Wnt1-诱导的信号通路蛋白1 在内分泌代谢性疾病中的研究进展

张斯琦 ，许康慧 ，于 慧 ，张 璐 ，关 莹 ，陈 晖

（1. 大连医科大学第一临床学院，辽宁 大连 116044；2. 苏北人民医院内分泌科，江苏 扬州 225001）

Wnt1-诱导信号通路蛋白-1 （Wnt1-inducible signaling pathway protein 1，WISP1） 是一种富含半胱氨酸的分泌型细胞外基质相关蛋白, 研究发现，WISP1 通过不同途径调控细胞增殖、介导细胞黏附、诱导细胞转移、促进有丝分裂及细胞外基质的形成，WISP1 在体内参与广泛的病理生理过程，之前关于WISP1 的研究多集中于癌症、 纤维化和慢性炎症性疾病。 2015年有学者研究表明WISP1 是一种新型的脂肪因子，作为促炎因子，在机体慢性炎症反应导致胰岛素抵抗的发病过程中发挥重要作用[1]。之后不断有关于WISP1 与2 型糖尿病、妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus, GDM）和胰岛素抵抗的研究发表。 WISP1 有望成为治疗内分泌疾病的新靶点。

WISP1 的结构

WISP1 为富含半胱氨酸蛋白 (cystein rich protein 61,Cyr61)- 结缔组织生长因子 （connective tissue growth factor，CTGF）-肾母细胞瘤过度表达基因 (nephroblastoma overexpressed gene, Nov) 的CCN 生长因子家族中的一员，编码WISP1 基因位于染色体8q24.1-8q24.3, 全长211 bp, 原始mRNA 长 4.5 kb，含有 5 个外显子及 4 个内含子，编码 367 个氨基酸，含4 个不同的富含半胱氨酸的功能结构域[2], 这4 个功能结构域分别为胰岛素样生长因子 (insuline-like growth factor, IGF)结合蛋白结构域(insulin-like growth factor-binding proteins，IGFBP)、C 型血管性假血友病因子 (von Willebrand factor, vWF)样结构域、血小板反应蛋白1(thrombospondin 1，TSP1)重复区和C 末端半胱氨酸结构域(CT)[3]，这些结构域决定了WISP1 的多种生物学功能。

WISP1 与内分泌系统疾病的关系

一、WISP1 与糖尿病

糖尿病通过诱导内质网应激、线粒体功能障碍、解偶联蛋白的改变以及细胞凋亡和自噬来控制细胞结局进而影响全身系统。 哺乳动物西罗莫司靶蛋白 （mammalian target of rapamycin, mTOR） 是控制糖尿病期间衰老和细胞代谢所必需的途径之一，mTOR 是磷脂酰肌醇3 激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶 （protein serine-threonine kinase, Akt） 下游的一种蛋白激酶，是蛋白质mTOR 复合物 1（mTOR complex 1, mTORC1）和 mTORC2 的中心元素[4]。 WISP1 可以依赖 AMP 活化蛋白激酶（AMP activated protein kinase, AMPK）或通过细胞因子，如促红细胞生成素和口服降血糖药物（如二甲双胍）的途径控制细胞代谢。 然而，这些途径需要准确的生物学控制以排除潜在的有害临床结果。 沉默信息调节因子1（silent information regulator 1, SIRT1） 是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （nicotinamide adenine dinucleotide，NAD） 依赖性脱乙酰化酶 Sirtuin-1，WISP1通过调控PI3K/Akt、SIRT1 和mTOR 的机制来驱动细胞增殖和存活，最终可以限制胰岛素抵抗，使受损的干细胞再生，并通过调节细胞增殖增强细胞保护作用。 将WISP1、mTOR和SIRT1 的作用转化为有效临床途径的能力，为治疗糖尿病提供了新前景，并且WISP1 也是糖尿病并发症的潜在靶点[5]。

WISP1 通过激活mTOR 途径，磷酸化p70 核糖体蛋白S6 激酶（(p70 ribosomal protein S6 kinase，p70S6K）和真核起始因子 4E 结合蛋白 1（4E binding protein 1，4EBP1），从而调节下游蛋白的翻译过程[6]。 此外，WISP1 通过阻断mTOR 组分40 ku 大小富含脯氨酸的 Akt 底物 （prolin-rich Akt substrate of 40 ku，PRAS40） 的抑制作用来增加 mTOR 活性[7]。WISP1 还通过调节葡萄糖稳态来调控AMPK 翻译后的磷酸化及mTOR 活性[8-11]。 AMPK 调节结节性硬化复合症（tuberous sclerosis complex，TSC）1/TSC2 突变基因复合物的活性，该复合物是mTORC 1 的抑制剂。 受WISP1 调控的AMPK 及 Akt 可使 TSC2 磷酸化，TSC2 对 mTOR 有负性调控作用[12]。 结果 WISP1 增加了 TSC2 激活，同时限制 AMPK 激活。 WISP1 调节AMPK 活性的能力对于糖尿病期间的细胞代谢至关重要。 在某些情况下，AMPK 对胰岛素抵抗有改善作用，并通过激活自噬介导减少氧化应激[13]。 mTOR 通过影响细胞的生长及增殖从而控制代谢综合征患者的胰岛素抵抗和血管血栓形成。

WISP1 在糖尿病的修复过程高度表达，考虑可能与干细胞增殖、迁移和分化有关。 WISP1 可以诱导多能干细胞重新编程[14]。 此外，在胰腺再生的研究中，WISP1 呈过表达状态，表明WISP1 可能在糖尿病期间起到细胞保护的作用[15]。 胰高血糖素样肽-1 （glucagon-like peptide 1,GLP-1） 能激活mTOR，进而保护胰岛β 细胞免受胆固醇介导的凋亡损伤[16]，PI3K-Akt-mTOR 通路可在糖尿病期间通过表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF） 受体防止糖尿病患者神经细胞凋亡[17]，促进胰岛 β 细胞增殖[18]。 WISP1 在多种器官的上皮细胞和间充质细胞中表达，对组织的修复和再生具有重要的作用。GDM 被认为是葡萄糖不耐受的短暂状态，及内分泌和炎症过程的复杂状态，Wnt 信号转导途径与妊娠期间的脂肪形成以及炎症过程有关[19]。 Murahovschi 等[1]不仅发现WISP1 与肥胖相关的炎症过程有关，还发现用胰岛素处理后的脂肪细胞中WISP1 表达增加，表明WISP1 在葡萄糖不耐受的高胰岛素状态下的作用。 一项针对GDM 和女性胰岛素抵抗的横断面前瞻性研究提示，WISP1 的循环水平显著高于健康孕妇对照组，并确定体质量指数（body mass index,BMI）和胰岛素抵抗是 WISP1 水平的决定因素[20]。 WISP1 在心肌缺血时表达上调、 可以促进隐静脉挤压伤中血管平滑肌增殖，从而促进血管再生[21]，所以WISP1 可能是针对糖尿病血管并发症及GDM 治疗策略的关键。

最新研究报道的体外数据证实了WISP1 可能干扰胰岛素靶组织中的信号转导[22]，发现WISP1 损害肌肉和肝细胞中的胰岛素信号转导。 在2 种细胞类型中，WISP1 抑制胰岛素介导的Akt 磷酸化，Akt 在多方面调节葡萄糖代谢，如葡萄糖摄取、糖原合成以及胰岛素对肝葡萄糖产生的抑制。 该研究观察到WISP1 胰岛素介导的胰岛素受体-β/IGF-1 受体络氨酸磷酸化的减少，表明WISP1 可能通过干扰肌管和肝细胞中这些受体起作用，进而导致糖异生和糖原合成受损。故将WISP1 治疗推广至人群时需进一步完善相关研究。

二、WISP1 与肥胖

WISP1 是一种新型的脂肪因子，在脂肪生成中起负性调节作用。 脂肪生成的特征在于基因表达的动态变化，过氧化物酶体增殖物激活受体 γ （pemxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ） 和 CCAAT/增强子结合蛋白均为脂肪生成的关键调节因子[23]。 Ferrand 等[24]的研究显示，3T3-F442A细胞中过表达的WISP1 通过下调PPARγ 转录活性抑制脂肪细胞分化，从而减少脂肪的表达，该研究进一步表明，WISP1 与PPARγ 相互作用，介导 PPARγ 的蛋白酶体依赖性降解，从而降低PPARγ 蛋白水平和活性。WISP1 被分泌并在胞质溶胶中表达，其中WISP1 通过直接相互作用催化泛素化和PPARγ 的降解，从而抑制其转录活性。 实际上，PPARγ能够通过靶向磷酸化β-联蛋白进行蛋白酶体降解来抑制Wnt 信号转导，从而抑制其对脂肪生成的抑制作用。 WISP1除了抑制PPARγ 脂肪靶基因外，还可以通过螯合PPARγ 来保护β-联蛋白免于降解，从而促进Wnt 信号通路活性。 因此，PPARγ 和 Wnt 信号转导途径之间可能存在双向负调控，故WISP1 可能是一种新的有效的脂肪生成抑制剂。

Murahovschi 等[1]的研究表明，人脂肪细胞分化与WISP1的表达和分泌增多有关。 用WISP1 刺激人巨噬细胞导致促炎症反应。 循环WISP1 和WISP1 皮下脂肪组织表达受人和小鼠体重变化的调节。 在糖耐量试验中，WISP1 在内脏脂肪组织（visceral adipose tissue，VAT）和皮下脂肪组织（subcutaneous adipose tissue，SAT） 中的表达与胰岛素抵抗及炎症有关。 在非酒精性脂肪性肝病患者中，研究发现疾病活动评分、 肝脂肪含量与WISP1 表达之间无相关性。 这些研究表明，WISP1 可能在肥胖与炎症和胰岛素抵抗起重要作用，可能是治疗肥胖症的新方向。

三、WISP1 与多囊卵巢综合征 （polycystic ovarian syndrome，PCOS）

PCOS 是育龄妇女中最常见的内分泌疾病[25]，PCOS 患者除了有月经稀发、功能性子宫出血等临床表现[26]外，还有罹患肥胖症、代谢综合征和糖尿病的风险[27]。PCOS 还与胰岛素抵抗有一定关系，胰岛素抵抗被认为是PCOS 主要临床症状之一[28]。

Sahin 等[29]的研究结果显示，与未患 PCOS 相比，PCOS组血清WISP1 浓度显著增高。 WISP1 在细胞水平上具有广泛的作用，包括细胞凋亡、干细胞分化、多系统发育与再生，通过其已知的作用，可以认为其在不同途径中起作用导致PCOS 患者出现胰岛素抵抗和代谢紊乱[30]。 Murahovschi 等[1]观察到WISP1 的表达与胰岛素敏感性及循环脂联素水平呈负相关，推测WISP1 有可能是内脏脂肪堆积和胰岛素抵抗的标志物[1]。 有关WISP1 参与PCOS 的机制尚不清楚，但已知研究提示WISP1 很可能发挥相关作用，尚需进一步研究。

四、WISP1 与骨质疏松

Wnts 蛋白位于细胞外基质中，Wnt 信号通路是影响骨生成的信号通路之一，特别是在组织特异性和细胞迁移中[31]。这种信号通路影响所有类型的骨细胞（成骨细胞、破骨细胞和骨细胞）。 在Wnt 信号转导途径的组分内，已发现WISP1在调节骨生成和改善骨强度中起重要作用[32]。已在发育中的骨骼以及成骨细胞前体和成骨细胞中观察到WISP1 的表达，特别是在发育或骨折愈合期间新骨形成的部位[33]。

研究证明，WISP1 的基因变异与多个骨骼部位的骨密度显著相关，这种可行的关联部分是由该位点的增强子或启动子的调节作用引起的[34]。Maeda 等[35]的研究表明，WISP1 在骨形成的很多方面起作用，包括调节骨厚度和矿物质密度以及生物力学强度，该研究还表明，WISP1 依赖性骨细胞和组织活性的分子基础可能依赖于成骨细胞祖细胞内的Wnt信号。 骨硬化蛋白是由骨细胞合成的一种具有高度组织特异性的蛋白质，是Wnt 信号转导的抑制剂[36]。 短期应用抗硬骨蛋白抗体可诱导同化骨形成活性，从而提高骨量和强度，促进骨折修复。 抗硬化蛋白抗体增强的Wnt 信号转导不仅刺激骨形成，而且抑制人体的骨吸收[37]。 因此，推测WISP1在骨骼中的作用在某些方面可以通过表型进行抗硬化蛋白治疗，从而影响骨细胞和破骨细胞的分化。 这些结果表明WISP1 可能对人体骨骼健康很重要，成为治疗骨质疏松症的新方向。

WISP1 功能广泛，不仅参与正常的发育和分化，而且通过影响不同信号通路在内分泌疾病中发挥重要作用。 目前，WISP1 对内分泌疾病的发生及调解途径的影响尚未完全明确，进一步研究 WISP1 介导相关疾病调控机制将有助于内分泌疾病的诊治，并为其预后提供一定的指导作用。