Wnt信號通路與心血管疾病的研究進展

張友明 朱紅濤

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Wnt信號通路與心血管疾病的研究進展

張友明 朱紅濤

Wnt信號通路是一種多元復雜的級聯放大信號通路，參與心血管系統的發育，正常生理狀態下Wnt信號通路通常是靜止的，在心血管疾病狀態下可被激活。該文介紹了Wnt信號通路在動脈粥樣硬化、心肌梗死、心肌肥厚、心力衰竭以及心律失常發病中的作用，探討其在心血管疾病診治中的潛在價值。

Wnt信號通路；心血管疾病

Wnt信號通路是一種多元復雜的級聯放大信號通路，參與調控細胞增殖、分化、凋亡等多個病理生理過程。研究表明，Wnt信號通路在心血管系統發育過程中起重要作用，正常生理狀態下Wnt信號通路通常是靜止的，心血管疾病狀態下可被激活。

1 Wnt信號通路及其生理作用

Wnt的命名來源于果蠅的無翅基因Wingless和乳腺癌小鼠中克隆出的原癌基因Int，由兩者合并而成[1]，其編碼的Wnt蛋白是一種分泌型糖蛋白，由350～400個氨基酸組成。目前，Wnt蛋白家族包括至少19個成員。

Wnt基因調控的信號轉導系統稱為Wnt信號通路，主要由細胞外Wnt蛋白、細胞膜受體、胞漿內信號轉導部分和核內轉錄調控部分組成，分為經典型和非經典型。經典型是指Wnt蛋白與細胞表面卷曲蛋白(FZD)受體結合，胞漿內的β-連環蛋白(β-catenin)累積增加，進入細胞核與核內轉錄因子作用并促進特定基因表達。非經典型又稱不依賴β-catenin信號通路，Wnt蛋白與細胞表面FZD受體結合，胞漿內主要涉及Wnt/Ca2+信號轉導通路[包括Wnt/Ca2+/鈣調蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)、Wnt/Ca2+/蛋白激酶-C(PKC)和Wnt/Ca2+/鈣調神經磷酸酶(Calcineurin)]和Wnt/平面細胞極性(PCP)信號轉導通路[包括GTP酶(Rho和Rac)/ c-Jun氨基末端激酶(JNK)]。

除了Wnt蛋白，Wnt通路抑制劑DKK和分泌型卷曲相關蛋白(sFRP)也可以通過不同途徑影響Wnt配體-受體相互作用，調節Wnt信號轉導。低密度脂蛋白受體相關蛋白(LRP)是一種輔助受體，與細胞表面FZD受體形成Wnt受體復合物，DKK與LRP5/6結合，使Wnt受體復合物構象發生改變，阻斷信號轉導。sFRP具有與FZD受體類似的半胱氨酸富含區域，在細胞外可結合Wnt蛋白，抑制其與FZD受體結合，從而阻斷信號轉導。此外，Wnt抑制因子-1(WIF1)、腎素受體(RR)以及胰島素樣生長因子結合蛋白-4也具有抑制Wnt信號轉導作用，但目前研究尚不充分。

在許多器官發育過程中Wnt 信號通路起重要作用，參與調控組織形態、非對稱細胞的分化以及組織細胞自我更新等生物過程。心臟發育過程包括心襻、腔室、間隔及瓣膜形成，Wnt配體、FZD受體及細胞外Wnt通路抑制物在這些過程中均有不同程度表達[2]。此外，Wnt信號通路在血管發育早期也起著關鍵作用，內皮細胞可表達一系列Wnt、FZD基因以及Wnt通路調節因子DKK和sFRP，其中Wnt3a和Wnt5a可增強胚胎干細胞源內皮細胞分化[3-4]。

2 Wnt信號通路與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化(AS)形成是一個復雜的過程，內皮細胞受損、內皮下脂質堆積、血管平滑肌細胞增殖遷移和局部炎癥反應等是其發病過程中的關鍵因素。

2.1 Wnt信號通路與內皮功能和炎癥反應

血管內皮細胞受損、炎癥和促血栓形成基因表達上調、炎癥細胞聚集于內皮下被認為是AS的起始階段。當內皮細胞激活或受損時，可表達Wnt蛋白(Wnt2、-3、-4、-5、-7、-8、-9和-11)、FZD(FZD1～10，除了FZD3)受體以及其他Wnt信號通路相關分子(LRP5、LRP6、sFRP1、sFRP3、DKK1和DKK3)[5]。在AS好發區域(低切應力區)，內皮細胞中β-catenin表達增加[6]。Wnt信號通路在內皮細胞炎癥反應中也起重要作用。將Wnt5a與內皮細胞共同孵育1 h，發現炎癥因子白細胞介素(IL)-1α、IL-6和IL-8表達上調，延長孵育時間，炎癥因子表達量進一步增加，Wnt5a可能是通過Ca2+/PKC激活核因子κB(NF-κB)引起炎癥因子表達增加[7]。上述研究說明經典型Wnt信號通路在內皮細胞激活或受損早期發揮重要作用，而非經典型Wnt信號通路主要參與隨后的炎癥反應。

2.2 Wnt信號通路與血管平滑肌增殖、遷移

AS病灶中炎癥反應微環境可改變血管平滑肌(VSMCs)的表型，隨后VSMCs不斷增殖，遷移至內膜下，分泌細胞外基質使內膜增厚并形成斑塊纖維帽。VSMCs增殖和遷移均受Wnt信號通路調節。研究證實，經典型Wnt4/FZD1通路參與血管內膜增厚[8]，非經典型Wnt信號通路的下游成分CaMKⅡ和JNK可促進VSMCs增殖[9]。此外，Wnt3a可上調整合素激酶基因表達和增強β1-整合素活性，從而提高VSMCs遷移和黏附能力[10]。而Kindlin2小干擾RNA可抑制Wnt3a誘導的VSMCs增殖和遷移[11]。

2.3 Wnt信號通路與血管鈣化

血管鈣化是AS的重要特征，與斑塊大小呈正相關。血管鈣化過程中，VSMCs凋亡或表型轉化為成骨樣細胞，分泌細胞外基質濃縮鈣磷，促進鈣化形成。Wnt/β-catenin信號通路激活可調節成骨細胞分化和新骨形成，其中β-catenin和骨形態發生蛋白-2(BMP2)起重要作用[12]。研究發現，將人VSMCs與磷酸鹽和骨化三醇孵育，細胞核內β-catenin水平明顯增加，BMP2、成骨樣細胞轉錄因子-2(Msx2)和骨鈣蛋白mRNA表達上調， DKK1可抑制磷酸鹽和骨化三醇誘導的上述改變[13]。此外，鎂可通過抑制Wnt/β-catenin信號通路逆轉VSMCs鈣化[14]。

3 Wnt信號通路與心肌梗死

研究發現急性心肌梗死(AMI)后Wnt信號通路相關分子表達發生改變。將小鼠冠狀動脈前降支結扎誘導AMI，1周后梗死區Wnt10b、FZD1、-2、-5、-10和SFRP1 mRNA表達上調，Wnt7b、FZD8 mRNA表達下調，FZD3、-4、-6和-7 mRNA表達無改變[15]。另一項研究也發現在小鼠前降支結扎5 d后，梗死區Wnt4 mRNA表達增加[16]。在大鼠AMI后3 d，外周血清sFRP2水平達最高峰，而2周后卻幾乎檢測不到[17]。此外，在心肌梗死的肉芽組織中可檢測到內皮細胞β-catenin[18]和Wnt10b[19]表達增加。

如上所述，AMI后心臟Wnt信號通路被激活，由此推測Wnt信號通路在后期心臟修復中可能起重要作用。研究發現，sFRP2能抑制心肌成纖維細胞Ⅰ型膠原的合成、成熟及沉積，AMI大鼠模型體內注射sFRP2，2周后左室纖維化程度明顯降低[17]。而另一研究發現，在sFRP2敲除的AMI小鼠模型中，心肌纖維化水平也明顯降低。造成上述不同觀點可能與內外源性sFRP2有關[20]。在AMI小鼠模型中，DKK2可明顯減小梗死面積和纖維化程度，同時還可以減少心肌凋亡和增加毛細血管再生[21]。與DKK3+/+同窩小鼠相比，AMI后1周DKK3-/-小鼠心肌細胞凋亡增加，炎癥反應加劇，左室功能惡化[22]。將經典型Wnt信號通路激動劑Wnt3a注入梗死邊緣區可明顯增加梗死范圍和左室容積[23]。相反，Wnt10b可促進損傷區域血管新生、減少心肌纖維化及縮小梗死面積，從而改善左室功能[19]。這說明經典型Wnt信號通路在心肌梗死中的確切作用尚不完全清楚。

4 Wnt信號通路與心肌肥厚

心肌肥厚是心臟對負荷增加后的適應性改變，其主要特征為蛋白合成增加和單個心肌細胞增大。Wnt信號通路在心肌肥厚的發展過程中發揮重要作用。

散亂蛋白(Dvl)由500～600個氨基酸組成，經典型和非經典型Wnt信號通路均需要激活胞質內Dvl以募集下游蛋白。許多研究已證實Dvl蛋白與心肌肥厚相關，在主動脈縮窄術誘導的左室心肌肥厚模型中，Dvl1表達水平明顯增加。而采用轉基因技術使小鼠體內Dvl1過表達，發現小鼠12周齡時已出現嚴重心肌肥厚[24]。此外，對Dvl1-/-小鼠行主動脈縮窄術，發現小鼠左室壁未增厚，心臟質量未增加，β-catenin含量降低[25]。核質穿梭蛋白(Dpr1)是Wnt信號通路中的一種成分，在細胞/組織內能夠與Dvl相互作用，研究發現Dpr1可通過與Dvl2結合，激活Wnt/β-catenin通路，誘導心肌肥厚[26]。同樣，在Wnt5a介導的Wnt非經典信號通路中，Dpr1可通過激活Wnt/PCP/JNK通路誘導心肌肥厚，相反，抑制Dpr1可阻止心肌肥厚[27]。糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)為Dvl下游基因，可使激活蛋白-1、β-catenin磷酸化，抑制其功能，誘導心肌肥厚。其中，GSK-3β活化程度在心肌肥厚中起重要作用。GSK-3β過度激活可抑制生理性和病理性心肌肥厚；而GSK-3β活性抑制僅見于嚴重心力衰竭患者，不見于心肌肥厚患者[28]。

5 Wnt信號通路與心力衰竭

心力衰竭是多種心臟疾病的終末階段，目前的治療不能治愈心力衰竭，僅能延緩病情惡化。越來越多的證據發現Wnt信號通路參與心臟重構和心力衰竭進程，認為Wnt信號通路可能成為心力衰竭防治的新靶點。

Schumann等[29]最早發現心力衰竭患者sFRP3和sFRP4 mRNA水平上調，可能與β-catenin表達下調和心肌細胞凋亡相關。Askevold等[30]發現心力衰竭患者血清sFRP3水平明顯增加，sFRP3基礎水平的三分位數與心血管全因死亡率顯著相關。雖然也有研究認為 sFRP3預測心血管事件的證據不足[31]，但sFRP3在心力衰竭中的作用仍值得進一步研究。Wnt信號通路在心功能恢復過程中也具有重要作用。在左室輔助裝置治療心力衰竭過程中，血清sFRP1水平降低[32]。心力衰竭動物模型TO2系倉鼠體內sFRP2表達增加，心肌纖維化顯著，予抗sFRP2抗體治療2周，發現左室射血分數明顯增加，心肌纖維化程度降低50%以上[33]。主動脈縮窄術誘導心力衰竭過程中GSK-3β基因過度表達[34]，抑制GSK-3β表達有利于心力衰竭治療。最近研究發現GSK-3β激活可改善心肌肌絲Ca2+敏感性，推測 GSK-3β可能成為提高心臟收縮功能的新靶點[35]。

6 Wnt信號通路與心律失常

心律失常發病機制通常被分為沖動起源異常和傳導異常。連接心肌細胞的潤盤組織是心臟電沖動正常傳導的先決條件，分為黏附連接復合體和間隙連接復合體。間隙連接復合體由連接蛋白(Cx)組成，心臟中的Cx主要分為Cx40 、Cx43和Cx45亞型[36]。經典型Wnt信號通路可調節Cx43蛋白表達?？焖俅碳ば律笫笮募〖毎l現細胞核β-catenin表達水平增加，快速刺激1 h后發現Cx43蛋白表達也明顯增加[37]。

7 結語

Wnt信號通路參與多種疾病過程，各文獻報道Wnt信號通路激活或抑制的結果不一致，可能與疾病涉及不同類型細胞和Wnt信號通路并非單獨發揮作用有關。目前多數研究的數據來自動物模型，尚缺少相關臨床數據。對Wnt信號通路的深入研究將為心血管疾病的診治提供新的思路和干預靶點。

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(收稿：2016-04-06 修回：2016-06-01)

(本文編輯：胡曉靜)

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10.3969/j.issn.1673-6583.2016.05.004