Wnt信号通路中调节因子分泌型卷曲相关蛋白在风湿病中的研究进展

高月 唐芳 马武开 兰维娅 蒋总 蔡鑫 樊梅 金泽旭 秦瑶 彭金龙

【摘 要】 分泌型卷曲相关蛋白（sFRPS）作为一个可溶性蛋白家族，被认定为Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路的调节因子之一，对Wnt/β-catenin信号通路有双向调节作用。其中，sFRPS对Wnt/β-catenin信号通路的调控受到其所处细胞环境、自身浓度和细胞膜上相关受体表达不同等因素影响。sFRPS通过调节Wnt/β-catenin信号通路，或者直接作用于相关靶点，参与类风湿关节炎、骨关节炎、骨质疏松症等风湿病的生理、病理改变，在维持骨稳态和调节骨代谢中发挥作用。

【关键词】 风湿病;分泌型卷曲相关蛋白;Wnt/β-catenin信号通路;研究进展;综述

风湿病是以炎症产生和组织退化为主要特征，从而影响骨、关节及其周围软组织的一类疾病[1-2]。

Wnt信号通路及其相关因子的异常表达与多种风湿病有关，尤其是在类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）、骨关节炎（osteoarthritis，OA）、骨质疏松症（osteoporosis，OP）等与骨关节病变相关的风湿病中。Wnt信号通路不仅参与胚胎发育时期的骨骼或组织生成，也能够调节成人体内的组织稳态，其异常激活会导致癌症、关节软骨破坏等，但当其被抑制时也会阻碍伤口愈合、骨形成等[3]。其中Wnt蛋白在关节软骨的生长、稳态维持及退化过程中起主要调节作用[4]。分泌型卷曲相关蛋白家族（sFRPS）作为Wnt信号通路的细胞外调节因子之一，既可以与Wnt蛋白结合，也可以与细胞膜上受体卷曲蛋白（FZD）结合，影响Wnt信号通路的表达。sFRPS与Wnt配体、FZD受体、低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP）等相互作用，也能在骨、关节软骨形成及组织内稳态维持过程中起作用，与风湿病的产生有一定关系。

1 Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路

CABRERA等科学家在1987年确定了小鼠乳腺肿瘤病毒中的Int-1基因与果蝇无翅基因同源，随后NUSSE等科学家将Int-1基因命名为Wnt基因家族[5]。同时，由Wnt家族参与的Wnt信号通路可以被分成3条不同的通路，分别为1条经典信号通路——Wnt/β-catenin信号通路，2条非经典信号通路——Wnt/Ca2+信号通路和平面信号极性信号通路（Wnt/PCP）。这3条Wnt信号通路都可通过Wnt配体与FZD受体的结合而被激活。在哺乳类动物中，有19种不同的Wnt配体和10种FZD受体，这19种不同的配体都是长度为350～400个氨基酸的分泌型糖蛋白，结构中都包含23～24个半胱氨酸残基[6]。10种FZD受体都是7通道跨膜蛋白[7]，其富含半胱氨酸的结构域CRD有120个半胱氨酸残基，其中有10个保守的半胱氨酸基因序列，通过二硫桥连接[8]。具体来讲，Wnt信号通路的激活是依靠FZD受体中可溶性结构域CRD与Wnt配体结合而成[9]。

其中，经典信号通路是一类主要由β-catenin介导的、多种蛋白参与的高度保守的信号通路[10]。近年来，关于这条信号通路的作用机制研究受到越来越多的关注，其从胚胎时期至人生长发育期间，参与细胞增殖、分化、凋亡，影响人体各种生理、病理过程。当FZD受体与单跨膜分子低密度脂蛋白受体相关蛋白（LRP5/LRP6）协同，形成FZD-LRP二聚体时结合Wnt配体，Wnt/β-catenin信号通路激活。随后，LRP尾部被糖原合成酶激酶（GSK-3β）磷酸化后，招募支架蛋白Axin，诱导酪氨酸蛋白激酶Ⅰ散乱蛋白（Dsh/Dvl）磷酸化，使包含Axin、β-catenin、GSK-3β等物质的破坏复合体降解，从而抑制β-catenin磷酸化，使β-catenin在细胞质内积累，最终进入细胞核内与T细胞因子/淋巴样增强因子（TCF/LEF）结合，参与相关靶基因的表达或转录，如作用于基质金属蛋白酶（MMPs）、细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）等[11]。

2 sFRPS与Wnt/β-catenin信号通路

哺乳动物中表达的sFRPS家族由5种分泌型糖蛋白组成，分别是sFRP1、sFRP2、FRZB/sFRP3、sFRP4和sFRP5。根据基因序列的同源性，sFRPS家族又被细分为两个密切相关的子集，sFRP1、sFRP2和sFRP5为一个子集，FRZB/sFRP3、sFRP4为另一个子集[12]。每个sFRP长度约为300个氨基酸，具有N端结构域CRD和C端为纺锤蛋白样的netrin结构域（NTR）[13]。sFRPS能够与FZD受体竞争性结合Wnt配体，因为sFRPS的CRD结构域与Wnt信号通路中FZD受体的CRD结构域有30%～50%的序列同源性，其保守区域中存在10个半胱氨酸残基[14-15]。sFRPS作为Wnt信号通路的细胞外调节因子之一，广泛介导细胞间的信息传递，或者通过其他途径参与人体的生命活动过程。

以前普遍认为，sFRPS只是Wnt/β-catenin信号通路的抑制剂之一。但是，近年来越来越多研究认为，sFRPS对这条信号通路有双向调节作用。sFRPS对它的调控可分为以下几种途径：①Wnt配体与sFRPS结合后阻碍Wnt配体与FZD受体的结合位点，从而抑制信号通路。有实验从非洲爪蟾蜍中发现，FRZB/sFRP3与Wnt8结合后阻断Wnt8的信号传递，使其不能与FZD受体结合[13]。②sFRPS与Fz受体结合，起到抑制作用。③sFRPS与Wnt配体形成复合体，在一定条件下sFRPS可作为Wnt转运蛋白而增强Wnt信号[13]，随后Wnt配体与Fz受体结合，起到激活信号通路的作用。

sFRPS主要通过影响Wnt信号对其经典信号通路进行双向调控，但它对Wnt信号的影响取决于FZD受体表达水平、自身的浓度和所处细胞环境等。目前，sFRPS与Wnt3a之间的作用机制研究受到较多关注。LIANG等[16]研究发现，sFRP1、sFRP2和sFRP5在细胞外易与Wnt3a结合，而sFRP4与sFRP3则不与之结合。XAVIER等[17]实验表明，在L929细胞系中，FZD5异位表达时，sFRP1增强Wnt3a信号;当FZD2过度表达时，sFRP1则会抑制Wnt/β-catenin信号通路。XAVIER等[17-18]实验研究表明，在L929细胞系中，低浓度和高浓度的sFRP1和sFRP2都会抑制Wnt3a信号，然而在HEK293/STE細胞系中，低浓度sFRP1会增强Wnt3a信号，高浓度sFRP1会减弱Wnt3a信号。VON MARSCHALL等[19]实验研究表明，在HEK293A细胞系中，sFRPS2能通过增强Wnt3a信号，从而保持β-catenin水平稳定，激活Wnt/β-catenin信号通路，保证β-catenin与TCF在细胞核内结合。sFRPS与Wnt/β-catenin信号通路之间关系复杂，并且仍然存在争议，还需要更多的研究以更加明确两者间的作用机制。

3 sFRPS与风湿病

3.1 sFRPS与RA RA以滑膜组织产生炎症、关节软骨出现损伤、骨吸收等为主要病理表现[20]。成纤维样滑膜细胞（FLS）在RA病理过程中起重要作用，能够通过释放基质降解酶和炎症介质如前列腺素、一氧化氮等导致软骨组织破坏与炎症形成[21]。Wnt/β-catenin信号通路已经被证实为刺激FLS活性的信号通路之一。MAHMOUD等[22]实验表明，在RA患者FLS中，低浓度sFRP3通过下调Wnt/β-catenin信号通路中β-catenin水平，从而缓解RA患者炎症反应，减轻关节软骨破坏。在RA患者骨代谢的病理过程中，Wnt/β-catenin信號通路在调节成骨细胞分化和成骨基质形成过程中也会起到重要作用[23-24]。GINTING等[25]研究表明，sFRP1会与Wnt配体结合抑制此信号通路，最终导致成骨细胞的增殖、分化被抑制，RA患者表现出骨流失的临床症状。

除了通过经典信号通路影响炎症的产生外，sFRPS也可以直接作用于相关靶点上，参与RA患者的病理改变。CLAUDEL等[13，22]研究表明，在RA患者FLS中，sFRP3能够直接抑制纤连蛋白（Fn）表达，降低其活性。但是，Fn作为β-catenin的下游效应基因之一，能减少FLS与巨噬细胞在软骨表面吸附，从而缓解RA患者的炎症反应和关节软骨损害程度。LEE等[26]实验表明，sFRP1能促进辅助性T细胞17（Th17）分泌白细胞介素-17（IL-17），IL-17分泌促炎因子，诱导关节血管翳生成。

综上所述，RA的病因和发病机制复杂，目前仍然处于研究阶段。然而，sFRPS的种类不同，作用机制和靶点不同会导致RA患者发生相反的病理改变。sFRPS与RA的相关性实验研究较少，其在RA中的作用机制有待进一步明确。

3.2 sFRPS与OA OA病理特征包括进行性关节软骨退化、关节边缘骨赘形成、滑膜组织出现炎症和增生、膝关节韧带和半月板退化、关节囊增厚等[27]。当OA发展到后期会产生关节畸形、僵直、关节活动受限伴严重疼痛表现。其中，关节软骨退化是OA病程中最显著的特征之一。软骨细胞作为治疗OA的潜在靶点得到广泛的研究与关注，Wnt/β-catenin信号通路异常激活时会增强软骨细胞分解代谢或者抑制细胞外基质蛋白的基因表达，导致关节软骨退化[28-29]。LORIES等[30]实验表明，敲除FEZB/sFRP3基因的小鼠可能会使Wnt信号增强，导致关节软骨损害或退化加重，从而使OA的症状加重。ZHONG等[31]实验表明，在IL-1β诱导的大鼠软骨细胞中，青蒿素上调FRZB/sFRP3的表达后抑制Wnt/β-catenin信号通路，从而发挥抗炎和软骨保护作用。sFRP3的这一作用机制也许会为研究OA的治疗提供潜在价值线索。但是，MAHMOUD等[22]实验表明，在OA患者的FLS中，sFRP3能直接诱导基质金属蛋白酶-3（MMP-3）表达增加。MMP-3作为一种内酯酶，通过降解各型胶原等以促进软骨细胞和FLS中炎症因子的释放，最终加重OA患者的关节软骨破坏程度[32]。

目前，OA与Wnt信号通路的相关性研究被广泛关注，sFRPS作为此信号通路的调节因子之一，或许能够为研究OA的治疗方法拓宽思路。

3.3 sFRPS与OP OP是一种系统性的骨代谢疾病，其病理特征包括骨量减少和骨微结构恶化，这就会导致骨脆性增加，同时骨折风险大大提高[33]。Wnt/β-catenin信号通路是参与骨形成与骨重塑的信号通路之一，当它被激活时，β-catenin参与成骨细胞的分化、增殖和扩散过程[34]。LEE等[35]调查研究表明，在围绝经期妇女中，sFRP3和sFRP4的表达水平升高与OP的发生、发展相关。THYSEN等[36]实验表明，sFRP3高水平表达时抑制Wnt/β-catenin信号通路，但同时能通过刺激钙调蛋白激酶Ⅱ的生成而激活Wnt/Ca2+信号通路，使骨量增加。关于sFRP4，陈琨[37]实验表明，sFRP4虽然可以同时抑制经典和非经典Wnt信号通路，但其主要通过与Wnt5a结合，抑制Ror2/Jnk非经典Wnt信号通路，从而达到抑制破骨细胞分化的目的。TAYLAN等[38]研究表明，Wnt/β-catenin信号通路促进骨保护素（OPG）分泌后可增强成骨细胞分化。sFRP1就可通过抑制此信号通路，减少OPG分泌，使成骨细胞生成减少，最终导致骨形成弱于骨吸收，增加OP患病风险。TANG等[39]研究表明，OP患者血清中sFRP1水平明显升高。除Wnt信号通路外，核转录因子-κB信号通路和丝裂原活化蛋白激酶信号通路同样与骨代谢过程密切相关，sFRPS或许也可以通过这些信号通路影响成骨细胞和破骨细胞的增殖、分化，但sFRPS的作用机制还需要进一步的实验研究来明确。

目前，对OP的研究主要集中在Wnt信号通路的抑制因子骨硬化蛋白上，对sFRPS的研究不多;但是，由上述可知，在经典信号通路条件下，sFRP1、sFRP3、sFRP4都可以通过结合Wnt信号，如Wnt3a抑制此通路，阻止β-catenin参与成骨细胞增殖、分化。相反，sFRP3和sFRP4在两条不同的非经典信号通路中都能够起到促进骨生长的目的。

4 小 结

Wnt信号通路通过参与细胞分化、增殖、凋亡，从而维持骨代谢、组织稳态平衡等多种生理、病理过程。sFRPS作为Wnt信号通路的调节因子之一，同样能够在维持骨稳态和调节骨代谢中发挥作用。sFRPS在维持足够表达水平情况下，可以通过依赖或者不依赖Wnt信号通路的方式，参与RA、OA、OP等风湿病的生理、病理过程。但是，sFRPS家族通过Wnt信号通路作用于风湿病的机制研究还不完善和具体，目前只是对sFRP3和sFRP1在有关风湿病中的骨代谢和关节软骨稳态维持方面的作用机制研究较完善。所以，还需要对sFRPS进行深入的研究，以期为风湿病的治疗提供新线索。

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收稿日期：2021-06-11;修回日期：2021-07-20

基金项目：国家自然科学基金（81760866）;贵州省中医药、民族医药科学技术研究专项（QZYY-2020-005）;贵州省中医风湿免疫病临床研究中心（黔科合平台人才〔2020〕2202号）;贵州省中医药（民族医药）治疗风湿病医学平台建设（黔科合平台人才〔2018〕5707）;贵州省高层次创新型人才培养计划-“百”层次人才项目（黔科合平台人才〔2016〕5650）;国家重点研发计划中医药现代化研究重点专项（2017YFC1703904）

作者单位：1.贵州中医药大学，贵州 贵阳 550002;2.贵州中医药大学第二附属医院，贵州 贵阳 550003

通信作者：唐芳 贵州省贵阳市云岩区飞山街83号，64550932@qq.com