疾病，E-mail: 839070414@qq.com

DOI：10.11786/sypfbxzz.1674-1293.20150314

[文章编号]1674-1293(2015)03-0205-03

[文献标识码]A

[中图分类号]R322.995