Wnt信号通路

Wnt信号通路不仅在胚胎发育而且在保持干细胞分化上均具有重要的调控作用，并且在诱导MSCs向成骨细胞分化和骨形成代谢过程中也扮演重要角色。Wnt信号通路主要分为经典信号通路和非经典信号通路。Wnt信号通路的研究发现，经典Wnt信号通路和非经典Wnt信号通路在调控成骨细胞分化、成熟和骨形成代谢过程中的生物学作用存在较大的差异。

Wnt的配体包括19种分泌糖蛋白。这些配体可通过与其细胞膜上的受体结合进而诱导细胞内一系列的信号级联反应，从而调控下游靶基因的表达，发挥其相应的生物学作用。Wnt信号通路分为β联蛋白（β-catenin）介导的经典和Ca2＋、平面细胞极性（planar cell polarity，PCP）介导的非经典信号通路。β-catenin磷酸化可通过调控其下游的靶基因从而引起级联信号反应，而非经典的Wnt信号通路发挥其生物学作用是不依赖于β-catenin磷酸化的。经典Wnt信号通路的特点是以β-catenin在细胞质内的稳定和激活为主要特征。当Wnt配体不存在时，胞质内的β-catenin被糖原合成酶激酶（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）、体轴抑制因子（axis inhibitor，Axin）和结肠腺瘤性息肉病（adenomatous polyposis coli，APC）构成的蛋白降解复合体所磷酸化。GSK-3β可磷酸化β-catenin，对泛素化和蛋白小体降解过程中的β-catenin进行标记。然而，当Wnt1、Wnt3a和Wnt8等经典信号通路配体存在时，这些配体可与其共结合受体Frizzled（Fzd）结合，而低密度脂蛋白受体相关蛋白5（low density lipoprotein receptorrelatedprotein 5，LRP5）或者LRP6可引起细胞内蛋白Disheveled（Dvl）的磷酸化。在胞质内，磷酸化的Dvl可通过β-catenin磷酸化抑制GSK-3β。β-catenin磷酸化后移位进入核内，入核后的β-catenin与T细胞因子（T cell factor，TCF）／淋巴增强结合因子（lymphoid enhancerbinding factor 1，LEF）形成一个转录复合体来调节靶基因，如cyclin D1、Axin2、c-myc和过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferatoractivated receptor，PPAR）等的表达进而发挥相关生物学作用。(https://www.daowen.com)

非经典Wnt信号通路主要包括Wnt／Ca2＋通路和Wnt／PCP通路。依赖Ca离子的信号通路在胚胎发育、细胞迁移和癌症进展等生物学过程中具有重要的作用。当细胞内内质网释放钙离子引起信号级联反应以及激活的G蛋白促进Wnt配体与其Fzd受体结合时，释放的钙离子可激活下游的调节因子，如蛋白酶C（protease C，PKC）、钙调磷酸酶（calcineurin，CN）和钙离子-钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ（calcium-Ca M-dependent protein kinaseⅡ，Ca MKⅡ）的表达；同时，反过来还会激活转录因子，如核因子κB（nuclear factor-kappa B，NFκB）、活化T细胞核因子（nuclear factor of activated T cell，NFAT）和CREB等。细胞极性信号通路是另一条非经典信号通路。其在平面细胞极性、迁移、运动性和分裂等过程中具有重要的作用。这条信号通路通过Fzd受体和最终下游的物质激活（如c-jun NH2酶等）来激活小分子质量GTP结合蛋白（GTPases），如Rho、Rac和细胞分裂周期蛋白42（cell division cyclin 42，Cdc42）等。然而，目前有关非经典信号通路的生物学研究相对较少，很多机制不如经典信号通路清楚。基于激动位点的不同，经典Wnt信号通路的内源性调节因子在很大程度上可分为细胞外和细胞内拮抗剂两部分。细胞外的抑制剂包括硬骨素（sclerostin，SOST）、DKK、Wnt抑制因子1／2（Wif-1／2）和分泌卷曲-相关蛋白（secretion of curly-related proteins，SFRPs）。细胞外的拮抗剂如SOST等，主要是一些分泌因子，可与LRP5／6结合，从而抑制Wnt配体与其的作用。DKK-1同时与LRP6和另一膜上蛋白—Kremen1／2（Krm1／2）可形成一个复合物。此复合物的形成导致LRP的内在化和降解，并且还会降低LRP与Wnt配体结合的有效性。同时，SFRP和Wif-1可直接与Wnt配体集合来组织其余Fzd和LRP5／6的结合。然而，细胞内的拮抗剂扰乱了细胞质或者核内的Wnt信号通路级联反应。复合基团（由GSK-3β、Axin和APC相互结合形成）可延缓非活化情况下β-catenin的降解反应。当Chibby（Cby）被激活后，其可抑制细胞核内β-catenin和TCF／LEF-1的相互作用。这些内源性的拮抗剂应受到足够的重视。因为它们在调节Wnt信号通路的很多关键节点上起着重要的调控作用，也有助于对Wnt信号通路畸变所引发疾病机制的了解。

Wnt信号通路在调控MSCs向成骨细胞分化和骨形成代谢中均具有重要的作用。MSCs具有多种分化潜能，仍保持着分化为多种组织类型的潜能，如骨、软骨组织、脂肪、肌腱和骨骼肌等。MSCs在再生医学中具有重大的治疗潜能，因为BMSCs可从患者身体的多个部位获得，如骨髓等。当骨形成代谢紊乱时，诱导MSCs向成骨细胞系进行分化可能对于促进骨形成，改善骨代谢是一种有效的治疗方法。MSCs向单一细胞系分化过程中受到多种生长因子的调控，然而目前有关此调控过程的相关研究仍然较少。尽管如此，有关Wnt信号通路在促进BMSCs向成骨细胞分化的过程中的生物学作用已被证实。研究发现，经典Wnt信号通路可通过上调骨形成调节因子，如Runx2、同源异形盒基因5（homologous special-shaped box genes 5，Dlx5）和Osterix等并抑制脂肪形成诱导因子，如PPARγ和CCAAT／增强结合蛋白α（CCAAT／enhancer-binding proteinα，C／EBPα）等表达从而抑制BMSCs向脂肪细胞的分化。另外，研究证实，经典Wnt信号通路可通过不同的生物学机制来诱导成骨细胞分化。非经典Wnt5a配体通过抑制核染色质而不是通过激活β-catenin来抑制PPARγ表达的。然而，由Wnt配体诱导的两个独立机制之间的相互作用机制尚不清晰，而Wnt信号通路在调控BMSCs向成骨细胞分化中的生物学作用已被很多研究所证实。