Wnt信号通路调控血管平滑肌细胞在脑血管病变中的研究进展

2019-01-06唐海双闫亚洲黄清海刘建民

中国脑血管病杂志 2019年1期

唐海双闫亚洲黄清海刘建民

血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)主要位于血管壁的中层，为构成血管壁的主要成分。生理状态下，VSMCs的增生、迁移、凋亡均保持动态平衡，以维持血管壁的正常形态和功能。当平衡受到破坏，血管壁发生炎性浸润、粥样硬化病变、管腔狭窄等，成为心脑血管疾病的始动因素。

对Wnt信号通路的研究逐渐从肿瘤扩展至血管疾病。在脑血管病病变中，Wnt信号通路被激活，并在VSMCs的增生、迁移、凋亡、分化过程中发挥作用，成为促进脑血管疾病发生发展的机制之一[1]。我们对Wnt信号通路在VSMCs的增生、分化、迁移、凋亡等过程中的作用进行综述，以期为深入了解和早期干预脑血管疾病提供新的思路。

1 VSMCs及其在脑血管病变中的作用

动脉中膜的主要成分为平滑肌细胞和细胞外基质。与外周血管不同的是，脑动脉的内膜和外膜层菲薄，VSMCs为脑血管的主要成分。生理状态下，VSMCs处于收缩状态并呈低频率的增生以维持血管壁的正常结构和功能[2]。结构完整的血管可有效避免机体内外生长因子和炎性因子的刺激，而当其完整性受异常血流动力学或机体其他异常环境破坏时，血管内膜受损，炎性细胞和炎性因子聚集于受损部位，并呈级联放大效应，最终造成血管壁发生粥样硬化等病变。

在血管粥样硬化病变中，VSMCs由收缩型细胞向分泌型细胞、由分化型细胞向去分化型细胞转变，VSMCs增生速度明显加快并向血管内膜迁移[3]。迁移至内膜的VSMCs一方面保持高速的增生，另一方面分泌大量炎性因子及细胞外基质，使血管内膜增生，血管腔逐渐狭窄。

在血管粥样硬化后期形成的纤维帽由脂蛋白、VSMCs以及细胞外基质共同组成，纤维帽在病变部位起稳定粥样硬化斑块的作用。VSMCs的数量与纤维帽的强度有关，VSMCs的凋亡导致纤维帽变薄，继而增加粥样硬化斑块脱落以及血管破裂的风险[4]。在颅内动脉瘤中普遍存在VSMCs凋亡现象，而在颅内动脉瘤破裂前期典型的组织病理学特点为血管壁变薄、VSMCs广泛凋亡[5]。当VSMCs凋亡增加时，纤维帽强度减弱，粥样硬化斑块脱落堵塞血管可造成急性脑缺血事件。

因此，VSMCs增生、迁移、凋亡等广泛存在于粥样硬化的脑血管、脑血管狭窄、颅内动脉瘤以及脑血管旁路移植术中，了解VSMCs的增生、迁移、凋亡机制对预防和治疗脑血管不良事件具有重要意义。

2 Wnt蛋白及Wnt信号通路

Wnt蛋白是一种广泛存在于机体内的分泌蛋白家族[6]，其活性主要取决于分子结构内丝氨酸残基的活性。卷曲蛋白家族(frizzled proteins，Fzd)是位于细胞膜上的七次跨膜受体，Wnt蛋白与其结合后激活Wnt下游信号通路[7]。Fzd的典型特征是胞外高度保守的半胱氨酸结构域(cysteine rich domain，CRD)，Wnt蛋白与CRD结合形成Wnt-CRD复合体，而脂蛋白受体相关蛋白(lipoprotein receptor-related proteins，LRP)5和LRP 6是Wnt-CRD复合体的共受体，共同激活Wnt信号通路下游分子[8-9]。

Wnt信号通路受多种内源性分子调控，其中最主要的为可溶性卷曲蛋白相关蛋白以及Dickkopf家族蛋白。与Fzd类似，可溶性卷曲蛋白相关蛋白也含有CRD，在细胞外与Wnt蛋白结合后可阻止Wnt蛋白与Fzd的结合，从而抑制Wnt信号通路的作用[10]。Dickkopf家族蛋白与膜共受体蛋白LRP5和LRP6结合后阻止Fzd蛋白与共受体的结合，抑制Wnt信号通路下游信号通路的激活。

Wnt信号通路包括Wnt/β-catenin信号通路、Wnt细胞极性通路、Wnt/Ca2+信号通路，其中Wnt/β-catenin信号通路被称为Wnt经典信号通路，存在于细胞质的β-catenin蛋白中，起锚定其他分子的作用；Wnt细胞极性通路和Wnt/Ca2+信号通路被称为Wnt非经典信号通路。Wnt/β-catenin信号通路未被激活时，β-catenin蛋白与细胞质内的糖原合成酶激酶3β、腺瘤性结肠息肉病蛋白、酪蛋白激酶1、Axin蛋白结合成可解离复合体，使之处于磷酸化状态。当Wnt/β-catenin信号通路激活后，β-catenin蛋白发生去磷酸化反应，细胞质复合体解离，β-catenin蛋白向细胞核周聚集，通过细胞核内T细胞因子和淋巴增强结合因子复合物转录激活下游C-myc、Wnt蛋白，诱导可溶性蛋白1等靶蛋白发挥作用。

Wnt非经典信号通路广泛作用于细胞生理代谢，其中Wnt细胞极性通路激活小GTP酶Rac、Rho等，在胚胎发育中发挥关键作用。Wnt/Ca2+信号通路通过G蛋白激活细胞质内磷脂酶C，细胞质内Ca2+浓度升高激活Ca2+依赖的蛋白激酶C以及钙调蛋白依赖激酶Ⅱ，继而活化T细胞核因子，从而在细胞代谢中发挥作用[11]。

3 Wnt信号通路与VSMCs

3.1 Wnt信号通路与VSMCs增生

关于Wnt信号通路与VSMCs增生的关系已得到多个研究的证实。在外周血管和脑血管的VSMCs中，Wnt信号通路均参与VSMCs增生的病理生理过程[12-13]。研究表明，Wnt蛋白通过活化β-catenin蛋白激活细胞核内T细胞因子，进而上调与细胞增殖关系密切的cyclin D1分子[14-15]。在大鼠颈动脉球囊损伤模型中，VSMCs增生细胞中的β-catenin蛋白呈激活状态[16]。Wang等[16]研究表明，在使用LRP抑制剂后VSMCs的增生受到抑制，证实Wnt蛋白可通过Wnt/β-catenin信号通路促进VSMCs的增生。Marchand等[13]发现，体内Wnt 1和Wnt 3a能够通过激活β-catenin蛋白上调cyclin D1的表达。Tsaousi等[17]在细胞实验中观察到Wnt 4蛋白具有促进VSMCs增生的作用，同时用生长因子刺激VSMCs时也可观察到Wnt 4蛋白的表达增加。与野生型小鼠相比，Wnt 4蛋白敲除的小鼠在右侧颈动脉结扎后，其血管内膜增厚的程度明显降低。Reddy等[18]研究显示，白细胞介素8诱导的VSMCs增生也依赖于Wnt/β-catenin信号通路，其可能的机制为白细胞介素8通过Wnt蛋白诱导的可溶性蛋白1发挥作用。

此外，Wnt非经典信号通路也参与到VSMCs增生中。在血管球囊损伤模型中，VSMCs增生与活化T细胞核因子的表达相关[19]。钙调蛋白依赖激酶Ⅱ具有促进大鼠主动脉VSMCs增生的作用，但尚未发现参与VSMCs增生的Wnt非经典信号通路中具体的Wnt蛋白[20]。骨形成蛋白2可通过Wnt非经典信号通路促进VSMCs增生[21]。因此，尽管已有多项研究证实Wnt信号通路与VSMCs增生关系密切，但考虑到Wnt信号通路的复杂性以及Wnt信号通路与其他信号通路的交联[22]，关于Wnt信号通路与VSMCs增生的具体机制尚有待于更多的研究进一步证实。

3.2 Wnt信号通路与VSMCs迁移

与VSMCs增生相比，关于Wnt信号通路与VSMCs迁移关系的证据相对较少，但已有研究证实，Wnt信号通路在血管发育中具有促进单核细胞和内皮细胞迁移的功能。Christman等[23]在粥样硬化的血管中观察到Wnt 5a蛋白表达增加，推测其与VSMCs迁移关系密切。与稳定的粥样硬化斑块相比，不稳定粥样硬化斑块部位的Wnt 5a表达增加，提示其可能与VSMCs迁移有关[24]。Williams等[25]研究显示，Wnt 2蛋白通过Wnt/β-catenin信号通路促进VSMCs迁移。在Wnt非经典通路中，活化T细胞核因子与钙调蛋白依赖激酶Ⅱ因子在脑血管球囊损伤VSMCs迁移部位表达增高。此外，骨形成蛋白2通过Wnt/β-catenin信号通路以及Wnt细胞极性通路易化VSMCs迁移[21]。

3.3 Wnt信号通路与VSMCs凋亡

VSMCs凋亡是很多脑血管病变终末期特征之一，并受机体内外多种因子的调控，如炎性因子、活性氧类物质、低密度脂蛋白等[26]。在颅内动脉瘤破裂前期，VSMCs大量凋亡造成血管壁变薄，抑制VSMCs凋亡的因素对防止动脉瘤破裂具有重要作用，而促进VSMCs凋亡也能成为治疗内膜增厚造成血管狭窄的策略。Wnt蛋白依赖的VSMCs生存因子包括Wnt信号通路靶分子，如胰岛素样生长因子、生存素等。此外，与VSMCs转录相关的蛋白包括c-Jun、sox9等，均依赖Wnt/β-catenin信号通路。Wang等[27]通过抑制T细胞因子/LRP抑制Wnt/β-catenin信号通路，结果显示，VSMCs凋亡增加。Mill等[28]通过Wnt 5a上调T细胞因子的表达而抑制小鼠主动脉VSMCs凋亡，结果显示，在氧化刺激因素H2O2存在的环境下，Wnt 5a可逆转氧化因素造成的VSMCs凋亡。因此，该研究提示，Wnt 5a抑制凋亡的作用可能通过Wnt蛋白诱导的可溶性蛋白1介导[28]。Zhang等[29]研究显示，Wnt 3a可通过经典信号通路抑制VSMCs的凋亡。

3.4 Wnt信号通路与VSMCs分化

在颅内动脉瘤中，VSMCs由收缩型细胞向分泌型细胞、由分化型细胞向去分化细胞转变。Shin等[30]研究显示，Wnt信号通路上调T细胞因子可作用于鸡胚胎VSMCs的分化，同时，Wnt信号通路也与骨形成蛋白、Notch信号通路交联，调控VSMCs的分化。Shafer和Towler[31]研究表明，Wnt 3a可促进肌纤维标志分子SM 22α的表达。Shu等[32]研究显示，在肺平滑肌细胞中，Wnt 7b可通过Wnt经典信号通路调控VSMCs的分化，且在Wnt 7b基因敲除的新生小鼠中存在肺动脉VSMCs成分的缺失。Shi等[33]研究表明，Wnt 5a与血管生成以及VSMCs分化有关。目前，关于Wnt信号通路与VSMCs分化的机制尚有待于进一步的研究。