Wnt/β-连环蛋白信号通路与炎症性肠病关系的研究进展

陈苗，董雪，张静，王华，乔成栋

Wnt/β-连环蛋白信号通路与炎症性肠病关系的研究进展

陈苗1，董雪1，张静1，王华1，乔成栋2

1 兰州大学第一临床医学院，兰州 730000；2 兰州大学第一医院老年病科

炎症性肠病是肠道的慢性非特异性炎症性疾病，其根本病因及发病机制尚不明确，目前认为遗传、环境、免疫因素间复杂的相互作用可能是炎症性肠病发病的主要原因。Wnt/β-连环蛋白信号通路能调节肠道干细胞的增殖和分化进程，维持肠上皮细胞的有序结构和肠道内稳态，其功能紊乱与炎症性肠病密切相关。

炎症性肠病；Wnt/β-连环蛋白信号通路；克罗恩病；溃疡性结肠炎

炎症性肠病（IBD）是肠道的慢性非特异性炎症性疾病，虽然其在西方国家的发病率趋于稳定，但其患病率一直大于0.3%［1］。IBD主要包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）［2-3］。目前公认的IBD发病机制是在环境和遗传易感性的双重刺激下，机体被诱导产生不可抗拒的、反复出现的异常肠道免疫反应，导致肠上皮大量炎性细胞浸润，肠黏膜损伤和其他病理变化。KHOUNLOTHAM等［4］通过小鼠实验表明，虽然IBD的遗传易感性很常见，但不足以引发慢性结肠炎，最终导致慢性结肠炎的原因是肠道生态失调或急性肠上皮损伤。研究表明，IBD发病的关键事件之一是肠上皮屏障的破坏［5］。Wnt/β-连环蛋白（Wnt/β-catenin）在细胞的生长发育、增殖和组织修复中起至关重要的作用，参与IBD的发生发展过程。在IBD患者尤其是UC患者中，抑制Wnt信号会导致潘氏细胞缺乏，最终导致肠道屏障的崩溃［6］。Wnt途径还可调节IBD发病过程中的肠道免疫［7］。Wnt/β-catenin信号通路有望成为临床预防和治疗IBD的新靶点。本文就Wnt/β-catenin信号通路在IBD发生发展中的作用进行综述。

1 Wnt/β-catenin信号通路概述

连环蛋白是一组具有相似结构的胞内糖蛋白家族，其氨基酸组成中都具有数个相同序列的结构域。迄今为止已发现的连环蛋白家族至少可以分为四大类，其中β-catenin尤为重要［8］。β-catenin是由CTNNB1基因编码的多功能蛋白质，可分为α、β、γ亚型，含有781个氨基酸，主要分布于细胞膜，具有介导细胞间黏附与信号转导的功能。其N-末端是β-catenin被糖原合成酶激酶磷酸化降解的作用位点；连接臂重复区是β-catenin与多种配体（T细胞转录因子、结肠腺息肉蛋白、轴蛋白、上皮细胞钙黏蛋白等）结合的重要部位，发挥细胞黏附与细胞间信号传导的功能；C-末端酸性较强，参与β-catenin与T细胞转录因子的结合［9］。

Wnt信号通路广泛存在于多细胞真核生物中，在胚胎发育和疾病中起至关重要的作用。Wnt信号通路是一个复杂的调控网络，主要包括三个分支：WNT/β-cantenin信号通路、平面细胞极性通路（WNT/PCP通路）、WNT/Ca2+通路。Wnt/β-catenin信号通路是其中最经典的一条［10］。当Wnt蛋白启动一个复杂的信号级联，会通过稳定的关键介质β-catenin调节细胞的增殖和分化。当Wnt途径沉默时，泛素-蛋白酶体系统（包括糖原合成酶激酶3、酪蛋白激酶Iα、体轴抑制因子和肠腺息肉瘤蛋白）可以磷酸化β-catenin，导致β-catenin降解，使其无法入核启动下游基因转录，从而抑制基因的转录活性。当Wnt途径被激活时，β-catenin不能被降解，进而在胞质内聚集，导致转录复合物被累积的β-catenin取代，最终激活与细胞增殖及迁移相关的基因的靶向表达，促进细胞增殖以及存活［11］，而持续性地激活Wnt信号可使得信号通路中的其他分子发生突变。

2 Wnt/β-cantenin在IBD发生发展中的作用

IBD的特征是肠黏膜的慢性复发性炎症，其组织损伤和修复的起伏会导致肠上皮屏障功能的破坏，最终可能引发结肠炎相关癌症［12］。机体为了保持肠道屏障的完整性，在正常的体内平衡条件下，单层肠上皮在肠隐窝底部的少量高度增殖的干细胞的驱动下不断更新［13］。随着细胞沿着隐窝表面轴迁移，进而分化成不同功能的上皮细胞群，最终流入肠腔。通过这种方式，大多数上皮细胞被迅速替换，以避免机械损伤或病原体暴露造成的磨损。人类结直肠上皮的周转率为2～3 d，这个速率在整个生命周期中保持不变，在不同年龄年龄段和不同组织中有很小的差异［14］。然而，在损伤后的肠上皮修复过程中，伤口边缘的肠上皮细胞动态增加自身增殖速率，以覆盖裸露区域［15］。这种现象在UC的动物模型中可以观察到。SERAFINI等［16］发现，在UC疾病活动期间，上皮细胞更新率显著增加；但在缓解期间，上皮细胞更新率较低。同样，在小鼠结肠炎模型中观察到，结肠黏膜溃疡边缘的上皮细胞增殖增加，溃疡附近的成熟上皮细胞经历了不同于正常肠细胞的分化过程［17］。

肠上皮细胞增殖的一个关键调节因子是Wnt途径，越来越多的证据表明Wnt可以作为损伤修复的驱动因素［18］。简而言之，在典型的Wnt信号分支中，Wnt家族配体通过抑制多蛋白破坏复合物诱导转录辅因子β-catenin的稳定，β-catenin与转录因子/淋巴增强子结合（TCF/LEF），驱动促进干细胞特性和细胞周期进展的靶基因的表达，这种机制是各种器官中干细胞维持和增殖的中心决定因素［19］。尤其在肠道，活跃的Wnt/β-catenin信号通路对维持肠道上皮内环境的稳定至关重要，而通路抑制会导致隐窝丢失和组织退化，进而抑制肠道干细胞（ISC）的增殖［20］。除此之外，在再生的皮肤、心脏和骨骼中观察到了广泛的Wnt信号活性［21］。这些研究均表明，Wnt信号是一种进化上保守的组织再生程序，可在伤口修复中被激活。另外，在IBD的发病过程中，Wnt/β-catenin信号通路和炎症信号通路（包括NF-κB、JAKSTAT3和MAPK信号通路）之间的相互作用可以调节炎症因子的分泌或者直接调节炎性因子（如环氧化酶2和白细胞介素-8）），进而影响IBD的进展［22］。同时，肿瘤坏死因子-α通过激活NF-κB和Wnt途径促进ISC的恶性转化［23］；干扰素-γ通过间接抑制Wnt/β-catenin信号通路，限制ISC的增殖［24］。可见，Wnt/β-catenin信号通路在IBD的发生发展中至关重要。

3 Wnt/β-catenin信号通路在IBD治疗中的作用

Wnt/β-catenin信号通路在IBD中被激活，导致β-catenin聚集，进而激活与细胞增殖和迁移相关基因的表达；Wnt/β-catenin信号通路还可调节肠道免疫，通过抑制与IBD相关免疫调节因子的表达进而抑制IBD。该信号通路的异常激活贯穿于IBD发生发展的整个过程，故而针对Wnt/β-catenin信号通路靶向治疗IBD有很大的潜力。

3.1ISC中Wnt/β-catenin信号通路的药物诱导调节ZHU等［25］发现，原花青素B2可通过抑制ISC中核因子E2相关因子2/抗氧化反应元件（Nrf2/ARE）信号氧化应激，增强Wnt/β-catenin信号传导，促进富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体5阳性肠干细胞（Lgr5（+）ISCs）驱动再生，进而促进肠道损伤修复。将8周龄雄性小鼠随机分为对照组、UC模型组、水杨磺胺吡啶（SASP）组、低剂量和高剂量二十二碳六烯酸（DHA）组、低剂量和高剂量二十碳五烯酸（EPA）组，给予DHA、EPA和SASP组相应地口服治疗9周。其中，第5～9周，对照组给予蒸馏水，其他组给予含2%葡聚糖硫酸钠（DSS）的蒸馏水诱导UC，最终检测Wnt/β-catenin通路的增殖相关蛋白表达。结果显示，EPA组治疗效果优于DHA组，可显著减轻DSS诱导的小鼠结肠炎［26］。WIBOWO等［27］在DSS诱导的IBD模型中发现，β-catenin活化增加，且随着维生素D剂量的增加肠道黏膜修复逐渐改善。表明维生素D可作为Wnt-βcatenin信号通路激活的诱导剂，通过促进多能干细胞增殖进而促进结肠黏膜的修复。ZHU等［28］发现，黄芩苷通过阻断磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信号通路，使紧密连接蛋白和β-catenin的表达增加，进而促进肠干细胞增殖及黏膜愈合，显著减轻2，4，6-三硝基苯磺酸诱导的结肠炎。

3.2非ISC中Wnt/β-catenin信号通路的药物诱导调节在非ISC中，ZHU等［29］发现，miR-155拮抗剂通过激活Wnt/β-catenin信号通路调节辅助性T细胞17/调节性T细胞（Th17/Treg），从而减轻DSS诱导的小鼠结肠炎。WANG等［30］通过建立DSS诱导的小鼠IBD疾病模型发现，白藜芦醇通过Wnt/β-catenin通路抑制泛素蛋白修饰分子-1，从而减轻DSS所致的IBD。HUANG等［31］通过研究胡椒胺（PL）对DSS诱导的小鼠急性结肠炎和氧化偶氮甲烷/葡聚糖硫酸钠（AOM/DSS）诱导的小鼠结直肠癌的治疗作用中发现，PL可通过下调促炎细胞因子环氧合酶-2、白细胞介素-6、上皮-间充质转化相关因子、β-catenin和蜗牛蛋白的表达，抑制小鼠结肠炎的炎症反应，减少大肿瘤（直径>2 mm）的发生率，但不能改善结肠炎的症状及降低小肿瘤（直径<2 mm）的发生率，表明PL可能是治疗结肠炎和结直肠癌的有效药物。DONG等［32］通过构建大鼠模型发现，SASP和益生菌通过抑制Wnt/β-catenin信号通路的激活来减轻炎症，改善肠道功能，恢复肠道结构，从而减轻UC症状。

3.3针对Wnt/β-catenin信号通路治疗IBD的潜在靶点TERRY等［33］发现，随着UC和CD患者活检组织中炎症的增加，WIF-1在隐窝和固有层的染色显著增强。WiF-1是一种抑制性蛋白，通过阻断WNT与其受体复合物的相互作用，导致该途径的最终产物下调。这些发现将可为Wnt/β-catenin信号通路系统和WIF-1在IBD治疗中的新应用提供指导。DENG等［34］发现，M2巨噬细胞衍生的外泌体miR-590-3p，通过靶向大肿瘤抑制基因，激活Yes相关蛋白/β-catenin调节的转录，减少炎症信号，进而促进肠上皮再生，为UC的临床治疗提供了新的契机。LI等［35］发现，miR155的高表达上调了磷酸化的糖原合成酶激酶-3β（GSK3β）、LEF和T细胞因子-4的水平，从而抑制Wnt/β-catenin信号通路的负性调节因子HMG盒转录因子1的表达，最终加重结肠炎及其肠纤维化症状。这项研究揭示了miR-155诱导肠纤维化的可能机理，可为结肠炎相关肠狭窄的治疗提供潜在的治疗靶点。YU等［36］发现，IL-1β预刺激可有效下调子宫内膜再生细胞中分泌型蛋白DKK1（Dickkopf-1）的表达，进而促进结肠和脾组织中Wnt/β-catenin信号通路的激活，显著减轻结肠炎小鼠的结肠损伤、体重减轻和结肠长度缩短，可为结肠炎的治疗提供新的治疗靶点。

在肠道中，Wnt/β-catenin信号通路对肠上皮细胞的增殖、分化和修复至关重要。IBD中异常的Wnt/β-catenin信号通路干扰了ISC的增殖分化过程，破坏了肠上皮屏障的稳态，使管腔微生物侵入黏膜进而引起肠道炎症。在ISC中，针对Wnt/β-catenin信号通路的药物促进干细胞增殖，诱导分泌细胞谱系分化，并恢复干细胞的可塑性。在非ISC中，通过药物抑制Wnt/β-catenin信号通路相关免疫调节因子的分泌，进而有效减轻结肠炎相关症状。目前，针对Wnt/β-catenin信号通路治疗IBD的药物有多种，包括天然植物化学物质、植物提取物和合成化合物等。然而，我们需要意识到，针对Wnt/β-catenin信号通路的药物可能会影响干细胞群体，进而出现胃肠道反应、骨损伤和血管毒性等副作用，其安全性尚需进一步探讨。同时，尽管这些药物已被明确证明干扰Wnt通路，但尚不清楚其是否直接与这种通路相关的复合物结合。总之，Wnt/β-catenin信号通路调控网络的复杂性以及肠道细胞增殖和分化的可塑性为治疗IBD的药物开发带来了新的机遇和挑战。

［1］ NG S C， SHI H Y， HAMIDI N， et al. Worldwide incidence and prevalence of inflammatory bowel disease in the 21st century： A systematic review of population-based studies［J］. Lancet， 2017，390（10114）：2769-2778.

［2］ GURUDU S， FIOCCHI C， KATZ J A. Inflammatory bowel disease［J］. Best Pract Res Clin Gastroenterol， 2002，16（1）：77-90.

［3］ GREUTER T， VAVRICKA S R. Extraintestinal manifestations in inflammatory bowel disease - epidemiology， genetics， and pathogenesis［J］. Expert Rev Gastroenterol Hepatol， 2019， 13（4）： 307-317.

［4］ KHOUNLOTHAM M， KIM W， PEATMAN E， et al. Compromised intestinal epithelial barrier induces adaptive immune compensation that protects from colitis［J］. Immunity， 2012，37（3）：563-573.

［5］ ATREYA R， NEURATH M F. IBD pathogenesis in 2014： Molecular pathways controlling barrier function in IBD［J］. Nat Rev Gastroenterol Hepatol， 2015，12（2）：67-68.

［6］ GERSEMANN M， STANGE E F， WEHKAMP J. From intestinal stem cells to inflammatory bowel diseases［J］. World J Gastroenterol， 2011，17（27）：3198-3203.

［7］ SWAFFORD D， SHANMUGAM A， RANGANATHAN P， et al. Canonical Wnt signaling in CD11c+APCs regulates microbiota-induced inflammation and immune cell homeostasis in the colon［J］. J Immunol， 2018，200（9）：3259-3268.

［8］ OZAWA M， BARIBAULT H， KEMLER R. The cytoplasmic domain of the cell adhesion molecule uvomorulin associates with three independent proteins structurally related in different species［J］. Embo J， 1989，8（6）：1711-1717.

［9］ CASTAÑO J， RAURELL I， PIEDRA J A， et al. β-catenin N- and C-terminal tails modulate the coordinated binding of adherens junction proteins to beta-catenin［J］. J Biol Chem， 2002，277（35）：31541-31550.

［10］ KOMIYA Y， HABAS R. Wnt signal transduction pathways［J］. Organogenesis， 2008，4（2）：68-75.

［11］ 朱秋杰，周加义，梁少杰，等.Wnt/β-连环蛋白信号驱动小肠上皮更新和再生机制的研究进展，动物营养学报［J］.2019，31（11）：4995-5002.

［12］ ULLMAN T A， ITZKOWITZ S H. Intestinal inflammation and cancer［J］. Gastroenterology， 2011，140（6）：1807-1816.

［13］ BARKER N. Adult Intestinal stem cells： Critical drivers of epithelial homeostasis and regeneration［J］. Nat Rev Mol Cell Biol， 2014，15（1）：19-33.

［14］ IMHANN F， VICH VILA A， BONDER M J， et al. Interplay of host genetics and gut microbiota underlying the onset and clinical presentation of inflammatory bowel disease［J］. Gut， 2018，67（1）：108-119.

［15］ IIZUKA M， KONNO S. Wound healing of intestinal epithelial cells［J］. World J Gastroenterol， 2011，17（17）：2161-2171.

［16］ SERAFINI E P， KIRK A P， CHAMBERS T J. Rate and pattern of epithelial cell proliferation in ulcerative colitis［J］. Gut， 1981，22（8）：648-652.

［17］ MIYOSHI H， VANDUSSEN K L， MALVIN N P， et al. Prostaglandin E2 promotes intestinal repair through an adaptive cellular response of the epithelium［J］. Embo J， 2017，36（1）：5-24.

［18］ KARIN M， CLEVERS H. Reparative inflammation takes charge of tissue regeneration［J］. Nature， 2016，529（7586）：307-315.

［19］ WEHKAMP J， WANG G， KÜBLER I， et al. The paneth cell alpha-defensin deficiency of ileal Crohn's disease is linked to Wnt/Tcf-4［J］. J Immunol， 2007，179（5）：3109-3118.

［20］ KOCH S， NAVA P， ADDIS C， et al. The Wnt antagonist Dkk1 regulates intestinal epithelial homeostasis and wound repair［J］. Gastroenterology， 2011，141（1）：259-268.

［21］ WHYTE J L， SMITH A A， HELMS J A. Wnt signaling and injury repair［J］. Cold Spring Harb Perspect Biol， 2012，4（8）：a008078.

［22］ KOCH S， NUSRAT A. The life and death of epithelia during inflammation： lessons learned from the gut［J］. Annu Rev Pathol， 2012，7：35-60.

［23］ ZHAO X， MA L， DAI L， et al. TNF‑α promotes the malignant transformation of Intestinal stem cells through the NF‑κB and Wnt/Β‑catenin signaling pathways［J］. Oncol Rep， 2020，44（2）：577-588.

［24］ NAVA P， KOCH S， LAUKOETTER M G， et al. Interferon-gamma regulates intestinal epithelial homeostasis through converging beta-catenin signaling pathways［J］. Immunity， 2010， 32（3）：392-402.

［25］ ZHU X， TIAN X， YANG M， et al. Procyanidin B2 promotes intestinal injury repair and attenuates colitis-associated tumorigenesis via suppression of oxidative stress in mice［J］. Antioxid Redox Signal， 2021，35（2）：75-92.

［26］ ZHANG Z， XUE Z， YANG H， et al. Differential effects of EPA and DHA on DSS-induced colitis in mice and possible mechanisms involved［J］. Food Funct， 2021，12（4）：1803-1817.

［27］ WIBOWO S， SUBANDIYAH K， HANDONO K， et al. Role of vitamin D in wnt pathway activation for colonic epithelial cell differentiation［J］. J Taibah Univ Med Sci， 2021，16（4）：575-581.

［28］ ZHU L， SHEN H， GU P Q， et al. Baicalin alleviates TNBS-induced colitis by inhibiting PI3K/AKT pathway activation［J］. Exp Ther Med， 2020，20（1）：581-590.

［29］ ZHU F， LI H， LIU Y， et al. MiR-155 Antagomir protect against DSS-induced colitis in mice through regulating Th17/Treg cell balance by Jarid2/Wnt/β-Catenin［J］. Biomed Pharmacother， 2020，126：109909.

［30］ WANG J， ZHANG Z， FANG A， et al. Resveratrol attenuates inflammatory bowel disease in mice by regulating SUMO1［J］. Biol Pharm Bull， 2020，43（3）：450-457.

［31］ HUANG J R， WANG S T， Wei M N， et al. Piperlongumine alleviates mouse colitis and colitis-associated colorectal cancer［J］. Front Pharmacol， 2020，11：586885.

［32］ DONG L N， WANG M， GUO J， et al. Influences of probiotics combined with sulfasalazine on rats with ulcerative colitis via the Wnt/Β-catenin signaling pathway［J］. Eur Rev Med Pharmacol Sci， 2019，23（14）：6371-6378.

［33］ TERRY R， CHINTANABOINA J， PATEL D， et al. Expression of WIF-1 in inflammatory bowel disease［J］. Histol Histopathol， 2019，34（2）：149-157.

［34］ DENG F， YAN J， LU J， et al. M2 macrophage-derived exosomal mir-590-3p attenuates dss-induced mucosal damage and promotes epithelial repair via the LATS1/YAP/ β-Catenin signalling axis［J］. J Crohns Colitis， 2021，15（4）：665-677.

［35］ LI N， OUYANG Y， XU X，et al. MiR-155 promotes colitis-associated intestinal fibrosis by targeting HBP1/Wnt/β-Catenin signalling pathway［J］. J Cell Mol Med， 2021，25（10）：4765-4775.

［36］ YU D， ZHAO Y， WANG H， et al. IL-1β pre-stimulation enhances the therapeutic effects of endometrial regenerative cells on experimental colitis［J］. Stem Cell Res Ther， 2021，12（1）：324.

（2022-03-25）

乔成栋（E-mail： qcd2000@163.com）

10.3969/j.issn.1002-266X.2022.28.024

R574

A

1002-266X（2022）28-0101-04