详解Wnt信号通路看这篇Cell~

2017年5月，来自美国斯坦福大学Roel Nusse、荷兰 Hans Clevers教授在《Cell》期刊上发表了标题为“Wnt/b-Catenin Signaling, Disease, and Emerging Therapeutic Modalities”的文章，详细阐述了Wnt／β-catenin信号通路的特点。翻译如下仅作参考。

Wnt信号通路是胚胎及器官发育的重要信号通路之一，参与调控机体内多种细胞的增殖、分化、极化、迁移及凋亡等过程。Wnt信号通路根据是否依赖于 β-catenin的转录活化，可分为经典通路（即 Wnt／β-catenin信号通路）和非经典通路（包括Wnt／PCP通路和Wnt-Ca2+通路）。

摘要

在动物界发育的过程中，WNT 信号通路是一条主要调节通路。同时，在成年哺乳动物中，Wnts 也是大多数组织干细胞的关键驱动因素。Wnt 通路的突变会导致多种疾病的发生。在这篇综述中，作者描述了常见的 Wnt/β-catenin 信号通路，以及该通路如何调控干细胞功能并导致疾病的发生发展。最后，在这篇综述中，作者讨论了基于 Wnt 通路的治疗策略。

图. Wnt通路。

简介

1982年，Nusse和Varmus首次发现 Wnt 家族的第一个成员以来，对 Wnt 信号的热情稳步上升。在从癌症、生物发育到早期动物进化的各个领域，Wnt 信号通路已成为一种重要的生物生长控制途径。随着相关研究的进展，有关 Wnt 信号传导的具体机制已被揭示，包括主要参与分子的结构特点。在本篇综述中，作者提供了在正常生理情况及疾病条件下，对Wnt 信号通路研究的最新进展。

Wnt 蛋白的生长因子功能及 Wnt 与其他信号的区别

Wnt 信号通路与其它通路一起，这些通路包括 Notch-Delta、Hedgehog、转化生长因子 β (TGF-β)/骨形态发生蛋白 (BMP) 和 Hippo，参与生物发育过程。这些信号通路的进化过程具有保守性，并且在其活动中广泛存在。据此，有研究者提出以下疑问：首先，与其它通路相比，Wnt 通路有何独特之处？其次，Wnt 通路对细胞的影响是什么？最后，为什么Wnt通路在生长的组织中如此普遍？从本质上看，Wnts 是生长刺激因子，会导致细胞增殖。在此过程中，Wnt 通路会在各个点影响细胞周期。与其他生长因子相比，Wnt 通路在诱导细胞增殖的同时，赋予生长组织定向分化的能力。在此过程中，Wnt通路充当了定向生长因子。Wnt 通路可以诱导新细胞以某种方式分化，从而形成特定组织。Wnt 通路的这种促进细胞定向分化的功能，由许多可以被 Wnt 激活的信号介导而产生，从而导致基因表达的变化，进而影响细胞骨架和有丝分裂纺锤体的改变。此外，Wnts不同类别的受体，产生一整套组合的Wnt 信号，对于在发育过程中细胞分化至关重要。在该领域的概述中，作者将主要讨论 Wnt/β-catenin（又名“Wnt经典”）通路、其效应以及对疾病的影响。

Wnt信号的特异性

在任何动物的基因组中，具有多个 Wnt 基因。例如在哺乳动物中，目前已发现19 个Wnt分子。据此，一些学者提出疑问：首先，个体 Wnt 是否具有独特或重叠功能。其次， Wnt 的独特作用是否来自功能丧失的遗传数据。最后，大多数 Wnt 基因在从基因组中消除时，生物会表现出不同的表型。例如，在Wnt1 突变小鼠中，具有较高比例的中脑缺陷。而在Wnt4 突变小鼠中，常见肾脏发育中的损害。此外，还有许多其他的表型特点与 Wnt 基因的丢失有关。

除了这些遗传论点之外，单个 Wnt 信号之间也具有差异，一个重要的证据是Wnt 蛋白的高度进化保守性。Wnt 家族中的直系同源物可见于所有动物中：在哺乳动物中，Wnt1 是 Hydra 中 Wnt1 和果蝇中Wnt1 的直系同源物。值得注意的是，在Hydra 和其他刺胞动物中，具有一组与脊椎动物的Wnt对应物。如此高度的保守性表明，不同 Wnt 的内在特性对其功能很重要。

另一方面，当涉及到信号传导机制或对靶细胞的影响时，不同的 Wnts 作用机制具有相似性。关于 Wnts 与受体 Frizzleds (FZDs) 的结合，存在广泛的交叉反应性。此外，大多数 Wnt 蛋白会导致细胞中 β-catenin 水平升高。然而，这些研究均在体外细胞中进行，可能无法揭示不同 Wnt 信号活性或受体结合的具体机制，Wnts 有多种共同受体可以调节信号传导。

综合上述研究结果，功能丧失 Wnt 表型之间的差异，可归因于 Wnt离散和独特的表达模式。由于 Wnt 蛋白在非常接近它们产生的位置发出信号，由 Wnt 基因功能丧失引起的表型改变，取决于Wnt 的局部表达情况。此外，Wnts 之间的内在差异、它们与受体、共同受体的结合，对生物的各种发育过程也有影响。

脂质修饰的 Wnt 的产生和分泌

Wnt 蛋白充当细胞间信号，但关于 Wnt 细胞外形式和输出机制，还有几个未解决的问题。在合成过程中，大小为 40 kDa 且富含半胱氨酸的 Wnt 蛋白，通过附着脂质（主要为棕榈油酸酰基）进行修饰。这种修饰在所有 Wnts 之间共享，由特殊的棕榈酰转移酶引起的：Porcupine。脂质主要作为FZD 的结合基序，发挥作用，但它也使 Wnt 蛋白具有疏水性，导致Wnt蛋白束缚在细胞膜上。因此，脂质可限制 Wnt 扩散及其作用范围。

在 Wnt 蛋白成熟过程中，跨膜蛋白 Wntless/Evi (Wls) 通过脂化形式与Wnt蛋白结合，将 Wnts 运送到质膜，从而促进Wnt蛋白的分泌 (图1 )。细胞外 Wnt 信号如何转移到靶细胞，目前仍然是不是很清楚，但现有证据表明，Wnt蛋白不以游离形式存在的。有学者推测，Wnt 蛋白被整合到分泌囊泡或外泌体中，从而发挥作用。这些囊泡含有 Wls 以及成熟的 Wnt蛋白(图 1 )。Wnt 蛋白以这样的形式存在于囊泡的外部，可与受体结合。Wnt 蛋白转移，涉及由受体 FZD 及跨膜 E3 连接酶 Rnf43/Znrf3 介导的细胞之间的直接接触（图 1）。

图1.内质网中Wnt分泌模型。Porcupine通过脂质结合，对Wnts进行修饰。脂质修饰过的Wnt蛋白，其运输受Wnness/Evi（Wls）的调控，这可能涉及核内体。Wnts分泌于胞外囊泡上，在细胞外，Notum酶作为一种脱酰化酶，去除脂质，灭活Wnt。Wnt在靶细胞表明，与FZD和Wnt受体结合，细胞结合的Wnt通过细胞分裂，在组织中扩散。

一些学者曾经猜测，Wnt 信号可影响远处组织细胞，但几乎没有证据表明这是主要模式。在大多数组织中，Wnt 信号传导发生在彼此接触的相邻细胞之间。但是，在果蝇的Wnt配体Wingless中，可见Wnt的远程信号传导。最近的证据表明， WNT基因很大程度上受到膜器官束缚，形成不能扩散的蛋白质。虽然这个结果认定，Wingless 不能远程作用，但是 Wingless 与膜囊泡或丝状伪足结合，可支持Wingless在更长的距离上运行。已有研究证实，含有 Wingless 及其转运蛋白 Wntless/Evi 的囊泡，存在于果蝇的神经肌肉接头处，并与 FZD 受体相互作用。同时，一些研究也发现了 Wnt 远距离活动的其他形式，包括 Wnt 靶细胞与其相邻细胞之间的信号传导。

在另一种情况下，肠隐窝的干细胞中，与 FZD 受体表达细胞结合的 Wnt 蛋白，会随着细胞移动和分裂而被稀释。同样的Wnt 转运方式，也可见于肠道类器官培养物中（图 1）。然而，这些结果没有解决关于 Wnt 信号传导、远距离运动之间存在的争论。

引用：Xu Chen, Hongling Liu, Dehong Li, et,al. Dual Role of Wnt5a in the Progression of Inflammatory Diseases. [J] Chin Med Sci J. 2022; 37(3): 255-264. doi:10.24920/003994.

Wnt/b-Catenin Signaling, Disease, and Emerging Therapeutic Modalities