Wnt/β-catenin 信号通路与肝脏疾病相关性的研究进展

张剑 李作标 李嘉兴 李明意

广东医科大学附属医院肝胆外科研究所（广东湛江524001）

肝脏是人体最大的实质性脏器，也是最大的腺体，其具有十分复杂的生理功能，是人体各种有机物质的代谢中心，又是胆汁分泌的唯一场所，同时还有解毒、贮存和免疫等重要作用。肝脏作为人体主要的物质代谢器官，其对人体正常生理功能的实现至关重要。随着工业的发展和生活习惯的改变，肝脏疾病亦在不断地变化，如营养不良、寄生虫肝病明显减少，而病毒性肝炎、酒精性脂肪性肝病、非酒精性脂肪性肝病、自身免疫性肝病等肝脏疾病发病率却在不断升高。慢性肝病患者最终发展为肝纤维化、肝硬化和肝癌等，严重影响患者的生命健康和生存质量［1-3］。Wnt/β-catenin 信号通路在进化上高度保守并广泛存在于多细胞生物体内，其对于细胞生长、分化、个体发育、遗传稳定、细胞凋亡、干细胞自我更新和成体组织稳态维持等至关重要［4］。越来越多的证据表明，Wnt/β-catenin 信号通路的异常表达，不仅涉及肝脏肿瘤的发生和发展［5-6］，而且还参与了肝脏炎症、肝硬化、肝脏局灶性结节性增生等肝脏疾病的发生［7］。本文旨在对Wnt/β-catenin 信号通路与肝脏疾病相关性的研究进展做一综述，以期为各种肝脏疾病临床治疗的探索提供新的思路和方案。

1 Wnt/β-catenin 信号通路

Wnt 基因是在探讨小鼠乳腺肿瘤病毒转录机制过程中被发现的，最初命名为Int-1。随着研究的深入，发现Int-1 和果蝇的无翅基因（Wingless）是同源基因且编码着同一种蛋白，故将两个基因的名称简并为Wnt［8］。在成熟的健康肝脏中，Wnt 信号通路基本无活性，但在细胞更新和（或）再生过程期间以及在某些病理状况，疾病，癌前病变和癌症中可以被重新激活［9］。Wnt 信号通路通常分为经典的Wnt 信号通路和非经典的Wnt 信号通路两大类。非经典的Wnt 信号通路有Wnt/PCP 通路（Wnt-JNK 通路），以及Wnt/Ca2+通路等。经典的Wnt 信号通路即Wnt/β-catenin 信号通路，是目前研究最为透彻的信号通路之一。

Wnt/β-catenin 信号通路的主要组成成分包括：配体（Wnt 家族蛋白），Wnt 蛋白的受体［主要受体Frizzled 蛋白和辅助受体低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6（LRP-5/6）］以及胞质调节蛋白Dishevelled（Dsh）、结直肠腺瘤性息肉基因蛋白（APC）、酪蛋白激酶1（CK1）、糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）、轴蛋白（Axin）、β 连环蛋白（βcatenin）等。静息状态下，Axin、APC、CK1、GSK-3β 组成“降解复合物”。降解复合物结合游离β-catenin 并使其磷酸化，进而泛素化后降解，保持胞质内游离β-catenin 浓度处于相对较低的状态。当Wnt 信号通路活化时，Wnt 家族蛋白与Frizzled（Fzd）蛋白和（或）LRP-5/6 结合，从而激活蓬乱蛋白Dsh，使APC、GSK-3β、Axin 等组成的βcatenin 降解复合物解离。细胞质内的β-catenin摆脱了降解复合物的降解抑制之后在细胞质内聚集增多并进一步入核。进入细胞核的βcatenin 本身并不可以直接与DNA 结合，而是与转录T 细胞因子/淋巴细胞增强因子（TCF/LEF）结合，最终启动Cyclin D1、c-myc 等靶基因的转录发挥作用。

在经典的Wnt 信号通路中β-catenin 是处于核心地位的蛋白因子［10］。β-catenin 最初发现时被认为是一种黏附因子，正常生理状态下细胞质内的β-catenin 大部分是与存在于细胞膜中的E-cadherin 结合以介导细胞之间的黏附。后来随着研究的不断深入，逐渐发现β-catenin 是一种对人体正常生理功能具有重要影响作用的多功能蛋白。是否通过β-catenin 的信号累积来发挥作用是区分经典通路和非经典通路的主要依据。β-catenin 作为Wnt/β-catenin 信号通路中的关键组份成员，不仅受到由Axin、APC、CK1、GSK-3β组成的β-catenin 降解复合物的抑制性调控，另外还受到由Dsh、CK1、GSK-3β 组成的β-catenin 拮抗降解复合物的促进性调控。β-catenin 的表达水平是反映Wnt/β-catenin 信号通路是否存在异常激活的重要依据，与涉及肝脏的诸多疾病存在关联。此外，Wnt/β-catenin 信号通路除了通过自身各组分成员之间传递生物学信号而发挥重要功能作用，还与Hippo/YAP 信号通路、NF-κB信号通路以及Notch 信号通路等存在多位点的交叉联系，在机体生理病理过程中的功能性关联非常复杂且相互依赖，具有牵一发而动全身地联动效应。

2 Wnt/β-catenin 信号通路与肝脏疾病

2.1 肝脏炎症炎症是一种免疫反应，可修复由感染因素、环境刺激物和内源性刺激物引起的组织损伤。肝脏炎症的特征性表现为以淋巴细胞为主的炎细胞浸润和渐进性的肝细胞坏死，导致肝脏的功能受到损害，引起身体一系列不适症状，以及肝功能指标的异常。肝炎成因广泛，如病毒、细菌、寄生虫、化学毒物、药物、酒精、自身免疫因素等，且在我国具有极高的发病率。临床常根据病因、病程长短、有无黄疸以及病情的轻重程度对肝炎进行分类，其中不同的病因可分为病毒性、细菌性（如阿米巴）、药物性、酒精性、中毒性、自身免疫性、非酒精性脂肪性等。Wnt/β-catenin 信号通路除了在成体组织中的胚胎发育和稳态自我更新具有重要作用外，还发挥着抗炎和促炎作用［11］。其对炎症的调控作用是通过与NF-κB 信号通路的相互作用共同协调实现的。炎症状态时，在炎症因子介导下Wnt/β-catenin 信号通路受抑制，β-catenin 被降解而无法结合并抑制核转录因子NF-κB，导致大量炎症因子释放。抑制β-catenin基因的表达可增加肝脏中促炎细胞因子程序。此外，在HBV 复制/感染的细胞系中，Wnt/β-catenin信号通路处于明显激活状态［12］。最新研究［13］表明，通过体外细胞实验和建立CCl4 诱导的急性肝损伤小鼠模型的研究中发现，Wnt/β-catenin 信号通路的选择性抑制剂ICG-001 能够有效抑制肝内炎症反应。临床绝大多数肝病均伴随有不同程度的炎症损伤，抗炎治疗意义重大。随着对Wnt/βcatenin 信号通路研究的不断深入，从分子通道水平阻断肝脏炎症的发展进程，有望成为临床治疗肝脏炎症的新方向。

2.2 肝纤维化肝纤维化是肝脏对各种致病因素造成慢性肝损伤的一种代偿性修复反应。其中肝星状细胞（HSCs）的激活和表型转化被认为是纤维化进程中的中心环节与关键事件［14］。近年来的研究表明Wnt 信号通路在HSCs 的激活和肝纤维化发生发展中起到重要作用。HSCs 可大量表达和分泌Wnt5a，并通过自分泌、旁分泌和Wnt 非经典信号通路导致胶原蛋白的合成及沉积增加，并抑制活化的HSCs 的凋亡，从而促进纤维化的发生发展。而经典Wnt/β-catenin 信号通路有促进肝纤维化的作用。其中β-catenin 在肝纤维化的进展过程中起着十分关键的作用。在发生肝纤维化的肝脏组织中，β-catenin 的表达水平较正常肝组织显著增高，且β-catenin 表达水平的高低与肝纤维化程度的高低密切相关。敲除β-catenin 基因，出现胶原蛋白的合成受到抑制，同时抑制HSCs 增殖并诱导其发生调亡。YANG 等［15］使用siRNA 下调Wnt/β-catenin 信号通路的抑制剂Dkk-l，β-catenin 蛋白表达增加，同时促进HSC 的活化。氧化物酶体增殖物激活受体（PPARγ）在Wnt/β-catenin 信号通路介导HSCs 活化过程中具有重要作用。当激活Wnt/β-catenin 信号通路将会抑制PPARγ 基因的表达，而PPARγ 激动剂可以通过降低β-catenin 的表达水平并具有预防辐射引起的纤维化作用［16］。miR-17-5p 可通过抑制Wnt/β-catenin 信号通路促进HSCs 的活化和增殖，从而发挥抗纤维化的作用［17］。在通过建立CCl4 诱导的肝纤维化小鼠模型的研究中发现，美洲商陆抗病毒蛋白通过抑制Wnt/JNK 介导的葡萄糖代谢来抑制肝纤维化［18］，另有最新研究［13］提示靶向下调Wnt/β-catenin 信号通路可能成为有效治疗肝纤维化的有效策略，这为肝纤维化的治疗提供了新的方向。肝纤维化是大多数类型慢性肝病慢性进展过程中的病理特征，其终末阶段就是肝硬化。因此，抑制异常活化的Wnt/β-catenin 信号通路，可在一定程度地遏制肝纤维化的发展进程而发挥抗纤维化的作用，对肝硬化起到防治作用。可见，针对Wnt/β-catenin信号通路的靶向治疗，有望为肝纤维化乃至肝硬化的临床治疗提供新的思路和方向。

2.3 肝细胞性肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）HCC 是死亡率仅次于胃癌、食道癌的常见消化系统恶性肿瘤，在全球范围都具有最高的发病率和死亡率，预后较差。与其他癌症一样，在胚胎发生过程中相关的信号传导途径在肝脏疾病和肿瘤发生过程中被重新激活。随着近年来对Wnt/β-catenin 信号通路研究的不断深入，逐渐发现其通路上游和下游组分与HCC 的发生、发展密切相关。其中一部分通路组份可促进HCC 的发生，而另一部分则对HCC 的发生具有抑制作用。对于Wnt/β-catenin 信号通路也是如此，其通常在HCC中过度活跃［19］。使用端锚聚合酶抑制剂减弱Wnt/β-catenin 信号通路传导，造成HCC 细胞的生长抑制，更进一步证实了Wnt 信号通路在HCC 的发展进程中不可忽略的地位。Wnt/β-catenin 信号通路的激活可使肝祖细胞恶性转化，最终形成HCC。此外，HCC 的侵袭、转移能力也与Wnt/β-catenin 信号通路异常激活密切相关［20］。缺氧应激状态下，缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）与BCL-9 启动子中的HRE-B 和HRE-C 相互作用直接诱导BCL-9 表达，而BCL-9 可以增强β-catenin 介导的转录活性，并促进肝癌细胞发生侵袭、转移［21］。提示Wnt 信号通路在肝细胞恶性转化、侵袭、转移等方面发挥重要作用。Wnt/β-catenin 信号通路异常激活作为肝细胞癌发生发展的关键环节事件，有望成为肝癌临床诊断和治疗的重要切入靶点。近年来，关于HCC 中Wnt 信号通路的最新研究多围绕microRNAs 与Wnt/β-catenin 信号通路相互作用［22］。miR-122 通过靶向Snail1 和Snail2 抑制Wnt/βcatenin 信号通路，抑制肝细胞癌的上皮-间质转化［23］。miR-1301 通过靶向BCL9 减少Wnt/βcatenin 信号通路信号传导，抑制肝细胞癌细胞迁移，侵袭和血管生成。miR-106b 表达上调可激活肝癌细胞株中的Wnt/β-catenin 信号通路，从而促进肝癌细胞株的增殖［24］。随着肝癌涉及MicroRNAs 研究的不断深入，可为临床靶向治疗提供新的思路参考。

2.4 肝细胞腺瘤（hepatocellular adenoma，HCA）HCA 是肝脏的良性肿瘤，通常表现为孤立性肿块，具有来自邻近正常肝组织压迫的假包膜。与肝脏局灶性结节性增生不同，肝腺瘤可能发生恶变，并且出血风险增加［25］。肝细胞腺瘤不是一种单一的疾病，是具有特定的基因型、病理改变以及肿瘤生物学特征的一组异质性肿瘤。有多种亚型，包括炎症型肝母细胞瘤、肝细胞核因子-1α（HNF-1α）基因突变型肝母细胞瘤、β连环蛋白（β-catenin）基因突变型肝母细胞瘤、无法分类的肝母细胞瘤以及肝腺瘤病。大量文献［26-27］报道了Wnt/β-catenin 信号通路与HCA 之间的重要相关性。已经定义了至少三类具有已知分子机制基础的HCA，并且其中至少两类是通过β-catenin 异常激活的Wnt 信号传导对该疾病行为造成影响［28］。其中有一类分子类型的肝细胞腺瘤表现出核转录因子HNF-1α的双等位基因失活，另外有很大部分的肝细胞腺瘤在β-catenin 基因中具有突变或表现出β-catenin 激活而没有相关的基因突变。肝腺瘤分子发病机制的探索具有重要的临床意义，因为具有HNF-1α突变的腺瘤具有低的恶性转化潜力，而具有β-catenin 突变的那些具有更高的恶性转化倾向。Wnt/β-catenin 信号通路中核心成员β-catenin 的病理学检测有助于HCA 的诊断，同时Wnt/β-catenin 信号通路有望成为HCA 临床治疗的潜在靶标。

2.5 肝母细胞瘤（hepatoblastoma，HB）HB 是一种具有多种分化方式的恶性胚胎性肿瘤，是最常见的小儿肝脏恶性肿瘤。HB 又分为胚胎型HB 和胎儿型HB 两个组织学亚型。Wnt/β-catenin 信号通路中重要组份的编码基因，如CTNNB1（βcatenin 基因）、Dvl-2、Axin1、APC 等都在肝母细胞瘤中检测到存在突变。尤其，肝母细胞瘤的CTNNB1 具有非常高的突变率（＞50%）［29］。β-catenin在胚胎型HB 和胎儿型HB 肿瘤细胞中的分布存在差异。在胚胎型HB 肿瘤细胞中β-catenin 的细胞核与细胞质分布高于胎儿型HB，而胎儿型HB 肿瘤细胞中的β-catenin 主要聚集在细胞膜附近。由于β-catenin 的核聚集能促进细胞的增殖，胚胎型HB 细胞较胎儿型HB 细胞增殖更加活跃，这可能是临床中胚胎型HB 患儿较胎儿型HB 患儿预后差的原因之一。值得注意的是，β-catenin 的异常表达并不是发生肝母细胞瘤的充要条件。最新的研究指出，Yap（Hippo 信号通路的下游效应蛋白）与Wnt/β-catenin 信号通路的共同作用影响在肝母细胞瘤的发生发展中起到重要作用［30］。HB 具有HCC 类似的特性，容易侵犯血管，所形成的癌栓可造成门静脉血管栓塞，也可侵犯下腔静脉，右心房亦可受累［31］。可见随着疾病的进展，对机体造成严重的危害和损伤。以围绕Wnt/β-catenin 信号通路的多通路水平的协调治疗，有望为HB 患者的治疗带来新的希望。

2.6 胆管癌（cholangiocarcinoma，CCA）CCA 是起源于胆管系统衬覆上皮细胞的恶性肿瘤，其发生发展是多因素、多步骤的病理过程［32］。Wnt/βcatenin 信号通路对胆管细胞的正常分化具有重要意义，敲除β-catenin 后可导致正常胆管的生产减少。Wnt/β-catenin 信号通路的激活在CCA 中十分普遍，并且与肿瘤细胞增殖和存活相关。将肝内/肝外胆管癌患者的肿瘤组织和癌旁组织做分析对比，肿瘤组织中Wnt 配体Wnt7B 和Wnt10A 高表达，同时发现β-catenin 的表达也增强，由此可见Wnt/β-catenin 信号通路在CCA 中被激活［33］。近年的一项研究涉及胆管癌发生过程中的Wnt/βcatenin 信号级联反应，为了进一步证实Wnt/βcatenin 信号通路是否直接参与CCA 的发展，概括了人CCA 的多阶段进展的实验模型被建立。研究发现，在用硫代乙酰胺处理后，人CCA 中升高的Wnt 配体在CCA 发展过程中被进一步上调。Wnt10a 在（癌前）再生阶段增加，而Wnt7b 诱导与肿瘤生长平行。随着靶基因的上调，研究结果表明经典的Wnt/β-catenin 信号通路在胆管癌发生过程中逐渐被激活。而当巨噬细胞耗竭，消除了Wnt7b 的主要来源，阻止了经典Wnt 级联的激活，结果导致实验模型中肿瘤的数量和体积减少［34］。当人胆管癌细胞系Wnt2 或者CTNNB1 基因的表达被干预性下调，胆管癌细胞增殖被抑制并诱导细胞调亡。因此，Wnt/β-catenin 信号通路不仅在人CCA 组织中存在异常激活，且活化的Wnt/βcatenin 信号通路直接参与了人CCA 的发生发展进程。目前，临床治疗CCA 缺乏有效的非手术治疗方案，而根治性手术的治疗效果往往不尽人意。靶向抑制Wnt/β-catenin 信号通路，从分子通道水平影响CCA 的发生发展进程，可作为CCA 临床治疗探索的一个重要方向。

3 结语

Wnt/β-catenin 信号通路与肝脏疾病的发生发展有着密切的联系。近年来，Wnt 通路与肝脏生理病理的关系一直是广大学者研究的焦点，各方面的研究新进展也不断呈现，但是还有很多问题需要进一步去研究。肝脏作为人体一个功能十分强大和复杂的器官，就决定了肝脏疾病所涉及机制的复杂性。是否存在一条甚至多条其他的信号通路与Wnt/β-catenin 信号通路共同组成了一个庞大的生物信息传递网络，具有牵一发而动全身地交叉效应。其具体的分子机制还有待进一步探索和完善，从而更充分地为治疗治愈肝脏疾病提供更多元的治疗方案。