Wnt catenin信号通路主要因子与成骨细胞研究进展_贾忠宝
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Wnt 3a、Wnt l 和 Wnt 10b 可 活 化 β-catenin 表 达，进而激活信号通路 刺 激 成 骨 发 生，Wnt 10b 可 促 进成骨细胞形成和成骨细胞向骨细胞分化以及骨细 胞的矿 化［8］。 在 前 成 骨 细 胞、成 骨 细 胞 中，Wnt 3a 可 激 活 P13K / AKt、ERK、lkl-2，抑 制 细 胞 凋 亡［9］。 Boland 等［10］发现 Wnt 5a 可促进 骨 髓 间 充 质 干 细 胞 （ BMSC） 向 成 骨 细 胞 分 化。 此 外，也 有 研 究 证 实 Wnt 5a 信号通路和 Wnt 3a 信号通路相互抑制，调控 BMSC 向成骨细胞分化［11］。
β-catenin 活性 的 调 节 一 般 认 为 是 其 蛋 白 水 平 上的降解，也有学者认为 β-catenin 的定位和 活 化 下 游转录因子主要 是 通 过 TCF4 和 BCL9 介 导 的 入 核 转 运 和 由 APC 和 Axin 介 导 的 出 核 转 运。 Eva Krieghoff 等［16］在用 活 细 胞 显 微 镜 技 术 和 光 淬 灭 后 荧光复现技 术 分 析 β-catenin 的 亚 细 胞 定 位 和 在 细 胞核内和核质 间 的 穿 梭 运 动 及 流 动 性 时 发 现 TCF4 和 BCL9 能募集 β-catenin 进入核内，而 APC 和 Axin 能使 β-catenin 在 细 胞 质 内 富 集。 然 而 任 何 一 种 因 子都不 能 改 变 β-catenin 进 出 胞 核 的 速 率。 TCF4， APC，Axin 和 Axin2 一起作用时比各自 对 β-catenin 流动性的作用都要减弱，因此认为 β-catenin 在 亚 细 胞的定位主 要 是 依 靠 在 其 富 集 区 域 β-catenin 与 其 配体的相互作用而不是通过主动转运进出细胞核。
Wnt 信 号 通 路 的 主 要 组 分 包 括： 细 胞 外 因 子 （ wnt） 、跨膜受体 （ frizzled） 、胞 质 蛋 白 （ β-catenin） 及 核内转录因子（ TCFS / LEF） 等一系列蛋白。研究已 证实，Wnt / β-catenin 信号传导通路在骨形成过程 中 起重要的调控作用，其 可 以 通 过 Runx2 基 因 促 进 成 骨的形成［1］。 本 文 就 Wnt / β-catenin 信 号 通 路 中 主 要因子在成骨细胞 增 殖、分 化 过 程 中 的 作 用 做 一 综 述。
The research progress of key factors in Wnt / β-catenin signaling pathway in osteoblasts JIA Zhongbao，ZHANG Liu， TIAN Faming． The Affiliated Hospital of Hebei Union University， Tangshan 063000 ，China Corresponding author： ZHANG Liu，Email： zhliu130@ sohu． com Abstract： The classical Wnt / β-catenin signaling pathway plays an important role in the proliferation， differentiation，and bone formation in osteoblasts． The expressive and functional alteration of main factors in Wnt / β-catenin signaling pathway，Wnt ligand，β-catenin，and transcriptional factors Runx2，can influence the proliferation，differentiation，and bone matrix formation and mineralization，eventually leading to the changes of bone mass． Different factors play different roles in the process of osteoblast differentiation and maturation． This process can be influenced by other factors to increase or decrease the differentiation and maturation of the osteoblast． Key words： Wnt / β-catenin Signaling pathway； Ligand of Wnt ； Runx2； Osteoblast
2 β-Catenin
β-catenin 是 由 CTNNBI 基 因 产 生 一 种 大 小 为 88kD 的 产 物。 β-catenin 是 经 典 Wnt 信 号 途 径 的 关 键因子，在 细 胞 增 殖、定 向 分 化 过 程 中 发 挥 重 要 作 用。β-catenin 和 LEF1 / TCF 与 Smad4 形 成 复 合 物， 促进 Smad4 进 入 细 胞 核 内，调 控 Wnt 靶 基 因 的 表 达，其在胞质中的浓度决定着经典 Wnt 信号通路的 激活与 关 闭。 β-catenin 在 胞 质 中 的 浓 度 又 取 决 于 细胞质中动态降解复合体的功能状态。Wnt 信号通 路处于关闭状态而无 Wnt 信号导入的情况下，降解
·综述·
Wnt / β-catenin 信号通路主要因子 与成骨细胞研究进展
贾忠宝 张柳 田发明
中图分类号： R34 文献标识码： A 文章编号： 1006-7108（ 2012） 01-0090-05 摘要： 经典 Wnt / β-catenin 信号通路在成骨细胞的增殖、分化及骨形成 过 程 中 起 关 键 作 用。 Wnt 信 号 通路中主要因子 Wnt 配体、β-catenin 及 转 录 因 子 Runx2 表 达 与 功 能 的 改 变，将 会 影 响 成 骨 细 胞 的 增 殖、分化、骨基质的形成和矿化，进而导致骨量的变 化。通 路 中 不 同 因 子 在 成 骨 细 胞 分 化 与 成 熟 的 过 程 中 所 起 作 用 又 有 所 不 同 ，而 且 在 此 过 程 中 又 会 受 到 其 它 因 素 的 影 响 ，进 而 增 强 或 减 弱 成 骨 细 胞 分 化 与成熟的进程。 关键词： Wnt / β-catenin 信号通路； Wnt 配体； Runx2； 成骨细胞
中国骨质疏松杂志 2012 年 1 月第 18 卷第 1 期 Chin J Osteoporos，January 2012 ，Volished online www． wanfangdate． com． cn doi： 10． 3969 / j． issn． 1006-7108． 2012． 01． 022
复合体中的 GSK3 能 够 顺 利 磷 酸 化 β-catenin，使 其 通过泛素途径被 蛋 白 体 降 解，使 胞 质 中 的 β-catenin 维持在较低的浓度。Wnt 经典信号通路激活后其配 体 Wnts 与 Frizzled 的特异结合能够激活细胞内富含 PDZ 结 构 域 的 蛋 白 Dsh （ Disheveled） ，活 化 后 的 Dsh 释放信号抑 制 GSk3 对 β-catenin 的 降 解 活 性，并 由 GBP 将 GSK3 从 降 解 复 合 体 上 解 离 下 来，最 终 导 致 β-catenin 在胞浆中稳定 积 累，并 进 入 细 胞 核 内 激 活 LEF / TCF 转录因子，启动靶基因转录［15］。
1 Wnts 及配体
Wnts 属 于 原 癌 基 因，是 一 类 富 含 L-半 胱 氨 酸、 其编码的 Wnt 蛋白是大小约 39 ～ 46kD 的分泌性糖
基金项目： 河北省自然科学基金资助项目（ C2006000580） 作者单位： 063000 河北唐山，河北联合大学附属医院 通讯作者： 张柳，Email： zhliu130 @ sohu． com
Wnts 在间充质干细胞 （ MSCs） 定向分化过程中
中国骨质疏松杂志 2012 年 1 月第 18 卷第 1 期 Chin J Osteoporos，January 2012 ，Vol 18 ，No． 1
91
起重要作 用。 Jackson 等［6］ 应 用 TaqMan Panel 法 比 较 Wnt 1、Wnt 2、Wnt 3a 在 C3H10T1 /2 细胞中的表 达，发 现 Wnt1 和 Wnt3a 表 现 类 似，不 同 于 Wnt 2； Hong 等［7］的研 究 表 明，分 泌 型 经 典 Wnt 信 号 途 径 在干细胞早期 分 化 方 向 上 起 重 要 作 用。 Wnt l、Wnt 3a、Wnt 6、Wnt 7b 可以导致多向分化潜能的间充质 细胞 如 C3H10T1 /2 细 胞 形 态 延 长 和 生 长 率 增 加。 Wnt l 和 Wnt 3a 可 以 使 ALP （ 碱 性 磷 酸 酶） 活 性 增 强，而 ALP 为成骨细胞分化的早期标志。
虽然大多数研究结果揭示 Wnts 在成骨细胞 分 化过程中起重要的作用，但也有研究表明 Wnt 能抑 制成 骨 细 胞 的 分 化。 Boer 等［12］ 研 究 Wnts 在 人 MSCs 向成骨细胞分化过程中的作用时发现 Wnt 3a 强烈地抑制 ALP 的表达，并完全 阻 断 了 成 骨 细 胞 矿 化的过程，而且明显 的 减 低 了 与 成 骨 细 胞 相 关 的 其 它基因的表达。Boland 等［10］ 发 现 在 BMSCs 向 成 骨 细胞分化过 程 中，Wnt 3a 抑 制 了 成 骨 分 化，而 且 同 时伴有基 质 沉 淀 的 减 少，碱 性 磷 酸 酶 活 性 的 降 低。 同时 Wnt3a 也 能 降 低 已 分 化 为 成 骨 细 胞 的 碱 性 磷 酸酶（ ALP） 的表达。有研究表明，体外培养人 MCSs 表达 的 蛋 白 分 子 与 Wnt 信 号 通 路 中 的 分 子 相 符， Wnt3a 通 过 抑 制 GSK-3β 而 激 活 Wnt 信 号 通 路［13］， 促进 MSCs 增殖 而 抑 制 其 分 化 为 成 骨 细 胞，表 现 为 减 少 基 质 矿 化 ，降 低 碱 性 磷 酸 酶 的 表 达 和 活 性［14］ 。
蛋白［2］。根据 Wnt 蛋 白 转 导 信 号 的 方 式［3-5］，学 者 们将 Wnt 信 号 转 导 途 径 分 为 经 典 Wnt 信 号 通 路 （ canonical Wnt signaling pathway） 和 非 经 典 的 Wnt 信号通路 （ noncanonical Wnt signaling pathway） 。 按 照不同的功能，可 将 Wnts 分 为 不 同 的 功 能 组。 Wnt 1 组： 包括 Wnt l、Wnt 2、Wnt 3、Wnt 3a、Wnt 8 和 Wnt Sb，该组可以与 Lrp / Fzd 相互结合，通过一系 列 胞 质 蛋白（ Dsh 等） 的相互作用，使 β-catenin 在 胞 质 内 累 积，进而入 核 与 转 录 因 子 TCF / LEF-1 相 互 作 用，并 通过与 DNA 序 列-YCTTTGWW-结 合 来 调 节 其 下 游 基因的转录，这条通路被称为 Wnt / β-catenin 经典途 径； Wnt 5 组： 包 括 Wnt 4、Wnt 5a、Wnt 5b、Wnt 6、 Wnt 7a 和 Wnt ll 等，这些 Wnts 与 Fzd 结 合 后，可 激 活异源三聚体 G 蛋 白，提 高 细 胞 内 钙 水 平，从 而 激 活非经典 Wnt 通路的 Wnt / Ca2 + 途径。
β-catenin 活性 的 调 节 一 般 认 为 是 其 蛋 白 水 平 上的降解，也有学者认为 β-catenin 的定位和 活 化 下 游转录因子主要 是 通 过 TCF4 和 BCL9 介 导 的 入 核 转 运 和 由 APC 和 Axin 介 导 的 出 核 转 运。 Eva Krieghoff 等［16］在用 活 细 胞 显 微 镜 技 术 和 光 淬 灭 后 荧光复现技 术 分 析 β-catenin 的 亚 细 胞 定 位 和 在 细 胞核内和核质 间 的 穿 梭 运 动 及 流 动 性 时 发 现 TCF4 和 BCL9 能募集 β-catenin 进入核内，而 APC 和 Axin 能使 β-catenin 在 细 胞 质 内 富 集。 然 而 任 何 一 种 因 子都不 能 改 变 β-catenin 进 出 胞 核 的 速 率。 TCF4， APC，Axin 和 Axin2 一起作用时比各自 对 β-catenin 流动性的作用都要减弱，因此认为 β-catenin 在 亚 细 胞的定位主 要 是 依 靠 在 其 富 集 区 域 β-catenin 与 其 配体的相互作用而不是通过主动转运进出细胞核。
Wnt 信 号 通 路 的 主 要 组 分 包 括： 细 胞 外 因 子 （ wnt） 、跨膜受体 （ frizzled） 、胞 质 蛋 白 （ β-catenin） 及 核内转录因子（ TCFS / LEF） 等一系列蛋白。研究已 证实，Wnt / β-catenin 信号传导通路在骨形成过程 中 起重要的调控作用，其 可 以 通 过 Runx2 基 因 促 进 成 骨的形成［1］。 本 文 就 Wnt / β-catenin 信 号 通 路 中 主 要因子在成骨细胞 增 殖、分 化 过 程 中 的 作 用 做 一 综 述。
The research progress of key factors in Wnt / β-catenin signaling pathway in osteoblasts JIA Zhongbao，ZHANG Liu， TIAN Faming． The Affiliated Hospital of Hebei Union University， Tangshan 063000 ，China Corresponding author： ZHANG Liu，Email： zhliu130@ sohu． com Abstract： The classical Wnt / β-catenin signaling pathway plays an important role in the proliferation， differentiation，and bone formation in osteoblasts． The expressive and functional alteration of main factors in Wnt / β-catenin signaling pathway，Wnt ligand，β-catenin，and transcriptional factors Runx2，can influence the proliferation，differentiation，and bone matrix formation and mineralization，eventually leading to the changes of bone mass． Different factors play different roles in the process of osteoblast differentiation and maturation． This process can be influenced by other factors to increase or decrease the differentiation and maturation of the osteoblast． Key words： Wnt / β-catenin Signaling pathway； Ligand of Wnt ； Runx2； Osteoblast
2 β-Catenin
β-catenin 是 由 CTNNBI 基 因 产 生 一 种 大 小 为 88kD 的 产 物。 β-catenin 是 经 典 Wnt 信 号 途 径 的 关 键因子，在 细 胞 增 殖、定 向 分 化 过 程 中 发 挥 重 要 作 用。β-catenin 和 LEF1 / TCF 与 Smad4 形 成 复 合 物， 促进 Smad4 进 入 细 胞 核 内，调 控 Wnt 靶 基 因 的 表 达，其在胞质中的浓度决定着经典 Wnt 信号通路的 激活与 关 闭。 β-catenin 在 胞 质 中 的 浓 度 又 取 决 于 细胞质中动态降解复合体的功能状态。Wnt 信号通 路处于关闭状态而无 Wnt 信号导入的情况下，降解
·综述·
Wnt / β-catenin 信号通路主要因子 与成骨细胞研究进展
贾忠宝 张柳 田发明
中图分类号： R34 文献标识码： A 文章编号： 1006-7108（ 2012） 01-0090-05 摘要： 经典 Wnt / β-catenin 信号通路在成骨细胞的增殖、分化及骨形成 过 程 中 起 关 键 作 用。 Wnt 信 号 通路中主要因子 Wnt 配体、β-catenin 及 转 录 因 子 Runx2 表 达 与 功 能 的 改 变，将 会 影 响 成 骨 细 胞 的 增 殖、分化、骨基质的形成和矿化，进而导致骨量的变 化。通 路 中 不 同 因 子 在 成 骨 细 胞 分 化 与 成 熟 的 过 程 中 所 起 作 用 又 有 所 不 同 ，而 且 在 此 过 程 中 又 会 受 到 其 它 因 素 的 影 响 ，进 而 增 强 或 减 弱 成 骨 细 胞 分 化 与成熟的进程。 关键词： Wnt / β-catenin 信号通路； Wnt 配体； Runx2； 成骨细胞
中国骨质疏松杂志 2012 年 1 月第 18 卷第 1 期 Chin J Osteoporos，January 2012 ，Volished online www． wanfangdate． com． cn doi： 10． 3969 / j． issn． 1006-7108． 2012． 01． 022
复合体中的 GSK3 能 够 顺 利 磷 酸 化 β-catenin，使 其 通过泛素途径被 蛋 白 体 降 解，使 胞 质 中 的 β-catenin 维持在较低的浓度。Wnt 经典信号通路激活后其配 体 Wnts 与 Frizzled 的特异结合能够激活细胞内富含 PDZ 结 构 域 的 蛋 白 Dsh （ Disheveled） ，活 化 后 的 Dsh 释放信号抑 制 GSk3 对 β-catenin 的 降 解 活 性，并 由 GBP 将 GSK3 从 降 解 复 合 体 上 解 离 下 来，最 终 导 致 β-catenin 在胞浆中稳定 积 累，并 进 入 细 胞 核 内 激 活 LEF / TCF 转录因子，启动靶基因转录［15］。
1 Wnts 及配体
Wnts 属 于 原 癌 基 因，是 一 类 富 含 L-半 胱 氨 酸、 其编码的 Wnt 蛋白是大小约 39 ～ 46kD 的分泌性糖
基金项目： 河北省自然科学基金资助项目（ C2006000580） 作者单位： 063000 河北唐山，河北联合大学附属医院 通讯作者： 张柳，Email： zhliu130 @ sohu． com
Wnts 在间充质干细胞 （ MSCs） 定向分化过程中
中国骨质疏松杂志 2012 年 1 月第 18 卷第 1 期 Chin J Osteoporos，January 2012 ，Vol 18 ，No． 1
91
起重要作 用。 Jackson 等［6］ 应 用 TaqMan Panel 法 比 较 Wnt 1、Wnt 2、Wnt 3a 在 C3H10T1 /2 细胞中的表 达，发 现 Wnt1 和 Wnt3a 表 现 类 似，不 同 于 Wnt 2； Hong 等［7］的研 究 表 明，分 泌 型 经 典 Wnt 信 号 途 径 在干细胞早期 分 化 方 向 上 起 重 要 作 用。 Wnt l、Wnt 3a、Wnt 6、Wnt 7b 可以导致多向分化潜能的间充质 细胞 如 C3H10T1 /2 细 胞 形 态 延 长 和 生 长 率 增 加。 Wnt l 和 Wnt 3a 可 以 使 ALP （ 碱 性 磷 酸 酶） 活 性 增 强，而 ALP 为成骨细胞分化的早期标志。
虽然大多数研究结果揭示 Wnts 在成骨细胞 分 化过程中起重要的作用，但也有研究表明 Wnt 能抑 制成 骨 细 胞 的 分 化。 Boer 等［12］ 研 究 Wnts 在 人 MSCs 向成骨细胞分化过程中的作用时发现 Wnt 3a 强烈地抑制 ALP 的表达，并完全 阻 断 了 成 骨 细 胞 矿 化的过程，而且明显 的 减 低 了 与 成 骨 细 胞 相 关 的 其 它基因的表达。Boland 等［10］ 发 现 在 BMSCs 向 成 骨 细胞分化过 程 中，Wnt 3a 抑 制 了 成 骨 分 化，而 且 同 时伴有基 质 沉 淀 的 减 少，碱 性 磷 酸 酶 活 性 的 降 低。 同时 Wnt3a 也 能 降 低 已 分 化 为 成 骨 细 胞 的 碱 性 磷 酸酶（ ALP） 的表达。有研究表明，体外培养人 MCSs 表达 的 蛋 白 分 子 与 Wnt 信 号 通 路 中 的 分 子 相 符， Wnt3a 通 过 抑 制 GSK-3β 而 激 活 Wnt 信 号 通 路［13］， 促进 MSCs 增殖 而 抑 制 其 分 化 为 成 骨 细 胞，表 现 为 减 少 基 质 矿 化 ，降 低 碱 性 磷 酸 酶 的 表 达 和 活 性［14］ 。
蛋白［2］。根据 Wnt 蛋 白 转 导 信 号 的 方 式［3-5］，学 者 们将 Wnt 信 号 转 导 途 径 分 为 经 典 Wnt 信 号 通 路 （ canonical Wnt signaling pathway） 和 非 经 典 的 Wnt 信号通路 （ noncanonical Wnt signaling pathway） 。 按 照不同的功能，可 将 Wnts 分 为 不 同 的 功 能 组。 Wnt 1 组： 包括 Wnt l、Wnt 2、Wnt 3、Wnt 3a、Wnt 8 和 Wnt Sb，该组可以与 Lrp / Fzd 相互结合，通过一系 列 胞 质 蛋白（ Dsh 等） 的相互作用，使 β-catenin 在 胞 质 内 累 积，进而入 核 与 转 录 因 子 TCF / LEF-1 相 互 作 用，并 通过与 DNA 序 列-YCTTTGWW-结 合 来 调 节 其 下 游 基因的转录，这条通路被称为 Wnt / β-catenin 经典途 径； Wnt 5 组： 包 括 Wnt 4、Wnt 5a、Wnt 5b、Wnt 6、 Wnt 7a 和 Wnt ll 等，这些 Wnts 与 Fzd 结 合 后，可 激 活异源三聚体 G 蛋 白，提 高 细 胞 内 钙 水 平，从 而 激 活非经典 Wnt 通路的 Wnt / Ca2 + 途径。