WNT信号通路的研究进展

关键词：ＷＮＴ 信号；β－ｃａｔｅｎｉｎ；脂肪细胞；通路
中 图 分 类 号 ：Ｓ８１１．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－９１１１（２０１２）０１－００３３－０５
①
Ｗｎｔ是 一 个 分 泌 蛋 白 家 族 并 调 控 不 同 的 发 育 过 程 。 Ｗｎｔ蛋 白 通 过 自 分 泌 或 旁 分 泌 作 用 与 位 于 细 胞 膜上的受体相 结 合，激 活 细 胞 内 信 号 通 路 调 节 靶 基 因 的 表 达 ，对 细 胞 的 增 殖 、分 化 、迁 移 、极 性 化 和 凋 亡 起到重要作用。
此设计出一种化学方法能够提纯出具有活性的 Ｗｎｔ 蛋白。目前，Ｒｅｙａ［１０］在体外 通 过 棕 榈 酸 修 饰 获 得 可 溶性的 Ｗｎｔ３ａ蛋白，一般方法得到 Ｗｎｔ３ａ蛋白是没 有活性的，这是因为 Ｗｎｔ３ａ的 一 个 保 守 半 胱 氨 酸 极 易 发 生 去 棕 榈 酰 化 ，使 蛋 白 的 脂 修 饰 状 态 被 破 坏 ，而
１ Ｗｎｔ蛋 白 家 族
Ｗｎｔ基因 是 １９８２ 年 Ｎｕｓｓｅ［１］在 探 讨 小 鼠 乳 腺 肿瘤病毒转录 机 制 过 程 中 最 早 发 现 的，当 时 在 鼠 乳 腺癌中发现一种蛋白在细胞间传递生长和发育的信 号，其编码基因 称 为Ｉｎｔｌ［２］。 进 一 步 研 究 发 现，该 基 因在正常的胚 胎 发 育 中 可 使 果 蝇 表 现 无 翅，于 是 将 ｗｉｎｇｌｅｓｓ和 Ｉｎｔｌ两 词 合 并，称 为 Ｗｎｔｌ。 随 着 Ｗｎｔｌ 基因的克隆，在 从 线 虫 到 人 类 的 不 同 器 官 中 先 后 发 现了 一 系 列 Ｗｎｔ同 源 基 因 。 ［３］ 虽 然 最 初 对 Ｗｎｔ基 因的研究主要 围 绕 其 诱 导 肿 瘤 形 成 的 功 能，但 后 来 许 多 证 据 都 显 示 ，其 在 细 胞 繁 殖 、生 物 发 育 过 程 中 发 挥 着 重 要 作 用 。 Ｗｎｔ信 号 通 路 因 其 重 要 作 用 逐 渐 成 为 研 究 的 热 点 。 Ｗｎｔ蛋 白 通 过 分 泌 作 用 与 位 于 细 胞 膜 上 的 受 体 相 结 合 ，激 活 细 胞 内 信 号 通 路 ，调 节 靶 基 因的表达，在 胚 胎 的 发 育 过 程 中 对 细 胞 的 增 殖、分 化、迁移、极性化和凋亡均起到重要的作用。 最近研 究又表明 Ｗｎｔ家族中 Ｗｎｔｌ、Ｗｎｔ１０ｂ等分子与脂肪
摘 要 ：Ｗｎｔ（ｗｉｎｇｌｅｓｓ－ｔｙｐｅ ＭＭＴＶ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ｆａｍｉｌｙ ｍｅｍｂｅｒｓ）信 号 通 路 与 细 胞 的 发 育分化密切相关，对正常 和 肿 瘤 细 胞 生 长 都 至 关 重 要，因 其 启 动 蛋 白 为 Ｗｎｔ蛋 白 而 得 名。 本文综述了 Ｗｎｔ蛋白家族、Ｗｎｔ信号通路、Ｗｎｔ信 号 通 路 与 疾 病 的 关 系 以 及 ＷＮＴ 信 号 通 路 的 研 究 进 展 ，并 对 家 族 中 一 些 成 员 的 研 究 进 行 了 展 望 。
通过棕榈酸修饰可以获得稳定的可溶性蛋白。突变
分析得出这一保守半胱氨酸的棕榈酞化对其功能有
重要影响，因为这一半胱 氨 酸 在 所 有 的 Ｗｎｔ蛋 白 中 都是高度保守的，所有的 Ｗｎｔ蛋 白 都 有 可 能 是 棕 榈 酰化的，因此用与 Ｗｎｔ３ａ相 同 的 纯 化 方 法 也 可 能 得 到其他 Ｗｎｔ蛋白。 １．２ Ｗｎｔ通 路 相 关 蛋 白
一的 Ｆｚｄ受体类 型 可 以 激 活 两 个 途 径。 另 外，脂 蛋 白受体相关蛋白（ＬＲＰ）也是 Ｗｎｔ蛋白的 受 体［１５］，包 括 ＬＲＰ５和 ＬＲＰ６两个分子。
β－联 蛋 白 （β－ｃａｔｅｎｉｎ）是 Ｗｎｔ 途 径 的 核 心 成 分［１６］，它由位于 染 色 体 ３ｐ２１－２２ 的 ＣＴＮＮｂｌ基 因 编 码，其一级结构包含１５０个氨基酸的 Ｎ 末端、５５０个 氨基酸中间 连 接 臂 重 复 区 和 １００ 个 氨 基 酸 的 Ｃ 末 端。其中，Ｎ 末 端 是 Ｇ－联 蛋 白 受 糖 原 合 成 酶 激 酶 （ＧＳＫ－３β）磷酸化降解作用部位，而 Ｃ 末端则参与 β－ ｃａｔｅｎｉｎ与核转 录 活 性 因 子 淋 巴 样 增 强 因 子 （ＬＦＦ） ／Ｔ细胞因子（ＴＣＦ）的结合 。 ［１７，１８］ 正常功能状态下， 大部分β－ｃａｔｅｎｉｎ 被 束 缚 在 由 细 胞 膜 向 胞 内 伸 出 的 钙黏着蛋白上，而 其 余 部 分 与 ＧＳＫ－３β、大 肠 腺 瘤 样 蛋白（ＡＰｃ）和轴素 （ａｘｉｎ）共 同 形 成 的 多 聚 蛋 白 复 合
代谢有密切关 系，也 可 能 与 肥 胖 和 糖 尿 病 等 疾 病 有 关 ，因 此 备 受 研 究 者 的 关 注 。
１．１ Ｗｎｔ蛋 白 目前，在哺乳 动 物 的 基 因 组 研 究 中 发 现 人 和 鼠
Ｗｎｔ家 族 共 包 括 １９ 个 成 员［４－６］，用 Ｗｎｔｌ、Ｗｎｔ２、 Ｗｎｔ３Ａ 等表示。 Ｗｎｔ基 因 所 编 码 的 蛋 白 是 一 类 分 泌 型 糖 蛋 白 ，它 具 有 分 泌 型 生 长 因 子 的 特 点 ，Ｗｎｔ被 分泌后，既可与 自 身 细 胞 的 膜 受 体 结 合 发 挥 自 分 泌 调节作用，也可 与 邻 近 细 胞 的 膜 受 体 结 合 发 挥 旁 分 泌作用。不同的 Ｗｎｔ蛋白 既 可 有 相 同 的 作 用，也 可 有不同的 效 应，这 种 复 杂 作 用 可 能 是 由 于：① 各 种 Ｗｎｔ蛋 白 在 不 同 物 种、不 同 组 织 细 胞 中 表 达 具 有 一 定特异性；②通 过 结 合 不 同 的 特 异 性 受 体 发 挥 活 性 作用 。 ［７］ Ｗｎｔ蛋白由３５０～４００个氨基酸组 成，含 一 段疏水的信号 肽，富 含 可 交 连 形 成 二 硫 键 的 半 胱 氨 酸残基，包 括 ２３ 或 ２４ 个 保 守 的 半 胱 氨 酸 。 ［８］ Ｗｎｔ 蛋白由于与胞 外 基 质 相 连 而 很 难 被 纯 化，以 往 试 验 很难得到可 溶 性 的 Ｗｎｔ蛋 白。 Ｗｎｔ蛋 白 与 其 他 信 号蛋白不同的 是，它 从 未 以 有 活 性 的 形 式 被 分 离 出 来，并且极 难 溶 于 水，因 此 也 限 制 了 对 其 性 质 的 研 究。故２０年来对 其 功 能 的 研 究 资 料 大 都 通 过 上 清 培养液、逆转录病毒和与 转 染 Ｗｎｔ基 因 的 细 胞 共 培 养３种方 法 间 接 获 得 。 ［９］ 最 近 Ｗｉｌｌｅｒｔ等 通 ［４］ 过 质
物结合，同时 ＧＳＫ－３β能使游离β－ｃａｔｅｎｉｎ磷酸化，被 泛 素 蛋 白 酶 体 系 统 降 解，从 而 保 持 胞 质 内 游 离 β－ ｃａｔｅｎｉｎ浓度处于相对较低的状态 。 ［１９］
Ｄｉｓｈｅｖｅｌｌｅｄ（Ｄｓｈ）是 机 体 组 织 细 胞 中 广 泛 存 在 的 胞 浆 蛋 白 ，由 ６７０ 个 氨 基 酸 残 基 组 成 ，分 子 内 含 有 高度保守的 ３ 个 区 段：氨 基 端 有 与 部 分 轴 素 （ａｘｉｎ） 相同的５１个氨 基 酸 ＤＩＸ 区、中 间 ＰＤＺ 区 （由 ８０～ ９０氨基酸组成的存在于 ＰＳＤ－９５和 ＺＯ－１等５０多种 蛋白内的基本序列）及 羧 基 端 ＤＥＰ 区 （能 结 合 Ｄｖｌ， ＥＧＬ１０，Ｐｌｅｅｋｓｔｒｉｎ 蛋 白 的 部 位 ）［２０］。 在 人 类 已 鉴 定３个 Ｄｖｌ基因，这 ３ 种 Ｄｖｌ中 两 个 高 度 保 守 区 与 其他动物无显著同源性，但其 ＰＤＺ 区 也 是 一 种 磷 蛋 白，其丝氨酸和苏氨基酸 残 基 易 受 Ｗｎｔ信 号 激 活 而 被磷酸化，而 磷 酸 化 Ｄｖｌ定 位 到 细 胞 膜［２１］。Ｄｖｌ可 能是组装信号调节复合物所必须的连结分子 。 ［２２］
２ Ｗｎｔ信 号 通 路
Ｗｎｔ信号传导通 路 与 基 因 的 表 达、细 胞 的 黏 附 及细胞的极 性 有 关。 它 分 为 经 典 的 Ｗｎｔ信 号 通 路 和其非经典 Ｗｎｔ信 号 通 路［２３］，其 中 经 典 Ｗｎｔ信 号 通路即 Ｗｎｔ－β－ｃａｔｅｎｉｎ 通 路，是 Ｗｎｔ信 号 中 研 究 最 清 楚 的 一 条 通 路 ，在 整 个 进 化 过 程 中 高 度 保 守 。
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中 国 牛 业 科 学 ２０１２，３８（１）：３３－３７ Ｃｈｉｎａ Ｃａｔｔｌｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ
檮檮檮檮殑 综 述
综 述
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ＷＮＴ 信号通路的研究进展
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赵 静１，张 春 雷１，房 兴 堂１，陈 宏 ＊１，２
（１．徐州师范大学细胞与分子生物学研究所，江苏 徐州 ２２１１１６；２．西北农林科技大学动物科技学院／陕西省 农业分子生物学重点实验室，陕西 杨凌 ７１２１００）
２．１ 经典的 Ｗｎｔ信号通路 经典的 Ｗｎｔ信号通路 参 与 了 调 控 细 胞 命 运、细
胞增殖及凋 亡 等 过 程。 分 泌 的 Ｗｎｔ配 体 与 细 胞 表 面受体 Ｆｚｄ家族或 ＬＲＰＳ／ＬＲＰ６受体结合形成复合 物，受体复合物 引 起 β－ｃａｔｅｎｉｎ在 细 胞 内 的 积 累。 当 Ｗｎｔ信号通路活化 时，Ｗｎｔ与 受 体 Ｆｚｄ结 合 激 活 细 胞内的 Ｄｓｈ蛋白，磷酸化 的 Ｄｓｈ 蛋 白 将 信 号 传 至 细 胞内，抑 制 ＡＰＣ，ＧＳＫ－３Ｄ，Ａｘｉｎ，β－ｃａｔｅｎｉｎ 组 成 的 复合物 激 酶 的 活 性，引 起 β－ｃａｔｅｎｉｎ 在 细 胞 内 的 积 累，并进入 细 胞 核 与 Ｔ 细 胞 因 子 （ＴＣＦ），淋 巴 细 胞 增强因子家族 的 转 录 因 子 形 成 复 合 物，激 活 下 游 基 因的转录［２４］。β－ｃａｔｅｎｉｎ 是 Ｗｎｔ信 号 向 细 胞 核 传 递 过程 中 的 重 要 信 号 分 子，Ｗｎｔ信 号 转 导 的 关 键 是 胞 浆中 是 否 存 在 结 构 稳 定 的、可 溶 性 β－ｃａｔｅｎｉｎ，β－ ｃａｔｅｎｉｎ信号通路是否打开是 Ｗｎｔ信号的调节开关。 β－ｃａｔｅｎｉｎ 可 与 Ｅ－ｃａｄｈｅｒｉｎ 作 用 参 与 细 胞 的 黏 附。 ＧＳＫ－３Ｄ 在胰岛素信号传 导 及 糖 代 谢 过 程 中 起 重 要 的作 用。ＡＰＣ 与 细 胞 的 伸 展、极 性 迁 移 有 关。 因 此 ，Ｗｎｔ信 号 通 路 并 不 是 单 一 的 通 路 ，而 是 形 成 复 杂 的网络，对 整 个 细 胞 的 生 长 激 发 起 重 要 的 调 控 作 用［２５］。在 没 有 Ｗｎｔ 信 号 的 状 态 下，ＡＰＣ 蛋 白、 ＧＳＫ－３β、Ａｘｉｎ 和 β－ｃａｔｅｎｉｎ 组 成 的 复 合 物 可 以 通 过 氨 基 端 磷 酸 化 作 用 快 速 降 解 β－ｃａｔｅｎｉｎ。
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中 国 牛 业 科 学 第 ３８ 卷
谱分析发现 Ｗｎｔ蛋 白 有 一 个 高 度 保 守 的 半 胱 氨 酸 （ｃｙｓ）被 棕 榈 酰 化，用 酶 或 者 突 变 把 这 个 ｃｙｓ 去 除 后，蛋白活性即丧失，提示其活性受脂质化调节。 由
障碍。而 Ｆｚｄ５基 因 的 缺 失 在 胚 胎 发 育 早 期 则 更 是 致命的 。 ［１４］ 虽 然 Ｆｚｄ 受 体 与 已 知 的 ７ 次 跨 膜 蛋 白 有着相似的拓 扑 结 构，但 它 们 之 间 的 显 著 区 别 在 于
Ｆｚｄ受体在胞外有一个 高 度 保 守 的 富 含 半 胱 氨 酸 的 结构域作为其配体结合区，这与 ＬＤＬ 受体的配体结 合区有着相似的序列。不同的 Ｆｚｄ受体倾向于不同 的 信 号 途 径 ，或 经 典 或 非 经 典 ，然 而 也 有 报 道 认 为 单
Ｗｎｔ蛋白的受 体 Ｆｒｉｚｚｌｅｄ （Ｆｚｄ）蛋 白 是 一 族 七 次穿越细胞膜的跨膜蛋白［１１］，结构 上 与 Ｇ 蛋 白 偶 联 受体相 似，至 少 有 １０ 个 成 员［５，１２］。Ｆｒｉｚｚｌｅｄ 受 体 广 泛表达于心血管系 统 及 其 它 器 官。Ｆｚｄ蛋 白 具 有 高 度保 守 的 富 含 半 胱 氨 酸 的 配 体 结 合 区 （ＣＲＤ），而 ＣＲＤ 是 Ｆｚｄ与 Ｗｎｔ相 结 合 的 部 位，ＣＲＤ 区 域 氨 基 酸残 基 的 突 变 会 导 致 Ｆｚｄ 与 Ｗｎｔ 相 互 作 用 的 消 失 。 ［６，７］ 来自 Ｗａｎｇ 等［１３］的 研 究 表 明 缺 乏 Ｆｚｄ４ 基 因的小鼠导致小脑的逐渐退化和听觉及食道的功能
① 收稿日期：２０１１－０９－１４ 修回日期：２０１１－１１－１０ 基金项目：由国 家 自 然 科 学 基 金 （３０９７２０８０，３１１０１７０３）；江 苏 省 自 然 科 学 基 金 （ＢＫ２０１１２０６）；国 家 转 基 因 重 大 专 项 （２００９ＺＸ０８００９－１５７Ｂ，２００９ＺＸ０８００７－００５Ｂ－０７）；国 家 现 代 肉 牛 牦 牛 产 业 技 术 体 系 专 项 （ＣＡＲＳ－３８）项 目 资 助 作 者 简 介 ：赵 静 （１９８６－ ），女 ，河 北 唐 山 市 人 ，在 读 硕 士 生 ，研 究 方 向 ：动 物 分 子 生 物 学 。 ＊ 通 讯 作 者 ：陈 宏 （１９５５－ ），男 ，陕 西 西 安 人 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ，研 究 方 向 ：生 物 技 术 与 动 物 育 种 。