Wnt信号转导通路在肿瘤中的研究进展

第20卷 第12期 2007年12月

医学研究生学报

JournalofMedicalPostgraduates

Vo.l20 No.12

Dec.2007

#综 述#

Wnt信号转导通路在肿瘤中的研究进展

王震凯综述, 朱人敏审校

(南京军区南京总医院消化内科,江苏南京210002)

摘要: Wnt信号转导通路具有传递生长刺激信号的作用,与细胞的发育、分化密切相关。Wnt信号转导通路的异

常激活,可引起细胞异常增殖及分化而导致肿瘤的发生。另外,其信号转导通路在人类不同肿瘤中的作用是相互交织的,了解该通路在肿瘤发生过程中的转导及,有助于为临床诊断提供依据,为早期干预治疗提供方法。关键词: Wnt; 信号转导通路; 肿瘤

*中图分类号: R730 文献标识码: A 文章编号: 100828199(2007)1221294204

UpdateoftheWntsignalingpathintumor

WANGZhen2kaireviewing,ZHURen2minchecking

(DepartmentofGastroenterology,NanjingGeneralHospitalofNanjingMilitaryCommand,PLA,Nanjing210002,Jiangsu,China)Abstract: TheWntsignalingpathhasafunctionofdeliveringthegrowthincitementsigna,landitiscloselyrelatedwiththegrowthanddifferentiationofcells.TheunusualactivationoftheWntsignalingpathmaycauseabnormalpropagationanddifferentiationofcellsandconsequentlythedevelopmentoftumor.Besides,thissignalingpathservesaninteractivefunctionindifferenthumantumors.Understand2ingthecontributionofthissignalingpathintumorformationmayaffordabasisfortheclinicaldiagnosisandearlyinterventionoftumor.Keywords: Wn;t Signalingpath; Tumor0 引 言

1982年,在小鼠乳腺癌中发现了Wnt基因,由于该基因激活需依赖小鼠乳腺癌相关病毒基因的插入(insertion),因此,最初被命名为Intl癌基因。随后的研究表明,Intl基因在小鼠正常胚胎的发育中起重要作用,相当于果蝇的无翅(Wingless)基因,其编码的蛋白在细胞间传递生长和发育信息,可控制胚胎轴向的正常发育。此后,大量研究均提示了Intl基因在神经系统胚胎发育中的重要性。因此,将

Wingless与Intl结合,称为Wnt基因。人Wnt基因定位于染色体12q13。在胚胎发育中,Wnt基因的重要信号转导系统即为Wnt通路。Wnt信号转导通路有4个主要分支:¹经典Wnt通路。该通路通过B连环蛋白(B2catenin)在核中累积而启动靶基因

[1]

。ºPlaner细胞极性通路。涉及RhoA和Jun

激酶,细胞骨架的重排,其主要作用是对胚胎发

+

育进行阶段性。»Wnt/Ca通路。此通路由Wnt5A和Wnt11激活,引起细胞内Ca和Ca敏感信号成分的激活,如钙调蛋白依赖的激酶和激活

+

+

*

收稿日期: 2007205231; 修订日期: 2007207218

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(批准号:306007307)

作者简介: 王震凯(19762),男,福建福州人,主治医师,医学硕士研究生,从事消化病学专业。通讯作者: 朱人敏(19512),男,浙江萧山人,主任医师,教授,医学博士,从事消化病学专业。

第12期 王震凯,等 Wnt信号转导通路在肿瘤中的研究进展T细胞核因子。该通路能拮抗经典的Wnt通路。¼调节纺锤体的方向和非对称细胞的细胞内途径。Wnt信号通路的一些分子,如糖原合成酶激酶3B(glycogensynthasekinase23B,GSK23B)和结直肠腺瘤息肉蛋白(adenomatouspolyposiscol,iAPC),参与某些生物如果蝇和线虫细胞过程中纺锤体方向的确定和非对称细胞。经典Wnt通路在胚胎发育和肿瘤发生中的功能研究较为深入一综述。[2]

#1295#

连环蛋白被泛素化,并进而被降解;这些基团的突变或缺失,则使B连环蛋白因不能被降解而致稳定性增

高,而使游离的B连环蛋白增加,激活Wnt信号通路。在许多肿瘤如肝癌、胃癌、胆囊癌中都发现B连环蛋白磷酸化位点的突变

[5]

。大约有10%左右的结

直肠癌细胞中携有这种B连环蛋白基因自身的显性

[6]

突变。在保留有野生型APC基因的结直肠癌及其他肿瘤,如黑色素瘤、髓母细胞瘤、前列腺癌、胃癌和肝癌中,也都发现了有突变型B连环蛋白的表达。另外,研究也发现在肾Wilm.s瘤中携有基因的错义突,现着

重对经典Wnt信号通路在肿瘤方面的研究进展作

1 经典Wnt通路

Wnt是一种细胞间分泌蛋白,通过与细胞膜上卷曲蛋白(Frizzled,Fz)受体家族的成员作用,将信号传至细胞内。信号传入细胞后,经散乱蛋白(di2sheveled,Dsh)传至GSK23B,使其功能受抑制。GSK23B是一种能使B连环蛋白磷酸化的丝氨酸/苏氨酸激酶,在正常功能状态下,GSK23B和B连环蛋白与APC、轴蛋白(Axin),形成多聚蛋白复合体。GSK23B的磷酸化作用引起B连环蛋白降解,使后者在细胞质内的游离量保持在较低水平;当GSK23B被Wnt信号抑制后,B连环蛋白的降解随即被中断,未磷酸化的B连环蛋白与APC亲和力降低,使细胞内游离的B连环蛋白含量增多,并进入核内,B连环蛋白在核内与转录抑制因子P300、Groucho[3]

等竞争性地与转录因子即T细胞因子/淋巴样增强因子(Tcellfactor/lymphocyteenhancerfac2tor,TCF/LEF)结合,并形成B连环蛋白2TCF/LEF转录复合体,在有关辅助激活因子的协同作用下,最终激活Wnt信号的有关靶基因,胚胎发育及细胞生长、分化和凋亡等。

2 Wnt信号转导通路的异常激活

Wnt信号转导通路的异常激活,可引起生长发育缺陷,并参与肿瘤的发生,导致通路异常激活的关键环节是B连环蛋白和APC2轴蛋白2GSK23B多蛋白复合体。

2.1 B连环蛋白基因 是果蝇Armadillo基因在哺乳动物的同源类似物。1994年,有学者检测到编码人B连环蛋白的CTNNB1基因位于3P21。1995年,被学者等证实位于3P22~P21.3[4]

。CTNNB1基因全长23.2kb,包含16个外显子,启动子区富有GC,并包含TATA盒。B连环蛋白共有781个氨基酸,相对分子质量为88000。其氨基端(NH2)含有130个氨基酸,富含丝/苏氨酸残基。这些残基被磷酸化后,可使B

变和缺失,导致蛋白的磷酸化位点丢失。

2.2 APC2轴蛋白2GSK23B多蛋白复合体 这一多蛋白复合物中任何一个成分的改变,包括APC和轴蛋白基因的截短突变、GSK23B的功能抑制,均可导致B连环蛋白降解障碍,从而激活Wnt途径。2.2.1 轴蛋白 它具有多个蛋白2蛋白相互作用域,在APC2轴蛋白2GSK23B多蛋白复合体中起支架

蛋白或反应平台的作用[7]

。作为多蛋白复合体的结构基础,轴蛋白能将APC2轴蛋白2GSK23B多蛋白复合体的几种成分组装起来,介导磷酸化信号从GSK23B传向B连环蛋白。一些结直肠癌细胞系中,在无APC或B连环蛋白突变的情况下出现轴蛋白的突变。这些突变导致GSK结合位点的消失,导致B连环蛋白的核累积[8]

。研究肝癌细胞系发现,APC和B连环蛋白突变很少见,在解释B连环蛋白水平升高的原因时发现,有一半的肿瘤出现了轴蛋白的突变,这种突变产生了截短蛋白,丧失结合位

点,同样的突变也可在肝癌实体瘤中发现[9]

。2.2.2 GSK23B 它是一种丝/苏氨酸蛋白激酶,在Wnt信号通路中担当了重要角色,在Wnt途径未活化时,GSK23B使轴蛋白和B连环蛋白磷酸化,抑制

该途径的活化。Yost等[10]

在非洲爪蟾的体外实验中证实,GSK23B通过使B连环蛋白的NH2端4个位点Ser33、Ser37、Thr41及Ser45磷酸化,在保持细胞的B连环蛋白处于低水平中起关键作用。除此之外,GSK23B也可直接调节B连环蛋白的目的基因cyclinD1的降解。同时,在人类肿瘤细胞中,目前暂未发现GSK23B自身的突变,这也许意味着其在细胞信号传递中的重要性。在一些肿瘤中,如口腔鳞状细胞癌,发现GSK23B减少和cyclinD1表达增加,与预后不良有关。在肝癌细胞和实体瘤中,GSK23B的活性通常是被抑制的[11]。2.2.3 APC基因 它位于染色体5q21的抑癌基因上,其突变可发生于任何外显子,但以第15外显子为最常见,40%~70%的突变发生在这一区段。

#1296#医学研究生学报2007年12月 第20卷

Wnt信号激活下,增加酪氨酸激酶c2met受体和肝细胞生长因子(hepaticgrowthfactor,HGF)表达,在APC突变细胞株中由Tcf负调节表达下调。此外,有研究表明,c2met基因扩增发生于10%的原发性结直肠肿瘤,尤其是结直肠癌肝转移。显然,c2met上调的结果使细胞自主化。

能降解细胞外基质的基质金属蛋白酶(matrixmetallo2proteinases,MMP),如MMP27和MMP226也是B连环蛋白的靶点。MMP在肿瘤中有重要作用,在其缺陷的小鼠肿瘤中引起肿瘤大小和数量的减[18]

APC蛋白含两个不同的B连环蛋白结合区和羟基端的EB1、微管蛋白hDLG蛋白结合区,其功能是调节细胞活性及细胞质2细胞核内信号转导,其可在细胞核与细胞质之间往复移动,在细胞核内与B连环蛋白结合,并将其转移至细胞质中,引导B连环蛋白降解或执行黏附分子功能。由此可见,在Wnt信号通路中,APC是/守门基因0。如因APC基因及非基因序列改变而不能表达正常的APC蛋白,这些非正常蛋白往往缺乏B连环蛋白的结合区域,导致细胞质中游离的B连环蛋白不能被正常降解,而转位至细胞核内,同时从核内清除也减少,从而蓄积并启动基因转录。Hao等

[12]

通过分析微卫星D5S346、D5S82和D5S299,研究74例结直肠腺瘤和21例结

直肠癌的组织中等位基因的缺失,发现有55例(占57.8%)存在APC等位基因的缺失;同时,在细胞株突变中,大多数APC也是无义或移码突变,产生截短蛋白。APC突变也与其他肿瘤有关,包括髓母细胞瘤、侵袭性纤维腺瘤及乳腺癌等。3 Wnt信号转导通路中与肿瘤发生相关的靶基因 一旦经典Wnt信号转导通路被激活,将会使靶基因过度表达,从而影响细胞的增殖、分化,促进肿瘤的发生。第一个被确定Wnt信号转导通路的靶基因是原癌基因c2myc。人们在结直肠癌细胞中发现,因APC突变而形成的B连环蛋白2Tcf4复合体,通过与c2myc基因启动子上Tcf4的结合位点作用,使之活化表达,从而解释了为什么c2myc在结直肠

癌许多阶段都处于过表达状态[13]

。

cyclinD1是调节细胞进入增殖期的主要因子,目前已被证实为原癌基因。1999年,Osamu等

[14]

发

现,B连环蛋白2Tcf4复合体可与cyclinD1启动子作

用,引起其高表达;他们还发现活化的Ras也能通过上述的cyclinD1启动子上不同于Tcf/Lef结合位点的区域来加强cyclinD1转录。此后,在实验性毒物诱发的大鼠结直肠癌中发现cyclinD1过度表达,并与B连环蛋白基因突变有关;反义cyclinD1cDNA的表达,可使结直肠癌细胞生长明显抑制,并能阻止裸鼠中SW480结直肠癌细胞生长,结果表明

cyclinD1在肿瘤发生中起着关键作用[15]

。 Alibiger等

[16]

研究发现,在人结直肠癌中黏蛋

白(TN2C)基因是经典Wnt信号通路的一个靶基因。而TN2C是细胞外基质的一个组份,它表达于许多种癌的发展及复发中,与黏附和增殖的调节有关。 Shimokawa等

[17]

发现,FGF18基因在结直肠癌

发生中是B连环蛋白2Tcf的一个下游靶基因,在

少。此外,B连环蛋白的聚集和MMP27表达在结直肠癌浸润前增加

[19]

。

免疫球蛋白转录因子22(immunoglobulintran2soriptionfactor2,ITF22)是B连环蛋白的直接靶点,在人类肿瘤中表达增加,并诱导细胞转录

[18]

。Wnt

抑制因子21(WIF21)是B连环蛋白的靶点,在前列腺癌、乳腺癌等中表达下降[20]

。 其他原癌基因如c2jun和fra21,在启动子部位有Tcf结合位点,提示亦受B连环蛋白。抗凋亡基因survivin在正常结肠上皮隐窝的基部表达,并激活Wnt信号。此外,在结直肠肿瘤中survivin表达增加,表明survivin是Wnt信号转导通路的靶基因

[18]

。与肠道肿瘤发生密切相关的基因即环氧化

酶22(cyclooxygenase22,COX22),可能也是B连环蛋

白2Tcf复合物的转录靶基因。Dolmetsch等[21]

发现,Wnt21在小鼠乳腺上皮细胞中的表达,能上调COX22基因的转录,其mRNA和蛋白水平均升高,前列腺素E2(PGE2)生成增多。

4 作用于经典Wnt信号转导通路的拮抗剂 从理论上讲,能抑制经典Wnt信号转导通路异常活化的药物或因子,均能阻断该通路的异常活化,并均可能阻断该通路活化的肿瘤发生。目前,已发现作用于Wnt信号转导通路的拮抗剂有DKK21、分泌型frizzled相关蛋白(sFRP)、Cerberus、Wnt抑制因

子21(WIF21)[22,23]和内皮抑素(endostatin)[24]

。 DKK21是一种分泌型糖蛋白,具有抑制Wnt信号转导通路引起轴心复制的能力,基因进一步分析表

明,DKK21抑制作用发生于Dvl上游[24]

。Wnt本身是一种癌基因,当突变或过表达时,能增强肿瘤细胞的增殖和转移,形成新肿瘤。p53是一个抑癌基因,通过Wnt基因,p53作用丢失,促进哺乳动物肿瘤发生。

Katoh[25]

发现,DKK21的诱导是通过野生型p53而不是突变型p53。一种潜在的p53易感成分定位于2100个核苷酸DKK21转录起点的上游,并在细胞内、

第12期 王震凯,等 Wnt信号转导通路在肿瘤中的研究进展外p53等特定地结合这个成分。DKK21通过肿瘤抑制剂p53的介入,拮抗Wnt信号转导通路。

Cerberus编码一种分泌型蛋白,表达在前内胚层中。爪蟾中Cerberus蛋白在结构上与半胱氨酸分泌型蛋白家族相关

[26]

#1297#

研究。

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拮抗剂,有抑制节性成骨蛋白和Wnt信号转导通路

[26]

的作用。最近研究发现,Cerberus是XWnt28引起轴心形成的一种有效抑制剂,Cerberus和XWnt28能直接或间接互相拮抗,在胎儿头部形成中能抑制Wnt信号转导通路。

[26]

sFRP是一种分泌型蛋白,类似于frizzled的半胱氨酸区域和保守亲水性羧基末端区域,能结合Wn,t干涉Wnt信号转导通路。细胞外sFRP表达增加,能抑制胶质瘤细胞的能动性,在非支撑条件下能提高胶质瘤细胞的存活,并能抑制胶质瘤细胞的移动

[27]

。

WIF21序列高度保守,首先作为表达序列标签已在人视网膜中被证实,其在人染色体上定位于

12q14[28]

。WIF21为保守分泌型蛋白,包含N末端50个氨基酸信号序列,有种间高度保守的WD序列,5个生长因子类似物(EGF)及1个短的亲水区C末端。WIF21与Wnt结合,进一步阻止Wnt与受体的结合,从而抑制Wnt活性。

研究表明,B2catenin是一个多功能蛋白,它存在于内皮细胞的细胞连接处。当有血管内皮生长因子存在的情况下,B2catenin会发生酪氨酸磷酸化,之后细胞连接松散,细胞活动能力增强。因此,在抑制肿瘤新血管生成方面,血管内皮生长因子则被认为是最主要的抗肿瘤治疗靶点。内皮抑素(endosta2tin)是ÚØ型胶原的羧基末端片段,是一种特异的血管生成抑制因子

[29,30]

。它能直接作用于内皮细

胞,通过抑制血管内皮生长因子阻断细胞连接处

B2catenin的作用,来抑制内皮细胞的迁移;另一方面,通过使细胞质中B2catenin降解,来干扰它对基因表达的调节作用,从而达到抑制肿瘤血管的生成。5 展 望

Wnt信号转导通路在人的正常发育过程和肿瘤发生中都具有重要作用。近10年来,尽管人们对此进行了大量的研究,但此通路中各种蛋白互相作用的分子基础仍未完全阐明。因此,进一步研究Wnt信号转导通路中各基因及表达蛋白的互相作用,从而更深层次阐明肿瘤的发生机制;在单一细胞Wnt信号转导通路研究的基础上,进一步分析与其他通路之间的相互联系;将Wnt信号转导通路作为抗肿瘤治疗起点,研制抗肿瘤药物应用于临床有待深入

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(责任编辑:鲁 立; 英文编辑:李幼生)

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(责任编辑:张 锐; 英文编辑:李幼生)