Wnt／β-catenin信号通路与骨病——作为药物靶标的潜力

３２８　·　国际骨科学杂志２Ｏｌ０年１１月　第３１卷第６期Ｉｎｔ　Ｊ　Ｏｒｔｈｏｐ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２５，２０１０，Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．６　Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路与骨病　靶标的潜力　

黄研张晓玲戴魁戎　

作为药物　

摘要分泌性蛋白家族ｗｎｔ蛋白在调节细胞生长、分化、功能及死亡等方面起着重要作用。ｗｎｔ蛋　白家族激活信号时，它的经典通路Ｗｎｔ／ｆｆｃａｔｅｎｉｎ信号通路通过一系列机制调节骨和软骨代谢，如刺激千　细胞复制、促进软骨细胞成熟、诱导成骨细胞发生、阻碍成骨细胞和骨细胞凋亡等。该文就骨生物学中　Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ通路的研究现状、与该通路相关骨病、将该通路作为药物靶点的潜力等作一综述。　关键词Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路；骨质疏松；骨关节炎；药物靶标；口服锂　ＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—７０８３．２０１０．０６．００２　

１　Ｗｎｔ／￣ｃａｔｅｎｉｎ信号通路及其拮抗剂　ｗｎｔ是果蝇Ｉｎｔ基因与无翅蛋白（ｗｇ）同源的合称。　ｗｎｔ信号通路在许多器官和组织，包括骨骼发育及维护　中扮演重要角色¨１］。ｗｎｔ通路包括多条经典和非经典通　路，在调节细胞生长、发育、功能和死亡中发挥重要作用，　而Ｗｎｔ／￣－连环蛋白（ｃａｔｅｎｉｎ）信号通路为经典ｗｍ信号　通路，在骨生物学中最为重要＿２　Ｊ。当ｗｎｔ蛋白家族不表　达或与受体结合受抑制时，￣－ｃａｔｅｎｉｎ蛋白将在腺瘤性结　肠息肉病（ＡＰＣ）蛋白、轴蛋白（ａ）（ｉｎ）和糖原合成酶激酶３　（ＧＳＫ＿３）组成的复合物作用下很快被磷酸化，最后经泛　素／蛋白酶体通路降解。但当Ｗｎｔ蛋白与卷曲蛋白（ＦＺ）　受体７次跨膜区域及低密度脂蛋白受体相关蛋白（ＬＲＰ）　５、６共受体结合时，Ｗｎｔ／￣ｃａｔｅｎｉｎ信号通路将会激活。　散乱蛋白（Ｄｓｈ）、轴蛋白和Ｆｒａｔ　１蛋白通过阻止活化的　ＧＳＫ＿３对￣ｃａｔｅｎｉｎ磷酸化，从而产生Ｗｎｔ信号Ｌ６　。胞浆　中稳定的１３－ｃａｔｅｎｉｎ继而转移入核，在核内与转录因子Ｔ　细胞因子（ＴＣＦ）／淋巴样增强因子（ＬＥＦ）相互作用，激活　下游大量基因转录。在此过程中，ｔ３－ｃａｔｅｎｉｎ的结合取代　了转录共抑制因子与ＴＣＦ／ＬＥＦ的结合，并且招募了大量　转录共激活因子ｌ７　。　通常，ｗｎｔ信号的活性受到某些分泌型拈抗剂家族　成员的严格调节。Ｗｎｔ与Ｆｚ受体的相互作用，会受到分　泌型Ｆｚ相关蛋白（ｓＦＲＰ）家族成员和ｗｎｔ抑制因子　（ＷＩＦ）一１的抑制。ＬＲＰ５／６共受体的活性，同样可受到与　ＬＩ　５／６结合的骨硬化蛋白（ｓｃｌｅｒｏｓｔｉｎ）及Ｄｉｃｋｋｏｐｆ家族　蛋白（Ｄｋｋ）竞争性抑制。Ｄｋｋｌ、Ｄｋｋ２和Ｄｋｋ４可与　Ｉ．ＲＰ５、ＬＲＰ６以各种亲和力结合。Ｄｋｋ／ＬＲＰ复合体与　Ｋｒｅｍｅｎ蛋白相互作用可造成复合体降解，从而减少ｗｎｔ　基金项目：国家自然科学基金（３０８１１１２０４４０、３０８７１４３５）、国家重大新药　创制项目（２００９ＺＸ０９５０３—０２４）、中国科学院知识创新工程重要方向项目　（ＫＳＣＸ２一ＹＷ　Ｒ－２４５）、上海市科委国际合作项Ｅｔ（０９５４０７０３６００）、上海市教委　重点学科建设基金（Ｊ５０２０６）　作者单位：２０００２５，上海交通大学医学院健康科学研究所　·综述·　共受体数目　ｊ。　２　Ｗｎｔ／ｐ－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路与骨病　２．１　骨质疏松　骨质疏松是一种常见的骨骼紊乱症，表现为骨强度　降低及骨折概率增加。绝经后妇女是骨质疏松症及其所　致骨折的高发人群。这一复杂的骨代谢疾病涉及诸多病　因，其中Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路的作用越来越受到关　注。有研究［【）　表明，ＬＲＰ５突变会导致骨质疏松一假性综　合征。人成骨细胞研究　。　发现，地塞米松可增加Ｄｋｋｌ　和ｓＦＲＰ１表达并抑制Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路，说明该通　路在糖皮质激素诱导的骨质疏松中起一定作用。为明确　增加的ｗｎｔ信号在正常及骨质疏松状况下对骨量的影　响，有研究一　采用脂肪酸结合蛋白（ＦＡＢＰ）４启动子在　骨髓中直接表达ＷｎｔｌＯｂ蛋白，结果显示Ｗｎｔｌ０ｂ表达可　使所有受力骨骼的骨密度增加，皮质骨区域小梁骨增多，　股骨远端干骺端骨体积分数增加４倍，力学强度等也得　到提升；卵巢切除的ＦＡＢＰ　ｗｎｔ１（）ｂ小鼠中骨体积百分　数和骨密度均呈现减少趋势，但由于起初较高的骨含量，　其并未受到骨质疏松的侵害。另有研究ｌ１　。　］显示，抑制　卵巢切除的大鼠模型ＧＳＫ　３活性，可增加骨形成、骨密度　及骨强度，提示Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路激活子可能成为　骨质疏松药物治疗的手段之一。　２．２骨关节炎　骨关节炎（（）Ａ）是导致中老年人慢性肌肉骨骼疼痛　和活动障碍的最主要原因，与其发病相关的因素包括机　械应力、体重、遗传、外伤等。目前对导致ＯＡ患者局部　软骨丢失和伴发软骨、骨修复反应的因素尚不清楚，故有　效治疗ＯＡ的研究进展缓慢。有研究　‘　。　表明，Ｗｎｔ／　ｃａｔｅｎｉｎ信号通路参与关节的胚胎发育和成人骨骼的代　谢平衡，在成人软骨细胞和组织的功能维持及退变中起　重要作用。Ｗｎｔ／￣ｃａｔｅｎｉｎ信号通路积极参与软骨细胞的　生成、分化和成熟：Ｗｎｔ５ａ和５ｂ加速促进软骨生长和增　殖　］；ｗｎｔ３ａ通过￣－ｃａｔｅｎｉｎ抑制软骨的发生¨２　；Ｗｎｔ４过　度表达引起￣－ｃａｔｅｎｉｎ持续表达并导致生长板软骨细胞肥　国际骨科学杂志　２０１０年１１月　第３ｌ卷第６期　！　！　（＿）！！　ｐ．　！　！！　！　！　：　！　：　大和向终端分化　“］；Ｗｎｔ８和ｗｎｔ９过度表达引起Ｘ型胶　原及转录因子Ｒｕｎｘ２高表达，从而促进软骨细胞肥大成　熟　。Ｌｏｒｉｅｓ等　研究发现，Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路相　关的　骨发育相关蛋白（ＦｒｚＢ）缺失转基因小鼠，无论在　酶诱导还是机械外力引起的骨关节炎中均表现出大量软　骨丢失；且随着软骨组织丢失，ｗｎｔ通路相关的￣－ｃａｔｅｎｉｎ　蛋白表达显著上升。值得关注的是，基质金属蛋白酶　（Ｉ、　）一３的表达亦呈上升趋势，说明ＦｒｚＢ活性与软骨基　质降解存在一定的联系。此外，在特异性阻断软骨细胞　Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路的转基因小鼠体内，也检测到软　骨细胞凋亡和关节软骨退化，再次证实Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信　号通路在骨关节炎的发生和发展中有重要的作用ｌ２　。　２．３骨相关癌症　鉴于Ｗｎｔ信号通路在骨发育中的重要作用，许多骨　骼紊乱症同样与该通路相关。Ｔｉａｎ等　胡研究分析多发　性骨髓瘤患者骨髓，结果发现患者血清中Ｄｋｋｌ含量上　升，且患者骨病变的严重程度与Ｄｋｋｌ上升水平呈正相　关；推测认为骨髓瘤细胞分泌的Ｄｋｋ１阻碍了成骨细胞的　分化，促使其早期增殖，造成多能干细胞存活率下降，最　后打破成骨细胞和破骨细胞之问的平衡，使得破骨细胞　生成占优势。这就引发了骨溶解，而骨溶解即为多发性　骨髓瘤的病变标志。尽管Ｄｋｋ１的表达仅限于重症多发　性骨髓瘤患者，但采用Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路激活子进　行早期干预，有可能减缓这些患者的骨溶解进程。此外，　激活的Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路可能会减少过量分泌　Ｄｋｋ１所造成的痛苦症状，而这些症状均为癌症的潜在症　状，因此该通路的靶向研究显得愈发必要。　３药物干预Ｗｎｔ／￣－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路　大量研究数据显示Ｗｎｔ／１３－ｃａｔｅｎｉｎ信号通路与多种　骨病有着密切联系，因此以该通路作为药物靶点，可能为　治疗提供了新希望。一般可采取两种基本治疗方法，即　采用激活该通路的活化子或拮抗该通路的抑制子。然　而，纯化的重组ｗｎｔ蛋白非常难以获得且十分昂贵，将其　作为活化子使用的治疗方案花费太大，故采用拮抗该通　路抑制子的方法则更为可行。可采用特异性抗体中和分　泌的ｗｎｔ信号抑制子，也可利用小分子失活抑制　￣－ｃａｔｅｎｉｎ活性的胞内酶体（如ＧＳＫ－３￣）。　些研究报道在各种动物模型中测试Ｄｋｋ１中和抗　体，发现其在改善骨密度方面成效显著。Ｄｉａｒｒａ等＿２　研　究发现，抗Ｄｋｋｌ药物可挽救肿瘤坏死因子（ＴＮＦ）诱导的　类风湿关节炎，表现为剂量依赖性的骨形成率、成骨细胞　数，骨保护素（ＯＰＧ）水平升高及破骨细胞数目减少。　Ｙａｃｃｏｂｙ等　也发现抑制Ｄｋｋｌ活性可增加骨密度，减少　骨溶解，并抑制多发性骨髓瘤扩散。Ｇ［ａｎｔｓｃｈｎｉｇ等口Ｉ＿　报　道对６周龄去势小鼠皮下注射人抗Ｄｋｋｌ的多克隆抗体，　４周后可剂量依赖性地提高骨密度，８周后骨量也显著提　高。Ｗｅｎｇ等　副最近研究表明，炎症及机械外力所致骨关　节炎小鼠模型经抗Ｄｋｋｌ反义核苷酸注射治疗，可有效缓　３２９　·　解关节处软骨和软骨下骨的破坏。虽然对骨骼发育过程　中Ｄｋｋｌ作用的研究还处于初级阶段，但上述许多实验研　究表明，Ｄｋｋｌ确实可作为调节骨形成和软骨修复的一个　重要靶点。相信除了目前研究较多的Ｄｋｋｌ单克隆抗体　以外，会有更多Ｄｋｋｌ小分子拮抗剂用于今后的药物开发　和临床治疗。　骨硬化蛋白是新近发现的硬骨素（Ｓ　ｒ）基因的产物，　ＳＯＳＴ功能型缺失突变可导致常染色体遗传的硬化性狭　窄，通常表现为渐发性骨增厚和骨肥大＿３３］。Ｉ』等　研究表　明，绝经后骨质疏松大鼠模型经骨硬化蛋白抗体治疗５周　后，由雌激素导致的骨丢失得到明显缓解，骨力学强度得以　提升，尽管其骨吸收指标并未发生改变。Ｏｍｉｎｓｋｙ等　先　前报道将骨硬化蛋白抗体用于食蟹猴模型仅２个月，其　骨形成、骨密度及骨力学强度均得到显著提升。Ｐａｄｈｉ　等　研究则显示，绝经后妇女经皮下注射骨硬化蛋白抗　体，可提高骨形成指标至少３个月。上述研究表明，抑制　骨硬化蛋白可增加骨形成，而骨硬化蛋白拮抗剂可为治　疗骨质疏松类代谢性骨缺失提供可能。　锂是一种ＧＳＫ－３￣抑制剂，在体外可促进成骨细胞分　化，在体内可促进骨再生。Ｃｌｅｍｅｎｔ—ｇａｃｒｏｉｘ等　用氯化　锂处理Ｉ　ＲＰ５敲除小鼠４周，发现原来大量骨丢失的小梁　骨恢复到与野生小鼠相当的水平。氯化锂可增加中老年　性及卵巢切除动物骨质疏松性骨量，同时也造成正常动　物骨密度增加。骨量增加往往伴随着脂肪减少，提示　ＧＳＫ一３Ｊ３可能作用于骨髓来源的前体细胞。此外，一些研　究表明，氯化锂可增加骨痂形成和骨折愈合口　，并可防止　骨髓瘤导致的骨疾病发生＿３　。口服锂治疗双向情感障碍　在临床上已有超过５Ｏ年的历史ｌ３　，而流行病学研究ｌ＿４“　显示，这些服用锂的患者骨折风险明显减少。有报　道　显示，口服小分子活性ＧＳＫ一３　ｃ【／８双抑制剂　６０３２８１—３１—８可明显增加骨量，对去势小鼠使用６０　ｄ后发　现，骨矿沉积率、骨密度、骨小梁面积、骨小梁厚度、骨小　梁数及脊椎强度均明显增加，且可减少去势小鼠脂肪生　成，并增加成骨细胞标志基因的表达。　４风险性与展望　既然Ｗｎｔ信号通路在发育中占有如此重要的地位，　调控其分子的潜在毒性研究也应特别考虑。靶定ｗｎｔ通　路的安全性，在于该通路的激活可诱导癌症的发生。尽　管迄今为止并未见报道将人类肿瘤与编码ｗｎｔ配体或受　体的突变相联系，但Ｗｎｔ通路中某些组分却牵涉其中，如　核内￣－ｃａｔｅｎｉｎ是培养的角质形成细胞稳定繁殖的潜在因　素【　。与人类肿瘤相关的一个更直接证据是，某些类型　皮肤癌如基底细胞癌中检测到核内￣－ｃａｔｅｎｉｎ含量有所增　多＿４　。ＡＰＣ蛋白或轴蛋白２的突变可导致［￣－ｃａｔｅｎｉｎ的　聚集，这些激活突变在结肠癌中也有发现。除Ｔｌ３－ｃａｔｅｎｉｎ　外，还有一些经典ｗｎｔ信号通路相关因子与肿瘤生成相　关，如抑制ＧＳＫ－３可导致细胞周期蛋白Ｉ）１、细胞周期蛋　白Ｅ和原癌基因蛋白ｃ－ｍｙｃ的增加，而过表达这些细胞