Wnt 信号通路在膝关节骨关节炎软骨退变的作用

方雨婷 柳直 姚五平 王宇杰 张璇

膝关节骨关节炎 ( knee osteoarthritis，KOA ) 是一种慢性退变性疾病，其中软骨退变以软骨纤维化、皲裂等为主要特点，其患病率高达 8.1%，并且逐年增多，严重影响患者生活质量。膝关节软骨退变主要因为膝关节力学失衡，局部受力不均，则关节软骨面磨损，甚至软骨下骨的损坏，日久慢性劳损形成 KOA。关节软骨的组成主要是水、胶原、蛋白聚糖和软骨细胞，随着增龄老化，胶原老化则导致软骨硬度增加，蛋白聚糖数量和水含量减少，蛋白含量增加，则降低了软骨弹性。软骨慢性劳损及创伤后，软骨细胞肿胀、崩解、坏死、脱落则软骨微骨折；受损的软骨细胞开始分泌蛋白质溶解酶及胶原酶则破坏了软骨基质，导致蛋白聚糖降解，胶原纤维暴露、老化，加重软骨损害，甚至出现软骨下骨暴露、骨折、出血，成骨，则软骨生物力学功能降低；软骨微骨折处逐渐被肉芽组织填充，渐行成纤维软骨，软骨钙化，终成骨赘。Wnt 信号通路在早期软骨形成和成熟中有重要作用，同时也参与了 KOA 进展的全过程，在软骨细胞中特异性敲除 β-catenin基因，致软骨细胞减少润滑素的产生，加重软骨退变，持续劳损进展为 KOA。Wnt 在膝关节内环境稳定和 KOA 发展和治疗中有重要作用，但目前研究对软骨损伤修复治疗并没有特效药物及治疗方式，所以对近几年研究 Wnt 信号通路相关观点进行综述，为治疗 KOA 软骨退变和进一步深入研究提供参考。

一、Wnt 信号传导通路

Wnt 信号通路由 Wnt 及其受体 ( Fri22led，Fr2 )、Dishevelled ( Dsh / Dvl ) 蛋白、β-连环蛋白 ( β-catenin，β-cat )等调节蛋白组成，调节细胞分化、增殖、迁移、凋亡等，Wnt 信号通路的信号分子由 Wnt、β-连环蛋白、Axin 蛋白、LEF / TCF 蛋白、Dishevelled 蛋白、钙黏蛋白、APC、LRP5 / 6、Frizzled 跨膜蛋白组成；Wnt 信号通路有经典和非经典两种模式：经典为 Wntl 经 Wnt 通路，提高胞内磷酸化 β-cat 的水平，激活靶基因转录，上调 cyclin D1 / E，激活 CDK4，使 p-Rb 超磷酸化，生长周期加快，细胞有丝分裂、增殖加快、减少凋亡；非经典 Wnt 信号通路，是不产生内源性 β-cat 积累信号的 Wnt 信号通路，Wnt 结合质膜受体后，通过其它通路起作用 ( 非基因组作用 )。

由于细胞膜、细胞质和细胞核中均存在 β-catenin，所以 β-catenin 在细胞增殖及分化中有重要意义。β-catenin是多功能蛋白，不仅能介导质膜中的细胞黏附，而且可以激活细胞核内基因转录，同时是 Wnt 通路的正性调节因子，促进 c-Mcyc 及 cyclin D1 活化，促进细胞增殖；是一种骨架蛋白，可以与 20 种以上蛋白结合，在调节β-catenin 细胞内水平时，正、负调节因子互相制衡维持生理平衡，从而调控相关细胞的增殖、凋亡和代谢。转录因子的功能障碍使关节软骨细胞、软骨外基质、软骨下骨质的合成及降解的失衡，导致软骨退化，软骨下骨增厚，骨赘形成，滑膜炎症和肥大以及韧带变性进展为KOA，故 Wnt 信号通路的异常与 KOA 的软骨细胞分化及增殖有密切的相关性。

二、Wnt 信号通路对软骨细胞的作用

1.调节软骨细胞分化：Wnt 基因能够转录成相应Wnt 蛋白并参与了多种信号通路，Wnt / Ctnn-Beta 途径由 Wnt1、Wnt3、Wnt3a、Wnt7a 和 Wnt8 激活与其受体Frizzled 结合激活 Dishevelled 参与转化。Wnt-Frizzled 中Wnt 蛋白主要由 Wnt1、Wnt5A 和 Wnt11 组成，与 Frizzled跨膜受体结合刺激异三聚体 G 蛋白，激活 PLC。Wnt 信号通路中的 Wnt4、Wnt5a、Wnt3a 和 Wnt7a 都具有调节软骨细胞分化的功能，Wnt5a 有促进体外早期软骨生成，并且抑制体内的软骨细胞的末端分化的作用。Wnt4 不仅具有抑制软骨生成，而且还具有促进软骨细胞的成熟分化的作用，研究发现 Wnt14 不仅可以诱导关节软骨形成的初始阶段，而且 Wnt14 在成熟关节中持续表达，有利于软骨修复。Wnt5a 激活后调节周期蛋白 DI 和 p130 上调，有助于提高软骨细胞增殖与分化的速度，从而达到调控软骨细胞的增殖来修复软骨，防治 KOA 的发生。Qi 等研究表明 Wnt5a 通过激活 PI3K / AKT / JNK 通路，证明了Wnt5a 可以促进 MSC 和软骨细胞的增殖、迁移和软骨分化。有研究表明 Wnt5b 抑制碱性磷酸酶的表达和活性，减少成骨细胞的分化和矿化。而且 Wnt5b 会 IL -6 的表达，并在成骨细胞分化过程中抑制 E2 诱导的碱性磷酸酶的表达；Wnt5b 通过受体 ROR1 / 2 抑制成骨细胞的分化，激活 DVL2 / 3 / RAC1 / CDC42 / JNK / SIN3A 信号传导并抑制β-catenin 活性。

Wnt3a 与 Wnt7a 都参与体内外软骨生成和发育的调节，软骨细胞中重要的转录因子，Sox9 通过抑制 Runx2 和β-catenin 的转录活性来调控蛋白多聚糖和 Ⅱ 型胶原的表达，促进软骨细胞分化。Wnt3a 抑制 Sox9 的表达来抑制 Ⅰ / Ⅱ 型胶原表达，刺激 Tcf / Lef 复合体的转录活动，从而诱导软骨细胞去分化，同时稳定的细胞 - 细胞黏附作用抑制软骨生成。研究表明，Wnt7a 信号可以通过刺激 β-catenin 转录，提高其活性，则激发软骨细胞去分化来调节软骨细胞分化。汪建样等研究表明，TGF-β 能够激活 Wnt 信号通路促进 hBMSCs 成软骨分化。由此可见，Wnt 信号通路通过激活或者抑制参与调节软骨细胞分化、增殖、成熟等过程，软骨退变是 KOA 的主要症状之一，它们是有密切联系的。

2.调控软骨细胞增殖：软骨细胞的功能改变在软骨损伤中有重要作用，软骨细胞的增殖是维持细胞体积所必需的。Wnt3a 可以促进软骨修复，Wnt3a 和 Wnt 通过激活β-catenin 来诱导关节软骨细胞分化，而且 Wnt3a 还可以激活 Ca2+ / CaMKⅡ 途径，刺激软骨细胞分化速度，从而促进软骨细胞增殖。Wnt5a 也有利于软骨细胞增殖、软骨形成，Wnt5b 和 Wnt9a 的缺乏导致软骨内骨化的严重延迟，也有学者认为 Wnt5b 没有促使软骨细胞增殖的作用，目前还有争议。Wnt7a 表达的降低和 Wnt5a 表达的增加可以促进软骨细胞的分化，Wnt9a 促进软骨细胞成熟并调节 Ihh 蛋白表达，缺乏 Wnt5b 和 Wnt9a 会减缓软骨内骨化。研究表明，Wnts 可以调节多种信号分子调节软骨细胞增殖。

三、Wnt 信号通路参与 KOA 的发生发展

KOA 发病机制之一为炎症学说，受损伤的软骨细胞及滑膜细胞在炎性因子诱导下释放炎性递质和酶类，进而加速软骨细胞外基质降解及软骨损伤，而 Wnt 信号通路发生异常与局部炎症有关，在巨噬细胞中，Wnt3a 通过激活 Wnt 通路降低 TNF-α 的释放来发挥抗炎作用，Wnt 配体 Wnt1 可直接诱导 IL-6 和 IL-8 的产生，Wnt2 可抑制细菌产生 IL-8，Wnt3a 可诱导 IL-6、IL-8、TGF-β 产生。鄢泽然等研究发现 Wnt / β-catenin 通路激活会释放炎性因子和软骨细胞基质水解酶类的表达，致软骨细胞外基质降解，这与 KOA 患者软骨损伤机制相关，所以抑制 Wnt /β-catenin 通路是研究 KOA 的治疗方向。ANP32A 对关节软骨中的 Wnt 信号传导呈负调节，Anp32a 缺乏导致关节软骨中 Wnt 信号传导过度激活伴有氧化应激的增加，改善了软骨损伤和骨赘形成。SM04690 抑制了经典 Wnt 通路，上调了 Wnt16、COL2A1、SOX9 和软骨蛋白聚糖的表达，抑制了软骨分解代谢因子 MMP13 的表达，并保护了TNF-α 诱导的炎症反应中的软骨细胞，促进了纤维软骨干细胞的软骨生成和修复。

KOA 发生的病理机制尚未统一，观点多样化，但是就力学和生物学因素导致软骨细胞、细胞外基质及软骨下骨的降解及合成失衡，导致关节软骨损伤的观点是认同度最多的。大量数据表明，滑膜和软骨细胞产生的促炎因子刺激软骨细胞分解软骨基质，破坏软骨中的胶原、蛋白聚糖和软骨细胞，加速软骨损伤，日久发展为 KOA。目前修复软骨主要方法是促进软骨细胞增殖和细胞外基质合成。SHP2 抑制剂 SHP099 在滑膜间充质干细胞中增加了软骨生成标志物表达，降低了肥厚标记物 ( COL10，RUNX2 ) 表达，增加的透明软骨样组织数量，提高了糖胺聚糖 ( GAG ) 和 COL2 水平较高。KOA 中 β-catenin 水平上调，则致软骨细胞肥大和滑膜炎症，所以规范 Wnt 信号对软骨形成和修复有重要的意义，研究发现 Wnt 信号通路的化合物 SM04690 具有缓解软骨变性的作用。

中医药现代药理研究表明，独活寄生汤、温经通络方、盘龙七片、七厘散、加味二仙颗粒、补骨脂、青蒿、大黄等中药复方或中药通过对Wnt / β-catenin 信号通路的调控来保护软骨细胞延缓 KOA进展。但是需要对其有效成分 / 剂量和其体内代谢产物具体作用机制进一步明确，以期为临床医师选药、用药提供更准确的依据。