Wnt信号通路对毛囊胚胎发育和生长周期的影响

Wnt信号通路对毛囊胚胎发育和生长周期的影响
作为皮肤的附属器官，毛发具有很重要的生理作用，例如参与正常皮肤维持、皮肤创伤愈合的修复等。

近年来随着工程皮肤的发展和人工皮的应用，毛囊的发育再生问题引起广泛的关注。

已有文献表明Wnt、Hedgehog、Transforming growth factor （TGF）、Epidermal growth factor receptor（EGFR）等重要分子涉及到毛囊发育再生这一过程，其中Wnt通路是最为重要的一条途径。

一、Wnt信号通路
Wnt信号通路是一条非常保守的信号转导途径这条途径的具体过程为：胞外配体Wnts与细胞膜上的属于卷曲蛋白（Frizzled）家族的七次跨膜受体及单跨膜受体LRP5/6结合后，Wnt信号通路被激活。

激活的受体将信号进一步传递给细胞质中的一系列蛋白，包括Dishevelled（Dsh）、Glycogen synthase kinase 3 beta（GSK3β）、Axin和adenomatous polyposis coli（APC）等，导致Axin-APC-GSK3β复合体被破坏，从而阻止胞质内游离的β-catenin降解：结合的β-catenin在细胞连接处与钙粘蛋白（E-cadherin）结合形成粘合带，游离的β-catenin在胞质内积聚到一定量后进入细胞核，与LEF/TCF形成复合物激活下游基因的转录- 。

最近的研究结果显示，在创面修复过程中，Wnt作为上游信号对毛发再生及毛囊干细胞的增殖、分化进行调控的同时，还对毛囊干细胞的细胞周期进行相应调控。

二、Wnt信号通路的重要成员及其对毛囊胚胎发育和生长周期的影响
1.Wnt 蛋白
人和小鼠的Wnt 家族成员有19种之多，究竟是哪一种或者几种Wnt蛋白在毛囊形成中发挥作用仍未明了。

纪影畅等对小鼠身上表达的所有Wnt成员进行全面检测分析，包括小鼠胚胎皮肤和出生后的皮肤在内，发现只有Wnt10b、Wnt10a、Wnt5a在毛囊的发育早期特异表达，其中，Wnt10b在胚胎皮肤毛囊发育和成年毛囊再生启动时表达尤其明显。

2.Wnt受体
Frizzled（Fz）是Wnt的受体，家族成员为一系列七跨膜受体蛋白，含有七个疏水的结构域，Wnt蛋白可以直接与其N端的Capital Regional District（CRD）结构域结合，研究发现CRD 结构域对于Wnt的结合是必需且足够的。

除了Frizzled，Wnt还可以与另一种单跨膜受体结合，在果蝇里称为arrow，在脊椎动物里是lipoprotein receptor related proteins5/6（LPR5/6）. Arrow和LRP5/6都是low-density lipoprotein receptor（LDLR）家族蛋白的成员，LDLR家族蛋白在生理代谢及生物体发育的过程中发挥了不同功能。

3.Wnt信号通路的调控因子
（1）Dickkopf
Dkk是进化过程中很保守的一个基因家族，参与调控经典Wnt信号通路，为胞外拮抗分子。

目前对于Dkk能够抑制Wnt /β-catenin信号的解释主要有两种模型：在短期的抑制效应中，Dkk通过与配体Wnt竞争受体LRP6，致使LRP6无法与Wnt和Frizzled形成三元复合物，从而阻断下游信号的传导；在长期的抑制效应中，Dkk与其另一个高亲和性受体Krm及LRP6形成三元复合物，这个复合物可以迅速地发生内吞，从而将LRP6从细胞膜表面清除，进一步抑制Wnt信号。

（2）Gsdma3
Gasdermin 是一种与秃发症有关的基因家族，Gsdma3属于Gasdermin基因家族，其显性突变引发小鼠毛发的过度角质化及脱落。

Gsdma3是毛干分化的必需因子，它的突变将会导致小鼠毛囊生长期的异常及毛囊生长周期性的改变。

雷明星等检测了出生后11天（毛囊生长期）、16天（毛囊退化早期）、18天（毛囊退化晚期）、24天（毛囊静止期）等各时期Gsdma3基因突变鼠和B6鼠背皮毛囊β-catenin的表达变化，结果显示Gsdma3基因突变鼠和B6鼠β-catenin 的表达均从11天到24天逐渐减弱，但Gsdma3基因突变鼠β-catenin 的表达在各个时期均强于B6鼠。

同时检测到Gsdma3基因突变后，Wnt信号的关键成员β-catenin在毛囊的各个部位表达明显升高，Wnt 5a表达明显降低。

说明Gsdma3可能通过经典Wnt 信号通路调控毛囊的生长。

（3）Dishevelled
Dishevelled是机体组织细胞中广泛存在的胞浆蛋白，具有多功能和进化上高度保守的特点，于1959年由Fahmy 等首次在果蝇可存活的Disheveled（Dsh）突变类型中克隆得到。

Dishevelled蛋白是Wnt信号通路中一个非常关键的调节蛋白，在Wnt信号从细胞膜传递到胞内过程中起到承上启下的作用：Dishevelled抑制Axin-APC-GSK3β复合体对β-catenin的磷酸化，使大量β-catenin在胞质内积累，最后进入胞核激活下游基因的转录。

近期Dishevelled蛋白被发现在细胞核内参与经典Wnt信号下游转录复合物的形成。

（4）Zdhhc21
Margaret Keighren等提到Zdhhc21失活引发毛囊生长期Wnt信号通路应答降低，引起毛干分化延迟，Lef1、β-catenin和Foxn1表达降低，滤泡间上皮（IFE）和皮脂腺的增生。

4.Wnt信号通路的靶基因
（1）C-myc
C-myc是myc基因家族中的一员，郭燕燕对毛囊生长周期中C-myc表达进行系统的检测，结果显示在毛囊生长周期中C-myc蛋白在生长早期到中期在毛囊内根鞘和毛球部细胞呈阳性表达，到退化期、静止期在毛囊中未见表达，下一个生长周期的
毛囊中又出现第一个生长周期类似的表达，表明C-myc在出生后毛囊中主要促进毛囊的终末分化。

C-myc位于β-catenin的下游，是Wnt信号途径直接作用的靶目标，Wnt 通路最终是通过LEF/TCF对C-myc的表达进行调控的：TCF与TBE（TCF特有的结合元件，分别为TBE1、TBE2）结合形成NTCF从而下调C-myc。

作为Wnt信号传递通路中的关键因子，β-catenin受Smad 的调控，Smad 是TGF-b（b转化因子）的胞浆递质。

转基因小鼠实验表明，Smad抗体Smad7的过量表达降解β-catenin，导致Wnt/β-catenin信号通路的失效。

而c-myc的直接靶基因是Smad7。

在成体毛囊损伤修复过程中，C-myc作为β-catenin的靶基因，能够阻断毛囊形成，诱导毛囊干细胞向毛囊滤泡间表皮和皮脂腺分化。

另外，C-myc也控制着毛囊干细胞从G1期转化到S 期以及短暂扩增细胞的增殖过程。

（2）Dlx3
同源结构域转录因子Dlx3位于Wnt信号通路的下游，在静止期毛囊隆突部干细胞区域特定的表达，通过调节与毛囊干细胞分化相关的Hoxc13及Gata3的表达，影响毛囊干细胞及相关TA 细胞（过渡性放大细胞）向毛囊内根鞘与毛干的分化。

在Dlx3转基因小鼠中，毛囊干细胞增殖持续水平升高，干细胞标记物K15的表达减弱，毛囊中出现表皮角质形成分化的标记物K1、K10的表达，同时，也发现皮脂腺标记物adipophilin的存在，表明毛囊干细胞向毛囊、表皮及皮脂腺的三条分化路径间的正常平衡出现障碍。

表皮中Dlx3的选择性敲除，会导致毛干和内根鞘生长异常。

尽管目前在描绘控制毛囊发育和周期的经典Wnt信号通路已取得了巨大的进展，发现了这一信号通路上大量的调控元件，但仍有许多问题亟待进一步的阐明。

因此，要想真正揭示有关毛
囊发育和生长相关的经典Wnt信号通路，并用来解决毛囊疾病，改良毛用动物的生产性能，还需要大量科研工作者的不懈努力。