信号通路拮抗剂与骨质疏松-万雷,黄宏兴,罗明,等

73第16卷 第12期 2014 年 12 月

辽宁中医药大学学报

JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITY OF TCMVol. 16 No. 12

Dec .，2014

Wnt/β-catenin信号通路是一条保守而重要的胞内信号通路，参与了胚胎发育、组织器官生成等多种基本的生命过程。近年的研究表明Wnt/β-catenin信号通路在骨组织的生长发育以及个体成年后的骨代谢平衡中扮演着重要角色。抑制Wnt/β-catenin信号通路会引起骨代谢异常，导致骨质疏松，激活Wnt/β-catenin信号通路会促进骨形成，是目前骨骼系统相关疾病发病机制和骨代谢研究的新热点[1]。本文针对Wnt/β-catenin信号通路拮抗剂与骨质疏松的关系进行简要综述，探讨以Wnt/β-catenin信号通路拮抗剂作为靶点治疗骨质疏松的应用前景。1 Wnt/β-catenin信号通路组成和调节Wnt/β-catenin信号通路是最早被发现的Wnt信号途径，在不同物种中Wnt/β- catenin信号转导的分子机制具有极高的保守性。该通路的主要成分包括：配体Wnt蛋白、受体卷曲蛋白（frizzled，Fz）和低密度脂蛋白相关受体蛋白5/6（LRP5/6）、胞质蛋白（β-catenin）和核内转录因子（TCF/LEF）等。Wnt蛋白家族是细胞外富含半胱氨酸的分泌型糖蛋白，长度约为350~380个氨基酸，现已证实存在的Wnt蛋白至少20种。受体Fz存在细胞膜表面，是富含半胱氨酸的7次跨膜蛋白，在人类已经发现10种Fz分子。LRP5/6属于低密度脂蛋白受体超家族，主要功能为维持体内胆固醇的稳定和介导脂蛋白和蛋白酶等大分子的细胞内吞作用。β-catenin蛋白是由CTNNBI基因产生的一种大小为88 kD的产物，位于人3p22~p21.3染色体上。TCF/LEF是细胞核内转录因子，属于HMG家族，在人类主要有4个TCF/LEF，分别是：TCF1、LEF1、TCF3 和TCF4。Wnt/β-catenin信号通路处于失活的状态时，活化轴蛋白（Axin）、结肠腺瘤性息肉病蛋白APC（Adenomatous Polyposis Coli）和糖原合成酶激酶GSK3β（Glycogen Synthase Kinase-3β）形成一个巨大的蛋白复合体磷酸化胞质中的β-catenin，被磷酸化的β-catenin进而被泛素化，最后被蛋白酶体降解。而当胞外的配体Wnt与细胞膜上的跨膜受体Frizzled及单跨膜受体LRP5/6结合后，Wnt信号通路被激活。激活的受体将信号进一步传递给细胞质中的一系列蛋白，包括Dishevelled（Dsh）、GSK3β、Axin和APC等，导致Axin- APC-GSK3β复合体被破坏，使得β-catenin从这个降解复合体中释放出来并在胞质中积累。此时由于细胞核内外的β-catenin的平衡发生了变化，大量的β- catenin进入细胞核与转录因子LEF/TCF等结合，激活下游靶基因的转录[2]。

Wnt/β-catenin信号通路拮抗剂与骨质疏松万雷，黄宏兴，罗明，赖圆圆，曾国勇（广州中医药大学附属骨伤科医院，广东 广州 510240）

摘 要：Wnt/β-catenin信号通路是重要的细胞信号转导途径，在细胞的增殖、分化中发挥重要作用。目前的研究表明Wnt/β-catenin信号通路在骨代谢中发挥重要作用，该通路的异常与骨质疏松的发生有关。Wnt/β-catenin拮抗剂可以抑制Wnt/β-catenin信号通路，导致通路表达异常，进一步研究Wnt/β-catenin信号通路拮抗剂，设计出阻断该通路拮抗剂的物质，可为骨质疏松的治疗提供一种新的途径。关键词：Wnt/β-catenin信号通路；拮抗剂；骨质疏松中图分类号：R681 文献标志码：A 文章编号：1673-842X (2014) 12- 0073- 03

收稿日期：2014-05-17基金项目：国家自然科学基金课题（81302991；81373653）；广东省自然科学基金课题（S2011010005671；S2013010012173；S2013040016828）作者简介：万雷（1979-），男，河南周口人，副主任中医师，博士，研究方向：骨质疏松症的防治。

Antagonists of Wnt/β-catenin Signaling Pathway and OsteoporosisWAN Lei，HUANG Hongxing，LUO Ming，LAI Yuanyuan，ZENG Guoyong（Affiliated Orthopedics and Trauma Hospital，Guangzhou University of Chinese Medicine，Guangzhou 510240，Guangdong，China）

Abstract：Wnt/β-catenin signaling pathway is an important cellular signal transduction pathway and plays an important role in cell proliferation and differentiation. Current researchs indicate that Wnt/β-catenin signaling pathway is significant in bone metabolism and its abnormalities relate to the occurrence of osteoporosis. Wnt/β-catenin signaling pathway antagonists can inhibit the Wnt/β-catenin signaling pathway and cause the pathway abnormal expression. Further studys of the Wnt/β-catenin signaling pathway antagonists and designing the materials to block the pathway antagonists can provide a new kind of osteoporosis treatment approach.Key words：wnt/β-catenin signaling pathway；antagonist；osteoporosis

DOI：10.13194/j.issn.1673-842x.2014.12.02874

辽宁中医药大学学报 16卷2 Wnt/β-catenin信号通路拮抗剂Wnt/β-catenin信号通路拮抗剂根据其发生作用的部位可以分为细胞外拮抗剂和细胞内拮抗剂。细胞外拮抗剂有Dkk1、Sost、Wise、sFRPs、Wif1、Cerberus蛋白等。细胞内拮抗剂有GSK-3β、Axin、APC、CKIa等。2.1 细胞外拮抗剂2.1.1 Dkk1蛋白 Dkk蛋白属于分泌型糖蛋白，人类基因组编码4种同源形式的Dkk蛋白，其中Dkk1、Dkk4抑制Wnt信号通路，Dkk2具有抑制和激活双重效应，Dkk3的作用尚不明确。Dkk1是目前研究最多的Dkk家族成员，它可以结合受体LRP5/6或与Kremen1/2、LRP5/6共同结合形成三聚体，通过诱导细胞内吞作用移除细胞膜上的LRP5/6，阻止Wnt信号转导。在成年个体，Dkk1主要在成骨细胞和成熟骨细胞中表达，而在生长发育期的个体尚不明确。Dkk1过表达可以引起骨量丢失。有研究认为Dkk1基因的变异在原发性骨质疏松症（Osteoporosis，OP）发病中起重要作用[3]。调查显示OP患者血清Dkk1水平显著高于正常对照组，并且与骨密度T值存在负相关[4]。体外培养的OP患者股骨头成骨细胞的Dkk1表达显著高于骨性关节炎患者，而β-catenin、碱性磷酸酶的表达则相反[5]。此外，长期卧床导致的废用性骨量丢失患者的血清Dkk1水平表达升高，同时伴随着骨形成减少和骨吸收增加[6]。以上研究表明Dkk1升高可引起成骨细胞活性下降、骨形成减少，提示在骨组织中抑制Dkk1表达的重要性。已有动物实验证明Dkk1中和抗体可以提高小鼠骨量，抑制Dkk1表达可以促进去卵巢骨质疏松模型小鼠骨形成[7]。但是目前Dkk1抗体的研究主要是动物实验，临床应用仍有一些问题需要解决，抑制Dkk1后异常激活的Wnt/β-catenin信号通路与多种肿瘤的发生和转移有关，因此如何特异性地调控骨组织的Dkk1表达而不影响其他组织器官代谢以及寻找促进骨形成和降低肿瘤风险之间的最佳平衡点仍需进一步研究。2.1.2 Sost和Wise蛋白Sost蛋白由Sost基因编码，主要由骨细胞分泌，通过结合受体LRP5/6阻止Wnt/β-catenin信号通路转导，抑制骨形成。有研究证实Sost蛋白下调是机械应力上调Wnt目的基因表达、促进骨形成的必须条件，在Sost蛋白过表达的转基因小鼠中应力诱导的骨形成受抑制[8]，甲状旁腺激素（PTH）促进骨形成的作用减弱[9]。以上研究说明抑制Sost蛋白表达可以促进骨形成，考虑Sost蛋白主要由骨细胞分泌，因此可以用中和抗体抑制Sost蛋白表达促进骨形成而不影响其它组织器官代谢。动物实验表明性腺完整的老年雄性大鼠经过皮下注射Sost抗体治疗后骨形成增加，腰椎和长骨骨密度显著提高[10]，绝经后骨质疏松模型大鼠在给予Sost抗体治疗后同样表现为骨形成和全身骨量增加[11]，共同说明Sost中和抗体有望作为促进骨形成的合成代谢药物用于治疗老年性和绝经后骨质疏松。已经有关于Sost抗体临床研究的报道，Padhi等[12]的随机双盲对照实验表明人Sost单克隆抗体AMG785可以提高绝经后妇女腰椎和髋部骨密度，与PTH促进骨合成代谢作用不同的是AMG785促进骨形成的同时降低骨吸收，提示AMG785不同于传统抗骨吸收骨质疏松药物，它可以有效增加骨质疏松症患者骨量，逆转骨密度的下降。目前关于Sost抗体尚缺乏大样本的临床研究，动物实验表明Sost基因敲除的小鼠骨形成增加，表现为高骨量[13]，然而有研究报道PTH促进骨合成的作用在Sost基因敲除的小鼠严重降低[14]，提示完全抑制Sost蛋白会影响骨形成，但是在人体完全抑制Sost蛋白是否会影响骨组织及其他组织器官的正常代谢尚不明确。Wise，也名为Sost-dc1，与Sost同属于DAN/Cerebus蛋白家族。Wise对Wnt信号通路具有双向调节作用，它可以促进Wnt/β-catenin信号通路转导，也可以通过与LRP6结合抑制Wnt配体活性[15]，此外，Wise抑制BMP信号通路。有调查研究显示Wise的基因多态性在中国女性峰值骨量的获取和维持中起作用[16]，提示Wise可以通过Wnt和BMP信号通路参与调节骨量，具体的机制值得进一步的研究。2.1.3 sFRPs蛋白Frizzled相关蛋白（secreted frizzled-related proteins，sFRP）是一种分泌型糖蛋白，它可以直接与Wnt配体相互作用，抑制Wnt配体与Frizzled结合，阻断信号转导。人sFRPs蛋白家族由5名成员组成，分别是sFRP1~5，其中sFRP1和骨质疏松关系最为密切。Yao等[17]的研究表明sFRP1抑制成骨细胞功能，sFRP1过表达的转基因小鼠骨形成受抑制，相比野生型对照组，PTH对转基因小鼠骨的合成代谢作用减弱。相反，抑制sFRP1可以促进骨形成。sFRP1基因敲除的小鼠皮质骨形成提高，成骨细胞增殖和分化增加[18]，抑制sFRP1蛋白包含了部分PTH对骨的合成代谢作用[19]。以上研究提示sFRP1可能成为治疗骨质疏松的靶目标，抑制sFRP1可以促进骨形成。但是由于sFRP1直接与Wnt配体结合，抑制sFRP1可以激活包括Wnt/β-catenin等多条Wnt信号通路，同时激活多条Wnt信号通路是否对骨组织的代谢产生不良影响尚不明确。2.1.4 Wif1Wif1（Wnt inhibitor factor）是保守的分泌型蛋白，可以直接与Wnt配体结合，阻断Wnt信号转导。Cho等[20]的实验证实Wif1是体外培养的小鼠间充质细胞系C3H10T1/2向成骨细胞分化的负性调控因子，转染Wif1的小鼠间充质细胞系向成骨细胞分化减少，向脂肪细胞分化增加。而当用干扰RNA抑制Wif1后细胞碱性磷酸酶活性增加。该研究提示抑制Wif1可以促进成骨细胞分化，有可能作为治疗骨质疏松的靶点，但是目前针对Wif1和骨代谢的研究较少，未见相关临床研究报道。由于Wif1和sFRP类似，可同时抑制多条Wnt信号通路，其应用可能受限。2.1.5 CerberusCerberus是与Wif1和sFRPs相似的、与Wnt蛋