Wnt信号通路与肺纤维化的研究进展

刘茗心综述，陈菊屏审校（四川医科大学第一附属医院呼吸内二科，四川泸州646000）

Wnt信号通路与肺纤维化的研究进展

刘茗心综述，陈菊屏△审校（四川医科大学第一附属医院呼吸内二科，四川泸州646000）

肺；结缔组织；纤维化；信号通路；综述

肺纤维化是多种间质性肺疾病的最后阶段，其特征是细胞外基质过度沉积和肺实质破坏。特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是最常见的弥漫性肺纤维化疾病［1］。IPF是以弥漫性肺泡炎和肺泡结构紊乱、最终出现肺间质纤维化为特征的疾病，该病呈进展性发展，诊断明确后患者生存时间中位数为3～5年。该病病因、发病机制至今不明，缺乏有效的治疗手段［2-3］。据相关资料统计分析表明，IPF的发病率和致死率呈逐年上升趋势，加重医疗负担，因此，研究其发病机制及治疗方法尤为重要。近年来，Wnt信号通路作为纤维化疾病的潜在治疗目标得到研究者的广泛关注，深入探讨Wnt信号通路在肺纤维化疾病中的作用，有助于进一步了解肺纤维化疾病的发病机制，可能为肺纤维化的治疗提供一条新途径。本文就Wnt信号通路与肺纤维化的研究进展作一综述。

1　Wnt信号通路

Wnt信号通路是进化保守和复杂的信号级联，具备调节重要器官发育和疾病方面的功能。其在胚胎发育和维持生物体内平衡中起着关键作用，Wnt信号通路所能引导的基本细胞生理过程的多样性体现了这一点，如胚胎发育中细胞命运决定、细胞极性、细胞增殖、细胞周期停滞和分化及凋亡、组织平衡等。其异常调节可引起严重的发育缺陷，并与多种疾病过程相关，最引人注目的是癌症。

Wnt信号通路的研究起始于30多年前Int-1基因的发现，Int-1是Nusse等［4］在小鼠乳腺癌模型中诱导出的一种原癌基因。Int-1后来被证实与果蝇的无翅基因（Wingless）为同源基因，二者合并由此命名为Wnt基因［5］。

Wnt信号通路发挥作用的途径主要分为以下2类：（1）经典Wnt通路，即Wnt/β-catenin（β-链蛋白）通路，通过β-catenin的转录活性起作用；（2）非经典Wnt信号通路，不依赖于β-catenin发挥作用，包括平面细胞极性通路（planar cell polarity，PCP），即Wnt/PCP通路，以及Wnt/Ca2+通路。虽然这种Wnt信号通路的分类对描述Wnt通路不同作用和功能很有帮助，但值得注意的是，这些信号传导不是独立的、相互排斥的，而是高度动态耦合的，这些途径之间发生串扰取决于细胞或组织类型和发育的界定阶段［6］。Wnt信号通路涉及细胞内外分子网络，19种分泌型糖蛋白构成了哺乳类的Wnt蛋白家族，是一系列保守的富含半胱氨酸残基的蛋白。信号传导由Wnt蛋白介导传至一系列称为卷曲蛋白（frizzled，Fz）的7次跨膜蛋白。几个其他的膜结合蛋白已确定为共受体，如低密度脂蛋白相关受体蛋白（low-density lipoprotein receptor-related protein，LRP）5/6受体，以及其他非经典7次跨膜蛋白信号受体。当异常激活Wnt信号通路时，胞外的Wnt蛋白与跨膜受体Fz/LRP结合，激活细胞质内的蓬乱蛋白（dishevelled，Dsh），将信号传送至几个分支。在Wnt/β-catenin信号传导中，Dsh破坏了由酪蛋白激酶（casein kinase 1，CK1）、糖原合成酶激酶-3β （glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）、结肠腺瘤息肉蛋白（adenomatous polyposis coli，APC），以及支架蛋白（axin）结合形成的复合物，β-catenin无法磷酸化，从而不能被泛素-蛋白体系降解，使β-catenin在细胞质内聚集。接着β-catenin进入细胞核，与T淋巴细胞因子/淋巴样增强因子（tcellfactor/lymphoid enhancer factor，TCF/ LEF）转录因子结合形成转录活性复合体，并驱动靶基因的表达［7］。转录过程中关键步骤是转录因子TCF/LEF［8］。TCF家族成员没有单独转录活化功能，受到Groucho、羧基末端结合蛋白（C-terminal-binding protein，CtBP）等抑制因子的约束。为了产生转录活性复合物，TCF/β-catenin募集转录共激活因子环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）结合蛋白（CBP）或与其密切相关的同源物p300，以及基底转录机制的其他成分，以引发转录。

Wnt/PCP通路由 Fat/Dachsous（Fat/Ds）、Fz、Dsh、Flamingo/Starry（Fmi/Stan）、Strabismus/VanGogh（Stbm/Vang）、Prickle（Pk）和Diego（Dgo）等蛋白组成［9］。PCP通路的作用主要与细胞的平面极性和纺锤体定位相关，通过激活小G蛋白（Rho或Rac）及Rho激酶c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）来发挥作用，并参与不对称性细胞骨架的重排及协调细胞极性的作用［10］。Wnt/Ca2+通路由Wnt5a和Wnt11激活，Wnt5a和Wnt11 与Fz受体结合后激活磷酸酯酶C，引起细胞内的Ca2+水平增加及下游信号分子蛋白激酶C的激活，从而引起转录因子活化T细胞核因子 （nuclear factor of activated T cells，NF-AT）在细胞核内的堆积及产生脱磷酸作用，以调节细胞黏着和细胞运动等。

2　肺纤维化与Wnt信号通路

2.1肺纤维化与Wnt/β-catenin信号通路传统观点认为，IPF是由慢性炎症所致，然而组织活检却没有显示明显炎症，在疾病早期也很少有突出的炎症迹象。Raghu等［11］在临床实验中使用糖皮质激素、免疫抑制剂等药物联合治疗未能阻止肺纤维化的进展，患者死亡和住院风险与安慰剂组相比反而增高。Königshoff等［12］研究发现，肺纤维化标本的肺泡Ⅱ型上皮细胞中存在Wnt信号通路的激活，采用实时荧光定量聚合酶链反应（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）方法发现 Wnt1、Wnt7b、Wnt10b，Fz2、Fz3，β-catenin及GSK-3β表达较正常组显著升高，并且Wnt 1、Wnt3a、βcatenin、GSK-3β的表达集中在肺泡及支气管上皮细胞。动物肺纤维化模型也有类似的结果，证明Wnt/β-catenin通路在肺纤维化形成过程中异常激活［13-14］。袁轶恺等［15］在肺纤维化患者肺活检组织标本中发现，细胞核内βcatenin、Wnt途径靶基因产物细胞周期蛋白 D1（CyclinD1）和基质金属蛋白酶等的高表达，提示Wnt信号通路的活化参与了肺纤维化的发生及发展。在肺纤维化动物模型的研究中，发现抑制Wnt/β-catenin通路可以减轻或逆转肺纤维化［16］。刘继柱等［17］研究证实，β-catenin在模型小鼠肺纤维化标本中发生持续高表达。目前各种研究发现并证实Wnt/β-catenin信号通路参与了肺纤维化的发生及发展过程，而抑制Wnt/β-catenin信号通路，减轻细胞表型转变，可以减少肺纤维化发生。因此，抑制Wnt/β-catenin信号通路的活性可能成为治疗IPF的一个新切入点。

2.2肺纤维化与非经典信号通路非经典Wnt信号通路的主要特征为不依赖β-catenin蛋白，通常包括Wnt/ Ca2+通路及PCP。近年研究表明，Wnt/PCP通路的信号蛋白可协同经典的Wnt/β-catinin通路一起参与胚胎干细胞不对称分配［18］。

3　肺纤维化中Wnt信号通路的调节

近年研究发现，Wnt信号通路参与了器官纤维化的发生、发展，这可能成为抗肺纤维化的治疗靶点，目前仍在研究阶段。

3.1Wnt信号分子抑制剂Wnt信号通路的抑制剂包括分泌Fz相关蛋白（secretedFrizzledrelatedproteins，sFRPs）、Wnt抑制蛋白（wnt inhibitory protein，WIF）、Dickkopf（Dkk）蛋白家族、Wise家族及Sclerostin（SOST）蛋白家族。sFRPs 和WIF为Fz配体的同源异构体，可直接与Wnt蛋白和（或）Fz蛋白结合抑制下游反应［19-20］。Dkk-1为Dkk蛋白家族中一员，是一种LRP5/6拮抗配体，可特异性阻断Wnt/β-catenin信号通路的转导。Sun等［21］在大鼠肺纤维化和组织修复过程中，发现Dkk-1可以抑制Wnt/βcatenin信号通路，促使间充质干细胞向肺泡上皮细胞转化，有助于修复受损的肺上皮细胞。含Kringle结构域的Kremen蛋白为另一种Dkk-1受体，可与Dkk-1相互作用，通过胞吞和减少表面受体的方式抑制Wnt信号通路［22］。Wise家族和SOST属于另一组LRP5/6拮抗配体，它对该信号通路也可发挥抑制作用［23］。

3.2靶向β-catenin表达和降解Wnt/β-catenin信号通路具有β-catenin依赖性，β-catenin为其中心蛋白。许多研究证实，在肺纤维化发生过程中，Wnt/β-catenin信号通路异常激活，β-catenin表达明显增高，故而需要进一步研究探讨靶向β-catenin的治疗能否作为肺纤维化治疗的一个新切入点［24］。黄文生等［25］用 β-catenin的shRNA载体质粒转染结肠癌细胞，发现其对结肠癌细胞具有沉默β-catenin基因表达的作用，因而抑制Wnt信号通路的转导，并对结肠癌细胞的生长有明显的抑制作用。张帆等［26］用β-catenin干扰RNA转染骨肉瘤细胞，发现转染后细胞中β-catenin的mRNA和蛋白较一般骨肉瘤细胞的表达减弱，同时，骨肉瘤细胞的侵袭力也明显降低。针对性的β-catenin干扰RNA能使肿瘤β-catenin的mRNA及蛋白表达下降，从而降低Wnt信号通路的转导力度，抑制肿瘤细胞的生长，成为抗肿瘤治疗的一个新靶点。而目前有关靶向β-catenin治疗在肺纤维化中的应用还有待进一步研究。

3.3与其他信号通路相互调节Wnt信号通路还与其他信号通路相互作用调节肺纤维化的发生及发展，如转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）、结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）、Smade蛋白、Notch通路等。目前研究已证实，Wnt信号通路与TGF-β通路存在联系，TGF-β信号通路与Wnt信号通路共同诱导上皮细胞转分化、抑制上皮组织中钙黏附蛋白（E-cadherinde）的表达，TGF-β可诱导Wnt通路下游基因的转录和蛋白的合成［27］。

4　结　语

肺纤维化发病率逐年提高，严重威胁着人类的健康，但目前对于肺纤维化疾病的治疗仍无特效药物，致使其成为一个亟待解决的问题。肺纤维化的病理过程是多条信号通路、多种细胞因子等共同协作所致，Wnt信号通路异常激活是肺纤维化发生发展的重要因素，其作用机制是多方面的。调控Wnt信号通路的信号转导有望作为抗肺纤维化治疗的一个重要靶点。虽然目前动物实验已取得一定研究进展，证实阻断该信号通路可阻止肺纤维化的发展，但其在临床中运用的研究报道仍较少，有关药物的有效性、耐药性及不良反应等还有待进一步研究。

［1］Borensztajn K，Crestani B，Kolb M.Idiopathic pulmonary fibrosis：from epithelial injury to biomarkers-insights from the bench side［J］.Respiration，2013，86（6）：441-452.

［2］Maher TM.Beyond the diagnosis of idiopathic pulmonary fibrosis；the growing role of systems biology and stratified medicine［J］.Cur Opin Pulm Med，2013，19（5）：460-465.

［3］Wand O，Kremer MR.Novel therapies for idiopathic pulmonary fibrosis［J］. Harefuah，2015，154（7）：446-450.

［4］Nusse R，Varmus HE.Many tumors induced by the mouse mammary tumor virus contain a provirus integrated in the same region of the host genome［J］. Cell，1982，31（1）：99-109.

［5］ Hood L，Urban JL，Horvath SJ.Retraction--autoimmune T cells：immune recognition of normal and variant peptide epitopes and peptide-based therapy［J］.Cell，1991，64（2）：231-232.

［6］Van Camp JK，Beckers S，Zegers D，et al.Wnt signaling and the control of human stem cell fate［J］.Stem Cell Rev，2014，10（2）：207-229.

［7］Stewart DJ，Chang DW，Ye Y，et al.Wnt signaling pathway pharmacogenetics in non-small cell lung cancer［J］.Pharmacogenomics J，2014，14（6）：509-522.

［8］Ring A，Kim YM，Kahn M.Wnt/catenin signaling in adult stem cell physiology and disease［J］.Stem Cell Rev，2014，10（4）：512-525.

［9］Klein TJ，Mlodzik M.Planar cell polarization：an emerging model points in the right direction［J］.Annu Rev Cell Dev Biol，2005，21：155-176.

［10］Kim GH，Han JK.JNK and ROKalpha function in the noncanonical Wnt/ RhoA signaling pathway to regulate Xenopus convergent extension movements［J］.Dev Dyn，2005，232（4）：958-968.

［11］Raghu G，Anstrom KJ，King TE Jr，et al.Prednisone，azathioprine，and N-acetylcysteine for pulmonary fibrosis［J］.New Engl J Med，2012，366（21）：1968-1977.

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

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

［14］Pfaff EM，Becker S，Günther A，et al.Dickkopf proteins influence lung epithelial cell proliferation in idiopathic pulmonary fibrosis［J］.Eur Respir J，2011，37（1）：79-87.

［15］袁轶恺，孟辉，冯华.Wnt信号通路与纤维化［J/CD］.中华脑科疾病与康复杂志：电子版，2011，1（1）：54-58.

［16］Sun Z，Gong X，Zhu H，et al.Inhibition of Wnt/β-catenin signaling promotes engraftment of mesenchymal stem cells to repair lung injury［J］.J Cell Physiol，2014，229（2）：213-224.

［17］刘继柱，郑金旭，许清，等.β-连环蛋白在肺纤维化小鼠肺组织中的表达［J］.江苏医药，2012，38（14）：1613-1615.

［18］Berndt JD，Moon RT.Cell biology.Making a point with Wnt signals［J］. Science，2013，339（6126）：1388-1389.

［19］Kawano Y，Kypta R.Secreted antagonists of the Wnt signalling pathway［J］. J Cell Sci，2003，116（Pt 13）：2627-2634.

［20］Bovolenta P，Esteve P，Ruiz JM，et al.Beyond Wnt inhibition：new functions of secreted Frizzled-related proteins in development and disease［J］.J Cell Sci，2008，121（6）：737-746.

［21］Sun Z，Wang C，Shi C，et al.Activated Wnt signaling induces myofibroblast differentiation of mesenchymal stem cells，contributing to pulmonary fibrosis［J］.Int J Mol Med，2014，33（5）：1097-1109.

［22］Mao B，Wu W，Davidson G，et al.Kremen proteins are Dickkopf receptors that regulate Wnt/β-catenin signalling［J］.Nature，2002，417（6889）：664-667.

［23］Semënov M，Tamai K，He X.SOST is a ligand for LRP5/LRP6 and a Wnt signaling inhibitor［J］.J Biol Chem，2005，280（29）：26770-26775.

［24］周宝尚，张璟.Wnt信号通路与肾脏纤维化［J］.重庆医学，2011，40（28）：2894-2896.

［25］黄文生，彭慧，谭敏，等.靶向β-catenin的shRNA抑制结肠癌细胞增殖的体外实验研究［J］.中华胃肠外科杂志，2009，12（3）：301-305.

［26］张帆，陈安民，郭风劲，等.RNA干扰抑制骨肉瘤MG-63细胞β-catenin的表达［J］.华中科技大学学报：医学版，2011，40（1）：13-16.

［27］罗婷，董飞侠，程锦国.Wnt信号通路在肾纤维化中作用的研究进展［J］.国际泌尿系统杂志，2015，35（2）：301-305.

10.3969/j.issn.1009-5519.2016.01.028

A

1009-5519（2016）01-0083-03

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（2015-10-14）