2017年5月，來自美國(guó)斯坦福大學(xué)Roel Nusse、荷蘭 Hans Clevers教授在《Cell》期刊上發(fā)表了標(biāo)題為“Wnt/b-Catenin Signaling, Disease, and Emerging Therapeutic Modalities”的文章，詳細(xì)闡述了Wnt／β-catenin信號(hào)通路的特點(diǎn)。翻譯如下僅作參考。

Wnt信號(hào)通路是胚胎及器官發(fā)育的重要信號(hào)通路之一，參與調(diào)控機(jī)體內(nèi)多種細(xì)胞的增殖、分化、極化、遷移及凋亡等過程。Wnt信號(hào)通路根據(jù)是否依賴于 β-catenin的轉(zhuǎn)錄活化，可分為經(jīng)典通路（即 Wnt／β-catenin信號(hào)通路）和非經(jīng)典通路（包括Wnt／PCP通路和Wnt-Ca2+通路）。

摘要

在動(dòng)物界發(fā)育的過程中，WNT 信號(hào)通路是一條主要調(diào)節(jié)通路。同時(shí)，在成年哺乳動(dòng)物中，Wnts 也是大多數(shù)組織干細(xì)胞的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。Wnt 通路的突變會(huì)導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。在這篇綜述中，作者描述了常見的 Wnt/β-catenin 信號(hào)通路，以及該通路如何調(diào)控干細(xì)胞功能并導(dǎo)致疾病的發(fā)生發(fā)展。最后，在這篇綜述中，作者討論了基于 Wnt 通路的治療策略。

圖. Wnt通路。

簡(jiǎn)介

1982年，Nusse和Varmus首次發(fā)現(xiàn) Wnt 家族的第一個(gè)成員以來，對(duì) Wnt 信號(hào)的熱情穩(wěn)步上升。在從癌癥、生物發(fā)育到早期動(dòng)物進(jìn)化的各個(gè)領(lǐng)域，Wnt 信號(hào)通路已成為一種重要的生物生長(zhǎng)控制途徑。隨著相關(guān)研究的進(jìn)展，有關(guān) Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)的具體機(jī)制已被揭示，包括主要參與分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在本篇綜述中，作者提供了在正常生理情況及疾病條件下，對(duì)Wnt 信號(hào)通路研究的最新進(jìn)展。

Wnt 蛋白的生長(zhǎng)因子功能及 Wnt 與其他信號(hào)的區(qū)別

Wnt 信號(hào)通路與其它通路一起，這些通路包括 Notch-Delta、Hedgehog、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β (TGF-β)/骨形態(tài)發(fā)生蛋白 (BMP) 和 Hippo，參與生物發(fā)育過程。這些信號(hào)通路的進(jìn)化過程具有保守性，并且在其活動(dòng)中廣泛存在。據(jù)此，有研究者提出以下疑問：首先，與其它通路相比，Wnt 通路有何獨(dú)特之處？其次，Wnt 通路對(duì)細(xì)胞的影響是什么？最后，為什么Wnt通路在生長(zhǎng)的組織中如此普遍？從本質(zhì)上看，Wnts 是生長(zhǎng)刺激因子，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞增殖。在此過程中，Wnt 通路會(huì)在各個(gè)點(diǎn)影響細(xì)胞周期。與其他生長(zhǎng)因子相比，Wnt 通路在誘導(dǎo)細(xì)胞增殖的同時(shí)，賦予生長(zhǎng)組織定向分化的能力。在此過程中，Wnt通路充當(dāng)了定向生長(zhǎng)因子。Wnt 通路可以誘導(dǎo)新細(xì)胞以某種方式分化，從而形成特定組織。Wnt 通路的這種促進(jìn)細(xì)胞定向分化的功能，由許多可以被 Wnt 激活的信號(hào)介導(dǎo)而產(chǎn)生，從而導(dǎo)致基因表達(dá)的變化，進(jìn)而影響細(xì)胞骨架和有絲分裂紡錘體的改變。此外，Wnts不同類別的受體，產(chǎn)生一整套組合的Wnt 信號(hào)，對(duì)于在發(fā)育過程中細(xì)胞分化至關(guān)重要。在該領(lǐng)域的概述中，作者將主要討論 Wnt/β-catenin（又名“Wnt經(jīng)典”）通路、其效應(yīng)以及對(duì)疾病的影響。

Wnt信號(hào)的特異性

在任何動(dòng)物的基因組中，具有多個(gè) Wnt 基因。例如在哺乳動(dòng)物中，目前已發(fā)現(xiàn)19 個(gè)Wnt分子。據(jù)此，一些學(xué)者提出疑問：首先，個(gè)體 Wnt 是否具有獨(dú)特或重疊功能。其次， Wnt 的獨(dú)特作用是否來自功能喪失的遺傳數(shù)據(jù)。最后，大多數(shù) Wnt 基因在從基因組中消除時(shí)，生物會(huì)表現(xiàn)出不同的表型。例如，在Wnt1 突變小鼠中，具有較高比例的中腦缺陷。而在Wnt4 突變小鼠中，常見腎臟發(fā)育中的損害。此外，還有許多其他的表型特點(diǎn)與 Wnt 基因的丟失有關(guān)。

除了這些遺傳論點(diǎn)之外，單個(gè) Wnt 信號(hào)之間也具有差異，一個(gè)重要的證據(jù)是Wnt 蛋白的高度進(jìn)化保守性。Wnt 家族中的直系同源物可見于所有動(dòng)物中：在哺乳動(dòng)物中，Wnt1 是 Hydra 中 Wnt1 和果蠅中Wnt1 的直系同源物。值得注意的是，在Hydra 和其他刺胞動(dòng)物中，具有一組與脊椎動(dòng)物的Wnt對(duì)應(yīng)物。如此高度的保守性表明，不同 Wnt 的內(nèi)在特性對(duì)其功能很重要。

另一方面，當(dāng)涉及到信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制或?qū)Π屑?xì)胞的影響時(shí)，不同的 Wnts 作用機(jī)制具有相似性。關(guān)于 Wnts 與受體 Frizzleds (FZDs) 的結(jié)合，存在廣泛的交叉反應(yīng)性。此外，大多數(shù) Wnt 蛋白會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞中 β-catenin 水平升高。然而，這些研究均在體外細(xì)胞中進(jìn)行，可能無法揭示不同 Wnt 信號(hào)活性或受體結(jié)合的具體機(jī)制，Wnts 有多種共同受體可以調(diào)節(jié)信號(hào)傳導(dǎo)。

綜合上述研究結(jié)果，功能喪失 Wnt 表型之間的差異，可歸因于 Wnt離散和獨(dú)特的表達(dá)模式。由于 Wnt 蛋白在非常接近它們產(chǎn)生的位置發(fā)出信號(hào)，由 Wnt 基因功能喪失引起的表型改變，取決于Wnt 的局部表達(dá)情況。此外，Wnts 之間的內(nèi)在差異、它們與受體、共同受體的結(jié)合，對(duì)生物的各種發(fā)育過程也有影響。

脂質(zhì)修飾的 Wnt 的產(chǎn)生和分泌

Wnt 蛋白充當(dāng)細(xì)胞間信號(hào)，但關(guān)于 Wnt 細(xì)胞外形式和輸出機(jī)制，還有幾個(gè)未解決的問題。在合成過程中，大小為 40 kDa 且富含半胱氨酸的 Wnt 蛋白，通過附著脂質(zhì)（主要為棕櫚油酸酰基）進(jìn)行修飾。這種修飾在所有 Wnts 之間共享，由特殊的棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶引起的：Porcupine。脂質(zhì)主要作為FZD 的結(jié)合基序，發(fā)揮作用，但它也使 Wnt 蛋白具有疏水性，導(dǎo)致Wnt蛋白束縛在細(xì)胞膜上。因此，脂質(zhì)可限制 Wnt 擴(kuò)散及其作用范圍。

在 Wnt 蛋白成熟過程中，跨膜蛋白 Wntless/Evi (Wls) 通過脂化形式與Wnt蛋白結(jié)合，將 Wnts 運(yùn)送到質(zhì)膜，從而促進(jìn)Wnt蛋白的分泌 (圖1 )。細(xì)胞外 Wnt 信號(hào)如何轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞，目前仍然是不是很清楚，但現(xiàn)有證據(jù)表明，Wnt蛋白不以游離形式存在的。有學(xué)者推測(cè)，Wnt 蛋白被整合到分泌囊泡或外泌體中，從而發(fā)揮作用。這些囊泡含有 Wls 以及成熟的 Wnt蛋白(圖 1 )。Wnt 蛋白以這樣的形式存在于囊泡的外部，可與受體結(jié)合。Wnt 蛋白轉(zhuǎn)移，涉及由受體 FZD 及跨膜 E3 連接酶 Rnf43/Znrf3 介導(dǎo)的細(xì)胞之間的直接接觸（圖 1）。

圖1.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Wnt分泌模型。Porcupine通過脂質(zhì)結(jié)合，對(duì)Wnts進(jìn)行修飾。脂質(zhì)修飾過的Wnt蛋白，其運(yùn)輸受Wnness/Evi（Wls）的調(diào)控，這可能涉及核內(nèi)體。Wnts分泌于胞外囊泡上，在細(xì)胞外，Notum酶作為一種脫酰化酶，去除脂質(zhì)，滅活Wnt。Wnt在靶細(xì)胞表明，與FZD和Wnt受體結(jié)合，細(xì)胞結(jié)合的Wnt通過細(xì)胞分裂，在組織中擴(kuò)散。

一些學(xué)者曾經(jīng)猜測(cè)，Wnt 信號(hào)可影響遠(yuǎn)處組織細(xì)胞，但幾乎沒有證據(jù)表明這是主要模式。在大多數(shù)組織中，Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)生在彼此接觸的相鄰細(xì)胞之間。但是，在果蠅的Wnt配體Wingless中，可見Wnt的遠(yuǎn)程信號(hào)傳導(dǎo)。最近的證據(jù)表明， WNT基因很大程度上受到膜器官束縛，形成不能擴(kuò)散的蛋白質(zhì)。雖然這個(gè)結(jié)果認(rèn)定，Wingless 不能遠(yuǎn)程作用，但是 Wingless 與膜囊泡或絲狀偽足結(jié)合，可支持Wingless在更長(zhǎng)的距離上運(yùn)行。已有研究證實(shí)，含有 Wingless 及其轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 Wntless/Evi 的囊泡，存在于果蠅的神經(jīng)肌肉接頭處，并與 FZD 受體相互作用。同時(shí)，一些研究也發(fā)現(xiàn)了 Wnt 遠(yuǎn)距離活動(dòng)的其他形式，包括 Wnt 靶細(xì)胞與其相鄰細(xì)胞之間的信號(hào)傳導(dǎo)。

在另一種情況下，腸隱窩的干細(xì)胞中，與 FZD 受體表達(dá)細(xì)胞結(jié)合的 Wnt 蛋白，會(huì)隨著細(xì)胞移動(dòng)和分裂而被稀釋。同樣的Wnt 轉(zhuǎn)運(yùn)方式，也可見于腸道類器官培養(yǎng)物中（圖 1）。然而，這些結(jié)果沒有解決關(guān)于 Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)、遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)之間存在的爭(zhēng)論。

引用：Xu Chen, Hongling Liu, Dehong Li, et,al. Dual Role of Wnt5a in the Progression of Inflammatory Diseases. [J] Chin Med Sci J. 2022; 37(3): 255-264. doi:10.24920/003994.

Wnt/b-Catenin Signaling, Disease, and Emerging Therapeutic Modalities