Wnt信号通路与男性不育相关性的研究进展

傅文婷 江惠华 钟兴明等

[摘要] Wnt信号通路是一種高度保守的信号通路，它在多种人体发育进程及维持成人组织稳态中起着根本性的作用。经典的Wnt信号通路与细胞的发育分化密切相关。Wnt信号通路在维持雄性哺乳动物精子形态与功能正常中发挥了重要作用，该通路异常与男性不育和睾丸癌有关。本文综述了Wnt信号通路在男性生殖系统中的作用及其与男性不育的关系等方面的最新进展，以进一步了解Wnt信号通路的作用机制，为男性不育的治疗提供参考。

[关键词] Wnt信号通路;男性生殖;男性不育;精子形态

[中图分类号] R698.2          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）02（a）-0072-03

[Abstract] Wnt signaling pathway is a highly conserved signaling pathway， which plays a fundamental role in various human development processes and in maintaining adult tissue homeostasis. The classical Wnt signaling pathway is closely related to the development and differentiation of cells. Wnt signaling pathway plays an important role in maintaining sperm morphology and function in male mammals. The abnormal Wnt signaling pathway is related to male infertility and testicular cancer. This article reviews the latest progress in the role of Wnt signaling pathway in male reproductive system and its relationship with male infertility， in order to further understand the mechanism of Wnt signaling pathway and provide reference for the treatment of male infertility.

[Key words] Wnt signaling pathway; Male Reproduction; Male infertility; Sperm morphology

据世界卫生组织（WHO）调查，全球有10%～15%育龄夫妇不育，其中50%与男性有关[1-2]。无精症是男性不育症的主要病因之一，占男性不育的10%～15%[3]。临床上常根据有无输精管道梗阻将无精症分为两种，即梗阻性无精症和非梗阻性无精症;其中，非梗阻性无精症患者占整体的60%[4]。男性非阻塞性无精症主要病因是睾丸生精障碍，即不能产生精子或只产生极少量的精子，导致精子不能到达卵母细胞和/或正常穿透。非梗阻性无精症病因不明，这给临床诊疗带来了很大的困难，且目前尚缺乏根本、有效的预防和治疗手段[5]。

1 Wnt信号通路的概况

1982年在乳腺癌小鼠中发现了Wnt基因[6]，此基因激活依赖小鼠乳腺癌相关病毒基因的插入，故被命名为Int1基因。Int1基因在小鼠正常胚胎发育中起重要作用，其与果蝇的无翅（Wingless）基因[7]类似，可控制胚胎的轴向发育。此外，Int1基因在神经系统胚胎发育中的重要性，故将Wingless与Int1结合并命名为Wnt基因。人Wnt基因定位于12q13。在胚胎发育中，Wnt基因调控的重要信号传导系统即为Wnt通路。

Wnt信号通路是一种高度保守的信号通路，Wnt基因家族编码了大量的分泌信号糖蛋白，这些糖蛋白参与了包括胚胎发育、成人组织稳态、祖细胞类型的维持、细胞命运的确定等许多生物过程。Wnt通路的组成部分主要包括细胞外的配体蛋白、细胞膜上的Frizzled家族蛋白及低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）、细胞质中的Dsh/Dvl蛋白和细胞核内的β-连环蛋白（β-catenin）、糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）、Axin/Conductin、息肉胶原蛋白等。目前，在人类中共发现了19种Wnt配体蛋白，不同的配体与存在于细胞膜上的受体结合后可激活不同的信号途径[8]，主要包括经典的Wnt/β-catenin信号通路、平面细胞极性通路、Wnt/Ca2+通路和调节纺锤体的方向和非对称细胞分裂的胞内通路等[9]。研究较多的则是经典Wnt/β-catenin信号通路。

经典Wnt信号通路是Wnt蛋白通过Frizzled家族特异受体和LRP5/LRP6辅助受体结合，触发细胞内的信号传导，使β-catenin聚集的级联反应过程。细胞内的β-catenin是经典Wnt信号通路的核心组成部分，它分布于细胞核内，可调控靶基因的转录，被认为能够指示Wnt信号通路的激活状态[10-11]。β-catenin同时具有细胞膜黏附作用[12-13]。在缺少Wnt配体（如Wnt3、Wnt3a、Wnt5a、Wnt7a和Wnt8b等）的情况下，细胞质内β-catenin处于复合体松散的游离状态，复合体被分解为多种蛋白，如息肉胶原蛋白、轴蛋白、蛋白激酶酪蛋白激酶1（CK1），以及糖原合成酶激酶3（GSK3）。β-catenin被磷酸化，导致蛋白降解[11]。当Wnt配体与膜相关受体复合体[由跨膜受体家族成员及一个低密度脂蛋白受体（LDLR）相关蛋白（LRP）]相结合后，Wnt信号通路就被迅速激活，这导致被破坏的复合体解体，并引起胞浆内的β-catenin第一次发生积聚，进而导致信号异常活化[13]。

2 Wnt基因的研究進展

Wnt基因家族由一些编码分泌信号蛋白的结构相关基因组成。这些蛋白参与了多种发育进程，包括调控胚胎发育期的细胞命运和构造，同时也参与了肿瘤生成。人类Wnt3基因是Wnt基因家族的一员，其编码的98%蛋白质与小鼠Wnt3蛋白同源，也与84%的人类Wnt3蛋白同源，Wnt3参与了小鼠原始轴形成[14]。Wnt3基因可能通过激活Wnt-β-catenin-TCF信号通路，在人类乳腺癌、直肠癌、肺癌和胃癌中发挥决定性作用[15]。

人类Wnt5a基因也是Wnt基因家族的一员，其编码的蛋白质同时参与了经典与非经典Wnt信号通路。Wnt5a编码的蛋白质参与形成了跨膜受体卷曲蛋白-5和酪氨酸激酶孤儿受体2的配体[16]。Wnt5a可促进精原干细胞自我更新[17]。

Wnt7a定位于3号染色体短臂2区5带。其组织特异性表达局限于胎盘、肾脏、睾丸、子宫、胎儿肺、胎儿和成人的大脑。换而言之，Wnt7a在男性睾丸是高表达的[18]。小鼠Wnt7a基因编码的蛋白与人类该基因编码的蛋白有97%的同源性。Wnt7a基因在苗勒管的分化和头向尾纵向发育过程中起到关键作用，该基因参与了胚腔上皮特异性分化为苗勒管细胞的过程，并使苗勒管与性腺相连，可以促使苗勒管延长[19]。同时，Wnt7a基因突变的小鼠会出现各种苗勒管发育异常的症状：双侧敲除的小鼠，其生殖系统较前两者短，宫腔狭窄[20]。Wnt7a基因突变与小鼠的精子形成具有相关性[21]。中国人群大样本非梗阻性无精症的全基因组关联分析（GWAS）研究中发现了2例非梗阻性无精症患者的Wnt7a基因存在26 kb的缺失[22]。

3 Wnt信号通路与男性不育的关系

Wnt信号在出生后睾丸功能的重要性已经在几个小鼠模型中得到了研究[23]。在唯支持细胞和减数分裂后期生殖细胞中，Wnt通路的干扰作用将影响其功能。虽然唯支持细胞中的β-catenin缺失对睾丸的发育没有影响，但Wnt信号是精子发生的多个阶段必需的[24]。Wnt信号通路异常活化和非经典的Wnt信号通路的激活对细胞的影响，已被证明与经典的Wnt信号通路的激活存在一定差别，甚至是差异非常大。严重扰乱模型小鼠经典Wnt信号通路，以探索调节Wnt通路活性对成年雄性小鼠正常生殖细胞发育的重要性，发现在24 h内，每个细胞都表现出明显的分裂性的精子形成，并持续了4 d，其结果包括生殖细胞凋亡和快速丢失，雄性小鼠的生育能力减退，并改变血睾丸屏障蛋白的分布和形态[21]。这表明Wnt信号控制对成人精子形成是至关重要的，即它的破坏可能是某些男性不育的基础。然而，关于在睾丸内的Wnt配体的特性、其影响的位点及其对精子在体内的进展的特异性影响的信息很少。

Kohn等[25]在小鼠睾丸中发现一种与已知Wnt信号拮抗剂家族Dickkopf（DkkL1）同源的蛋白，在精子形成过程中最初出现在精子形成细胞中，然后出现在成熟精子头部的顶体上。每个精子发生阶段的基因表达由不同的驱动因素控制，这些因素可能促进功能受体的合成，以维持在精子发生过程中持续的Wnt活动。另外，两种受体之间可能存在功能上的差异，这反映了它们在不同生殖细胞类型中的主要表达。总的来说，精子细胞和精子需要Wnt信号的正常调控，这些发现进一步证明了在有丝分裂生殖细胞中对Wnt功能的精确调控的必要性。

β-catenin在生殖细胞中具有重要作用。在原始生殖细胞启动子TNAP-CRE表达的细胞和细胞系中，表达活跃的β-catenin导致了男性和女性的生殖细胞缺乏[26]，而单倍体生殖细胞β-catenin缺失导致了精子数量减少，生殖细胞凋亡增加，生育能力受损[27]。睾丸的Wnt信号通路尚未得到很好的研究，但其已被认为影响正常的精子发生[28]。Wnt/β-catenin信号通路的紊乱将破坏唯支持细胞的功能，这对睾丸精子形成的能力至关重要[29-30]。

经典的Wnt信号通路对成年男性睾丸发挥正常功能是不可或缺的，Wnt基因对滋养细胞精子形成的支持至关重要[31]。其中，Wnt配体作用于多个位点，可影响睾丸的发育，并有助于成体的上皮细胞的功能完整性。这些基因可能是非梗阻性无精症的重要候选基因，其功能缺陷将影响睾丸的发育。Wnt信号水平的控制对精子形成的Sertoli细胞的支持至关重要，但是对Wnt信号在男性生殖细胞中的作用仍知之甚少。因此，Wnt信号在生殖细胞中的具体作用仍有待进一步研究。

[参考文献]

[1]  Hernandez Gifford JA. The role of WNT signaling in adult ovarian folliculogenesis [J]. Reproduction，2015，150（4）：R137-R148.

[2]  Ferlin A，Foresta C. New genetic markers for male infertility [J]. Curr Opin Obstet Gynecol，2014，26（3）：193-198.

[3]  Tiberio P，Lozneanu LL，Angeloni V，et al. Involvement of AF1q/MLLT11 in th progression of ovarian cancer [J]. Oncotarget，2017，8（14）：23 246-23 264.

[4]  Plaseska-Karanfilska D，Noveski P，Plaseski T，et al. Genetic causes of male infertility [J]. Balkan J Med Genet，2012，15：31-34.

[5]  Weedinj W，Khera M，Lipshultz L. Varicocele repair in patients with nonobstructive azoosperima：a meta-analysis [J]. J Urol，2010，183（6）：2309-2315.

[6]  Zhang X，Hao L，Meng L，et al. Digital gene expression tag profiling analysis of the gene expression patterns regulating the early stage of mouse spermatogenesis [J]. PLoS One，2013，8（3）：e58 680.

[7]  Chen MW，Yang ST，Chien MH，et al. The STAT3-miR-NA-92-Wnt signaling pathway regulates spheroid fomation an malignant progression in ovarial cancer [J]. Cancer Res，2017，77（8）：1955-1967.

[8]  Holstein TW. The evolution of the Wnt pathway [J]. Cold Spring Harb Perspect Biol，2012，4（7）：a007 922.

[9]  Wallkamm V，Rahm K，Schmoll J，et al. Regulation of distinct branches of the non-canonical Wnt-signaling network in Xenopus dorsal marginal zone explants [J]. BMC Biol，2016，14：55.

[10]  Fodde R， Tomlinson I. Nuclear b-catenin expression and Wnt signalling：in defence of the dogma [J]. J Pathol，2010，221（3）：239-241.

[11]  Madan B，Ke Z，Lei ZD，et al. NOTUM is a potential pharmacodynamic biomarker of Wnt pathway inhibition [J]. Oncotarget，2016，7（11）：12 386-12 392.

[12]  Ashouri S，Khujin MH，Kazemi M，et al. Effect of teicoplanin on the expression of c-myc and c-fos proto-oncogenes in MCF-7 breast cancer cell line [J]. Adv Biomed Res，2016，5（1）：172-175.

[13]  Barker N. The canonical Wnt/beta-catenin signalling pathway [J]. Methods Mol Biol，2008，468：5-15.

[14]  Hassanian SM，Ardeshirylajimi A，Dinarvand P，et al. Inorganic polyphosphate promotes cyclin D1 synthesis through activation of mTOR/Wnt/β-catenin signaling in endothelial cells [J]. J Thromb Haemost，2016，14（11）：2261-2273.

[15]  Bukowska J，Ziecik AJ，Laguna J，et al. The Importance of the Canonical Wnt Signaling Pathway in the Porcine Endometrial Stromal Stem/Progenitor Cells：Implications for Regeneration [J]. Stem Cells Dev，2015，24（24）：2873-2885.

[16]  Yu WZ，Chen XM，Niu WB，et al. Role of Wnt5a in the differentiation of human embryonic stem cells into endometriumlike cells [J] Int J Clin Exp Pathol，2015，8（5）：5478-5484.

[17]  Yeh JR， Zhang X， Nagano MC. Wnt5a is a cell-extrinsic factor that supports mouse spermatogonial stem cell-renewal [J]. J Cell Sci，2011，124（14）：2357-2366.

[18]  Fan X，Krieg S，Hwang JY，et al. Dynamic regulation of Wnt7a expression in the primate endometrium：implications for postmenstrual regeneration and secretory transformation [J]. Endocrinology，2012，153（3）：1063-1069.

[19]  Bernkopf DB，Hadjihannas MV，Behrens J. Negative-feedback regulation of the Wnt pathway by conductin/axin2 involves insensitivity to upstream signalling [J]. J Cell Sci，2015，128（1）：33-39.

[20]  Miller C，Degenhardt K，Sassoon DA. Fetal exposure to DES results in deregulation of Wnt7a during uterine morphogenesis [J]. Nat Genet，1998，20（3）：228-230.

[21]  Kerr GE， Young JC，Horvay K，et al. Regulated Wnt/Beta-Catenin Signaling Sustains Adult Spermatogenesis in Mice [J]. Biol Reprod，2014，90（1）：3.

[22]  Huang N，Wen Y，Guo XJ，et al. A Screen for Genomic Disorders of Infertility Identifies MAST2 Duplications Associated with Nonobstructive Azoospermia in Humans [J]. Biol Reprod，2015，93（3）：61.

[23]  Qiu CZ，Wang MZ，Yu WS，et al. Correlation of GOLPH3 gene with Wnt signaling pathway in human colon cancer cells [J]. J Cancer，2016，7（8）：928-934.

[24]  Lüdtke TH，Rudat C，Wojahn I，et al. Tbx2 and Tbx3 act downstream of Shh to maintain canonical Wnt signaling during branching morphogenesis of the murine lung [J]. Dev Cell，2016，39（2）：239-253.

[25]  Kohn MJ，Kaneko KJ，Depamphilis ML. DkkL1 （Soggy），a Dickkopf family member，localizes to the acrosome during mammalian spermatogenesis [J]. Mol Reprod Dev，2005，71（4）：516-522.

[26]  Liu S，Liu YP，Huang ZJ，et al. Wnt/Ryk signaling contributes to neuropathic pain by regulating sensory neuron excitability and spinal synaptic plasticity in rats [J]. Pain，2015，156（12）：2572-2584.

[27]  Chang YF，Lee-Chang JS，Harris KY，et al. Role of b-catenin in post-meiotic male germ cell differentiation [J]. PLoS One，2011，6（11）：e28 039.

[28]  Li Q，Ishikawa TO，Miyoshi H，et al. A targeted mutation of Nkd1 impairs mouse spermatogenesis [J]. J Biol Chem，2005，280（4）：2831-2839.

[29]  Boyer A，Hermo L，Paquet M，et al. Seminiferous tubule degeneration and infertility in mice with sustained activation of WNT/CTNNB1 signaling in sertoli cells [J]. Biol Reprod，2008，79（3）：475-485.

[30]  Tanwar PS，Kaneko-Tarui T，Zhang L，et al. Constitutive WNT/beta-catenin signaling in murine Sertoli cells disrupts their differentiation and ability to support spermatogenesis [J]. Biol Reprod，2010，82（2）：422-432.

[31]  Yang X，Sun J，Xia D，et al. Capn4 Enhances Osteopontin Expression through Activation of the Wnt/β-Catenin Pathway to Promote Epithelial Ovarian Carcinoma Metastasis [J]. Cell Physiol Biochem，2017，42（1）：185-197.

（收稿日期：2018-07-24  本文編辑：王   蕾）