董建婷，王瓊英，牟玉蘋，陳鑫，余靜

(蘭州大學第二醫(yī)院高血壓中心，蘭州 730000)

心肌肥厚是心肌細胞在長期壓力負荷下的一種適應性反應，以維持心臟后負荷持續(xù)增加時的心臟收縮功能，其基本細胞形態(tài)學改變及病理改變?yōu)樾募〖毎蚀?。然而，病理性心肌肥厚與心室重構有關，心肌肥厚是心血管事件有力的、獨立的心血管事件預測因子，其與高血壓、心房顫動、室性心動過速/心室顫動、心臟性猝死及新發(fā)癡呆/認知障礙等疾病的發(fā)生率增加有關[1]。目前心肌肥厚的發(fā)病機制尚不明確，可能與心肌肥厚相關的細胞信號轉導通路[AMP活化蛋白激酶/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白C1/自噬通路、胞外信號調(diào)節(jié)激酶通路、靶向沉默轉化生長因子-β激活激酶1-p38 促分裂原活化的蛋白激酶/c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)1/2信號通路、鈣調(diào)磷酸酶/活化T細胞因子c3通路等]有關[2-3]。

Wnt信號轉導通路是生物體內(nèi)一條高度保守的信號通路，能夠調(diào)節(jié)體內(nèi)多種生理和病理過程，具有廣泛的生物學意義。Wnt信號轉導通路是目前公認的調(diào)控胚胎心臟發(fā)育的主要信號通路之一。在胚胎發(fā)育早期，Wnt信號轉導通路被激活并促進心臟原基形成；在胚胎發(fā)育晚期，該通路下調(diào)以維持正常心臟的基本形態(tài)與結構；在成人正常心肌細胞中，其表達完全沉默[4]。成人心肌細胞中Wnt信號轉導通路的異常激活可導致心肌肥厚的發(fā)生，故該通路可能在心肌肥厚發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。目前臨床上尚無關于通過Wnt信號轉導通路靶向治療心肌肥厚的報道，現(xiàn)對Wnt信號轉導通路各分子信號組成在心肌肥厚發(fā)生中的具體機制及作用予以綜述，探討心肌肥厚治療的可能靶點，以期為心肌肥厚的治療提供思路。

1 Wnt信號轉導通路

1.1組成 Wnt基因在1982年首次發(fā)現(xiàn)于小鼠乳腺癌中，曾被稱為Int-1的原癌基因，隨后發(fā)現(xiàn)其與果蠅中的Wingless基因同源，故稱為 Wnt基因[5]。目前研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物體內(nèi)的Wnt是由19個Wnt親脂蛋白組成的家族，分子量為39 000～46 000，經(jīng)過廣泛的翻譯后修飾，以生物活性形式分泌[6]。根據(jù)作用將其分為Wnt1類和Wnt5a類。Wnt1類又稱經(jīng)典Wnt蛋白，包括Wnt1、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt8和Wnt8a，主要參與經(jīng)典Wnt信號轉導通路，在細胞的形成、分化、增殖、凋亡中起關鍵作用。Wnt5a類又稱非經(jīng)典Wnt蛋白，包括Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt6、Wnt7a和Wnt11，主要參與非經(jīng)典Wnt信號轉導通路，在維持細胞內(nèi)Ca2+水平、細胞極性的建立、細胞骨架重建中發(fā)揮重要作用[7]。根據(jù)信號的不同，Wnt信號轉導通路分為經(jīng)典的Wnt/β聯(lián)蛋白(β-catenin)信號轉導通路與非經(jīng)典的Wnt信號轉導通路，后者又包括Wnt/Ca2+信號通路和Wnt/平面細胞極性(the planar cell polarity，PCP)通路。

1.2作用機制 Wnt/β-catenin信號轉導通路通過多種組成成分發(fā)揮作用，包括卷曲蛋白(Frizzled，F(xiàn)zd)、低密度脂蛋白受體相關蛋白(lipoprotein-related receptor protein，LRP)5/6、β-catenin、散亂蛋白(Disheveled，Dvl)、體軸抑制蛋白、糖原合成酶激酶(glycogen synthase kinase，GSK)3β、結腸腺瘤性息肉病蛋白、酪蛋白激酶Ⅰ以及下游蛋白T細胞因子(T-cell factor，Tcf)/淋巴樣增強因子(lymphoid enhancer factor，Lef)等。Wnt/β-catenin信號通路通過以下機制發(fā)生作用[5]，無Wnt配體時，體軸抑制蛋白、結腸腺瘤性息肉病蛋白、GSK-3β、酪蛋白激酶1a和β-catenin在細胞質(zhì)中形成β-catenin降解復合物，磷酸化β-catenin，使其被泛素蛋白酶體靶向降解，細胞核內(nèi)的轉錄因子Tcf/Lef與Grouch結合，使下游靶基因的激活沉默；當Wnt配體存在時，Wnt信號轉導通路被激活，細胞膜上形成由Wnt配體、Fzd和LRP5/6組成的受體復合物，胞質(zhì)內(nèi)的Dvl被招募并與該受體復合物的胞內(nèi)區(qū)結合，Dvl被磷酸化激活后結合β-catenin降解復合物，這一過程抑制了β-catenin的磷酸化，使β-catenin從降解復合物分離，穩(wěn)定并聚集后進入細胞核，與轉錄因子Tcf/Lef結合，進一步激活Wnt信號傳導通路下游靶基因(如c-myc、c-fos、細胞周期蛋白D1等)的轉錄及表達。

在Wnt/Ca2+信號通路中，Ca2+是最核心的第二信使，由其介導的Fzd信號轉導通路可調(diào)節(jié)肌肉收縮并激活蛋白激酶C和基因轉錄等過程，對細胞內(nèi)Ca2+水平的平衡起重要作用。在胚胎生長發(fā)育過程中，細胞通過增殖和分化發(fā)育為不同的器官和組織，PCP通路被認為是維持該過程穩(wěn)定性的機制之一，如參與神經(jīng)管的形成；PCP的信號因子通過Fzd/Dvl復合物發(fā)揮作用，誘導細胞骨架重建，并建立細胞極性平衡[8]。

2 經(jīng)典Wnt/β-catenin信號轉導通路各組成與心肌肥厚

2.1Wnt/β-catenin信號轉導通路上游分子與心肌肥厚 Wnt/β-catenin信號通路的上游分子主要包括膜受體Fzd、LRP5/6及Dvl，此外，Wnt信號轉導通路拮抗分子分泌型Fzd相關蛋白(secreted fizzled related protein，sFRP)也在此水平發(fā)揮作用。

Fzd由七個跨膜受體組成，屬于Wnt蛋白的受體，目前已在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)10種不同的Fzd，不同F(xiàn)zd激活不同的Wnt通路：部分Fzd與Wnt蛋白結合后可激活Dvl信號，抑制GSK-3β的活性，從而激活經(jīng)典Wnt通路；而有些Fzd通過介導胞內(nèi)Ca2+-鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶 Ⅱ 以及蛋白激酶C激活非經(jīng)典Wnt通路[9]。Fzd的N端具有獨特的胞外區(qū)域，其中由10個高度保守的半胱氨酸殘基形成的5個二硫鍵決定了其三維形狀，這種富含半胱氨酸的結構域被認為是Fzd與Wnt蛋白相互作用的位點[10]。Cerutti等[11]通過不同高血壓/肥厚動物模型[包括自發(fā)性高血壓大鼠、里昂高血壓大鼠和雜合子TGR9(mREN2)27大鼠]觀察到Fzd2參與了心肌肥厚的發(fā)展，證實Fzd2的表達與大鼠左心室質(zhì)量指數(shù)呈正相關。但目前關于Wnt-Fzd的具體相互作用尚無全面研究，仍需進行大量動物實驗。

Fzd蛋白與Wnt蛋白結合后，還需要結合LRP5和LRP6才能激活Wnt信號通路，LRP5和LRP6均超過1 600個氨基酸，其細胞外結構在信號轉導控制中起重要的調(diào)節(jié)作用，而其細胞內(nèi)區(qū)域包含多個磷酸化位點，其磷酸化是啟動信號轉導的關鍵步驟[12]。Alapati等[13]在高氧誘導的新生兒肺損傷小鼠模型中證實，LRP5/6與肺動脈高壓及心室肥大呈正相關；缺氧性新生兒通常會發(fā)生肺損傷，引起肺動脈高血壓，可能進一步導致右心室肥大，上述改變均與Wnt/β-catenin信號轉導通路的激活有關；當通過Wnt-LRP5/6復合阻滯劑——Mesd抑制Wnt信號轉導后，肺動脈高壓和右心室肥大較前減輕，證實了阻斷LRP5/6可產(chǎn)生抗心室心肌肥厚的作用。

Dvl蛋白是細胞內(nèi)受體水平Wnt信號轉導的重要組成部分，是形成Wnt/Fzd支架復合物的重要中介。目前已發(fā)現(xiàn)3個脊椎動物Dvl功能結構域，①Dvl的N端DIX結構域，參與了體軸抑制蛋白與Fzd及LRP5/6的結合，與Wnt/β-catenin信號轉導通路有關；②Dvl中間部分的PDZ(Postsynaptic density/Discs large/Zonula occludens)結構域，可與Fzd結合；③Dvl的C端DEP結構域可與PDZ結構域共同參與PCP通路及G蛋白偶聯(lián)信號通路，與非經(jīng)典的Wnt信號通路相關[14]。van de Schans等[15]對主動脈帶扎術的小鼠模型的研究顯示，術后7 d，Dvl1 WT小鼠心肌后壁厚度增加，心肌肥大標志物(心房尿鈉肽)和(腦鈉肽)的表達水平增加1倍以上，且β-catenin表達上調(diào)，經(jīng)典Wnt通路激活，但術后4周Dvl1 KO小鼠才發(fā)生上述變化，表明Dvl1的表達與心肌肥厚有關，Dvl1基因缺失可延遲心肌肥大的發(fā)生。Hagenmueller等[16]的研究證實，Dapper-1是Dvl2介導心肌肥大和左心室重構的關鍵調(diào)節(jié)因子，過表達Dapper1小鼠心肌細胞橫截面積增大，并可誘導肥大標志物心房尿鈉肽、腦鈉肽和β肌球蛋白重鏈表達，同時小鼠體內(nèi)出現(xiàn)Dvl2高表達，證實Dvl蛋白與心肌肥厚存在正相關關系。

目前關于Wnt/Fzd通路的研究主要集中于其拮抗分子——sFRP。sFRP的N端與Fzd富含半胱氨酸的結構域序列具有30%～50%的相似性，類似于Fzd，但因缺乏穿膜區(qū)而不能和質(zhì)膜結合，其主要作用機制是通過清除細胞外Wnt抑制Wnt信號，阻止Wnt與Fzd結合，從而對該通路進行負向調(diào)控[17]。然而，在哺乳動物心臟重構和修復中sFRP的作用高度復雜，可能是Wnt通路的激活劑通過形成同質(zhì)或異質(zhì)sFRP復合物增加細胞內(nèi)β-catenin的積累，以利于Wnt信號轉導[18]。一項關于野生型小鼠和sFRP-1缺乏小鼠的實驗發(fā)現(xiàn)，隨著實驗的進行，sFRP-1基因缺失小鼠的死亡率與野生型小鼠比較差異無統(tǒng)計學意義；但隨小鼠月齡的增加，sFRP-1基因缺失小鼠逐漸出現(xiàn)心臟結構異常和功能障礙，除心功能惡化和大量心肌纖維化外，還觀察到擴張型心肌病的所有特點；sFRP-1缺失導致老年心臟中Wnt配體(Wnt 1、3、7b和16)、Wnt靶基因Wnt1誘導信號通路蛋白1和Lef1的表達增加，與β-catenin蛋白水平升高有關，提示sFRP-1基因表達下降，可能增加Wnt1誘導信號通路蛋白1及β-catenin在缺血性擴張型心肌病中的表達[19]。

2.2細胞質(zhì)內(nèi)β-catenin聚集與心肌肥厚 Wnt/β-catenin信號通路作用機制部分提到，在Wnt信號產(chǎn)生的情況下，細胞質(zhì)內(nèi)β-catenin磷酸化被抑制，β-catenin降解復合物分離，使β-catenin在細胞質(zhì)中穩(wěn)定并聚集。目前較多研究集中于β-catenin和GSK-3β。

β-catenin是一組分子量在80 000左右的蛋白質(zhì)，也是Wnt/β-catenin信號通路的核心分子。β-catenin在細胞中有兩種不同功能[20]：①β-catenin是鈣黏蛋白-聯(lián)蛋白細胞黏附復合物的一部分；②β-catenin是基因轉錄的重要調(diào)節(jié)因子。目前Wnt通路的大量基礎實驗都集中于β-catenin。β-catenin有多個磷酸化位點，其功能狀態(tài)由其磷酸化和穩(wěn)定狀態(tài)決定。β-catenin信號在體外和體內(nèi)均可誘導心肌細胞肥大的發(fā)生。Lee等[21]的研究證實，急性心肌梗死患者體外心肌細胞以及自發(fā)性高血壓大鼠心臟組織中均存在β-catenin表達和核易位升高；且β-catenin過表達通過激活胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2、JNK和p38使心肌細胞發(fā)生肥厚性反應。β-catenin在不同心肌肥大實驗中的作用不同，Khan等[22]對使用GSK-3β抑制劑CHIR99021缺血再灌注損傷心肌細胞模型的實驗發(fā)現(xiàn)，河馬信號通路的主要信號Yes相關蛋白1與β-catenin在抑制缺血再灌注損傷后細胞肥大的過程中具有協(xié)同作用。然而，Baurand等[23]的研究顯示，血管緊張素(angiotensin，Ang)Ⅱ灌注2周的β-catenin特異性缺乏小鼠的心肌細胞出現(xiàn)肥大反應，而β-catenin穩(wěn)定表達小鼠的心肌細胞較基線時的橫截面積減小，且未出現(xiàn)AngⅡ所致的肥大反應。上述研究結果的差異可能與不同模型導致心肌細胞的不同反應有關，穩(wěn)定的β-catenin足以誘導心肌細胞肥大，但其確切作用仍需深入研究。

GSK-3β是一種普遍存在的絲氨酸/蘇氨酸激酶，在多種細胞功能中起至關重要的作用，如代謝、基因表達及細胞骨架完整性的維持，主要包括GSK-3α和GSK-3β兩個亞型[24]。GSK-3β能夠廣泛磷酸化底物并抑制其活性，決定性地介導β-catenin依賴和獨立的級聯(lián)反應。在一項試驗中，阿司匹林有效逆轉了主動脈縮窄小鼠模型和AngⅡ誘導的血管平滑肌肥大模型中的β-catenin上調(diào)以及GSK-3β下調(diào)，并可抑制心肌肥大的發(fā)生，證實GSK-3β在Wnt通路中具有負向調(diào)控作用[25]。Zhang等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，抑制GSK-3β信號有利于保護心肌細胞，但對心肌肥厚不利；在GSK-3β基因敲除小鼠左心室功能明顯提高，而未敲除GSK-3β基因小鼠未存活。

2.3Wnt/β-catenin信號轉導通路下游分子與心肌肥厚 β-catenin不含DNA結合結構域，因此為了調(diào)控基因的表達，穩(wěn)定并聚集到細胞核中的β-catenin需要與轉錄因子形成復合物。在細胞核中，β-catenin與Tcf/Lef結合激活Wnt信號靶基轉錄。Tcf/Lef蛋白屬于核蛋白高遷移率族蛋白超家族，是Wnt信號通路的主要下游效應因子[27]。目前研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動物Tcf/Lef家族包括Tcf7、Lef1、Tcf7L1和Tcf7L2四個核因，也稱為Tcf1、Lef1、Tcf3、Tcf4，其中結合Tcf1和Tcf4的β-catenin復合物可以作為下游靶基因的激活劑[28]。Tcf/Lef蛋白與心肌肥厚呈正相關，在AngⅡ誘導的新生大鼠心肌細胞肥大模型中，AngⅡ通過超氧化物歧化酶蛋白激酶B/GSK-3β/β-catenin/Tcf/Lef途徑激活誘導Wnt1誘導信號通路蛋白1的表達，Tcf/Lef蛋白的表達增加，而AT1拮抗劑氯沙坦預處理以及敲除Wnt1誘導信號通路蛋白1均可顯著抑制該效應[29]。

c-myc是Wnt通路的下游靶基因，屬于原癌基因，是調(diào)控細胞周期和增殖的主要基因。c-myc與心肌肥厚呈正相關，在1型糖尿病小鼠造模成功4周后，糖尿病組小鼠心肌細胞中β-catenin、心房鈉尿肽前體A基因及c-myc表達上調(diào)，心肌肥厚發(fā)生；而使用β-catenin核轉錄抑制劑(ICRT 14)小鼠心肌細胞中β-catenin、心房鈉尿肽前體A基因及c-myc的表達下調(diào)[30]。

幾乎所有Wnt信號分支都參與了心肌肥厚的調(diào)節(jié)。成年雄性C57BL/6J小鼠接受主動脈縮窄術或假手術，在主動脈縮窄手術后4周內(nèi)每天腹腔注射Wnt信號通路阻滯劑——重樓皂苷Ⅰ，通過超聲心動圖和組織學分析發(fā)現(xiàn)，重樓皂苷Ⅰ減弱了主動脈縮窄引起的心臟肥大，表現(xiàn)為心臟質(zhì)量降低、心肌細胞橫截面積縮小、心臟纖維化減弱以及肥大生物標志物(心房鈉尿肽、腦鈉肽和β-MHC)降低，且β-catenin/總β-catenin、GSK-3β、c-myc、c-jun、c-fos表達水平降低；此外，重樓皂苷Ⅰ還可改善AngⅡ誘導的體外心肌細胞肥大[31]。

3 非經(jīng)典Wnt信號轉導通路與心肌肥厚

有些Wnt蛋白(包括Wnt1、Wnt5a和Wnt11等)不依賴經(jīng)典Wnt/β-catenin通路，不產(chǎn)生內(nèi)源性β-catenin累積信號，而是需要非經(jīng)典Wnt信號轉導通路(如Wnt/Ca2+信號通路和Wnt/PCP信號通路)的參與。非經(jīng)典通路的激活同樣需要激活胞質(zhì)內(nèi)Dvl，以募集下游蛋白。

Wnt/Ca2+信號通路主要通過激活Ca2+相關的酶[鈣調(diào)蛋白依賴激酶Ⅱ(calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)、鈣調(diào)磷酸酶及鈣調(diào)素等]發(fā)揮作用[32]。CaV1.2通道、CaMKⅡ和鈣調(diào)素調(diào)節(jié)細胞內(nèi)Ca2+水平，細胞內(nèi)Ca2+水平與心肌肥大有關。體內(nèi)實驗顯示，異丙腎上腺素刺激可引起SD大鼠心臟及心肌細胞肥大，且CaV 1.2通道在體內(nèi)和體外模型中的表達無差異，但異丙腎上腺素刺激誘導的CaV 1.2通道活性增加，Ca2+水平升高；異丙腎上腺素組CaMKⅡ和磷酸化CaMKⅡ的表達水平均升高，鈣調(diào)素表達水平下降，表明心肌肥厚時，細胞內(nèi)Ca2+水平增加，CaMKⅡ與CaV1.2的結合能力增強，與鈣調(diào)素相比，CaMKⅡ可能是更重要的逆轉心肌肥厚的藥物靶點[33]。

在Wnt/PCP途徑中，Wnt蛋白與細胞表面的Fzd結合后通過活性氧類/JNK/轉錄因子ⅡB相關因子1途徑激活JNK等的表達，從而輔助細胞骨架組織和基因表達的調(diào)控。去氧腎上腺素誘導建立SD大鼠乳鼠心肌細胞肥大模型，去氧腎上腺素劑量依賴地引起心肌細胞內(nèi)活性氧類的生成增多、JNK活化以及轉錄因子ⅡB相關因子1表達增多；而JNK抑制劑可抑制JNK的激活，進而抑制心肌細胞肥大[34]；在此研究中，新型鈣通道阻滯劑碘化N-正丁基氟哌啶醇可抑制肥大心肌細胞中活性氧類的生成，并抑制JNK的活化，從而拮抗心肌肥厚的發(fā)生，因此Wnt/Ca2+信號通路與Wnt/PCP信號通路可能共同參與調(diào)節(jié)心肌肥厚的發(fā)生，但仍需進一步研究的證實。

目前對于非經(jīng)典Wnt信號轉導通路在心肌肥厚發(fā)生機制中作用的研究有限，尚不明確其具體調(diào)節(jié)過程及相互作用，且非經(jīng)典Wnt信號轉導通路與經(jīng)典Wnt信號轉導通路之間的相互作用亦不清楚，需要更多研究的證實。

4 小 結

Wnt信號轉導通路與多種生理功能和疾病相關，大量配體、受體參與該通路，可在不同分子水平上對生物體進行調(diào)控。目前有關Wnt信號通路中相關分子組成的研究結果尚不一致，如激活GSK-3β可能抑制心肌肥厚或促進心肌細胞凋亡，導致上述結果的原因可能與實驗動物模型、干預藥物以及其他變量之間的差異有關。此外，幾乎所有Wnt/β-catenin信號轉導通路的成分都至少在一個非編碼RNA調(diào)控下表達，其中一些非編碼RNA在心肌肥厚中的意義已經(jīng)被報道[35]。因此，需要更多研究來揭示W(wǎng)nt信號轉導通路中各分子信號參與心肌肥厚的復雜機制及相互調(diào)控，以為心肌肥厚的靶向治療提供新的思路及實驗依據(jù)。