Wnt/β-catenin信号转导通路与脑缺血后细胞凋亡

王正远 综述 韩江全 审校

(遵义医学院第五附属(珠海)医院，广东 珠海 519100)



Wnt/β-catenin信号转导通路与脑缺血后细胞凋亡

王正远 综述 韩江全△审校

(遵义医学院第五附属(珠海)医院，广东 珠海 519100)

Wnt； β-链蛋白； 糖原合成酶激酶-3β； 脑缺血； 细胞凋亡

脑缺血损伤机制极为复杂，炎症、氧化应激以及凋亡各种损伤因素均与缺血性脑损伤及损伤扩大的过程相关。由于细胞凋亡主要发生在梗死区周围的缺血半暗带区，凋亡神经元的多寡直接决定着神经元坏死数量和梗死区域的面积，因此，细胞凋亡在脑缺血损伤中起着重要作用，及时有效的抗凋亡措施，有望成为缺血性卒中的有效治疗方法[1]。信号转导通路在细胞凋亡中扮演着关键的角色。研究表明，脑缺血后，与凋亡有关的信号转导通路主要包括磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(Akt)信号通路，Wnt/β-catenin信号通路等。其中，Wnt/β-catenin为抑制细胞凋亡和促进细胞存活的重要信号转导通路[2-3]，而作为丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)下游的重要蛋白，GSK-3β在脑缺血中发挥着促凋亡作用[4-5]。

1 Wnt/β-catenin信号转导通路的重要原件和功能

1.1 Wnt及其功能 Wnt是一个复杂的大家族。Wnt基因编码的蛋白为分泌型糖蛋白，一般情况下长度在350-400个氨基酸，Wnt蛋白是指Wnt信号通路中的配体蛋白，其可与细胞膜上的相应受体结合，进而激活各级传导分子，最终调控下游靶基因的转录与翻译[6]。哺乳动物体内的19种Wnt蛋白被分成Wnt1组和Wnt5a组两大类，Wnt1组有Wnt1、Wnt3、Wnt10等以Wnt/β-catenin信号通路(也称为经典Wnt信号通路)传递分子信息，Wnt5a组包括Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt7a等，以非依赖β-catenin信号通路(也称为非经典Wnt信号通路)传导传递分子信息[7]。

1.2 β-catenin及其功能 β-catenin是Wnt/β-catenin信号转导通路中起关键作用的一种蛋白质，β-catenin蛋白由781个氨基酸组成，分子量约为90KD，其肽链中部有12～14个各由42个氨基酸残基组成的重复序列(称arm区域)，该区域可以和E-cadherin、APC蛋白、TCF、上皮生长因子(EGFR)等蛋白结合而发挥多种功能。β-catenin的氨基末端有数个GSK-3β和酪氨酸蛋白激酶的磷酸化位点。这些位点的磷酸化与去磷酸化。对β-catenin的功能转换起重要调控作用。[8]

1.3 Wnt/β-catenin信号通路 未受到刺激的情况下，细胞内Wnt信号几乎不表达。在各种原因导致Wnt蛋白表达增加时，Wnt信号通路活化，Wnt蛋白结合到Frizzled蛋白(跨膜受体卷曲蛋白)和辅助受体LRP5/6(低密度脂蛋白受体家族)后，活化细胞内Dvl蛋白(散乱蛋白，Dishevelled)，Dvl蛋白的活化抑制了细胞质内由糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)、APC、轴蛋白(Axin)等组成的复合物的活性，导致未磷酸化的β-catenin在细胞内聚集并转移到细胞核内，并与转录因子TCF/LEF相结合形成复合物，引起转录激活，促进细胞保护性靶蛋白分子如survivin、Bcl-2、血管内皮生长因子( VEGF ) 等的转录表达[9]以及维持细胞的 DNA 完整性及细胞膜磷脂分子的极性，从而发挥阻止细胞凋亡、促进细胞再生的功能，在各器官组织中维持其内环境稳定等的保护功能。总之，Wnt是细胞内的重要蛋白分子，与神经细胞的发育、存活、凋亡以及神经系统肿瘤的发生等多种生物学事件有关。DKK-1作为Wnt通路重要拮抗剂，在局灶性脑缺血模型中广泛诱导[3]。DKK-1可以竞争性结合LRP5/6，此外DKK-1还可以与Kremen、LRP5/6形成三聚体，导致快速内吞而减少质膜上的LRP5/6从而阻止Wnt-Frizzled复合物形成，最终β-catenin被磷酸化而不能与核内LEF/TCF结合，从而抑制下游基因表达。

2 GSK-3β信号转导通路

2.1 GSK-3β及其功能 哺乳动物GSK-3包括2种亚型-GSK-3α和GSK-3β，二者的激酶结构序列几乎一致，主要不同点在于其N-末端与C-末端。GSK-3α广泛分布于真核细胞，GSK-3β则选择性表达于中枢神经系统，因此该亚型与脑内功能高度相关。GSK-3β通常在预磷酸化的底物下被磷酸化的。GSK-3β通过位于激酶端的酪氨酸残基216(Tyr216)磷酸化而激活，通过氨基末端的丝氨酸残基9(Ser-9)的磷酸化而抑制。GSK-3β参与许多细胞过程，包括胰岛素和Wnt/wingless信号通路。

2.2 PTEN/PI3K/Akt/GSK-3β信号通路 GSK-3β的活性通过胰岛素信号的调节而减弱。具体而言，胰岛素可激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)，一方面增加抗凋亡蛋白的表达，另一方面抑制促凋亡蛋白的活性。PI3K通过磷酸化方式激活下游靶蛋白Akt/蛋白激酶B。磷酸化Akt(pAkt)紧接着磷酸化并抑制GSK-3β。然而，当应激时，细胞死亡是诱导和激活磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)，细胞内一个3’-磷酸酶，依次传递给PI(3,4)P2，PI(4)P， PI(3,4,5)P3 ，PI(4,5)P2，同时激活的PTEN通过抑制PI(3,4,5)P3抑制PI3K。失活的PI3K不能磷酸化Akt,同时pAkt的减少降低了GSK-3β的磷酸化，所有这些使GSK-3β活化[10-11]。激活的GSK-3β抑制热休克转录因子-1(HSTF-1),导致线粒体死亡途径，细胞色素C从线粒体释放。最后，释放的线粒体通过激活caspase-9和caspase-3导致细胞凋亡[12]。

2.3 GSK-3β和线粒体内源性凋亡途径 线粒体集成不同的信号通路，参与多个细胞过程，包括细胞凋亡。线粒体最主要的特征是在活细胞中，维持膜电位和线粒体通透性转换孔的低电导状态(mPTP)。mPTP的激活是线粒体介导内源性细胞凋亡的中心事件[13]。细胞死亡的mmPTP途径是通过线粒体膜的破坏和凋亡相关分子的释放介导的，这可以通过GSK-3β信号通路调节mPTP的开放。GSK-3β对细胞死亡和生存与它控制许多蛋白的线粒体定位和激活有关，尤其是B细胞淋巴瘤2(Bcl-2)家族蛋白，包括Bax，Bcl-2和Mcl-1，在mPTP形成中有重要地位[14]。通常而言，Bax作为胞浆蛋白，在凋亡信号刺激下，转运到线粒体膜上。一旦位于线粒体膜，Bax可以螯合Bcl-2并在线粒体膜上聚合，导致促凋亡分子释放到细胞质中。相反地，Bcl-2和Mcl-1作为抗凋亡成员，保护线粒体膜的完整性，从而阻止抗凋亡分子的释放和细胞凋亡的发生。GSK-3β的激活通过上调Bax表达水平促进线粒体介导的凋亡。锂盐治疗，作为GSK-3β的药源性抑制剂，可以通过降低Bax表达水平，抑制促凋亡通路，而通过提高Bcl-2表达促进抗凋亡通路[15]。此外，GSK-3β可以通过直接磷酸化BAX蛋白的Ser163位点促进该蛋白的线粒体定位[16]。 GSK-3β磷酸化Mcl-1的Ser159位点，导致这种蛋白的失衡，以至于封堵Mcl-1，使得其不能结合到线粒体膜上。总而言之，GSK-3β通过线粒体凋亡途径，在控制细胞死亡和生存上占有重要的地位。

3 Wnt/β-catenin通路与脑缺血后神经元凋亡

脑缺血刺激下会打破生理状态下Wnt/β-ctenin和GSK-3β通路转导信号的平衡，导致神经元凋亡。

3.1 Wnt/β-catenin信号通路与脑缺血再灌注损伤 学者L.Doubravska等[17]发现初级海马神经元Wnt1瞬时过表达以及重组Wnt1蛋白的注射，都可以使初级海马神经元及大脑皮层免受氧化应激损伤。早期的研究发现，与淋巴细胞共培养的成纤维细胞过表达Wnt1能使淋巴细胞免于凋亡。

3.2 GSK-3β与脑缺血再灌注损伤 S.Kelly[18]等学者利用GSK-3β选择性抑制剂Chir025研究发现，GSK-3β活性降低能使神经元免受糖氧剥离损害,谷氨酸毒性以及脑缺血损害。

4 神经保护干预因素的作用机制与Wnt/GSK-3β/β-catenin信号通路

Q.G.Zhang[19]等的研究表明，脑缺血时给予保护性干预药物如雌激素会减少DKK-1的生成，提高Wnt/β-catenin信号通路的活性，增加终产物β-catenin的含量。Y.Xing[20]等的研究表明，神经保护剂舒林酸能活化Wnt/β-catenin信号通路，高剂量的舒林酸可使p-β-catenin表达降低，促凋亡蛋白BAX表达下降，抗凋亡蛋白Bcl-2表达升高，减轻脑水肿及脑梗死体积。

5 展 望

Wnt/β-catenin信号通路具有明确的抗凋亡作用，其激活剂不断深入研究，为脑血管病治疗提供新的靶点。GSK-3β即可以为Wnt/β-catenin通路的一部分，也可通过Akt/GSK-3β、胰岛素/GSK-3β发挥作用，GSK-3β抑制剂的研究也为脑血管病治疗提供新的靶点。目前，关于Wnt/β-catenin及GSK-3β的研究多集中在缺血再灌注损伤方面，对于超负荷血糖对鼠脑缺血再灌注后神经细胞凋亡的研究较少。韩江全[21]等研究表明上调FADD、Daxx表达，促进细胞凋亡可能是超负荷血糖加重脑缺血再灌注损伤的机制之一。Fas相关死亡域蛋白(fas-associated with death domain protein，FADD)是死亡受体介导的凋亡途径关键的启动子，在细胞凋亡中起着极为重要的作用[22]。死亡域相关蛋白(death domain associated protein，Daxx)是一种多功能的核蛋白，可多途径的促进细胞凋亡[23]，Wnt/β-catenin信号通路与FADD及DaXX在超负荷血糖加重脑缺血再灌注损伤关系有待进一步研究。

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贵州省卫生计生委科学技术基金项目(gzwjkj2014-2-157)；珠海市重点学科项目(珠卫2013070)

R743.3

B

1000-744X(2016)03-0316-04

2015-11-03)

△通信作者,E-mail: gdshanjq@163.com