基于Wnt/β-catenin信号通路的骨质疏松靶向治疗研究进展

吴　也，廖洪利

(成都医学院药学院，四川 成都 610083)



基于Wnt/β-catenin信号通路的骨质疏松靶向治疗研究进展

吴也，廖洪利

(成都医学院药学院，四川 成都 610083)

Wnt/β-catenin信号通路在胚胎发育、成人组织稳态以及组织再生等方面发挥着重要作用，同时对骨形成也起着重要的促进作用。随着Wnt/β-catenin信号通路在骨质疏松中作用的阐明，针对Wnt/β-catenin信号通路的靶向治疗已经成功地应用于临床。对基于Wnt/β-catenin信号通路的骨质疏松靶向治疗进行了综述，为抗骨质疏松药物的设计提供了理论依据。

Wnt/β-catenin信号通路；骨质疏松；靶向治疗；药物

骨质疏松症(osteoporosis，OP)是一种常见的全身性骨代谢疾病。1994年世界卫生组织将其定义为：一种以骨量低下、骨微结构破坏、骨脆性增加、易发生骨折为特征的全身性骨病，标准为骨密度较同性别、同种族健康成人的峰值降低程度≥2.5SD[1]。OP的发生与遗传、年龄、生活方式以及用药等多种因素有关[2]。随着我国社会人口老龄化，OP的发病率呈逐年上升趋势，由此带来的社会负担也在快速增加，全球各大制药公司也在逐步加大抗OP药物的研发投入。

近年来在对Wnt/β-catenin(β-连环蛋白)信号通路的研究发现，其除在胚胎发育、成人组织稳态以及组织再生等方面发挥着重要作用以外[3-4]，该通路对骨形成也起着重要的促进作用[5-8]。随着Wnt/β-catenin信号通路在OP中作用的阐明，针对Wnt/β-catenin信号通路的靶向治疗已经成功地应用于临床。作者对基于Wnt/β-catenin信号通路的OP靶向治疗进行综述，拟为抗OP药物的设计提供理论依据。

1　Wnt/β-catenin信号通路的成骨作用

Wnt蛋白是一类分泌型的糖蛋白大家族，通过自分泌或旁分泌发挥作用，它介导的Wnt经典信号通路在许多生命过程中都是必不可少的。当Wnt通路下调时，β-catenin与支架蛋白(axin)、肠腺瘤息肉蛋白(adenomatouspolyposiscoli，APC)和糖原合酶激酶3β(glycogensynthasekinase3β，GSK3β)三者形成的聚合降解复合物相互作用，促进β-catenin的丝氨酸/苏氨酸磷酸化，并导致β-catenin通过泛素/蛋白酶体途径降解。而当Wnt通路上调时，Wnt蛋白能与其细胞膜上的受体-卷曲蛋白(frizzled，Frz)和低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(lowdensitylipoproteinreceptorrelatedprotein5/6，LRP5/6)相结合，促使胞内的蓬乱蛋白(dishevelled，Dvl)磷酸化，然后Dvl就会抑制GSK3β对β-catenin的磷酸化作用，避免该蛋白进入蛋白酶体中降解，从而增加胞内β-catenin的积累[9-10]。当β-catenin在胞质中达到稳定水平时，便可由胞浆进入核内，与T细胞因子/淋巴增强因子(Tcellfactor/lymphoidenhancingfactor，TCF/LEF)家族结合，调节包括Runx2、Dlx5等骨靶基因的表达，进而促进成骨细胞分化[11-12]。此过程对于骨形成非常关键，该信号通路发生异常时会产生许多骨骼性疾病[13-16]。基于Wnt/β-catenin信号通路在对成骨细胞的影响中扮演着重要角色，已成为药物设计的重要靶标[17-18]。

2　基于Wnt/β-catenin信号通路的骨质疏松靶向治疗策略

Wnt/β-catenin信号通路的调节通过多种因子的作用实现，阻断其中任何步骤的拮抗剂都有可能激活通路，从而促使β-catenin积累以调节成骨细胞分化。因此，这些特殊环节均为治疗OP的潜在靶点。

2.1Sclerostin

骨硬化蛋白(sclerostin)是硬化蛋白基因SOST编码的糖蛋白，由骨细胞合成和分泌[19]，通过与Wnt蛋白竞争结合受体LRP5/6来阻止Wnt/β-catenin 信号通路转导，抑制成骨细胞的募集和活化[20]。sclerostin单克隆抗体可激活该通路，从而促进成骨作用。此类蛋白是目前非常有前景的OP治疗药物，相较传统的骨吸收抑制剂阿仑膦酸钠和骨形成促进剂特立帕肽，它的最大特点在于能够逆转妇女绝经后源于雌激素缺乏的OP[21-23]。目前Romosozumab (AMG 785/CDP-7851)、Blosozumab 和BPS804已经完成临床Ⅱ期研究阶段[24-25]。Graeff等[26]发现，经过Romosozumab 3个月的治疗后，骨小梁和骨皮质的质量、结构及韧性能快速、显著地改善，这为Romosozumab正在进行的临床Ⅲ期研究提供了很好的临床支持。

2.2DKKs

Dickkopfs(DKKs)是由2个富含半胱氨酸的结构域组成的分泌型糖蛋白，在体内有4种同源形式(DKK-1～4)[27]，而DKK-1与骨量联系较为密切[28]。DKK-1通过直接与LRP5/6结合抑制Wnt/β-catenin 信号通路，同时也可以和含Kringle结构域的跨膜蛋白Kremen结合形成复合物，增加细胞的内吞作用，降低LRP5/6含量，使后者无法参与Wnt通路[29-30]。和sclerostin单克隆抗体类似，DKK-1的单克隆抗体可以提高小鼠的骨小梁质量和密度[31]，并有助于恢复OP小鼠和恒河猴的骨密度[32]。DKK-1的单克隆抗体包括PF04840082[33]和BHQ880[34]，但都处于临床前期研究阶段。

2.3SFRPs

分泌型卷曲相关蛋白(secreted frizzled-related proteins，SFRPs)由成骨细胞分泌，已知的SFRPs家族有5个成员(SFRP-1～5) ，其中SFRP-1具有和Frz受体高度一致的富含半胱氨酸的结构域，可直接结合Wnt蛋白，阻止其与Frz受体/LRP复合物作用[35]，或者与Frz受体/LRP复合物竞争结合，使Wnt蛋白无法结合复合物[36]。敲除SFRP-1的小鼠表现出更高的骨小梁体积、密度和质量[35，37]，甚至加速小鼠骨折的恢复[38]，这都是骨形成的表现，表明该靶点有望成为一个促进骨折愈合的途径。对SFRP-1抑制剂的研究集中在小分子化合物，其中亚氨基羰基噻唑和二苯砜磺胺在体内外均有促进骨形成的作用[39-40]，有望成为新一类骨合成代谢药物。

2.4WIF1

Wnt抑制因子1(Wnt inhibitory factor 1，WIF1)是保守的分泌型蛋白，和SFRP-1一样，直接与Wnt蛋白结合，阻断Wnt/β-catenin信号通路。WIF1的表达是成骨细胞从成熟到凋亡的标志[41]，WIF1可抑制小鼠的胚胎间充质干细胞向成骨细胞分化，表明抑制WIF1可作为一个成骨的靶点[42]，但近年来鲜有报道。

2.5GSK3β

GSK3β是β-catenin在细胞质内被axin/APC/GSK3β复合物磷酸化和降解的关键酶，只要抑制GSK3β对β-catenin的磷酸化，稳定后者的细胞质水平，即可激活通路[10]，因此，GSK3β被认为是治疗OP的潜在靶标。氯化锂是一种非特异性的GSK3β抑制剂，通过抑制GSK3β促进小鼠骨形成并增加骨量[43]。化合物AZD2858能显著改善骨小梁的质量，可有效治疗低骨量疾病，同时也能驱动间充质干细胞向成骨细胞分化，快速促进骨折愈合[44-45]。值得注意的是，虽然GSK3β的活性限制骨形成，但也参与一些胞内的其它进程，过度抑制其活性可能会有致癌的风险[46]。

2.6Cby

Chibby(Cby)是一个高度保守的核内蛋白，当Cby的C端绑定在β-catenin的C端后，前者的N端随即灵活地掩盖住TCF/LEF在β-catenin上的结合位点，以此拮抗Wnt/β-catenin信号通路[47-48]。因此，β-catenin和Cby的蛋白-蛋白相互作用抑制剂被认为是在核内水平激活Wnt/β-catenin信号通路的一个可能方式。

3　展望

目前，对基于Wnt/β-catenin信号通路的骨质疏松靶向治疗的研究已取得了一定的进展。尽管有研究认为激活Wnt/β-catenin信号通路有可能导致肿瘤等其它疾病，但在成骨作用和致癌影响之间找到最佳平衡点，靶向此通路仍然是治疗OP的行之有效的策略。总之，OP是一种多因素相关的骨代谢疾病，如何综合多方面因素研制出高效、低毒、耐受、特异性强的抗OP药物仍是该类药物研究开发需要关注的重点。

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Advances of Targeted Therapy Based on Wnt/β-catenin Signaling Pathway in Osteoporosis

WU Ye，LIAO Hong-li

(SchoolofPharmacy，ChengduMedicalCollege，Chengdu610083，China)

Wnt/β-cateninsignalingpathwayplaysimportantrolesinembryogenesis，adulttissuehomeostasisandtissueregeneration.Italsoplaysanimportantroleinpromotingboneformation.WiththeclarificationofWnt/β-cateninsignalingpathwayinosteoporosis，targetedtherapiesthroughthispathwayhavebeensuccessfullyusedinclinicalapplications.ThetargetedtherapiesbasedonWnt/β-cateninsignalingpathwayinosteoporosisarereviewed，whichcanprovideatheoreticalbasisfordrugdesign.

Wnt/β-cateninsignalingpathway；osteoporosis；targetedtherapy；drug

四川省高校科研创新团队项目(13TD0028)，四川省高校重点实验室建设项目

2016-04-07

吴也(1990-)，男，四川达州人，硕士研究生，研究方向：小分子药物合成，E-mail：jjcwf@126.com；通讯作者：廖洪利，副教授，E-mail：liaohl213@126.com。

10.3969/j.issn.1672-5425.2016.09.001

R 681

A

1672-5425(2016)09-0001-04

吴也，廖洪利.基于Wnt/β-catenin信号通路的骨质疏松靶向治疗研究进展[J].化学与生物工程，2016，33(9)：1-4.