Wnt-5a在疾病中的作用与信号通路研究进展*

2019-12-23茜宋启斌于金明

微循环学杂志 2019年3期

闵茜宋启斌于金明

Wnt-5a为Wnts家族一员，目前已知在人体内共有19种Wnt 蛋白，这些Wnt成员可以通过不同途径，协同不同信号分子发挥多种生理病理作用[1]。β-catenin是Wnt通路核心蛋白，根据是否依赖β-catenin，Wnt信号通路可分为β-catenin依赖型(经典)通路和β-catenin非依赖型(非经典)通路。通常β-catenin与Axin、APC、GSK3β、CK1等形成的蛋白降解复合物结合，使得β-catenin磷酸化最终降解。在经典Wnt通路中，活化的Wnts与细胞表面受体 FZDs及LRP5/6结合，使前述蛋白降解复合物失活，β-catenin被释放并进入细胞核内与TCF/LEF作用，激活Wnt靶基因的转录。在非经典Wnt通路中，Wnt不依赖β-catenin，而是通过多种信号级联反应影响细胞极性、细胞骨架重组及基因转录等过程，其中最常见的两条途径是Wnt/Ca2+和Wnt/PCP通路。Wnt/Ca2+信号通路激活Ca2+依赖型信号分子包括PKC、CaMKII、NFAT，而Wnt/PCP通路主要通过Rho信号通路介导或通过小Rho-GTP酶激活JNKs。另外，研究发现，Wnt非经典Wnt通路除了发挥自身作用外，也具有拮抗Wnt经典途径作用。这一拮抗作用主要通过激活TAK1- NLK，磷酸化TCF/LEF转录因子得以实现[2]。

目前越来越多的研究证实，Wnt-5a主要通过非经典Wnt信号通路发挥作用。此外，Wnt-5a还可以根据受体和细胞环境差异对经典Wnt信号通路产生正或负的调节作用。

生理情况下，Wnt-5a从胚胎形态形成到出生后维持基因稳定，在各个阶段都扮演着重要的角色。它参与肺、心脏和乳腺形态发生，调节肝细胞更新、成骨细胞生成和组织再生。病理情况下，Wnt-5a异常表达常与多种恶性肿瘤、炎症反应及器官纤维化密切相关。早期实验证实，Wnt5a纯合基因敲除鼠表现为呼吸衰竭及广泛发育异常的胚胎致死[3]。鉴于Wnt-5a在病理生理过程中扮演重要作用，本文将从纤维化、炎症、肿瘤等病理过程对Wnt-5a信号通路及其作用进行综述。

1 Wnt-5a在纤维化中的作用

1.1 Wnt-5a促肺纤维化

在对间质性肺炎(UIP)患者肺组织进行研究时发现，其肺成纤维细胞中Wnt-5a mRNA和蛋白水平表达增强[4]。机械通气后肺组织Wnt-5a蛋白表达亦增加，这可能与通气后肺纤维化形成相关。获取肺纤维化患者肺组织进行分子学分析发现，纤维化区域成纤维细胞增殖增加，细胞外基质(ECM)表达水平增高，而Wnt-5a可以促进肺成纤维细胞的增殖和存活，同时增加纤维连接蛋白和整合素的表达[5]。

肺组织纤维化是阻塞性肺疾病如哮喘和慢性阻塞性肺疾病气道重塑的重要特征。研究发现，Wnt-5a在TGF-β的诱导下，影响气道平滑肌细胞ECM的表达[6]。在气道平滑肌细胞中，Wnt-5a通过非经典Wnt信号途径，激活Ca2+-NFAT和JNK诱导ECM的表达[7]，从而促进肺纤维化进展。

1.2 Wnt-5a促肝纤维化

众所周知，活化的肝星状细胞(HSCs)是肝纤维化发生发展的关键因素。研究发现，Wnt-5a蛋白在人感染后肝脏的纤维化区域表达增强，通过对小鼠进行肝纤维化建模后分析同样发现肝组织中Wnt-5a蛋白表达增加。并且Wnt-5a在活化的HSCs沉积ECM中显著增加，而在静止状态下的HSCs和正常成纤维细胞中Wnt-5a仅为基础表达[8]，Wnt-5a通过活化的HSCs促进增殖和ECM沉积进一步加重肝纤维化[9，10]。

1.3 Wnt-5a抑肾纤维化

Wnt-5a可能对糖尿病肾病有保护作用，可减缓糖尿病肾脏纤维化发生。研究证实，高糖环境下，肾脏TGF-β表达升高，但肾脏Wnt-5a并没有表现出在肺及肝脏中的促纤维化作用伴随性增高，而是表达被抑制。进一步实验发现Wnt-5a可致GSK3β失活，β-catenin被蛋白降解物复合体释放，从而缓解高糖所致的肾脏纤维化过程[11]。因此，Wnt-5a的抑纤维化作用的可能是通过影响β-catenin水平，最终通过经典Wnt途径实现。

2 Wnt-5a在炎症中的作用

2.1 Wnt-5a促炎作用

在结核分枝杆菌感染肺部肉芽肿性组织、慢性牙周炎组织、严重脓毒症患者的血清和骨髓巨噬细胞中、人和小鼠的动脉粥样硬化区域、人类牙髓炎组织及类风湿性关节炎患者的滑膜组织和滑膜纤维组织中，Wnt-5a表达均显著增高，这提示Wnt-5a参与机体炎症反应[12-19]。

在神经炎性疾病中，Wnt-5a诱导原代小胶质细胞中环氧化酶-2(COX-2) 及促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α表达上调[17]。Wnt-5a也与阿尔茨海默氏病相关的神经炎症相关，β-淀粉样肽(Ab) 诱导初级皮层神经元表达Wnt-5a，通过上调NF-κB诱导激酶(NIK)激活NF-κB，并介导IL-1β的表达[18]。

最近研究发现，Wnt-5a也在其它细胞中发挥促炎作用。在人脂肪细胞中，Wnt-5a可诱导促炎因子IL-6和IL-1β的表达[14]。在骨髓基质细胞中，通过MAPK和NF-κB通路，LPS诱导Wnt-5a表达，促进促炎细胞因子的表达，并增强单核细胞和T细胞的趋化[13]。在内皮细胞中，通过Ca2+-PKC-NF-κB，Wnt-5a促进COX-2的表达和促炎细胞因子的释放，增加血管通透性[19]。TNF-α刺激可诱导人牙髓细胞表达Wnt-5a，它通过MAPK和NF-κB信号通路调节IL-8和CCL2的表达，并影响巨噬细胞的迁移[16]。

2.2 Wnt-5a抗炎作用

研究表明，在小胶质细胞中Wnt-5a通过抑制COX-2的上调而抑制LPS诱导的炎症反应。另一项研究表明，在LPS/IFN-γ存在下，Wnt-5a可通过抑制M1巨噬细胞，抑制多种病理炎症反应。不同剂量的LPS可以诱导巨噬细胞表达不同水平Wnt-5a，这在一定程度上解释了Wnt-5a和LPS剂量依赖关系，低剂量LPS下Wnt-5a发挥促炎作用，而高剂量LPS下Wnt-5a通过巨噬细胞耐受抑制炎症反应[17]。

2.3 Wnt-5a对机体免疫应答作用

文献表明，Wnt-5a参与体内免疫应答的维持。在非特异免疫反应中，巨噬细胞可通过控制自身表达Wnt-5a，经Rac1-NF-κB途径诱导IFN-b、IFN-γ表达水平，调节CD14的表达最终影响机体的免疫应答[12]。此外，Wnt-5a还可以维持巨噬细胞存活，Wnt-5a表达缺失可致Bcl-2、Bcl-l和mcl-1等促细胞生存因子表达降低，同时增加凋亡因子Bax的表达[13，14]，从而加速巨噬细胞凋亡。

非特异免疫应答中另一关键过程是中性粒细胞聚集。在多种趋化因子作用下，大量中性粒细胞聚集到感染损伤部位，而过多中性粒细胞聚集与哮喘、COPD等多种疾病密切相关。人中性粒细胞表达多种Wnt-5a受体，最常见的为FZD2、FZD5和FZD8。Wnt-5a通过MAPK信号途径，诱导中性粒细胞趋化因子IL-8和CCL2的释放，募集中性粒细胞[14]。另外，Wnt-5a还可以通过JNK和NF-κB信号途径作用于巨噬细胞，增加CCL2的表达。另一研究对此进行了验证，收集LPS处理后巨噬细胞的上清液，在Wnt-5a存在下可以有效地诱导中性粒细胞迁移。

3 Wnt-5a在肿瘤中的作用

研究已表明，Wnt/β-catenin信号通路可促进恶性肿瘤发生发展，而Wnt-5a可通过调节 Wnt/β-catenin信号通路和细胞运动的特性，影响肿瘤进展。

3.1 Wnt-5a抑瘤作用

在乳腺癌和结直肠癌中，Wnt-5a低表达或缺失与肿瘤高侵袭性及预后不良有关。甲状腺癌中，Wnt-5a表达增加表现出抑癌活性[20-25]。

Wnt-5a在急性淋巴细胞白血病(ALL)中也具有抑瘤作用。临床研究发现，在ALL中，Wnt-5a表达缺失[26]，进一步分析ALL患者肿瘤细胞发现，这一缺失是由于启动子区高甲基化而表观沉默，这或许是肿瘤细胞的无限增殖和恶性发展的原因之一[27]。

同样，在食管鳞状细胞癌(ESCC)组织中也发现了相似的Wnt-5a启动子高度甲基化[28]。Wnt-5a表达异常抑制经典Wnt信号通路，从而抑制肿瘤细胞增殖和迁移，提示Wnt-5a在ESCC中具有抑瘤作用[29]。

3.2 Wnt-5a促瘤作用

在胃癌组织中，Wnt-5a表达显著上调，并且Wnt-5a上调的程度与胃癌恶性程度呈正相关。注射抗Wnt-5a抗体发现胃癌肝转移被抑制[28]。目前已有研究发现Wnt-5a促进胃癌侵袭相关机制：Wnt-5a激活黏着斑激酶和Rac1、激活PI3K/AKT、JNK和PKC信号通路，进而通过调节细胞粘附、肌动蛋白形成和层粘连蛋白促进细胞转移[30]。此外，胃癌组织中，Wnt-5a和MCP-1、IL-1β的表达呈正相关，提示Wnt-5a可能参与肿瘤区域巨噬细胞浸润和肿瘤相关炎症等病理过程[15，22]。

在非小细胞肺癌(NSCLC)中， Wnt-5a的表达显著增加并与不良预后相关[22]。香烟烟雾作为肺癌强诱导剂，可诱导人支气管上皮细胞表达Wnt-5a，Wnt-5a通过激活PKC上调细胞中的抗凋亡基因如Bcl-2，使细胞抗凋亡[21]。

在人黑色素瘤组织中，Wnt-5a广泛表达，并与肿瘤远处转移和不良预后相关。高表达的Wnt-5a通过调节上皮间质转化(EMT)，促进黑色素瘤细胞侵袭[30]。Wnt-5a还可激活黑色素瘤细胞中的ARF6，阻断N-cadherin对β-catenin的抑制作用，增强β-catenin介导肿瘤细胞侵袭作用。此外，Wnt-5a还可以激活Ca2+依赖的信号通路，影响细胞骨架的重塑和细胞运动[20]。Wnt-5a也可以通过促进肿瘤细胞耐药，从而延长肿瘤存活。研究发现，BRAF抑制剂长时间处理可诱导黑色素瘤细胞Wnt-5a表达，随之肿瘤细胞对BRAF抑制剂抗性增强。这一过程可能与FZD7和RYK介导的AKT信号通路被激活相关[30]。反之，Wnt-5a缺失黑色素瘤细胞增殖减弱，肿瘤细胞对BRAF抑制剂的抗性降低敏感性增强。

在对前列腺癌细胞中Wnt-5a研究时发现，Wnt-5a表达上调并通过Ca2+-CaMKII信号通路促进肌动蛋白重塑，影响细胞迁移和侵袭[31]。此前已知，基质金属蛋白酶1(MMP1)与前列腺肿瘤细胞骨转移相关。而Wnt-5a与ROR2和FZD2受体结合后，激活蛋白激酶D(PKD)和JNK促进MMP1表达[32]。这说明Wnt-5a参与前列腺癌骨转移。随着骨髓基质细胞Wnt-5a水平增加，前列腺癌细胞表现出向骨髓基质细胞的迁移增加的趋势，提示Wnt-5a可作为前列腺癌细胞的趋化因子或归巢因子[33]。骨髓基质细胞表达的Wnt-5a具有促进肿瘤细胞增殖的作用，Wnt-5a通过PKC-NF-κB、BMP-6激活SMAD和β-catenin，使前列腺癌组织中β-catenin核内大量聚集。另一方面，BMP-6可以使前列腺癌细胞在无雄激素的情况下的增殖，这可能是去势前列腺癌发生的原因[34]。

3.3 Wnt-5a在肿瘤中的其它作用

除了直接参与肿瘤发生发展外，Wnt-5a还通过参与促血管生成、免疫调节等方式间接影响肿瘤发生发展[23]。

Wnt-5a可诱导黑色素瘤细胞分泌IL-6、MMP2和血管内皮生长因子(VEGF)，参与细胞骨架重组。将Wnt-5a缺陷的黑色素瘤细胞与正常内皮细胞共培养，内皮细胞生长被抑制。进一步将Wnt-5a与黑色素瘤细胞共处理，获取肿瘤细胞分泌的外泌体，用该外泌体处理内皮细胞，可诱导血管生成，这一现象提示Wnt-5a具有促血管生成作用[35]。

另一研究发现，Wnt-5a抑制黑色素瘤细胞肿瘤相关抗原(TAA)表达，影响细胞毒性T细胞功能，这导致肿瘤细胞免疫逃逸[25]。