Wnt信号通路在脑血管粥样硬化中的研究进展

唐海双， 黄清海， 刘建民

海军军医大学附属长海医院神经外科，脑血管病中心，上海 200433

近年来，随着经济发展和人们生活习惯的改变，心脑血管疾病已成为威胁现代社会人类的健康隐患。脑血管疾病，如颅内动脉瘤、脑血管狭窄、基底动脉及椎动脉系统冗扩等，常伴发脑血管出血和缺血等不良事件，但目前其确切病因还未被阐明。脑血管疾病患者常伴有程度不一的血管粥样硬化斑块及血管钙化现象。研究[1-2]认为，血管粥样硬化和血管钙化可能是脑血管疾病发生发展的初期阶段和始动因素。

Wnt蛋白家族是一类高度保守的蛋白。Wnt信号通路在机体内调控多种生理代谢反应，如细胞增殖、凋亡以及分化。随着对Wnt蛋白及其信号通路研究的深入，研究人员发现Wnt信号通路在多种脑血管疾病患者中被激活参与脑血管疾病的病理生理过程[3]。本文对Wnt信号通路在脑血管粥样硬化中的作用，以及Wnt信号通路在血管内皮细胞和平滑肌细胞中的作用进行综述，以期为脑血管动脉粥样硬化病理生理机制的阐明提供帮助。

1 Wnt信号通路概述

Wnt基因最初于1982年在乳腺癌小鼠中发现，发现初期被命名为Int1基因[4]。随后研究发现，Int1基因与果蝇中Wingless基因同源，因此将两者统一命名为Wnt基因。Wnt基因编码的Wnt蛋白在机体内介导一系列细胞代谢反应[4]。在人体内，Wnt信号通路中包括至少19种不同的Wnt分泌蛋白以及不少于10种跨膜G蛋白耦联受体[卷曲蛋白家族( Fzd)]；此外，在细胞膜上还广泛存在着Fzd蛋白的共受体，即脂蛋白受体相关蛋白(lipoprotein receptor-related protein, LRP)[5]。不同类型的Wnt分泌蛋白与Fzd蛋白结合后，其下游细胞代谢反应相差各异。根据Wnt分泌蛋白和下游受体蛋白的不同，将Wnt信号通路分为经典信号通路和非经典信号通路。

1.1 Wnt经典信号通路 Wnt经典信号通路也称Wnt/β-连锁蛋白(Wnt/β-catenin)信号通路。Wnt 1、 Wnt 3、Wnt 3a、Wnt 7a、Wnt 7b等分泌蛋白均通过经典信号通路发挥作用。在该通路中，β-catenin蛋白细胞内起锚定连接其他蛋白分子，并起到将下游信号由胞质转导到胞核的作用。在Wnt/β-catenin信号通路未被激活时，磷酸化的β-catenin蛋白在胞质内与糖原合成酶激酶3β(Glycogen synthase kinase-3b，GSK-3β)、Axin蛋白、APC(adenomatous polyposis coli)蛋白、酪蛋白激酶1(Casein kinase 1，CK1)结合成可解离复合体，其中Axin蛋白、APC蛋白在复合体中起稳定β-catenin蛋白的作用。当Wnt/β-catenin信号通路激活后，CK1和GSK-3β蛋白首先发生磷酸化，随之β-catenin蛋白发生去磷酸化反应，使胞内复合体解离；游离的去磷酸化β-catenin蛋白聚集在细胞核周，使细胞核内T细胞因子(T cell factor，TCF)和淋巴增强结合因子(lymphoid enhancer-binding factor，LEF)复合物(TCF/LEF)由抑制状态转变为转录激活状态，进而激活下游C-myc、WISP-1等蛋白，促发不同的生理作用[6]。

1.2 Wnt非经典信号通路 Wnt非经典信号通路包括细胞极性(planar cell polarity pathway，PCP)通路和Wnt/Ca2+信号通路。这两种信号通路均没有β-catenin蛋白参与。Wnt 4、 Wnt 5a 和Wnt 11分泌蛋白通过非经典信号通路发挥作用[7]。

在Wnt/Ca2+信号通路中，当Wnt蛋白与膜蛋白Fzd蛋白结合后激活下游磷脂酶C，使胞内Ca2+浓度上升，激活Ca2+依赖的蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)和钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ(calmodulin-dependent protein kinaseⅡ，CAMKⅡ)，进而活化T细胞核因子(nuclear factor of activated T-cells，NFAT)，而NFAT在血管内皮生长因子诱导的血管生成过程中发挥关键作用[8]。此外，Wnt蛋白也可与膜Fzd蛋白以及Kny、Ror2、Ryk等共受体结合后激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)，促进相关核因子转录。

在Wnt细胞极性信号通路中，Wnt蛋白与Fzd蛋白结合后激活下游小GTP酶，其在细胞极化和细胞骨架重排等方面发挥作用。此外，也有研究[9]证实，Wnt细胞极性信号通路与内皮细胞迁移、增殖密切相关。

2 Wnt信号通路与脑血管粥样硬化

血管粥样硬化是机体内血脂代谢紊乱的结果，其中尤以低密度脂蛋白代谢障碍最明显。在血管粥样硬化病变的初始阶段，血管内皮功能代谢障碍，单核细胞黏附、聚集于受损部位；单核细胞分化为巨噬细胞并分泌一系列细胞因子，继而诱发血管平滑肌细胞迁移，并最终形成粥样斑块。在对脑血管动脉瘤、脑血管缺血性病变以及脑血管冗扩等疾病的病理研究中发现，病变血管部位普遍存在粥样硬化斑块。脑血管粥样硬化斑块可能是众多脑血管疾病发生发展的始动因素[10-11]；此外，当粥样硬化斑块脱落时也会造成缺血性脑卒中等不良事件的发生。多项研究表明，Wnt信号通路与脑血管粥样硬化的病理生理过程关系密切，其可能主要通过血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和巨噬细胞发挥作用。

2.1 Wnt信号通路与血管内皮功能障碍 在机体生理状态下，内皮细胞通过分泌一氧化氮等物质调节血管舒缩活动，维持正常的血管功能。当血管内血流动力学发生异常改变而难以血管内皮细胞自主调节时，内皮细胞可被损伤，进而发生细胞功能障碍，并在损伤部位招募大量的炎症细胞。这一病理过程称为粥样硬化发生的初始因素[12]。

当血管内皮细胞发生功能障碍时，Wnt信号通路被激活。Wright等[13]发现，小鼠脑血管内皮细胞中Wnt蛋白和Fzd蛋白家族高表达，伴β-catenin蛋白及TCF/LEF高表达，表明Wnt蛋白通过经典信号通路在内皮细胞功能障碍时起作用。此外，Padwal等[14]发现，Wnt 1蛋白在腹膜血管内皮新生过程中高表达。Skaria等[15]发现，Wnt5a信号通路在人冠状动脉内皮细胞增殖时被激活，通过影响血管内皮细胞屏障的通透性在脓毒症中发挥作用。Goodwin等[16]对不同来源的血管内皮细胞进行分析后发现，Wnt 2b、Wnt 4和Wnt 5a蛋白以及Fzd 6、Fzd 8蛋白在所有的细胞样品中均高表达，而β-catenin蛋白在血管分叉部位的内皮细胞中表达增加。

Wnt信号通路不仅与内皮细胞的增殖关系密切，而且在调控内皮细胞的炎症反应中起重要作用。Kim等[17]报道，在体外将内皮细胞暴露于Wnt 5a蛋白环境中培养1 h后，细胞中白介素-1α(IL-1α)、 IL-6 、IL- 8及炎症因子环加氧酶-2(COX2)均高表达；其认为Wnt 5a蛋白通过Wnt5a/Ca2+信号通路激活肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)在上述过程中发挥作用。

2.2 Wnt信号通路与巨噬细胞功能障碍 血管动脉粥样硬化也是血管壁的慢性炎症反应，而巨噬细胞在其中起着关键作用。在异常血流刺激下，单核细胞聚集于内皮细胞受损部位，分化为巨噬细胞后，在低密度脂蛋白的作用下形成泡沫细胞(粥样硬化的特征性细胞)。Mill等[18]在血管粥样硬化斑块中发现，Wnt 5a蛋白以及基质金属蛋白酶高表达，提示Wnt 5a蛋白与血管粥样硬化斑块的稳定性关系密切；Wnt 5蛋白与Fzd 5结合后，可激活下游一系列细胞因子，促进粥样硬化病变血管的炎症反应。Schaale等[19]的研究发现，Wnt 3a蛋白通过抑制GSK-3β的表达发挥抗炎的作用。Borrell-Pages等[20]对Fzd蛋白共受体LRP-5基因缺陷小鼠进行高胆固醇饮食喂养，结果表明，相比于野生型小鼠，LRP-5基因缺陷小鼠总胆固醇升高水平不显著，这提示LRP-5在粥样硬化形成过程中起保护作用。

2.3 Wnt信号通路与血管平滑肌细胞功能障碍 血管平滑肌细胞由中膜迁移至内膜是血管粥样硬化斑块发生病理过程中的标志性事件。血管平滑肌细胞在不断聚集的炎症细胞和炎症因子刺激下，由收缩型细胞向分泌型细胞、由分化细胞向去分化细胞转变，并进一步分泌更多的炎症因子，进而导致大量细胞外基质产生。研究[21-22]发现，β-catenin蛋白高表达的环境促进血管平滑肌细胞的增殖，这可能与β-catenin蛋白通过经典通路激活促进cyclin D1分子表达有关。Brown等[23]在小鼠颈总动脉结扎诱导的血管增殖中也发现Wnt信号通路中蛋白的高表达。Tsaousi等[24]在颈动脉结扎的Wnt转基因小鼠中发现，β-catenin蛋白在血管中层高表达。Marchand等[25]报道，Wnt 1蛋白和Wnt 3a蛋白在血管平滑肌细胞中通过经典信号通路诱导cyclin D1高表达，从而促进细胞增殖。研究[24]还表明，Wnt 4蛋白是促进血管平滑肌细胞增殖的内源性因子；Wnt 4基因敲除后，血小板源性生长因子刺激的平滑肌细胞增殖被抑制。

Wnt信号通路在平滑肌细胞迁移的病理生理过程中也发挥重要作用[26]。在Wnt经典信号通路中的β-catenin蛋白聚集于细胞质中，同时可聚集到细胞膜上，这些膜蛋白在细胞与细胞黏附间起作用[27]。当Wnt信号通路激活时，细胞质中β-catenin蛋白解离，在细胞核附近通过TCF/LEF上调cyclin D1；细胞膜上的β-catenin蛋白解离，可降低细胞间的黏附作用[28]。这一机制很好地解释了血管粥样硬化时平滑肌细胞在增殖的同时发生迁移的现象。

3 小结与展望

Wnt信号通路复杂，在体内参与多种生理代谢过程。多种研究已证实，Wnt信号通路广泛参与多种血管疾病的发生。动脉粥样硬化是颅内动脉瘤、颈动脉狭窄等脑血管疾病的重要病理基础，而Wnt信号通路在脑血管粥样硬化病变中发挥重要作用。然而，本文涉及的研究大多为基础研究，Wnt信号通路的作用机制在人体中会有所不同，且这些研究忽略了其他致病因素的共同作用。此外，个体差异性也影响临床治疗，因此将整体化的研究成果应用于临床治疗指导，也需要很长时间的实践过程。Wnt信号通路对血管内膜细胞和平滑肌细胞的调控及其在肿瘤增生和转移机制中的作用，将为脑血管疾病的研究提供新的思路，也可能成为颅内动脉瘤研究的重要方向，为探索动脉瘤的精准治疗提供新的方向。