Wnt信号通路与肿瘤发生的研究进展

丁界先 张 津 陈永刚 王兴文 综述 王栓科 审校

肿瘤的发生发展受多种因素调控，其中异常激活的细胞信号通路发挥着至关重要的作用。Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)信号通路参与多种人类肿瘤的发生，在恶性肿瘤如肺癌、肝癌、结直肠癌、卵巢癌、前列腺癌、骨肉瘤、肾母细胞瘤中均发现有β-catenin的异常表达或基因突变。Wnt/β-catenin信号通路在肿瘤中的作用机制已成为近年来的研究热点。

1 Wnt/β-catenin信号通路

Wnt基因在1982年首次在小鼠乳腺癌中发现，最初被命名为Int癌基因[1]。随后的研究证实，Int基因编码的蛋白在小鼠胚胎生长和发育中起重要作用，其作用与果蝇的无翅(Wingless)基因一致。因此，将Wingless与Intl结合为Wnt基因[2]。在胚胎发育中，由Wnt基因调控的信号转导途径被称作Wnt通路。Wnt信号通路主要有4条途径：Wnt/β-catenin传导途径、Wnt/Ca2+途径、Wnt细胞平面极化途径和调节纺锤体方向、非对称细胞分裂的细胞内途径，目前研究最多的是Wnt/β-catenin传导途径(经典Wnt信号通路)。经典的Wnt信号通路是从胞质水平调节并激活β-catenin的转录，在没有Wnt刺激的情况下，β-catenin与肿瘤抑制因子Axin、APC以及糖原合成酶激酶3(GSK3)、酪蛋白激酶1α(CK1α)形成复合体，GSK3及CK1α可使β-catenin磷酸化、泛素化，将β-catenin降解。当经典的Wnt信号激活后，Wnt配体与卷曲同源物(Fz)及低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(LRP5/6；hereinLRP6)结合，形成Fz-LRP6复合体，激活Dv1蛋白与Axin结合，阻止GSK3与LRP6在胞质尾区的结合和进一步磷酸化，使得胞质内的β-catenin聚集。当达到一定水平，β-catenin自胞质转移至细胞核中，与核内转录因子TCF/LEF形成复合体，从而激活一系列Wnt信号靶基因的转录，包括c-myc、AXIN2、DKK1、cyclin Dl、MMP-7、E-cadherin等。

Wnt/β-catenin信号通路在胚胎发育干细胞的全能性细胞分化及自我更新中扮演着重要的角色[3]。Wnt/β-catenin信号通路在调控细胞多能性和细胞恶变中起关键作用，与肿瘤的增殖、转移等多种生物学功能密切相关[4]。此外，有研究证实Wnt/β-catenin信号通路可能与化疗耐药性有关[5]。

2 Wnt/β-catenin信号通路在肿瘤中的作用

2.1 Wnt/β-catenin信号通路与骨肉瘤的关系

一些研究表明，Wnt/β-catenin信号通路与骨细胞的增殖、分化和凋亡有关，其影响成骨细胞、破骨细胞和软骨细胞的活性[6]。研究发现β-catenin在骨肉瘤组织细胞核内的表达显著低于正常成骨细胞[7]。此外，Wnt配体和受体在骨肉瘤中表达增加，Wnt拮抗分子在骨肉瘤中表达减少，表明此通路的激活与骨肉瘤密切相关[8]。LRP为Wnt的共同受体，可协同Frzb激活Wnt信号通路，LRP5在U-2-OS、HOS、143B和Saos-2四种骨肉瘤细胞系中均有表达，促进骨肉瘤转移，同时降低患者的无病生存率。Wnt/β-catenin信号通路能够调节肿瘤干细胞(CSCs)的自我更新，并与肿瘤的发生发展和化疗耐药性相关，但其在骨肉瘤中的作用机制仍需进一步研究。Martins等[9]发现在体外实验中，应用Wnt/β-catenin信号通路的小分子抑制剂IWR-1，联合阿霉素诱导骨肉瘤细胞凋亡，能够减轻化疗药物的耐药性；体内实验表明，IWR-1可下调TCF/LEF的转录水平，并能减少细胞核内的β-catenin及Sox2标记的CSCs，表明IWR-1联合阿霉素显著减缓肿瘤的进展。Yu等[10]发现过表达β-catenin会弱化miR-107对骨肉瘤的抑制作用，激活Wnt/β-catenin信号通路可使β-catenin聚集，促进cyclin D1和c-Myc的表达，阻断GSK-3β磷酸化，从而恢复miR-107对骨肉瘤细胞增殖和侵袭的抑制作用。同时miR-107能够减少β-catenin的3′非翻译区荧光素酶活性。Tian等[11]发现IncSox4在U-2-0S和Mg-63骨肉瘤细胞中高度表达，并在肿瘤细胞的发生发展过程中起重要作用。此作用与Wnt/β-catenin信号通路密切相关，采用Wnt激动剂CID11210285可以沉默IncSox4基因，促进Mg-63细胞增殖。相反，Wnt抑制剂IWP-3能够激活IncSox4基因，从而抑制骨肉瘤细胞增殖。综上，Wnt/β-catenin信号通路与IncSox4基因在骨肉瘤的发生发展中起积极的作用，可作为治疗骨肉瘤的潜在靶点和判断骨肉瘤患者预后的指标。

2.2 Wnt/β-catenin信号通路与肺癌的关系

研究证实Wnt信号通路在肺癌中被激活，在肺癌模型中，Wnt/β-catenin通路中的相关蛋白TCF/LEF表达显著增加，激活Sox-2、c-myc、cyclin D1等下游靶基因的转录。其中关键分子Wnt1、β-catenin、cyclin D1及Sox-2在肺癌组织中有不同程度的表达[12]。Wang等[13]发现下调H1299肺癌细胞中OSR1基因表达后，Wnt/β-catenin信号通路被抑制，GSK3β表达水平显著上升，而p-GSK3β、核内β-catenin、cyclin D1、c-Myc和基质金属蛋白酶7显著减少，H1299肺癌细胞的增殖和侵袭能力明显减弱。Zhang等[14]发现肺癌细胞胞质上的TMEM88与DVLS结合可抑制Wnt/β-catenin通路，致使肺癌细胞的增殖和侵袭能力下降，并与肺癌的低分化、淋巴结转移和预后不良相关。因此TMEM88基因与Wnt/β-catenin通路的共同作用可为NSCLC的治疗提供潜在靶点，并对判断预后具有重要的参考意义。

2.3 Wnt/β-catenin信号通路与乳腺癌的关系

Wnt/β-catenin信号通路的异常激活增强了c-myc和cyclin D1的转录，其在乳腺癌发生中起着关键作用[15]。Bilir等[16]研究发现，在三阴性乳腺癌中Wnt信号通路处于较高表达水平，使用iCRT-3可以显著抑制乳腺癌细胞株MDA-MB-231的增殖，可能成为治疗乳腺癌的新靶点。上皮间质转化(EMT)是乳腺上皮肿瘤细胞获得迁移和侵袭能力的重要生物学过程，作为调节乳腺癌进展的关键机制，Wnt/β-catenin信号通路在EMT的发生、发展过程中起重要作用[17]。进一步研究显示，在MDA-MB-231乳腺癌细胞中，FL118通过阻断Wnt/β-catenin信号通路抑制EMT，进而减弱乳腺癌迁移和侵袭能力[18]。MRTF-A是一种转录的联合激活剂，对组织纤维化和癌症转移等多个过程至关重要。He等[19]为了明确MRTF-A的转录机制，在乳腺癌组织中应用Wnt/β-actenin通路激活剂LiCl，发现Wnt3a及β-catenin表达增加，增强了MRTF-A的转录。而随着β-catenin的siRNA损耗，MRTF-A的转录也相应削减，表明β-catenin与MRTF-A的启动相关。另外，MRTF-A转录的激活剂是由Rho-actin和Wnt/β-catenin通路协同控制的。综上所述，Rho-actin和Wnt/β-catenin信号通路共同影响MRTF-A的转录，协同调节乳腺癌的转移。

2.4 Wnt/β-catenin信号通路与卵巢癌的关系

Wnt/β-catenin信号通路的异常激活使β-catenin表达异常，其在正常卵巢、良性卵巢肿瘤、交界性卵巢肿瘤及卵巢癌组织中的表达逐渐增加，β-catenin的阳性表达程度与肿瘤的浸润深度及淋巴结转移均相关。有学者发现[20]，Wnt信号通路在卵巢癌干细胞中被激活，促使β-catenin进入胞核内，并作用于TCF、LEF转录因子，诱导卵巢癌干细胞的生长、分化及转移。Zhang等[21]发现杨梅叶原花色素(BLPs)中含有表没食子儿茶素-3-O-没食子酸酯(Epigallocatechin-3-O-gallate)，BLPs有很强的抗氧化和抗增殖能力，能显著抑制OVCAR-3 SP卵巢癌干细胞的生长及增殖。并能抑制Wnt/β-catenin信号通路，减少β-catenin、cyclin D1和c-myc的表达，减弱OVCAR-3 SP细胞的自我更新能力。HOXD聚类反义RNA 1(HOXD-AS1)在肿瘤的发生发展中起至关重要的作用，Zhang[22]等收集上皮性卵巢癌(EOC)组织和邻近的非肿瘤组织，发现HOXD-AS1在EOC组织和细胞中表达上调，Wnt/β-catenin信号通路呈高表达状态，卵巢癌细胞的增殖、侵袭和上皮间质转化(EMT)能力也相应增强。Niu等[23]发现PPA1在EOC患者中过度表达，沉默PPA1可抑制Wnt/β-catenin信号通路，减弱β-catenin去磷酸化作用，致使EOC迁移、EMT和转移能力下降。Pfankuchen等[24]发现耐药的A2780cis卵巢癌细胞比A2780细胞具有约三倍高的Wnt信号活性，而低分子肝素(LMWH)能降低A2780cis细胞对顺铂的耐药性。在A2780cis细胞中，LMWH降低了Wnt活性和TCF-4的表达。另外，应用Wnt通路阻断剂FH535会增加A2780cis细胞对顺铂敏感性。因此，Wnt信号通路作为LMWH调控A2780cis细胞对顺铂敏感性的主要靶标，LMWH可能是一种潜在的抑制化疗耐药性的治疗方案。

2.5 Wnt/β-catenin信号通路与肝癌的关系

Wnt/β-catenin信号通路参与肝癌的发生发展。有研究证实，在刚出生的小鼠体内β-catenin的含量较高，短期内可促进肝脏快速生长[25]。在肝脏部分切除模型中，β-catenin蛋白显著升高并移至胞核内，cyclin D1和c-myc增多，促进肝细胞增殖；而在肝脏特异性去除β-catenin的模型中，cyclin D1减少，肝脏细胞增殖明显受限[26]。高表达的Wnt蛋白可在病毒性肝炎(HBV、HCV)相关的肝癌中检测到，Wnt蛋白与病毒相关性肝癌的发生可能相关[27]。Wnt/β-catenin信号通路对维持肝肿瘤干细胞(hCSC)的多能性至关重要，β-catenin蛋白在促进胚胎干细胞分化中起双重调节作用，其功能是由axin-APC-GSK-3-ck1蛋白复合物调节的[28]。Zhu等[29]研究发现全反式维甲酸(ATRA)可抑制Wnt/β-catenin信号通路，增强GSK-3β降解β-catenin的作用，从而影响hCSC生长，加强肝癌对多西他赛的敏感性，使其化疗效果更佳。miR-212基因是在一些肿瘤中发现的与细胞信号和晚期癌症发病相关的小分子RNA。Jia等[30]发现miR-212基因可通过阻断Wnt/β-catenin信号通路，限制LEF-1、c-myc转录，阻止β-catenin进入细胞核并抑制肝细胞癌的生长和转移。因此，特异的阻断Wnt/β-catenin信号通路，会使得miR-212基因在治疗肝肿瘤中更有效。

2.6 Wnt/β-catenin信号通路与结直肠癌的关系

β-catenin广泛表达于结直肠黏膜的细胞膜上，在细胞核、细胞浆则表达较少；而在结直肠癌(CRC)细胞中，胞浆、胞核内β-catenin蛋白及mRNA表达水平均高于正常组织，且β-catenin蛋白及mRNA的表达水平与CRC的分化程度、临床分期和淋巴结转移有关[31]。在正常的大肠组织中，Wnt信号调控体内肠道干细胞(ISCs)的平衡，增殖及分化能力。在CRC中，Wnt信号被激活，可使其更具侵袭性。Kim等[32]应用一种小分子组蛋白脱酰酶抑制剂JIB-04处理ISCs，RNA测序分析显示JIB-04作用于Wnt/β-catenin信号通路，降低了与ISCs相关下游基因的表达，影响ISCs增殖、侵袭及迁移能力。另一种Wnt信号通路抑制剂ETC-159在CRC及口腔鳞状细胞癌中，通过影响c-myc、cyclin D1以及CD146等蛋白的活性和分泌，抑制肿瘤细胞增殖和迁移[33]。Xiao等[34]发现HOX反转录RNA(HOTAIR)在CRC组织中的表达明显高于邻近的正常组织，利用miR-203a-3p抑制HOTAIR的表达，影响Wnt/β-catenin信号通路和GRG5，低表达的HOTAIR和过表达的miR-203a-3p共同作用阻断CRC细胞的Wnt/β-catenin信号通路，抑制CRC细胞的增殖并减少化疗耐药性。Wang等[35]通过激活Wnt/β-catenin信号通路，启动其下游靶基因(如c-myc基因)的转录，可影响CRC细胞的生长。研究表明，抑制Wnt/β-catenin信号通路及c-myc可激活mTOR，活化的mTOR可促进CRC的生长和转移。进一步研究发现，Wnt和mTOR抑制剂结合会增强对CRC生长的抑制作用。综上所述，通过激活Wnt/β-catenin信号通路、c-myc，或联合应用mTOR抑制剂，可为CRC的治疗提供一种新的思路。

3 小结与展望

Wnt/β-catenin信号通路不仅参与机体的生长发育、细胞增殖、黏附和凋亡等多种生理过程，并对肿瘤的增殖、侵袭迁移、化疗耐药性等也具有一定的影响，但具体的分子机制尚未明确。Wnt/β-catenin信号通路的异常激活是由多种因素共同作用的复杂过程，其对肿瘤发生发展的调控作用还有待进一步研究。另外，大多数Wnt信号通路的研究都处于基础实验水平，如何将现有基础研究成果转化到临床试验仍需不断探索。因此，深入探讨Wnt通路对肿瘤发生的影响及其特异性分子机制，可为肿瘤的治疗提供新的靶点。