張香紅 王薈薈 黃小燕 趙巖 余勤

2.730000 甘肅 蘭州，蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease COPD)是一種以持續(xù)的呼吸道癥狀和進(jìn)行性氣流受限為特征，可以治療和預(yù)防的慢性炎癥性疾病[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)COPD在全球的患病率約為10.1%[2],我國2018年大規(guī)模流行病學(xué)調(diào)查研究顯示COPD在40歲及以上人群中的患病率為13.7%[3]。其高患病率、高死亡率及高致殘率的特征給全球各國家造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和慢性病管理負(fù)擔(dān)，目前COPD已位居全球死亡原因的第3位，世界疾病經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的第5位[4]。COPD的發(fā)病機(jī)制目前尚未完全明確，主要認(rèn)為與肺部炎癥、氧化應(yīng)激、蛋白酶和抗蛋白酶失衡有關(guān)。現(xiàn)大量研究顯示W(wǎng)nt信號通路相關(guān)調(diào)控因子參與了COPD的發(fā)生過程，盡早了解其在COPD中的調(diào)控機(jī)制可能為臨床COPD的防治提供新思路。本文就Wnt信號通路在COPD中的研究進(jìn)展做一綜述。

Wnt信號通路概述

Wnt基因最早于1982年Nusse和Varmus在尋找小鼠乳腺腫瘤病毒優(yōu)先整合位點(diǎn)時發(fā)現(xiàn)并命名為Int1，后來發(fā)現(xiàn)該基因與果蠅的無翅(Wingless)基因同源，因此重新命名為Wnt[5]。由Wnt基因調(diào)控的信號傳導(dǎo)途徑稱為Wnt信號通路,廣泛參與各種生物的胚胎發(fā)育、組織分化及細(xì)胞繁殖、遷移、凋亡等，是近年來分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和腫瘤學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。目前在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的Wnt蛋白有19種，其中在肺發(fā)育過程和成人肺中表達(dá)的有Wnt2、Wnt3A、Wnt4、Wnt5、Wnt7、Wnt10、Wnt11和Wnt13[6]。根據(jù)Wnt信號通路的激活是否依賴β-catenin分為經(jīng)典Wnt信號通路(即Wnt/β-catenin通路)和非經(jīng)典Wnt信號通路(包括Wnt/Ca2+通路、Wnt/PCP通路及調(diào)節(jié)紡錘體定向和不對稱細(xì)胞分裂的細(xì)胞內(nèi)通路)[7]。

一、經(jīng)典Wnt信號通路

Wnt/β-catenin信號通路由Wnt蛋白、卷曲蛋白(frizzled,FZD)受體家族、低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5和6(low-density lipoprotein-relatedprotein, LRP5/6LRP 5/6)、散亂蛋白(disheveled, DVL)、β-catenin降解復(fù)合體(由糖原合成酶激酶3βglycogen synthase kinase-3βGSK 3β、軸突蛋白 Axin、大腸腺瘤樣息肉蛋白 adenomatous polyposis coli APC 和酪蛋白激酶-1 casein kinase CK-1組成)、β-catenin、T細(xì)胞因子/淋巴樣增強(qiáng)因子(T cell-specific transcription factor/lymphoid enhancer-bindingfactor, TCF/LEF)等共同參與調(diào)控。在Wnt信號處于關(guān)閉狀態(tài)時，細(xì)胞質(zhì)中的β-catenin與β-catenin降解復(fù)合體結(jié)合發(fā)生磷酸化并被泛素-蛋白酶體降解，使細(xì)胞質(zhì)中β-catenin維持較低水平，而阻止其轉(zhuǎn)移入細(xì)胞核發(fā)揮作用。當(dāng)Wnt信號通路激活時，胞外的Wnt蛋白與FZD受體家族和Lrp5/6共受體在質(zhì)膜上結(jié)合，使細(xì)胞內(nèi)DVL被活化并向質(zhì)膜遷移，活化的DVL與Axin結(jié)合破壞了β-catenin降解復(fù)合體，使β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中積聚，積聚的β-catenin易位進(jìn)入細(xì)胞核與TCF/LEF結(jié)合，促進(jìn)下游相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄。

二、非經(jīng)典Wnt信號通路

非經(jīng)典Wnt通路是Wnt蛋白(主要為Wnt5A、Wnt5B和Wnt11)與細(xì)胞表面FZD受體和酪氨酸激酶樣孤獨(dú)受體2(ROR2)/受體相關(guān)酪氨酸酶(RYK)共受體傳遞給DVL依賴型效應(yīng)分子和Ca2+依賴型信號級聯(lián)而參與細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。其中Wnt/PCP通路主要通過激活DVL依賴效應(yīng)分子RHOA和RAC1，RAC可進(jìn)一步激活c-Jun氨基末端激酶而發(fā)揮作用, Wnt/PCP通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)動、定向和極性中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Wnt/Ca2+通路通過異源三聚體G蛋白激活磷脂酶C，生成二酰甘油和1，4，5-三磷酸肌醇使細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，胞漿內(nèi)升高的Ca2+進(jìn)一步激活蛋白激酶C、鈣調(diào)蛋白依賴性激酶Ⅱ和磷酸酶鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶調(diào)節(jié)下游信號，在該通路中Nemo樣激酶通過磷酸化Tcf/Lef轉(zhuǎn)錄因子而抑制經(jīng)典WNT信號通路[8]。

Wnt信號通路在COPD中的作用

一、Wnt信號通路與慢性氣道炎癥

慢性氣道炎癥是COPD的重要特征，主要以外周氣道中炎癥細(xì)胞的浸潤以及促炎介質(zhì)的釋放增加為特點(diǎn)，可引起氣道結(jié)構(gòu)變化進(jìn)而導(dǎo)致不可逆的進(jìn)行性氣流受限和肺功能下降[9]。香煙煙霧(Cigarette smoke CS)和有害顆粒的吸入與COPD的慢性氣道炎癥有關(guān)。早期Heijink等[10]研究發(fā)現(xiàn)在COPD患者的上皮細(xì)胞中Wnt-4蛋白和mRNA的表達(dá)明顯高于正常人，后來給予外源性Wnt-4處理人支氣管上皮細(xì)胞(Human bronchial epithelial cells HBECs)增加了其IL-8、IL-6、CCL2、CCL5的分泌和磷酸化的p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinasep38MAPK)的活性，提示W(wǎng)nt-4參與了COPD的氣道炎癥。后來Durham等[11]的研究也證實(shí)了Wnt-4在COPD的上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)明顯上調(diào)，且Wnt4的增加通過p38MAPK途徑參與氣道上皮IL8的表達(dá)和CXCL8的分泌，并推測出氧化應(yīng)激是COPD中Wnt4表達(dá)的主要驅(qū)動因素。Hyung等[12]發(fā)現(xiàn)香煙煙霧提取物(Cigarette smoke extract CSE)通過誘導(dǎo)ROS和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激而上調(diào)CCN1的表達(dá)，進(jìn)而激活Wnt通路中的Lrp6受體和Dvl 2觸發(fā)β-catenin從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到胞漿和細(xì)胞核，使肺上皮細(xì)胞釋放IL-8。CCN1是一種富含半胱氨酸的分泌蛋白，在多種細(xì)胞中均有表達(dá)[13]。Guo[14]等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)β-catenin mRNA、FZD 4mRNA和GSK 3βmRNA在吸煙的COPD肺組織中表達(dá)明顯低于對照組(P<0.05)， CSE的暴露降低了Wnt3A、FZD 1、FZD 4、β-catenin，TCF4， MMP-2，MMP-9在HBECs的表達(dá)，而p38MAPK水平明顯升高，表明吸煙是COPD患者氣道上皮中Wnt/β-catenin信號活性降低的關(guān)鍵因素之一。后來使用β-catenin激活劑SB216763明顯減輕了CS誘導(dǎo)的HBECs支氣管周圍炎癥細(xì)胞的浸潤并降低白細(xì)胞及巨噬細(xì)胞計(jì)數(shù)和炎性因子TNFα、IL-1的分泌，同時p38MAPK水平降低。過氧化物酶體增殖物激活受體δ(Peroxisome proliferator-activated receptor δPPARδ)是Wnt/β-catenin的下游靶點(diǎn)，受β-catenin/TCF信號的調(diào)節(jié)，它的表達(dá)可抑制p38MAPK活性及TNF-α和IL-1的分泌[15]。他們的研究表明CS誘導(dǎo)的氣道炎癥與Wnt/β-catenin信號的降低有關(guān)，而激活Wnt/β-catenin信號通路可能通過PPARδ/ p38MAPK在CS誘導(dǎo)的氣道炎癥中起保護(hù)作用。分泌型卷曲相關(guān)蛋白(ecreted frizzled related proteins,SFRPs)是 Wnt信號通路抑制劑，Zhou等人最新研究顯示SFRP2在COPD患者血清和CSE暴露的HBECs細(xì)胞中明顯升高，基因敲除SFRP2后可抑制CSE暴露的HBECs中炎性因子IL-6和TNF-α的升高并下調(diào)Th17/Treg細(xì)胞的比例[16]。Cui等在實(shí)驗(yàn)中用Wnt/β-catenin通路激活劑LiCl干預(yù)CSE暴露的57BL/6J小鼠后支氣管肺泡灌洗液和組織勻漿中IL-6水平較前下降[17]，提示激活Wnt/β-catenin通路在抑制肺部炎癥反應(yīng)中也具有重要作用。除此之外，非經(jīng)典Wnt信號通路也參與了氣道炎癥的發(fā)生。Van Dijk等[18]報(bào)道與對照組相比，Wnt-5B可通過FZD 2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)COPD患者炎癥細(xì)胞因子IL-6和CXCL 8的表達(dá)，并通過TAK1及下游MAPK和NF-KB信號通路發(fā)揮作用。Wang等[19]發(fā)現(xiàn)Wnt5A在CSE和PM2.5環(huán)境中暴露的小鼠和HBECs 均明顯上調(diào)，給予Wnt5A拮抗劑后HBECs分泌的IL-6和IL-8明顯下降，同時還證實(shí)Wnt5a通過ERK途徑促進(jìn)和加重CSE誘導(dǎo)的氣道炎癥，提示W(wǎng)nt5a可能成為COPD環(huán)境下治療氣道炎癥的潛在靶點(diǎn)。另外也有報(bào)道顯示FZD8在慢性支氣管炎中有促炎作用[20]。綜上所述Wnt信號通路以不同方式參與了COPD中的慢性氣道炎癥的發(fā)生發(fā)展，但仍需要進(jìn)一步研究以確定和經(jīng)典和非經(jīng)典Wnt信號通路如何調(diào)節(jié)COPD中炎癥反應(yīng)的發(fā)生。

二、Wnt信號通路與氣道重塑

氣道重塑是COPD的重要生理病理特征，可發(fā)生在COPD的早期并導(dǎo)致小氣道狹窄和肺功能進(jìn)行性的下降，因此盡早對氣道重塑進(jìn)行干預(yù)對改善 COPD 的預(yù)后有重要的臨床意義[21]。氣道重塑主要涉及上皮細(xì)胞化生、杯狀細(xì)胞肥大、氣道壁平滑肌增生和細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular matrix ECM)沉積等氣道細(xì)胞及結(jié)構(gòu)的變化。肺成纖維細(xì)胞通過調(diào)節(jié)ECM轉(zhuǎn)換在氣道重塑中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)[22]在COPD患者的肺成纖維細(xì)胞中β-catenin信號通路的激活促進(jìn)了TGF-β誘導(dǎo)肺成纖維細(xì)胞分化為成肌纖維細(xì)胞的能力和α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)、纖維連接蛋白和Ⅰ型膠原蛋白α的表達(dá)，用siRNA沉默成纖維細(xì)胞中β-catenin蛋白的表達(dá)使TGF-β誘導(dǎo)的α-SMA、纖維連接蛋白和Ⅰ型膠原蛋白α的表達(dá)下調(diào)，這表明WNT/β-catenin途徑通過調(diào)節(jié)TGF-β參與了成纖維細(xì)胞ECM的合成。此外，上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial to mesenchymal transitionEMT)也被認(rèn)為是COPD氣道重塑的重要過程。支氣管上皮細(xì)胞的體外研究表明CS的主要成分尼古丁以Wnt3A/β-catenin依賴的方式誘導(dǎo)了EMT的發(fā)生[23]。RYK是WNT蛋白的輔助受體，屬于非典型受體酪氨酸激酶家族,可調(diào)節(jié)經(jīng)典和非經(jīng)典的WNT信號傳導(dǎo)途徑。Kim等[24]研究發(fā)現(xiàn)在杯狀細(xì)胞化生的COPD患者中，RYK在氣道上皮的表達(dá)明顯降低(P<0.05)，通過體內(nèi)和體外研究均發(fā)現(xiàn)RYK的缺乏增加了杯狀細(xì)胞增生相關(guān)的基因表達(dá)，可引起杯狀細(xì)胞化生和粘液分泌過多，提示激活Wnt/ RYK可能對COPD肺中的杯狀細(xì)胞化生具有保護(hù)作用。目前關(guān)于Wnt信號通路在COPD氣道平滑肌細(xì)胞(Airway smooth muscle cells ASMC)的研究較少，但在支氣管哮喘中的研究表明Wnt通路參與了ASMC的發(fā)育、增殖和分化。Nunes等[25]發(fā)現(xiàn)β-catenin 參與ASMC 有絲分裂的過程，使用外源性生長因子可誘導(dǎo)體外ASMC 增殖,同時細(xì)胞核內(nèi)β-catenin 的數(shù)量也增加。Gosens 等[26]進(jìn)一步證實(shí)在ASMC 的增殖過程伴有β-catenin 蛋白及 mRNA表達(dá)的增高，經(jīng)使用GSK-3 抑制劑后，細(xì)胞內(nèi)β-catenin mRNA 的含量下降而β-catenin 蛋白含量正常,提示β-catenin通過從頭合成參與ASMC 的增殖。另外Wnt5a和Wnt7b可通過調(diào)節(jié)ASMC 膠原和纖連蛋白的表達(dá)、促進(jìn)平滑肌前體細(xì)胞的發(fā)育參與氣道重塑[26-27]。目前關(guān)于Wnt信號通路在COPD氣道重塑中的研究尚少，未來仍需更多研究證實(shí)Wnt信號通路在COPD氣道重塑中的具體作用及表現(xiàn)特點(diǎn)，為臨床治療氣道重塑提供新的思路和靶點(diǎn)。

三、Wnt信號通路與肺氣腫

肺泡空隙增大和肺實(shí)質(zhì)組織破壞是肺氣腫的主要病理生理特征，其與蛋白酶-抗蛋白酶失衡和肺泡上皮細(xì)胞損傷后修復(fù)異常有關(guān)。因此尋找可誘導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞損傷后修復(fù)和再生的通路是目前治療肺氣腫的潛在靶點(diǎn)。Wnt/β-catenin信號通路在肺發(fā)育過程中至關(guān)重要。據(jù)報(bào)道缺乏Wnt2A/2B可導(dǎo)致小鼠肺發(fā)育不全，敲除小鼠中WNT5a的表達(dá)可使肺遠(yuǎn)端氣道過度擴(kuò)張及間質(zhì)增加[28]。另外β-catenin的持續(xù)激活可引起Ⅱ型肺泡細(xì)胞(Type Ⅱ alveolar epithelial cells，AECII)在氣道內(nèi)異位分化、杯狀細(xì)胞增生和氣道腔隙擴(kuò)大[29]。其他研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)肺惡性腫瘤及肺間質(zhì)纖維化等增生性疾病與Wnt/β-catenin信號通路的過度激活相關(guān)，提示W(wǎng)nt/β-catenin通路可能通過促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞的增殖與再生，而改善肺泡上皮細(xì)胞損傷后修復(fù)和再生的能力。肺泡上皮主要由Ⅰ型肺泡上皮細(xì)胞(Type Ⅰ Alveolar epithelial cells AECI)和AECII組成，其中AECII可分化為AECI。AECII在維持肺內(nèi)穩(wěn)態(tài)、重塑和肺損傷修復(fù)中起著重要作用[30]。

Kneidinger[31]等人研究發(fā)現(xiàn)在CS和彈性蛋白酶誘導(dǎo)的肺氣腫模型及COPD患者中Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)因子表達(dá)下降，使用LiCl激活Wnt /β-catenin可明顯減弱CS和彈性蛋白酶誘導(dǎo)的肺氣腫程度及肺功能的損傷。Uhl等[32]在小鼠和COPD患者來源的三維體外肺組織培養(yǎng)模型中，進(jìn)一步證實(shí)激活的Wnt/β-catenin信號可誘導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)增加，MMP12表達(dá)減少以及巨噬細(xì)胞活性和彈性蛋白重塑改變。Skronska-Wasek等[33]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)CS通過抑制FZD4在實(shí)驗(yàn)性肺氣腫和COPD患者中的表達(dá)而抑制Wnt/β-catenin信號活性，進(jìn)而降低肺泡上皮細(xì)胞的創(chuàng)傷修復(fù)能力，同時在全肺勻漿中彈性成分的表達(dá)減少，且FZD4活性的喪失影響了ATII向ATI細(xì)胞的分化，且ATII細(xì)胞中細(xì)胞器數(shù)量明顯減少，提示FZD4也可能是COPD中肺泡上皮細(xì)胞損傷修復(fù)中的潛在調(diào)節(jié)因子。另有研究證實(shí)非經(jīng)典的Wnt通路也參與了肺氣腫的發(fā)生過程。Baarsma等[34]研究發(fā)現(xiàn)Wnt5A在COPD患者的原代肺成纖維細(xì)胞中表達(dá)增加，過表達(dá)的Wnt -5A加劇了彈性蛋白酶所致肺氣腫的嚴(yán)重程度。同時他們分析后發(fā)現(xiàn)Wnt -5A可觸發(fā)非經(jīng)典WNT途徑，并通過降低Lrp6的活性對Wnt/β-catenin的信號通路發(fā)揮負(fù)性調(diào)控作用，進(jìn)而阻礙了肺上皮細(xì)胞的創(chuàng)傷修復(fù)和再生能力。采用Wnt-5A中和抗體或Wnt-5A拮抗劑BOX5處理后使經(jīng)典WNT信號和肺泡細(xì)胞功能增強(qiáng)、肺組織的破壞減弱、β-catenin驅(qū)動的靶基因和肺泡上皮細(xì)胞標(biāo)記物的表達(dá)恢復(fù)。后來研究還證實(shí)了Wnt-5A /5B可通過抑制Wnt/β-catenin信號而阻礙肺泡上皮祖細(xì)胞的生長和分化[35]。綜上所致肺組織中經(jīng)典和非經(jīng)典的WNT信號轉(zhuǎn)換，有助于肺氣腫的發(fā)生和進(jìn)展，其中Wnt/β-catenin及Wnt-5A/5B和FZD4可能是治療肺氣腫的潛在靶點(diǎn)。

四、Wnt信號通路與COPD易感因素

遺傳因素在COPD的發(fā)病中起著重要作用。近年來在全基因組關(guān)聯(lián)研究中發(fā)現(xiàn)家族序列相似性13A (FAM13A) 基因是COPD 的易感基因[36]。Jiang等在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)FAM13A缺陷的小鼠對CS和彈性蛋白酶誘導(dǎo)的肺氣腫產(chǎn)生保護(hù)作用，隨后在HBECs中發(fā)現(xiàn)FAM13A通過調(diào)節(jié)PP2A /β-catenin/GSK-3β復(fù)合物中PP2A的磷酸酶活性使GSK-3β激活，進(jìn)而促進(jìn)β-catenin 降解，影響氣道及上皮細(xì)胞損傷后修復(fù)及再生的能力而增加對肺氣腫的易感性[37]，提示干預(yù)FAM13A /β-catenin可能是COPD發(fā)生和進(jìn)展中的潛在修復(fù)途徑。

小結(jié)與展望

綜上所述，WNT信號通路與COPD的慢性氣道炎癥、氣道重塑及肺氣腫的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其中非經(jīng)典的Wnt信號通路主要與氣道炎癥及氣道重塑的發(fā)生有關(guān)，而經(jīng)典的WNT信號通路則在肺氣腫及氣道炎癥中具有保護(hù)作用。但WNT信號通路復(fù)雜多變，涉及多種配體、受體及下游轉(zhuǎn)錄分子，使其在COPD中的作用機(jī)制仍未完全明確，未來需要更多研究來闡明COPD中Wnt信號通路的具體調(diào)控機(jī)制和特異性分子標(biāo)志物，為治療COPD提供更系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及更安全的治療靶點(diǎn)。另外需特別注意Wnt信號通路在全身多系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)生中扮演著重要角色，使得探索Wnt信號通路特異性激活劑或抑制劑成為治療COPD的靶點(diǎn)仍面臨著巨大的困難與挑戰(zhàn)。