詳解Wnt信號通路看這篇Cell~

2017年5月，來自美國斯坦福大學Roel Nusse、荷蘭 Hans Clevers教授在《Cell》期刊上發表了標題為“Wnt/b-Catenin Signaling, Disease, and Emerging Therapeutic Modalities”的文章，詳細闡述了Wnt／β-catenin信號通路的特點。翻譯如下僅作參考。

Wnt信號通路是胚胎及器官發育的重要信號通路之一，參與調控機體內多種細胞的增殖、分化、極化、遷移及凋亡等過程。Wnt信號通路根據是否依賴于 β-catenin的轉錄活化，可分為經典通路（即 Wnt／β-catenin信號通路）和非經典通路（包括Wnt／PCP通路和Wnt-Ca2+通路）。

摘要

在動物界發育的過程中，WNT 信號通路是一條主要調節通路。同時，在成年哺乳動物中，Wnts 也是大多數組織干細胞的關鍵驅動因素。Wnt 通路的突變會導致多種疾病的發生。在這篇綜述中，作者描述了常見的 Wnt/β-catenin 信號通路，以及該通路如何調控干細胞功能并導致疾病的發生發展。最后，在這篇綜述中，作者討論了基于 Wnt 通路的治療策略。

圖. Wnt通路。

簡介

1982年，Nusse和Varmus首次發現 Wnt 家族的第一個成員以來，對 Wnt 信號的熱情穩步上升。在從癌癥、生物發育到早期動物進化的各個領域，Wnt 信號通路已成為一種重要的生物生長控制途徑。隨著相關研究的進展，有關 Wnt 信號傳導的具體機制已被揭示，包括主要參與分子的結構特點。在本篇綜述中，作者提供了在正常生理情況及疾病條件下，對Wnt 信號通路研究的最新進展。

Wnt 蛋白的生長因子功能及 Wnt 與其他信號的區別

Wnt 信號通路與其它通路一起，這些通路包括 Notch-Delta、Hedgehog、轉化生長因子 β (TGF-β)/骨形態發生蛋白 (BMP) 和 Hippo，參與生物發育過程。這些信號通路的進化過程具有保守性，并且在其活動中廣泛存在。據此，有研究者提出以下疑問：首先，與其它通路相比，Wnt 通路有何獨特之處？其次，Wnt 通路對細胞的影響是什么？最后，為什么Wnt通路在生長的組織中如此普遍？從本質上看，Wnts 是生長刺激因子，會導致細胞增殖。在此過程中，Wnt 通路會在各個點影響細胞周期。與其他生長因子相比，Wnt 通路在誘導細胞增殖的同時，賦予生長組織定向分化的能力。在此過程中，Wnt通路充當了定向生長因子。Wnt 通路可以誘導新細胞以某種方式分化，從而形成特定組織。Wnt 通路的這種促進細胞定向分化的功能，由許多可以被 Wnt 激活的信號介導而產生，從而導致基因表達的變化，進而影響細胞骨架和有絲分裂紡錘體的改變。此外，Wnts不同類別的受體，產生一整套組合的Wnt 信號，對于在發育過程中細胞分化至關重要。在該領域的概述中，作者將主要討論 Wnt/β-catenin（又名“Wnt經典”）通路、其效應以及對疾病的影響。

Wnt信號的特異性

在任何動物的基因組中，具有多個 Wnt 基因。例如在哺乳動物中，目前已發現19 個Wnt分子。據此，一些學者提出疑問：首先，個體 Wnt 是否具有獨特或重疊功能。其次， Wnt 的獨特作用是否來自功能喪失的遺傳數據。最后，大多數 Wnt 基因在從基因組中消除時，生物會表現出不同的表型。例如，在Wnt1 突變小鼠中，具有較高比例的中腦缺陷。而在Wnt4 突變小鼠中，常見腎臟發育中的損害。此外，還有許多其他的表型特點與 Wnt 基因的丟失有關。

除了這些遺傳論點之外，單個 Wnt 信號之間也具有差異，一個重要的證據是Wnt 蛋白的高度進化保守性。Wnt 家族中的直系同源物可見于所有動物中：在哺乳動物中，Wnt1 是 Hydra 中 Wnt1 和果蠅中Wnt1 的直系同源物。值得注意的是，在Hydra 和其他刺胞動物中，具有一組與脊椎動物的Wnt對應物。如此高度的保守性表明，不同 Wnt 的內在特性對其功能很重要。

另一方面，當涉及到信號傳導機制或對靶細胞的影響時，不同的 Wnts 作用機制具有相似性。關于 Wnts 與受體 Frizzleds (FZDs) 的結合，存在廣泛的交叉反應性。此外，大多數 Wnt 蛋白會導致細胞中 β-catenin 水平升高。然而，這些研究均在體外細胞中進行，可能無法揭示不同 Wnt 信號活性或受體結合的具體機制，Wnts 有多種共同受體可以調節信號傳導。

綜合上述研究結果，功能喪失 Wnt 表型之間的差異，可歸因于 Wnt離散和獨特的表達模式。由于 Wnt 蛋白在非常接近它們產生的位置發出信號，由 Wnt 基因功能喪失引起的表型改變，取決于Wnt 的局部表達情況。此外，Wnts 之間的內在差異、它們與受體、共同受體的結合，對生物的各種發育過程也有影響。

脂質修飾的 Wnt 的產生和分泌

Wnt 蛋白充當細胞間信號，但關于 Wnt 細胞外形式和輸出機制，還有幾個未解決的問題。在合成過程中，大小為 40 kDa 且富含半胱氨酸的 Wnt 蛋白，通過附著脂質（主要為棕櫚油酸?；┻M行修飾。這種修飾在所有 Wnts 之間共享，由特殊的棕櫚酰轉移酶引起的：Porcupine。脂質主要作為FZD 的結合基序，發揮作用，但它也使 Wnt 蛋白具有疏水性，導致Wnt蛋白束縛在細胞膜上。因此，脂質可限制 Wnt 擴散及其作用范圍。

在 Wnt 蛋白成熟過程中，跨膜蛋白 Wntless/Evi (Wls) 通過脂化形式與Wnt蛋白結合，將 Wnts 運送到質膜，從而促進Wnt蛋白的分泌 (圖1 )。細胞外 Wnt 信號如何轉移到靶細胞，目前仍然是不是很清楚，但現有證據表明，Wnt蛋白不以游離形式存在的。有學者推測，Wnt 蛋白被整合到分泌囊泡或外泌體中，從而發揮作用。這些囊泡含有 Wls 以及成熟的 Wnt蛋白(圖 1 )。Wnt 蛋白以這樣的形式存在于囊泡的外部，可與受體結合。Wnt 蛋白轉移，涉及由受體 FZD 及跨膜 E3 連接酶 Rnf43/Znrf3 介導的細胞之間的直接接觸（圖 1）。

圖1.內質網中Wnt分泌模型。Porcupine通過脂質結合，對Wnts進行修飾。脂質修飾過的Wnt蛋白，其運輸受Wnness/Evi（Wls）的調控，這可能涉及核內體。Wnts分泌于胞外囊泡上，在細胞外，Notum酶作為一種脫?；福コ|，滅活Wnt。Wnt在靶細胞表明，與FZD和Wnt受體結合，細胞結合的Wnt通過細胞分裂，在組織中擴散。

一些學者曾經猜測，Wnt 信號可影響遠處組織細胞，但幾乎沒有證據表明這是主要模式。在大多數組織中，Wnt 信號傳導發生在彼此接觸的相鄰細胞之間。但是，在果蠅的Wnt配體Wingless中，可見Wnt的遠程信號傳導。最近的證據表明， WNT基因很大程度上受到膜器官束縛，形成不能擴散的蛋白質。雖然這個結果認定，Wingless 不能遠程作用，但是 Wingless 與膜囊泡或絲狀偽足結合，可支持Wingless在更長的距離上運行。已有研究證實，含有 Wingless 及其轉運蛋白 Wntless/Evi 的囊泡，存在于果蠅的神經肌肉接頭處，并與 FZD 受體相互作用。同時，一些研究也發現了 Wnt 遠距離活動的其他形式，包括 Wnt 靶細胞與其相鄰細胞之間的信號傳導。

在另一種情況下，腸隱窩的干細胞中，與 FZD 受體表達細胞結合的 Wnt 蛋白，會隨著細胞移動和分裂而被稀釋。同樣的Wnt 轉運方式，也可見于腸道類器官培養物中（圖 1）。然而，這些結果沒有解決關于 Wnt 信號傳導、遠距離運動之間存在的爭論。

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