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(中南大學湘雅藥學院藥理學系，湖南 長沙 410008)

Wilms腫瘤基因(Wilms’ tumor gene, WT1)位于染色體11p13處，因首次在兒童腎癌腎母細胞瘤(Wilms腫瘤)中克隆出來而得名[1]。哺乳動物WT1基因長約50 kb，包含10個外顯子，其在C端DNA結合區(qū)域有4個鋅指樣結構，是一種鋅指樣轉(zhuǎn)錄因子，具有多種轉(zhuǎn)錄特性，可以通過激活或者抑制靶基因影響細胞增殖、生長、凋亡等[2]；此外，WT1能夠維持上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT )和間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化(MET)之間的平衡[3]。在哺乳動物體內(nèi)，WT1基因可以通過轉(zhuǎn)錄起始位點、翻譯起始位點、選擇性剪切和RNA修飾的形式相結合產(chǎn)生36種潛在的亞型，在這36種潛在亞型中，常見亞型有4種：在第3和第4鋅指結構之間包含賴氨酸，蘇氨酸和絲氨酸(+KTS)和缺少這三種氨基酸(-KTS)這兩種亞型，以及在第5外顯子區(qū)域，通過選擇性剪切產(chǎn)生的含中間17個氨基酸(+17AA)和缺少這17個氨基酸(-17AA)兩種亞型，分別標記為亞型A(-17AA/-KTS;-/-)、亞型B(+17AA/-KTS;+/-)、亞型C(-17AA/+KTS;-/+)和亞型D(+17AA/+KTS;+/+)[4]。研究報道，WT1這4種亞型的功能可能存在差異[5-6]：例如，在調(diào)控三陰性乳腺癌細胞血管生成擬態(tài)和轉(zhuǎn)移過程中，亞型B和C過表達細胞系能夠明顯增強血管生成擬態(tài)形成能力，且細胞遷移率更高；在髓性白血病中，亞型D高表達于慢性和急性患者，亞型B在急性患者中表達高于慢性患者，而亞型C則主要在慢性患者中高表達，提示W(wǎng)T1各個亞型有望成為輔助診斷髓性白血病的分子標記。目前有關WT1的研究主要集中在腫瘤方面；近年來研究表明，WT1 基因還參與了生長發(fā)育調(diào)控及一些非腫瘤性疾病的發(fā)生。

1 WT1與生長發(fā)育

WT1編碼的蛋白對于一些組織器官的發(fā)育是必不可少的。在胎兒發(fā)育時期，WT1對腎臟、性腺、脾臟等器官的發(fā)育至關重要，胚胎小鼠WT1基因敲除可出現(xiàn)腎臟、性腺和脾臟發(fā)育缺陷，在發(fā)育中期則可因冠狀動脈血管發(fā)育缺陷而死亡。WT1基因敲除小鼠出生后亦可出現(xiàn)腎小球硬化、胰腺和脾臟萎縮、骨組織和脂肪嚴重減少以及紅細胞生成障礙等[7]。WT1還參與心外膜的分化和再生以及心臟血管形成，在維持心臟正常發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

1.1 WT1和腎臟發(fā)育腎臟在發(fā)育過程中，可形成前腎、中腎和后腎；前腎和中腎是暫時性的器官，在胚胎發(fā)育過程中逐漸退化，后腎則發(fā)育成永久性腎臟。功能性腎臟發(fā)育主要依賴于后腎基質(zhì)細胞和來自中胚層的輸尿管交互作用。WT1基因首先表達于中胚層，進而表達于各類細胞，調(diào)控后腎的發(fā)育。腎間質(zhì)細胞經(jīng)過間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)換最終形成腎元，而在逗號小體發(fā)育期和S小體發(fā)育期，間質(zhì)細胞中WT1表達水平持續(xù)升高。在成熟的腎臟中，WT1的表達局限于腎小球足細胞，調(diào)控足細胞的發(fā)育，從而維持腎小球濾過屏障完整；成熟足細胞中WT1缺失能夠激活足細胞Notch信號，參與腎小球硬化癥早期發(fā)病過程[8]。研究報道，胰島素樣生長因子結合蛋白5 (IGFBP5) 表達能夠調(diào)控后腎發(fā)育過程中上皮的形成，在后腎原基細胞中與WT1共表達，抑制WT1蛋白的表達能夠顯著抑制IGFBP5的轉(zhuǎn)錄，腎臟形成從而受到嚴重影響，因此，WT1激活IGFBP5基因的表達可能是腎臟形成過程中重要的調(diào)控機制[9]。另外，視黃酸(RA)號對腎臟發(fā)育必不可少，RA合成酶ALDH1A1、ALDH1A2 和ALDH1A3在腎器官形成和腎元分化過程中呈現(xiàn)復雜的動態(tài)表達模式：在S小體管狀結構分化過程和輸尿管芽結構發(fā)育過程中，可檢測到ALDH1A1和ALDH1A3表達，但在足細胞分化階段并不表達ALDH1A1和ALDH1A3；ALDH1A2主要表達在基質(zhì)，其在逗號小體近端表達很弱，但在S小體和第三階段腎元發(fā)育期呈一過性高表達，但是在第四期腎元的足細胞中表達急劇下降。WT1能夠負向調(diào)控ALDH1A1、ALDH1A2 、ALDH1A3，進而參與腎臟發(fā)育的整個過程[10]。WT1基因發(fā)生突變會影響腎臟的正常發(fā)育和功能，可導致各種腎臟疾病，甚至出現(xiàn)終末期腎功能衰竭。

1.2 WT1和心臟發(fā)育心臟是胚胎發(fā)育過程中第一個形成并發(fā)揮功能的器官，負責哺乳動物胚胎中營養(yǎng)和氧氣的輸送。心外膜經(jīng)過上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生心血管祖細胞，祖細胞最終分化成冠狀動脈平滑肌細胞、內(nèi)皮細胞、血管周細胞、心臟間質(zhì)成纖維細胞和心肌細胞等，各細胞間的“對話”對心臟的發(fā)育至關重要[11]：例如，在心臟形成過程中，內(nèi)皮細胞一方面形成血管腔維持心肌細胞的血氧和營養(yǎng)物質(zhì)供應，另一方面通過自分泌和旁分泌途徑與心肌細胞“對話”調(diào)節(jié)心肌細胞發(fā)育與舒縮功能[12]。在胚胎心臟形成過程中，WT1可在心外膜細胞及其衍生細胞如內(nèi)皮細胞中表達，調(diào)控胚胎發(fā)育過程上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及相關細胞的分化，而敲除WT1能夠明顯減少心臟間充質(zhì)干細胞及其衍生細胞生成[13]。在成熟心臟冠狀動脈內(nèi)皮細胞中，存在WT1陽性表達，而WT1基因沉默則能夠抑制內(nèi)皮細胞增殖[14]。在小鼠心肌梗死模型中，心臟內(nèi)皮細胞中WT1表達一過性上調(diào)[15]。WT1基因可通過調(diào)控SnaiI、CdhI轉(zhuǎn)錄，調(diào)控β-catenin和RALDH2 信號通路來參與心外膜內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，進而來調(diào)節(jié)心肌細胞生長和冠脈系統(tǒng)形成[16]。上述研究提示，WT1不僅參與了心血管系統(tǒng)的發(fā)育成熟，而且對于維持正常心血管功能亦發(fā)揮重要作用。

1.3 WT1與間充質(zhì)干細胞分化分別分離C57雄性小鼠附睪、腸系膜、腹膜后、網(wǎng)膜、心外膜、腎周內(nèi)臟脂肪組織、腹股溝皮下白色脂肪組織以及棕色脂肪組織進行消化離心，獲得具有干細胞特性的基質(zhì)血管組分(SVF)，利用譜系分析顯示，內(nèi)臟SVF中存在大量WT1陽性細胞，而皮下SVF、棕色SVF以及成熟的脂肪細胞幾乎檢測不到WT1陽性細胞存在，因此WT1被視為內(nèi)臟脂肪干細胞的特異性標記之一[17]。在人內(nèi)臟脂肪干細胞分化過程中，WT1能夠促進視黃酸(RA)合成，阻礙內(nèi)臟脂肪干細胞早期成脂作用[18]。肝臟間充質(zhì)干細胞(HSCs)亦來源于WT1陽性表達的細胞群，WT1能夠直接影響HSCs分化，其機制可能也與肝臟受損后，RA生成增加有關，DNA甲基化是調(diào)控多功能干細胞分化的重要機制，WT1能夠與甲基胞嘧啶加雙氧酶Tet2結合，促進DNA甲基化和轉(zhuǎn)錄激活，進而調(diào)節(jié)HSCs分化[19]。

2 WT1和疾病

WT1基因具有4個C2H2鋅指結構，這些特殊的結構區(qū)域?qū)Χ喾NRNA、DNA和蛋白具有很強的結合能力，從而參與多種生物學過程。該基因突變會改變鋅指結構域與RNA、DNA和蛋白的結合能力而導致功能異常，最終參與多種疾病，尤其是腫瘤性疾病的發(fā)生發(fā)展。有趣的是，隨著對WT1基因研究的不斷深入，我們發(fā)現(xiàn)WT1不僅參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展，其也參與了糖尿病腎病、高血壓和肥胖等多種非腫瘤性疾病的發(fā)病。

2.1 WT1和肥胖脂質(zhì)代謝與脂肪細胞分化異常導致能量攝入與消耗不平衡是誘發(fā)肥胖的直接原因，而肥胖與高脂血癥、高血壓、代謝綜合征、冠心病、房顫、抑郁等心血管等疾病密切相關[20]，同時也與肝癌、前列腺癌、乳腺癌、結腸癌等多種癌癥存在關聯(lián)[21]。肥胖可以分為由內(nèi)臟脂肪堆積引起的腹型肥胖和由皮下脂肪堆積引起的周圍型肥胖；大量研究表明，內(nèi)臟脂肪堆積是胰島素抵抗、糖尿病等代謝性疾病及動脈粥樣硬化、高血壓等發(fā)病的關鍵因素[22]，而皮下脂肪則可能發(fā)揮保護作用：例如，高脂飲食誘導肥胖和2型糖尿病的C57BL/6J雄性 小鼠，在其皮下白色脂肪中組織注射合成的脂肪性“雞尾酒”(基質(zhì)凝膠，凝膠微球，和bFGF)以促進脂肪分化，發(fā)現(xiàn)注射10周后，小鼠的葡萄糖耐量以及對胰島素的敏感性得以顯著改善[23]；對健康、超重/中度肥胖的成年受試者內(nèi)臟脂肪組織、皮下脂肪組織進行計算機斷層掃描和胰島素敏感性檢測，結果顯示內(nèi)臟脂肪組織比重越高，胰島敏感性越差，而皮下脂肪組織比重越高則其對胰島素敏感性越好[24]。皮下脂肪的這種保護作用機制并不太清楚，可能與皮下脂肪庫中產(chǎn)熱脂肪活性較高有關。哺乳動物體內(nèi)存在3種不同的脂肪：白色脂肪、米色脂肪與棕色脂肪，白色脂肪以儲能為主，棕色脂肪來源于Mfy5+細胞，高表達解偶聯(lián)蛋白Ucp1，通過解偶聯(lián)呼吸作用將能量轉(zhuǎn)化為熱能；米色脂肪主要存在于皮下白色脂肪庫中，是一種新型產(chǎn)熱脂肪，基礎狀態(tài)下Ucp1的水平介于白色脂肪與棕色脂肪之間，在冷暴露、β-腎上腺激素受體激動劑、cAMP誘導下，白色脂肪庫中米色脂肪活性顯著增高，解偶聯(lián)蛋白Ucp1表達增加，從而發(fā)揮耗能產(chǎn)熱的功能[25]。研究發(fā)現(xiàn)，WT1高表達可促進內(nèi)臟脂肪干細胞中視黃酸(RA)的生成，從而阻礙早期成脂，發(fā)揮抑制白色脂肪的分化作用[26]。2014年， Paul,等研究發(fā)現(xiàn)，WT1敲除小鼠的脂肪組織基質(zhì)血管組分(SVF)中產(chǎn)熱脂肪形成相關基因Cidea、Prdm16、Ucp1 mRNA水平顯著上調(diào)[27]，提示W(wǎng)T1可能參與內(nèi)臟白色脂肪脂肪向米色脂肪轉(zhuǎn)化調(diào)控。

2.2 WT1和高血壓眾所周知，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)在高血壓等心血管疾病發(fā)病中地位重要，血漿高腎素水平可作為高血壓的生物學標記之一[28]。研究報道，缺失三個氨基酸的WT1剪切異構體WT1(-KTS) 能夠抑制腎素基因的轉(zhuǎn)錄，而WT1(-KTS) 發(fā)生突變后會導致血漿中腎素水平升高，增加高血壓發(fā)病風險[29]。研究發(fā)現(xiàn)，雄性自發(fā)性高血壓SHR大鼠出生4周左右便可出現(xiàn)腎小球膠原纖維沉積，腎功能受損，伴隨腎皮質(zhì)WT1表達下調(diào)[30]，提示W(wǎng)T1不僅通過調(diào)節(jié)RAAS參與高血壓發(fā)病，可能還與高血壓腎病等并發(fā)癥密切相關。內(nèi)皮細胞維生素D受體(VDR)在維持內(nèi)皮細胞功能和控制血壓中起著重要作用，使用VDR激動劑能夠引起血管內(nèi)皮功能紊亂進而導致高血壓等一系列的心血管疾病；VDR基因突變小鼠一氧化氮合成酶(NOS)表達下調(diào)，一氧化氮(NO)合成降低，可引起內(nèi)皮功能紊亂[31]。用cDNA陣列雜交分析發(fā)現(xiàn)，VDR是WT1基因的下游基因，人類WT1基因可與VDR啟動子結合，從而激活VDR基因表達[32]。

2.3 WT1和糖尿病腎病糖尿病腎病 (diabetic nephropathy，DN) 是一種危害性較大的糖尿病慢性并發(fā)癥，可出現(xiàn)腎小球肥大/ 硬化、基底膜增厚、間質(zhì)纖維化等病變，最后引起不同程度的蛋白尿甚至嚴重的腎功能障礙[33]。在腎臟發(fā)育過程中，WT1基因在間質(zhì)細胞和腎小球上皮細胞表達，能夠使間質(zhì)細胞和腎小球上皮細胞轉(zhuǎn)化為成熟的足細胞，并調(diào)控足細胞的增殖與分化。足細胞損傷是糖尿病腎病發(fā)病的早期特征，糖尿病腎病患者足細胞數(shù)量減少，功能受損；臨床上通過WT1免疫染色計算足細胞數(shù)，進而根據(jù)足細胞的數(shù)量診斷糖尿病腎病，因此，WT1陽性表達的足細胞數(shù)少于正常水平被認為是足細胞損傷的早期生物標記。研究報道，C-Maf誘導蛋白CMIP在足細胞相關疾病中過度增生，并且能夠改變細胞內(nèi)信號。在生理條件下WT1是CMIP的抑制因子，WT1基因能夠與其啟動子區(qū)域結合進而抑制其轉(zhuǎn)錄誘導，從而維護腎臟功能[34]。另外，下調(diào)WT1表達能夠招募低密度脂蛋白受體相關蛋白(LRP6)激活Wnt/β-catenin 信號通路， 而β-catenin激活能夠促進足細胞功能紊亂和細胞凋亡，誘發(fā)蛋白尿形成[35]；而且β-catenin可觸發(fā)泛素介導的WT1蛋白降解，進一步降低WT1水平；而增加WT1表達水平則能夠維護足細胞結構的完整性，減少足細胞凋亡和氧化應激損傷，對 β-catenin 誘導的足細胞損傷可發(fā)揮保護作用[36]，從而延緩糖尿病腎病進程。

3 展 望

WT1基因具有鋅指結構域，可以與DNA、RNA、蛋白結合，從而發(fā)揮廣泛的生物學作用。既往主要關注的是WT1在腫瘤中的作用，但對其在生理功能調(diào)控及及非腫瘤性疾病中的作用及機制并不十分清楚。隨著人們生活水平的提高和生活方式的轉(zhuǎn)變，肥胖及相關代謝性疾病已日益成為繼腫瘤之后嚴重危害人類健康的公共衛(wèi)生問題；WT1是內(nèi)臟脂肪特異性標記因子之一，其在內(nèi)臟脂肪干細胞中表達水平較高，但其對內(nèi)臟脂肪細胞分化與功能是否具有調(diào)控作用，以及是否參與肥胖及其相關代謝性疾病的發(fā)病，目前知之甚少。深入探討WT1基因在生長發(fā)育和代謝性疾病中的作用及機制，可為代謝性疾病等非腫瘤性疾病的防治提供新的依據(jù)。

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