综述：Wnt 信号通路在生物学和疾病中的作用

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Wnt signaling pathways in biology and disease: mechanisms and therapeutic advances

本文全面综述了 Wnt 信号通路，详细阐述其在细胞增殖、分化等过程中的重要作用。探讨了该通路异常与多种疾病（如癌症、心血管疾病等）的关联，介绍针对 Wnt 通路的治疗策略及挑战，为相关领域研究提供了重要参考。

　　

Wnt 信号通路概述

Wnt 信号通路在多种细胞过程中起着关键的调控作用，如胚胎发育、细胞增殖、分化、迁移和组织稳态维持。该通路起源于小鼠乳腺癌（BC）整合酶 - 1 和果蝇无翅基因的融合，Wnt 基因将相关基因和蛋白统一起来。根据 β - 连环蛋白（β - catenin）是否参与转录激活，Wnt 信号通路可分为经典（canonical）和非经典（non - canonical）两条分支。经典 Wnt 通路以 β - catenin 的核转位以及通过 T 细胞因子 / 淋巴增强因子（TCF/LEF）转录因子激活靶基因转录为特征，主要驱动细胞增殖；非经典 Wnt 通路则独立于 β - catenin - TCF/LEF 轴，调节细胞极性和迁移，两条通路相互关联，构成复杂的网络。

Wnt 信号通路的信号转导

1. 经典 Wnt/β - catenin 通路：在没有 Wnt 配体时，β - catenin 会被由 Axin、腺瘤性息肉病 coli（APC）、糖原合酶激酶 3β（GSK3β）、酪蛋白激酶 1α（CK1α）、蛋白磷酸酶 2A（PP2A）和 β - 转导重复包含 E3 泛素蛋白连接酶（β - TrCP）组成的多蛋白破坏复合物磷酸化，进而被泛素化并通过蛋白酶体降解。当 Wnt 蛋白存在时，它与 Frizzled（Fzd）家族受体的 N 端富含半胱氨酸结构域结合，招募胞质中的 Disheveled（Dvl，哺乳动物中）/Dsh（果蝇中）蛋白，破坏 Axin/GSK3β/APC 复合物的形成，启动 Wnt 信号传导。此外，Wnt 与 Fzd 和脂蛋白受体相关蛋白（LRP）5/6 结合后，会导致破坏复合物的磷酸化和瓦解，使 β - catenin 在细胞质中积累并最终转位到细胞核，与转录共激活因子（如 CBP/p300、BRG1、BCL9、Pygo）和 TCF/LEF1 结合，启动 Wnt 靶基因的转录。除了多蛋白破坏复合物模型外，Wnt 激活还存在另一种模型，即 Wnt 信号诱导 GSK3 从细胞质隔离到多囊泡体（MVBs）和溶酶体中，使其无法作用于众多细胞质底物。

2. 非经典 Wnt 通路：非经典 Wnt 信号通路包含 Wnt / 平面细胞极性（PCP）通路和 Wnt / 钙（Ca^{2 +}）通路两条主要的细胞内信号级联。在 Wnt/PCP 通路中，Wnt5a、Wnt7、Wnt11 等 Wnt 配体与细胞表面的 Fzd 受体结合，通过 Dvl/Dsh 激活 Rho/Rac 小 GTP 酶和 c - Jun N 端激酶（JNK），调节细胞极性和细胞骨架重组。在 Wnt/Ca^{2 +}通路中，Wnt 蛋白与 Fzd 受体结合后，通过 G 蛋白信号激活磷脂酶 C（PLC），导致细胞内 Ca^{2 +}释放，同时 Dvl/Dsh 还可激活 cGMP 特异性磷酸二酯酶 6，降低细胞内 cGMP 水平，进一步升高细胞质 Ca^{2 +}浓度，增强 TCF/LEF 的磷酸化，从而抑制经典 Wnt 通路，该通路在早期胚胎发育、中间神经元通讯和炎症反应中发挥重要作用。

Wnt 信号通路的关键组件

1. Wnt 配体和受体：Wnt 家族由多种高度保守且富含半胱氨酸的蛋白质组成，可根据其与特定信号通路的关联进行分类。Wnt1 类与经典 Wnt/β - catenin 通路相关，Wnt5a 类则与非经典 Wnt 信号相关。除 Wnt 蛋白外，还有其他配体可调节 Wnt 信号，如 Norrin 通过 Fzd4 和 LRP5 激活经典 Wnt 通路，R - spondin（RSPO）通过富含亮氨酸重复的 G 蛋白偶联受体（LGR）4 - 6 增强 Wnt 信号，而分泌型 Frizzled 相关蛋白（sFRP）家族和 dickkopf 相关蛋白（DKK）家族则分别通过竞争 Fzd 受体结合位点和促进 LRP5/6 受体的内吞作用来抑制 Wnt 信号。Wnt 蛋白的跨膜受体主要包括 Fzd 和低密度脂蛋白受体相关蛋白 LRP5/6，以及一些辅助受体，如受体酪氨酸激酶（RTK）和单次跨膜的 ROR2 等。Fzd 受体的胞外 N 端富含半胱氨酸结构域对于结合 Wnt 蛋白至关重要，而 LRP 基因家族编码的 LRP 受体与 Fzd 受体共同形成 Wnt 受体复合物，调节下游信号通路。

2. 细胞内信号分子：β - catenin 是经典 Wnt/β - catenin 通路的核心组件，其氨基酸末端的丝氨酸 / 苏氨酸丰富区域易被 CK1α 和 GSK3β 磷酸化，导致其被泛素化和蛋白酶体降解；羧基末端则在基因转录激活中起重要作用。GSK3β 在没有 Wnt 信号时，磷酸化 β - catenin 的 N 端，促进其降解；Axin 作为支架蛋白，与 APC、GSK3β 和 CK1 等组装成 β - catenin 降解复合物；Disheveled 基因编码的 Dvl/Dsh 蛋白家族在 Wnt 信号转导中起关键作用，激活后可抑制 GSK3β 活性，导致 β - catenin 在细胞质中积累；APC 蛋白通过与 β - catenin 或 Axin 结合，参与 β - catenin 的降解过程，其突变会导致 Wnt 通路的过度激活。此外，还有一些调节 Wnt 通路的功能分子，如 RACK1 通过稳定 β - catenin 破坏复合物负向调节 Wnt 信号通路，FAM83A 则通过抑制细胞质破坏复合物的组装来抑制 Wnt 信号。TCF/LEF 转录因子通过与 Groucho 或 β - catenin 结合，对下游靶基因的转录发挥双向调节作用。

3. Wnt 信号通路的上游：Wnt 信号通路的失调与多种疾病相关，尤其是癌症。研究发现多种上游信号可调节 Wnt/β - catenin 通路，包括蛋白质、非编码 RNA（如微小 RNA（miRNA）、长链非编码 RNA（lncRNA）和环状 RNA（circRNA））等。例如，在卵巢癌（OC）中，FOXP4 可直接诱导蛋白酪氨酸激酶 7 的表达，导致 Wnt 信号异常激活和肿瘤进展；在结直肠癌（CRC）中，lncRNA β - 分泌酶 1 反义 RNA（BACE1 - AS）可通过 Tuftelin 1 激活 Wnt 通路，促进肝转移。此外，癌细胞与 M2 巨噬细胞之间的旁分泌 Wnt 激活可形成正反馈回路，增强癌症的侵袭性。

Wnt 信号通路的相互作用

Wnt 信号通路与多个关键信号通路存在广泛的相互作用，这些相互作用在调节细胞命运、组织发育和疾病发生发展中起着重要作用。

1. Wnt 与 Notch 信号通路：Wnt 和 Notch 信号通路均对多种发育过程、组织稳态和疾病发病机制至关重要。它们之间的相互作用涉及复杂的分子机制，共同调控细胞命运决定、增殖、分化和组织模式形成。β - catenin 可与 Notch 信号元件（如 NICD 和 CSL）相互作用，影响 Notch 靶基因的转录，进而影响细胞命运；同时，NICD 也可与 β - catenin 形成复合物，抑制 β - catenin 的活性。此外，Wnt/Ca^{2 +}通路与 Notch 信号也存在相互作用，如 Wnt5a 激活 CaMKII 可导致 SMRT 磷酸化，增强 Notch 响应基因的启动子活性。在发育过程中，这两条通路的协调调节对胚胎发育、组织模式形成和器官发生至关重要；在成体组织中，它们的相互作用则对维持组织稳态、调节干细胞功能发挥重要作用。然而，二者相互作用的失调与多种疾病相关，如癌症、神经退行性疾病和发育综合征等。

2. Wnt 与 Hedgehog 信号通路：Hedgehog（Hh）信号通路在胚胎模式形成、组织稳态和干细胞维持中起关键作用。该通路与 Wnt 信号通路存在诸多相似之处，在非激活状态下，两条通路的关键转录因子都会发生泛素化并被蛋白酶体降解，而激活时则会发生胞质蛋白复合物的解体、泛素化抑制以及活性转录因子的释放。研究发现，印度刺猬蛋白（IHH）可作为 Wnt 信号在结肠上皮细胞分化中的拮抗剂，抑制 Wnt 靶基因的表达；同时，Wnt 通路的成分也可调节 Hh 信号，如 Wnt 抑制 SHH 驱动的肿瘤发生，GSK3β 和 CK1α 可磷酸化 GLI3，导致其被 β - TrCP 泛素化并抑制。Hh 和 Wnt 通路的相互作用对癌症的复发、侵袭和转移具有重要影响，干扰这种相互作用可能成为阻止癌症进展的潜在策略。

3. Wnt 与 TGF - β 信号通路：转化生长因子 - β（TGF - β）通路参与众多重要的细胞过程，其通过配体与受体结合，激活下游 Smad 蛋白，进而调节靶基因的表达。Wnt 和 TGF - β 通路在调控细胞命运决定、增殖和分化的关键靶基因上存在交集，如在正常小鼠上皮细胞中，CTGF、ROBO1、GPC1 和 INHBA 是两条通路共有的靶基因。在斑马鱼中，这两条通路共同调节后中胚层的形成；在哺乳动物中，它们协同调节胚胎干细胞的分化和肿瘤的发生发展。此外，反馈机制在二者的相互作用中至关重要，一条通路的激活可能诱导另一条通路的负调节因子，从而实现对信号活动的精确控制。

4. Wnt 与 FGF 信号通路：成纤维细胞生长因子（FGF）家族通过与受体结合激活下游信号通路，调节细胞增殖、分化、迁移和存活等过程。FGF 信号通路与 Wnt 信号通路存在广泛的相互作用，FGF 可通过抑制 GSK3β 增强 β - catenin 的稳定性，从而放大 Wnt 通路的活性；同时，FGF 还可调节 Wnt 通路抑制剂的表达，间接影响 Wnt 信号强度。此外，FGF 信号通过多种途径调节细胞迁移、分化和肿瘤发生等过程，与 Wnt 信号通路协同作用，共同影响细胞的表型和功能。

5. Wnt 与 NF - κB 信号通路：核因子 - κB（NF - κB）家族转录因子在免疫反应、炎症、细胞生长、存活和发育等多种生物学过程中发挥关键作用。Wnt 信号通路与 NF - κB 通路相互作用，影响细胞增殖、分化、存活、凋亡和肿瘤发生等过程。例如，在胚胎发育中，斑马鱼 Wnt8a 和非洲爪蟾 Wnt11 可启动 β - catenin 信号，促进背侧组织者的形成；在果蝇胚胎中，Wnt 介导的负反馈调节可微调 Toll 样受体（TLR）/NF - κB 信号，参与背腹模式的形成。在疾病方面，Wnt2 和 Wnt4 的升高可激活 β - catenin/NF - κB 信号通路，导致心脏纤维化；而 Wnt 抑制剂 LGK974 则可通过调节 Wnt/β - catenin 和 NF - κB 的相互作用，减少促炎细胞因子的产生，降低内毒素血症小鼠的肝脏损伤和死亡率。

Wnt 信号通路在生物学中的作用

1. Wnt 通路基因的突变：Wnt 通路基因的突变在多种癌症中普遍存在，这与 Wnt 信号在上皮干细胞活性中的关键作用密切相关。突变诱导的 Wnt 信号激活是常见的致癌事件，可导致细胞持续的自我更新和增殖，甚至引发耐药性。在 Wnt 通路的众多组件中，APC 是最常发生突变的基因，其失活会导致家族性腺瘤性息肉病，进而增加患 CRC 的风险，且 APC 突变在散发性肿瘤的早期阶段也较为常见。RNF43 作为一种 E3 泛素连接酶，其失活突变在胰腺癌、结直肠癌和子宫内膜癌等多种癌症中均有发现，且与肿瘤的生长、复发和对治疗的抵抗相关。AXIN1 和 AXIN2 的突变会破坏 Wnt 信号的正常调节，在肝癌、胃癌和前列腺癌等多种癌症中均有报道。此外，β - catenin（由 CTNNB1 编码）的激活突变也是癌症进展的关键因素，在肝癌、髓母细胞瘤和黑色素瘤等多种癌症中均有发现，且与肿瘤的发生、发展和预后密切相关。不同癌症类型中 Wnt 通路基因突变存在显著的组织特异性，这为癌症的精准治疗提供了潜在的靶点。

2. Wnt 信号通路在癌症干细胞生物学中的作用：癌症干细胞（CSCs）具有自我更新和分化为多种细胞类型的能力，是癌症复发和转移的主要原因，且对传统化疗和放疗具有显著的抗性。Wnt 信号通路在 CSCs 的维持、增殖和分化中起关键作用。肿瘤微环境中的细胞可分泌 Wnt 蛋白等细胞因子，激活 CSCs 中的 Wnt 信号通路，促进其自我更新和增殖。在多种癌症中，如乳腺癌、肺癌、结直肠癌和胰腺癌等，Wnt 信号通路的激活与 CSCs 的特性密切相关，抑制 Wnt 信号通路可有效抑制 CSCs 的活性，减少肿瘤的生长、迁移和转移。此外，非编码 RNA（如 lncRNA、miRNA 和 circRNA）与 Wnt 信号通路相互作用，共同调节 CSCs 的干性和肿瘤的发生发展，为癌症治疗提供了新的潜在靶点和治疗策略。

3. Wnt 信号通路在肿瘤微环境中的作用：肿瘤微环境（TME）由肿瘤细胞、成纤维细胞、角质形成细胞、免疫细胞和非细胞成分组成，对肿瘤的进展起着至关重要的作用。Wnt 信号通路通过与 TME 中的细胞相互作用，显著影响肿瘤的起始和进展。在免疫细胞中，Wnt 信号调节恶性细胞的免疫原性和免疫反应，如在黑色素瘤中，突变的 β - catenin 可被自体细胞毒性 T 淋巴细胞识别为肿瘤相关抗原，但 Wnt 通路的激活也可抑制 C - C 基序趋化因子配体 4（CCL4）的分泌，损害树突状细胞的浸润和激活。在巨噬细胞中，Wnt5a 可增强其侵袭性，促进肿瘤细胞迁移，并抑制其向促炎 M1 型分化，诱导免疫抑制性细胞因子的产生，促进 M2 巨噬细胞样表型的形成。在非免疫细胞中，Wnt 信号也影响肿瘤的进展，如 CRC 细胞可通过 TGF - β 和 Wnt 信号的协同调节，上调成纤维细胞中的胰岛素样生长因子结合蛋白 7（IGFBP7），促进肿瘤的发生发展。此外，肿瘤衍生的 Wnt 信号还可通过多种机制促进免疫逃逸，建立免疫抑制性微环境，如上调免疫检查点分子、招募和极化免疫抑制性巨噬细胞以及修饰细胞外基质等，这为癌症免疫治疗带来了挑战，但也为开发新的治疗策略提供了方向。

Wnt 信号通路与人类疾病

1. 心血管疾病

• 动脉粥样硬化：Wnt 信号通路参与动脉粥样硬化从内皮功能障碍到斑块形成的各个阶段。例如，circUSP36 通过吸附 miR - 637 促进 Wnt4 表达，加剧内皮功能障碍；Wnt5a 对胆固醇稳态的调节作用较为复杂，既有促进胆固醇流出、保护免受动脉粥样硬化的作用，也有通过激活 ROR2/ABCA1 轴和 NF - κB 核转位导致胆固醇积累和炎症反应的作用；β - catenin 可激活鞘氨醇 - 1 - 磷酸受体 1（S1PR1）的启动子，促进血管重塑和动脉粥样硬化的发展。此外，Wnt3a 可通过激活 STAT3，诱导前列腺素 E2（PGE2）的产生，增强巨噬细胞对 IL - 4 的反应，促进动脉粥样硬化的消退。

• 心律失常：Wnt 信号通路调节心脏中关键离子通道蛋白连接蛋白 43 的表达，影响心脏的电稳定性，进而参与心律失常的发生发展。在心房颤动（AF）中，lncRNA HOTAIR 可通过结合 PTBP1 增强 Wnt5a 的稳定性，促进心肌纤维化；抑制 Fzd8 可使 Wnt5a 通路失活，减轻 AF 症状；调节 Wnt - β - catenin 诱导的 PI3K/Akt 通路，可对血栓栓塞诱导的 AF 小鼠产生有益影响。在心律失常性心肌病（ACM）中，包括心律失常性右心室心肌病（ARVC），Wnt/β - catenin 信号通路的异常与疾病的发生发展密切相关，如在 ARVC 中，抑制经典 Wnt/β - catenin 信号可导致心肌细胞降解和脂肪组织形成，而 Wnt/Ca^{2 +}信号则通过调节 Bcl2 表达，抑制线粒体凋亡，参与疾病的发病机制。

• 心肌梗死：在心肌梗死（MI）后，梗死区域的经典 Wnt 信号通路被激活，导致内皮 - 间充质转化（EndMT），而非经典 Wnt 信号则促进炎症单核细胞的激活，影响疾病的预后。不同的 Wnt 配体对 MI 进展的影响不同，如 Wnt1 水平降低与过早 MI 相关，而 Wnt2 和 Wnt4 激活 β - catenin/NF - κB 信号通路，会促进心肌纤维化和心脏功能