WNT信号通路

在正常生长的成熟机体中，细胞的生长、 增殖和分化等具有一定的规律性和有序性。 有限生长的细胞在没有Wnt信号时，Wnt通路 呈关闭状态。但当Wnt途径激活时，就可能 导致许多细胞出现灾难性的变化，使细胞发 生异常的增生和分化，导致肿瘤形成。
Wnt途径异常激活主要见于： 1）组成Wnt途径的蛋白、转录因子或基因被破 坏或变异，导致该途径关闭或局部途径异常 活跃； 2）过多Wnt信号使整个途径异常活跃，细胞进 行不必要的增殖； 3）细胞内其他因素通过Wnt途径来刺激或诱发 细胞产生异常反应。
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Wnt途径总的框架
1.Wnt/β-cantenin途径，即典型的Wnt/β-cantenin信号途 径(canonical Wnt/β-cantenin pathway)。该途径通过 β-cantenin的核易位，激活靶基因的转录活性。 2.平面的细胞极性途径(planar cell polarity pathway)， 涉及RhoA和Jun N端激酶以及细胞骨架的重排。 目前还没有实验资料证明该途径参与肿瘤的发展。 3.Wnt/ca2+途径，由Wnt5a和Wnt11激活，增加胞内 Ca2+含量，激活蛋白酶C、磷脂酶C和转录因子NFAT。Wnt/Ca2+途径可以和典型的Wnt/β-cantenin信 号途径相互作用，但是该途径在肿瘤发生中是否起 作用尚不清楚。
Wnt/β-catenin信号 转导途径
Wnt信号通路
人类Wnt基因家族由19个成员组成，编码 具有22或24个半胱氨酸残基的保守糖蛋白。
Wnt信号转导途径可以分为决定细胞命运 的经典途径和控制细胞运动及组织极性的非 经典途径。
Wnt途径的发现
Wnt基因于1982年发现，最初是作为小鼠乳腺肿 瘤病毒优先整合的位点而被鉴定的，该基因能在细 胞间传递增殖和分化信息，是一种癌基因，当时被 命名为Int基因(小鼠Int-1和Int-3)。随后发现它与果 蝇的无翅基因(wingless)属直相同源基因(orthologous gene)，从而将二者结合命名为Wnt基因。随着研究 的不断深入人们发现Wnt基因家族非常庞大，为多 基因家族，其基因结构从低等的无脊椎动物到脊椎 动物乃至人类具有高度保守性，其同源序列达2783%，对动物的生长发育起着至关重要的作用。 Wnt基因编码的WNT蛋白，可启动细胞内信号传导 途径，传导生长刺激信号，参与不同的发育机制， 如细胞分化，移行，以及决定细胞命运的增殖等。 因其启动蛋白为WNT蛋白，故命名为Wnt信号途径。
1996年，Wnt途径的主要成员被相继确定和克隆。 研究发现，这一信号途径主要包括三个环节，即由 Wnt配体与胞膜受体的特异性结合，引发胞内一系 列级联反应，进而调节核内的基因表达。传统的信 号途径系统观点认为，信号是从细胞表面到细胞核 的线性传递。Wnt信号途径的起点为胞膜，由分泌 性信号蛋白Wnt，通过跨膜的受体蛋白，经由多种 细胞内蛋白将信号传至细胞核内。这点上看，它是 一种与传统观点相一致的信号途径系统。然而许多 研究发现，Wnt途径和其他细胞功能、信号传递过 程相互交叉，不是直线型的结构，而是一个网络调 节模式，具有几个关键调控点。
DSH(Dishevelled)是Wnt途径正调控因子， 其N端的DIX域，可结合Axin，中央区的PDZ 域，为蛋白-蛋白相互作用的位点，可结合多 种蛋白质，如CKI-ε,CBP/Frat,酪蛋白激酶Ⅱ 等，而其C端DEP域则具有调节细胞的极性及 移动的作用。
Wnt分泌蛋白及其受体FZD在肿瘤中也可出现异 常表达。在结肠癌、胃癌中，可见Wnt2、Wnt5A、 FZD1/2表达明显高于正常粘膜组织。但Wnt基因的 突变和错义表达与人类肿瘤的直接联系迄今尚待阐 明。To等对12例胃癌标本（7例为肠型，4例弥散型， 1例混合型）检测Wnt受体FzE3及其相关蛋白hsFRP 的变化情况，研究发现，75％病例存在FzE3表达上 调，同时也观察到β-catenin，hsFRP和cyclinD异常 表达。在胃癌细胞株的研究中发现，FZD2，FZD5， FZD7，FZD8，FZD9在不同的细胞株异常表达； Wnt家族的多个成员在另外一些细胞株也检测出有 的情况高表达。
Wnt途径激活与肿瘤细胞的侵袭和转移
癌细胞最为重要的生物学特征是具有侵袭和转 移的能力，这是造成恶性肿瘤患者预后不佳和导致 死亡的主要原因。癌细胞的侵袭和转移包括以下几 个过程：癌细胞粘附性改变，从原发灶脱落，突破 基底膜，与细胞外基质作用，侵入周围基质和邻近 组织，然后侵入淋巴管或血管，随血流或淋巴，在 远部器官或组织建立新的癌细胞集落。在此过程中， 涉及到细胞粘附性的改变，细胞外基质的降解，细 胞增殖的改变及肿瘤血管形成等。随着对Wnt途径 研究的深入，发现Wnt途径异常激活后，其靶基因 中有些是与癌细胞的侵袭转移相关的基因，因而推 测Wnt途径也可参与肿瘤的侵袭和转移。
Axin具有多个蛋白-蛋白作用域，与APC一样起支 架蛋白的作用，是支架蛋白复合体的构建基础。 Axin的RGS功能域(regulators of G protein signaling domain)，能与全长的APC结合，但不能与截短的无 活性APC结合。APC-Axin-GSK-β-catenin形成复合 物时，GSK靠近β-catenin而促使其磷酸化，因此也 是Wnt途径的负调控因子。在肝癌、结直肠癌、乳 腺癌等肿瘤中检测到Axin基因突变，目前Axin被认 为是抑癌分子，其基因突变可促进肿瘤的发生。
Wnt信号途径
Wnt途径的组成和实现
研究Wnt途径的组成，主要运用基因和分 子生物学相结合的手段加以分析与认定， Wnt途径候选分子的确定标准为：该分子失 去功能显性，则Wnt信号途径的功能即消失， 而该分子获得功能时，Wnt信号途径也同时 具有功能。经过十多年的研究，目前认为 Wnt途径的主要组成为：Wnt信号蛋白，胞膜 受体FZD家族，胞浆内β-catenin、Dsh、APC、 GSK3等蛋白分子,细胞核内LEF/TCF转录因 子家族等。
β-catenin是第一个被确定为Wnt途径的成员。在细 胞内,β-catenin具有二个定位池：一个是位于细胞膜, 与E-cadherin和α-catenin形成粘附复合体，参与细胞 黏附；另一个则在胞浆。β-catenin基因定位于3p21， 由16个外显子组成，其中外显子3的第37，33，41， 45位密码子编码区域构成β-catenin蛋白的NH2末端， 是GSK3的结合部位，也是致癌活化的位点，该区域 的定向突变或缺失可导致β-catenin活性过高，致使 GSK3对β-catenin降解受阻，β-catenin在胞浆内积聚。 Clements对311例胃癌标本进行β-catenin的检测，发 现29%病例存在β-catenin核内易位，19%存在3号外 显子突变。
胞内信号传递
Wnt信号进入胞内后，将信号传递给 Dishevelled(Dsh)，活化的Dsh抑制由Axin、APC (adenomatous polyposis coli)和GSK-3β(serin/threonine glycogen synthasekinase 3β)组成的复合物的活性,使 β-catenin不能被GSK-3β磷酸化。磷酸化的β-catenin 才可通过遍在蛋白化(ubiquitination)而被胞浆内的蛋 白酶体所降解，由于非磷酸化的β-catenin不能被蛋 白酶体降解，从而导致β-catenin在胞浆内积聚，并 移向核内。当游离的β-catenin进入细胞核内，即可 与转录因子TCF/LEF(T-cellfactor/Lymphoid enhancer factor)结合，激活TCF转录活性，调节靶基因的表达。 因此,β-catenin是否磷酸化是该信号传递的关键因素。
GSK(serin/threonine glycogen synthase kinase 3β)可使β-catenin磷酸化，磷酸化位点为βcatenin的4个N端位点（s33,s37,T4,s45），这 些磷酸氨基作为β-catenin磷酸化的一种标志， 表明它将被蛋白酶体通过水解而降解。GSK3 是Wnt途径的负调控因子，同时也是候选抑癌 分子。在Wnt信号通路发生异常时是否存在 GSK3的突变问题尚少探讨，但已有在结肠癌 中没有检测到GSK3突变的报道，GSK3是否 具有其他功能，以及可能在其他途径中发挥 重要的作用还有待研究。
TCF是Wnt途径下游组分，属于DNA结合 蛋白，包括1个HMG盒子(highmobility group) 和β-catenin作用域。HMG盒子具有与DNA结合 的活性，通过与其它因子发生作用，而激活 转录活性。有趣的是，TCF转录因子家族的 不同成员具有不同的特性。尽管它们都可结 合DNA，但在大部分情况下并不能激活转录， 只有与β-catenin发生作用后，才可激活转录 过程。有报道在结直肠癌中，检测出Tcf-4突 变，且同时存在APC或β-catenin的突变，推测 Tcf-4突变可能是附加突变。
研究发现，许多肿瘤中存在着不同程度的 β-catenin基因突变。如结直肠癌、肝细胞癌、 甲状腺癌、卵巢癌和皮肤癌,β-catenin突变率 可达50％以上，前列腺癌、子宫内膜癌和 Wilms’瘤等为15％左右，胃癌为26％。突变 位点多集中在外显子3区域，特别是GSK3的 结合部位。β-catenin的定位改变，除了受其 本身基因突变的影响外，Wnt途径上游各组 分形态和功能的变化也可影响β-catenin的状 态。主要包括Wnt,APC,GSK-3和Axin。
APC(adenomatous polyposis coli)是一种与结肠癌 发生有关的抑癌基因。定位于5q21，长度10.4kb， 编码一组较大的多结构域蛋白，属于胞浆蛋白，具 有支架蛋白的作用。APC蛋白、Axin和GSK3,可与 β-catenin形成复合物，而促进β-catenin发生磷酸化， 使β-catenin得以被蛋白酶降解。在固有的和散在的 大多数结直肠肿瘤中，均已发现有APC基因的突变 或缺失。APC基因突变可发生于任何外显子，其中 以第15外显子（654-2843密码子）最为常见 ［2000］，1020-1169密码子和1323-2075密码子编 码区域被认为是β-catenin与APC的结合位点，该区 域突变即导致β-catenin不能与APC结合，进而不能 被GSK3磷酸化，以致β-catenin降解受阻而积聚于胞 浆。因而APC是Wnt途径的负调控因子。在其他癌 症如髓母细胞瘤，侵袭性纤维瘤病，乳腺癌等也可 见APC异常。
靶基因
目前已经研究鉴定出多种Wnt途径的靶基因，它 们在细胞增殖、分化以及肿瘤形成中起重要作用。 主要包括：细胞周期和凋亡相关基因c-myc和 cyclinD1,生长因子如VEGF(vascular endothelial growth factor),胃泌素(gastrin)、HGF(hepatocyte growth factor)、c-met等。参与肿瘤进展的基因 MMP7(matrilysin)、MMP26、CD44和Nr-CAM,转录 因子ITF-2(immunoglobulin transcription factor-2)和 Id2,其他靶基因如COX-2等.由于这些因子在细胞增 殖、分化以及肿瘤发生发展中分别体现不同的特点， 因此Wnt信号传递是一种由多因子组成、涉及多个 环节、多种调控的复杂过程。
在Wnt途径中,β-catenin-TCF/LEF复合体无 疑是Wnt途径的枢纽。如前所述，Wnt途径激 活是以β-catenin定位变化-易位为基础，一旦 β-catenin易位于细胞核内，与TCF/LEF结合， 即可启动Wnt途径。因此，Wnt途径的调控可 分为两部分：上游各组分结构和功能变化导 致β-catenin降解障碍，引起β-catenin胞浆内积 聚；核内β-catenin激活TCF/LEF引起下游靶基 因转录，通过推动细胞周期发展或产生异常 蛋白，使细胞发生癌变。