Wnt/β-catenin信号通路在急性肾损伤及慢性肾脏病中的作用

王雅慧 刁宗礼 刘文虎

·综述与讲座·

Wnt/β-catenin信号通路在急性肾损伤及慢性肾脏病中的作用

王雅慧 刁宗礼 刘文虎

目的 Wnt信号通路参与生物胚胎发育、器官形成、组织再生等多种生理过程，是生物进化过程中高度保守的信号通路。在病理情况下，Wnt信号通路异常激活，参与多种疾病的病理过程并发挥不同作用。在急性肾损伤中，Wnt信号通路被激活，发挥肾脏保护作用，而在慢性肾脏疾病，Wnt信号通路可以促进肾脏纤维化及肾功能恶化的发生。本文就经典的wnt/β-catenin信号通路在急性肾损伤及慢性肾脏病中异常激活，发挥的不同作用及其机制进行综述。

Wnt/β-catenin；急性肾损伤；慢性肾纤维化

肾脏作为机体重要的排泄及内分泌器官，对于维持机体内环境的稳态具有重要作用，当肾脏受到不同原因、不同程度损伤时，可发生急、慢性肾脏功能、结构改变。急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)是指由于肾前、肾后或肾性因素导致的肾功能在短时间内迅速恶化，而引起的一系列病理改变；而慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)指各种原因引起的慢性肾脏结构和功能障碍，包括肾GFR正常和不正常的病理损伤、血液或尿液成分异常，及影像学检查异常，或不明原因GFR下降(<60 ml·min-1·1.73 m-2)超过3个月。急、慢性肾脏疾病，不但增加患者的住院率及死亡风险，而且终末期肾脏病行肾脏替代治疗给患者造成巨大的精神心理压力，给家庭、社会及医疗资源带来沉重的负担，当今，慢性肾脏病已成为危害全世界公共卫生健康的重大疾病之一。如何控制急性肾损伤、延缓急性肾损伤向慢性肾脏病的进展以及改善慢性肾脏病的预后，一直以来都为研究者所重视。在肾脏疾病的各种发病机制研究中，Wnt/β-catenin信号通路作为经典而高度保守的信号通路，受到广泛关注。因此，本文就wnt/β-catenin信号通路在急性肾损伤及慢性肾脏病中异常激活，以及发挥的不同作用及其机制进行综述。

1 Wnt信号通路

1.1 简介 Wnt基因的命名源于1982年在小鼠乳腺癌的研究中发现的一个基因，该基因激活依赖小鼠乳腺癌相关病毒基因插入，当时被称为Int1基因；之后的研究表明，Int1基因与1973年在果蝇胚胎发育的研究中发现的无翅基因(wingless)具有同源性，因此将Wingless与Int1合称为Wnt基因，而由Wnt基因调控的重要信号传导系统定义为Wnt信号通路。

1.2 信号通路分支简介 Wnt信号通路主要分为经典的Wnt/β-catenin通路及非经典Wnt信号通路两个部分，其中非经典Wnt信号通路主要包括Wnt/PCP及Wnt/Ca2+两条分支。在PCP通路中，Wnt蛋白与细胞表面的卷曲受体(Fz)及非依赖低密度脂蛋白受体蛋白5/6(LRP-5/6)结合，激活下游蓬乱蛋白DSH，导致Rho/Rho-相关蛋白激酶(ROCK)及c-Jun N端激酶(JUN)激活；Wnt/Ca2+通路的激活，可使细胞内磷脂酶C(PLC)及蛋白激酶C(PKC)的激活，引起细胞内的Ca2+浓度增加，并使Ca2+敏感信号成分激活。非经典Wnt信号通路主要参与细胞极性建立、细胞骨架重排以及调节细胞黏附、运动[1，2]。

而经典Wnt/β-catenin通路，主要由Wnt蛋白配体、细胞表面跨膜的卷曲蛋白受体(Frizzled)、低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6、胞质内的蓬乱蛋白(Dsh)、连环素蛋白(β-catenin)、糖原合成激酶3β(glycogen synthase kinase3β，GSK-3β)、轴蛋白(axin)、结肠腺瘤息肉蛋白(adenomatosis polyposis coli，APC)和T细胞因子(T cell factor，TCF)/淋巴样增强因子(1ymphoid enhancingfactor，LEF)转录因子家族等组成，是目前研究较多且机制较清楚的一条信号通路。

Wnt蛋白作为一类分泌型糖蛋白，通过自分泌或旁分泌的形式发挥作用。人类的Wnt蛋白分为19种，包括: Wntl、Wnt2、Wnt2b、Wnt3、Wnt3a、Wnt4、Wnt5a，、Wnt5b、Writ6、Wnt7a、Wnt7b、Wnt8a、Wnt8b、Wnt9a、Wnt9b、Wnt10a、Wnt10b、Wnt11及Wnt16，尽管其结构相似，但不同的Wnt蛋白具有不同的生物活性，参与不同的信号通路的传导。正常情况下，分泌到细胞外的Wnt蛋白可与DKK、SFRPs等Wnt信号抑制剂相结合，保持Wnt信号通路不被激活。近年来研究显示klotho蛋白也可以通过与Wnt蛋白相结合，抑制Wnt信号通路激活，起到负向调节调节作用。

Wnt信号通路静止状态下，胞质中绝大多数β-catenin与细胞膜上的E-钙黏素形成复合体，维持同型细胞之间的黏附；而游离在胞质中的β-catenin，可被胞质轴蛋白(axin)、结肠腺瘤息肉蛋白(APC)、糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)组成的裂解复合物磷酸化，进一步经过泛素化后被蛋白酶体降解，从而使胞内β-catenin维持较低水平。当Wnt信号通路激活时，Wnt蛋白与细胞膜上的跨膜受体Frizzled/LRP5/6相结合，激活胞质内的Dsh蛋白，后者可抑制裂解复合体对β-catenin的磷酸化及降解，使得β-catenin在胞浆中浓度增高并进入细胞核内，与TCF/LEF转录子相互作用，进一步调节靶基因的表达。

1.3 Wnt信号通路在机体中的状态 Wnt信号通路是物种进化过程中高度保守的信号通路，普遍存在生物体内，广泛参与多种生理过程，而Wnt通路异常激活，与纤维化、肿瘤等多种病理改变及疾病发生密切相关。目前的研究显示，Wnt/β-catenin信号通路参与多种肾脏疾病的发生发展并发挥不同的病理作用。

2 Wnt/β-catenin信号通路参与急慢性肾脏疾病的病理改变及作用机制

2.1 Wnt/β-catenin信号通路参与急性肾损伤的修复 急性肾损伤的特点是肾小管上皮细胞的坏死，细胞刷状缘及细胞极性丢失，细胞从基底膜上分离[3]。而急性肾损伤修复的过程，包括细胞的增殖及子细胞再次分化成需要的细胞表型，新生细胞替代坏死的细胞，从而实现肾小管完整性的修复；此外，在该过程中，微脉管系统的损伤，需要上皮细胞的再生及迁移，促进肾脏损伤的恢复。

在Terada等[4]利用大鼠缺血再灌注所致急性肾损伤模型的研究发现，在急性肾损伤早期，受到损伤的肾脏细胞表现出胚胎肾细胞的特点，如间质细胞向上皮细胞转分化及增殖。而残存的皮质细胞可增加Wnt-4蛋白表达，进而激活Wnt/β-catenin信号通路，通过促进细胞周期蛋白(Cyclin)启动子活性，增加cyclin D1的表达，加速肾小管细胞的周期进程，进而促进损伤的肾小管进行修复。

Zhou等[5]在叶酸及缺血再灌注损伤所致的AKI模型中均观察到，特异性敲除小鼠肾小管β-catenin组，病死率显著增高，肾脏病理显示肾小管上皮细胞刷状缘的丢失及细胞凋亡明显增加。进一步研究显示，急性肾损伤过程中，β-catenin可能通过刺激磷脂酰肌醇3激酶，使下游的苏氨酸蛋白激酶磷酸化激活，抑制凋亡的发生[6]；此外β-catenin可以直接调节促生成素的生成，因此β-catenin的缺乏使得促生存素表达下降，促进细胞的凋亡；再者，β-catenin的缺乏，可以上调p53蛋白表达，并抑制苏氨酸激酶(Akt)的磷酸化，一方面通过上调Bcl-2家族中促凋亡蛋白Bax的表达，增加细胞的凋亡，另一方面Akt磷酸化减少可能通过影响肾小管细胞的增殖而加重肾脏损伤[5]。

急性肾损伤过程中细胞修复的过程，可以看似组织伤口愈合的一种形式，具有成纤维细胞及肌成纤维细胞的参与[7]。Fujigaki等[8]在乙酸双氧铀诱导的大鼠急性肾损伤过程中观察到，肾小管周围α-SMA阳性的间质成纤维细胞短暂性激活；Xiao等[9]利用含有Wnt蛋白配体的培养液孵育正常小鼠肾间质成纤维细胞24 h，观察到激活Wnt/β-catenin信号通路后，伴有成纤维细胞表达纤连蛋白增加。与此同时，Wnt/β-catenin信号通路激活，也可以促进下游靶基因-基质金属蛋白酶7(matrix metalloproteinase-7，MMP-7)的表达和生成。MMP-7是活性依赖于锌指及钙离子的肽链内切酶，可以诱导成纤维细胞Fas配体的表达，导致基质成纤维细胞的凋亡，并且可以降解成纤维细胞分泌的细胞外基质，从而维持肾脏细胞外基质的稳态[10]。

2.2 Wnt/β-catenin信号通路参与慢性肾脏纤维化的发生发展 肾脏纤维化是各种病因所致的肾脏疾病发展至终末期肾病的主要共同病理改变，在过程中，亦有Wnt信号通路的激活，参与其发生发展过程。

首先，Wnt通路激活后，胞浆内增高β-catenin进入细胞核，与TCF/LEF相结合，调节下游靶基因的转录，其中纤连蛋白，成维细胞特有蛋白1 (Fsp-1)，Ⅰ型纤溶酶原激活物抑制因子(plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)，Twist蛋白以及Snail蛋白等[11,12]均参与肾脏纤维化的发生，例如纤连蛋白是细胞外基质的组成成分，Snail1蛋白可以抑制E-钙黏素的表达，破坏细胞间黏附，诱导上皮间质转分化(EMT)的发生等等。在单侧输尿管结扎(UUO)所致的肾脏纤维化动物模型中观察到，多种Wnt蛋白配体表达上升，肾小管上皮细胞胞浆及核内β-catenin水平增加，伴随着多种纤维化相关的靶基因的表达增高。使用DKK-1特异性拮抗Wnt信号通路后，β-catenin的水平显著降低，且I型胶原蛋白及纤连蛋白表达减少[13]。此外，在Surendran等[14]的研究中发现，给予UUO小鼠腹腔注射重组的Wnt信号通路抑制剂SFRP4，可以观察到肾小管上皮细胞中β-catenin水平下降以及肾脏纤维化的减轻。

其次，肾脏纤维化的主要特点是细胞外基质的沉积，目前关于肾脏纤维化过程中产生肾脏基质的细胞来源尚存争议，认为主要包括有成纤维细胞激活、骨髓造血干细胞或间质干细胞、外膜周细胞及肾小管上皮细胞间质转分化(epithelialto-mesenchymal transition，EMT)，而在Iwano等[15]的研究中显示，多达36%的分泌细胞外基质的细胞是来自于肾小管上皮细胞，即EMT。EMT是指病理状态下，损伤的上皮细胞失去原有的细胞形态及细胞极性，从基底膜脱离，向肾脏间质移动，转化为梭形的间充质细胞，并具有分泌细胞基质的特性，造成细胞外基质的沉积[16,17]。研究显示，Wnt/β-catenin信号通路参与 EMT的过程[18]。Kim等[19]在帕里骨化醇对肾脏的保护性研究中发现，利用4-羟基-2-壬烯酸(HHE)孵育人肾小管上皮细胞发生上皮间质转分化，伴随着细胞核内β-catenin水平的升高，而特异性阻断β-catenin后，EMT的标志物如α-SMA,CTGF 的表达减弱，证明了β-catenin信号通路参与了HHE诱导EMT及肾纤维化。

此外，在Xiao等[9]研究中，利用不同浓度Wnt蛋白的培养液孵育小鼠肾间质成纤维细胞(NRK-49F)不同的时间，发现持续激活Wnt/β-catenin信号通路可以使成纤维细胞活化，分泌纤连蛋白、Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白等，然而激活的成纤维细胞在Wnt信号通路被抑制后可以很快恢复到静息状态。由此推测，Wnt/β-catenin信号通路持续激活成纤维细胞，参与肾脏纤维化的发生。

再者，TGF-β/Smad信号通路是纤维化的重要通路，研究显示TGF-β可以通过smad3、p38MAPK通路诱导β-catenin的激活，Wang等[17]在动物水平及细胞水平均发现，增加TGF-β表达，促进足细胞损伤及蛋白尿的发生，同时观察到Wnt1、β-catenin及靶基因如Snail1,MMP-7,MMP-9,desmin,Fsp1及PAI-1等表达上调，利用Wnt信号通路抑制剂DKK1抑制β-catenin的激活，可以减轻足细胞的损伤及蛋白尿的发生[20]；此外在特发性肺纤维化患者的肺泡上皮细胞中观察到磷酸化β-catenin/Smad2复合体，应用siRNA沉默β-catenin可显著降低TGF-β的表达。可见Wnt信号通路与TGF-β/Smad信号通路在纤维化疾病中相互作用，参与其发生发展的过程。

3 Wnt/β-catenin信号通路在AKI向CKD发展中的作用

新近的研究显示，Wnt/β-catenin信号通路在AKI向CKD的发展过程中发挥重要作用。Xiao等[9]在小鼠肾脏缺血再灌注的研究中发现，在小鼠肾脏缺血再灌注20 min模拟的急性肾损伤组中，Wnt蛋白及β-catenin水平一过性升高，之后显著下降，伴有肾功能及病理改变的明显恢复。而在缺血再灌注30 min组，Wnt信号通路呈现持续激活，而β-catenin下游与纤维化相关的基因(PAI-1，MMP-7,FSP1)表达增加，同时免疫组化显示MMP-7及肾素在肾小管上皮细胞表达显著增多，肾脏病理示纤维化改变，呈现慢性肾脏病的特点。因此证明Wnt/β-catenin信号通路的持续激活，促进了急性肾损伤向慢性肾脏病的进程。分析其原因，可能与持续激活的Wnt/β-catenin信号通路导致肾间质成纤维细胞的持续活化，进而分泌胶原蛋白在肾组织沉积，导致慢性肾脏纤维化的形成及肾功能的恶化。

Wnt/β-catenin信号通路的激活在肾损伤中是把 “双刃剑”。在急性肾损伤过程中，Wnt/β-catenin信号通路短暂性激活，可以抑制细胞的凋亡，促进细胞增殖，减轻肾损伤及加速肾脏结构和功能的恢复，适当的Wnt/β的激活在急性肾损伤中是具有肾保护性的。而在慢性肾损伤过程中，Wnt/β-catenin信号通路持续激活，通过调节多种促纤维化因子形成，及持续激活肾脏成纤维细胞，促进了肾脏纤维化的发生及肾功能的恶化，发挥不利作用。

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10.3969/j.issn.1002-7386.2017.04.031

项目来源:国家自然科学基金项目(编号:81300607);北京市科学技术委员会科技计划重大项目(编号:D131100004713001)

100050 北京市，首都医科大学附属北京友谊医院肾内科

刘文虎，100050 首都医科大学附属北京友谊医院肾内科;

E-mail: liuwenhu2013@163．com

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1002-7386(2017)04-0592-04

2016-09-23)