wn-caenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與腫瘤

wn-caenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與腫瘤

1982年，nusse等人在誘導(dǎo)大鼠乳腺癌的過程中發(fā)現(xiàn)了wnter遺傳因素。由于該基因的激活取決于毫米采集，因此被稱為int-1。隨后的研究證明,Int-1與果蠅屬體節(jié)極性基因Wingless為同源基因,因此,又將Wingless與Int-1結(jié)合,稱為Wnt基因。Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的很多成分在進(jìn)化上都非常保守,目前已發(fā)現(xiàn)19種人類Wnt基因,并證實(shí)了Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的3條主要分支:(1)Wnt/β-catenin經(jīng)典信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,該通路由β-catenin/T細(xì)胞因子(T-cellfactor,TCF)調(diào)節(jié)Wnt靶基因的表達(dá);(2)planar細(xì)胞極性(planarcellpolarity,PCP)通路,該通路主要調(diào)控細(xì)胞骨架的重排,建立不對(duì)稱的細(xì)胞極性,協(xié)調(diào)細(xì)胞形態(tài)的改變和細(xì)胞運(yùn)動(dòng);(3)Wnt/Ca2+通路,該通路調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和細(xì)胞活力。最近,Chen等發(fā)現(xiàn)了第4條分支:蛋白激酶A通路,該通路參與肌形成。Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路涉及50多種蛋白質(zhì)成分,介導(dǎo)各種細(xì)胞的生物學(xué)反應(yīng),在胚胎發(fā)生和維持人體組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定方面具有重要作用。本文對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及其新的研究進(jìn)展、與腫瘤的關(guān)系和在抗腫瘤治療中的應(yīng)用前景作一綜述。1wnt蛋白的結(jié)構(gòu)Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路(圖1)在生物進(jìn)化中極為保守,從低等生物果蠅至高等哺乳動(dòng)物,其成員都具有高度的同源性,它調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄輔助因子β-catenin的穩(wěn)定性并依賴β-catenin基因的表達(dá)。Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路異常與人類疾病有關(guān),包括腫瘤、骨質(zhì)疏松、衰老和退化障礙等。因此,對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的研究不僅有助于理解人類疾病的發(fā)生機(jī)制,而且可以為疾病的治療提供一系列新的靶點(diǎn)。目前研究證實(shí),至少有6種Wnt蛋白(Wnt1、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt8和Wnt8b)可以激活Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活化由細(xì)胞質(zhì)中β-catenin蛋白水平?jīng)Q定。正常情況下,細(xì)胞質(zhì)中β-catenin由泛素蛋白酶體介導(dǎo)呈降解狀態(tài)而維持低水平表達(dá),泛素蛋白酶體是由軸蛋白(axin)、大腸腺瘤息肉(adenomatouspolyposiscoli,APC)蛋白、糖原合成激酶3β(glycogensynthesiskinase-3β,GSK-3β)和酪蛋白激酶1α(caseinkinase1α,CK1α)等組成的多蛋白復(fù)合物,包括泛素激活酶(E1)、泛素結(jié)合酶(E2)和泛素連接酶(E3)。GSK-3β通過磷酸化Ser33、Ser37和Thr41標(biāo)記蛋白,CK1α通過磷酸化Ser45標(biāo)記蛋白,使其被E3亞基β-轉(zhuǎn)導(dǎo)素重復(fù)蛋白(β-transducinrepeatcontainingprotein,β-TrCP)識(shí)別,介導(dǎo)β-catenin分子的降解,26S的蛋白酶體也隨之被降解。Wnt蛋白通過與細(xì)胞表面受體復(fù)合物跨膜蛋白/共同受體低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白(frizzled/low-densitylipoproteinreceptor-relatedprotein,Fz/LRP)結(jié)合啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)β-catenin的聚集。但是,目前對(duì)于Wnt蛋白結(jié)合Fz/LRP受體后引起細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制還不十分清楚。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為,2者結(jié)合后,受體復(fù)合物下游蛋白即細(xì)胞質(zhì)散亂蛋白(disheveled,Dvl)被磷酸化,抑制GSK-3β和CK1α的活性,并通過固定axin蛋白,破壞多蛋白復(fù)合物的形成,最終導(dǎo)致非磷酸化β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中聚集,并逃脫β-TrCP的識(shí)別,避免了被降解的過程,進(jìn)而轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核。在細(xì)胞核內(nèi),β-catenin與TCF形成復(fù)合物。當(dāng)沒有β-catenin存在時(shí),TCF與Groucho相互作用形成復(fù)合物抑制轉(zhuǎn)錄活性(圖1左);當(dāng)β-catenin存在時(shí),則干擾TCF與Groucho的相互作用,與TCF和其他轉(zhuǎn)錄輔助因子如CREB結(jié)合蛋白(CREBbindingprotein,CBP)共同啟動(dòng)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄(圖1右)。2wnts-gain信號(hào)調(diào)整路徑的研究2.1pp1是wnt/-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)節(jié)因子Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的許多關(guān)鍵步驟與信號(hào)分子的磷酸化有關(guān)。GSK-3和CK1可以使β-catenin、axin和APC磷酸化。因此,由蛋白質(zhì)磷酸酶介導(dǎo)的去磷酸化反應(yīng)在Wnt信號(hào)通路中具有重要作用。PP1是Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中保守的正向調(diào)節(jié)因子。Luo等用RNA干擾技術(shù)證明,PP1可使axin去磷酸化,降低axin-GSK3的相互作用和β-catenin磷酸化水平(圖2)。2.2wtx調(diào)控wnt/-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路研究發(fā)現(xiàn),β-catenin降解復(fù)合物中有WTX。WTX在很多Wilms腫瘤(如兒童腎癌綜合征)組織中發(fā)生突變。WTX與axin、APC、β-catenin和β-TrCP在細(xì)胞內(nèi)形成復(fù)合物,直接與β-catenin和β-TrCP相互作用,促進(jìn)β-catenin的遍在蛋白化和降解。因此,WTX可以負(fù)向調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[圖2]。但是,目前對(duì)于WTX加速β-catenin遍在蛋白化和降解的作用機(jī)制還不十分清楚。2.3apc在wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的作用研究表明,APC可負(fù)向調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。然而,APC功能的分子本質(zhì)并沒有被完全確定。由于APC可與axin和β-catenin結(jié)合,提示其作用可能是促進(jìn)axin-β-catenin的相互作用而導(dǎo)致β-catenin的磷酸化和遍在蛋白化。另外,APC還具有其他功能,包括從細(xì)胞核輸出β-catenin及在染色體上對(duì)TCF/β-catenin轉(zhuǎn)錄活性的負(fù)向調(diào)控。然而,最近有研究報(bào)道指出,APC在Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中具有正向調(diào)控或(和)負(fù)向調(diào)控的雙重作用。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),敲除APC基因會(huì)導(dǎo)致axin蛋白表達(dá)的上調(diào),并且其上調(diào)是獨(dú)立于β-catenin信號(hào)的,提示APC在Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的激活作用是通過介導(dǎo)axin降解實(shí)現(xiàn)的。Wnt信號(hào)激活功能位于果蠅APC同族體的氨基末端,有別于APC介導(dǎo)β-catenin降解的中央?yún)^(qū)。在β-catenin降解和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中,APC和axin“陰-陽”關(guān)系的分子機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。3apc基因突變Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在正常成熟的細(xì)胞中處于關(guān)閉狀態(tài),主要在胚胎發(fā)育過程中被激活,參與多種發(fā)育模式,如在脊椎動(dòng)物的胚胎發(fā)育過程中參與形成背-腹部的中軸和中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等。因此,早期Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的缺陷可導(dǎo)致多種生物發(fā)育缺陷,而癌基因、抑癌基因或Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路成分(如APC、β-catenin和axin等)的突變導(dǎo)致其不恰當(dāng)?shù)募せ钆c腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。3.1APC家族性腺瘤性息肉病(familialadenomatouspolyposis,FAP)是由Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中信號(hào)分子突變導(dǎo)致的,APC突變與FAP的關(guān)系于1991年被確立。大部分APC基因突變可導(dǎo)致缺少axin結(jié)合模序的截?cái)嗷虍a(chǎn)物。因?yàn)锳PC中axin結(jié)合部位是APC調(diào)節(jié)β-catenin表達(dá)水平的關(guān)鍵區(qū)域,因此APC突變會(huì)引發(fā)細(xì)胞質(zhì)中β-catenin的積累,通過Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活引起細(xì)胞增殖,導(dǎo)致腺瘤的形成。APC突變常見于FAP和結(jié)直腸癌中,在其他腫瘤中較少見。3.2β-catenin結(jié)腸癌、肝細(xì)胞癌、硬纖維瘤、胰腺癌、胃癌、黑素瘤、卵巢癌、腎癌和前列腺癌等腫瘤中均存在β-catenin基因突變。β-catenin蛋白在Ser29和Lys49之間是絲氨酸/蘇氨酸富集區(qū),而該區(qū)域關(guān)鍵部位的磷酸化可以導(dǎo)致該蛋白的降解。如前所述,β-catenin蛋白特異氨基酸末端殘基的磷酸化(GSK-3β通過磷酸化Ser33、Ser37和Thr41,CK1α通過磷酸化Ser45)使該蛋白被泛素-蛋白酶體系統(tǒng)識(shí)別。因此,突變使β-catenin蛋白保持穩(wěn)定,從而激活Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。3.3AxinAxin是一種支架蛋白,在Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中與β-catenin、GSK-3β、CK1α、APC和Dvl結(jié)合。在axin復(fù)合物中,GSK-3β和CK1α可使β-catenin磷酸化,從而啟動(dòng)該蛋白的降解。因此,axin在維持細(xì)胞內(nèi)β-catenin表達(dá)水平中起著重要作用,并且被認(rèn)為是抑癌基因。Axin基因突變導(dǎo)致axin的截短體形式而不能起到支架蛋白的作用,該現(xiàn)象存在于肝細(xì)胞癌和其他人類腫瘤中。有研究報(bào)道,APC與axin在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間穿梭,把β-catenin蛋白從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)中。因此,APC與axin在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核中對(duì)調(diào)節(jié)β-catenin的表達(dá)水平具有重要作用。4nin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路越來越多的研究表明,Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與人類腫瘤密切相關(guān),針對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中信號(hào)分子為靶點(diǎn)的抑制劑已成為抗腫瘤的候選藥物。4.1frps和dsksWnt配體本身可通過反義寡核苷酸技術(shù)、RNA干擾技術(shù)及中和抗體技術(shù)等成為抗腫瘤治療靶點(diǎn)。Wnt信號(hào)分子的拮抗劑,如與Wnt信號(hào)分子特異性結(jié)合的卷曲相關(guān)蛋白(frizzled-relatedproteins,FRPs)和DKKs,已成為天然的抗腫瘤藥物。DKK蛋白是Wnt輔助受體LRP5/6的拮抗劑,具有抗腫瘤潛能,在人類中已發(fā)現(xiàn)4種DKK蛋白。Hoang等研究發(fā)現(xiàn),DKK-3及LRP5顯性負(fù)突變體在肉瘤細(xì)胞Saos-2中的表達(dá)可明顯降低其侵襲和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)能力,并可誘導(dǎo)β-catenin的定位改變及增加細(xì)胞間黏附。González-Sancho等研究發(fā)現(xiàn),在結(jié)腸癌中誘導(dǎo)DKK-1基因的表達(dá)可下調(diào)Wnt/β-catenin信號(hào)。4.2axin基因多態(tài)性對(duì)于腫瘤細(xì)胞凋亡和葉片生長的影響Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過細(xì)胞內(nèi)蛋白-蛋白的相互作用而受到嚴(yán)密調(diào)控。由于腫瘤抑制基因APC在結(jié)直腸癌中的核心作用,使針對(duì)該蛋白的β-catenin結(jié)合區(qū)域的阻斷劑成為有效抑制腫瘤的物質(zhì)。抑癌基因axin是Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的負(fù)性調(diào)控者,該基因突變是某些腫瘤發(fā)生的重要因素。轉(zhuǎn)染野生型axin-1基因可誘導(dǎo)β-catenin聚集的肝癌細(xì)胞和結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡,并抑制其生長。Sekiya等報(bào)道,beta-連環(huán)蛋白/T細(xì)胞因子抑制子(inhibitorofbeta-cateninandTcellfactor,ICAT)也可誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞發(fā)生G2/M期阻滯并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡;ICAT與β-catenin相互作用,可干擾細(xì)胞核內(nèi)β-catenin與TCF-4相互作用,負(fù)向調(diào)控Wnt信號(hào)通路。4.3-cateninWnt信號(hào)異常的腫瘤都存在β-catenin表達(dá)水平上調(diào),因此靶向β-catenin的治療引起人們的廣泛關(guān)注。目前,反義寡核苷酸技術(shù)、RNA干擾技術(shù)及蛋白敲除技術(shù)處于研究階段。針對(duì)β-catenin的反義寡核苷酸可以減少腫瘤β-catenin蛋白的表達(dá),有效抑制腫瘤生長。最近一些研究致力于通過降解β-catenin,使其在人類腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)活性降低,從而阻斷Wnt信號(hào)通路,成為抗癌治療的一個(gè)新靶點(diǎn)。有研究證明,突變的β-catenin可以通過細(xì)胞內(nèi)Skp1/Cullin/F-box(SCF)遍在蛋白化作用機(jī)制而被降解。Liu等用嵌合體F-box融合蛋白形式加速了不依賴GSK-3β磷酸化而介導(dǎo)的β-catenin蛋白降解,以達(dá)到治療腫瘤的目的。4.4wnt/-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制劑的篩選研究表明,β-catenin/TCF復(fù)合物可以成為合理設(shè)計(jì)和高通量篩選抗腫瘤藥物的有效靶點(diǎn)。Lepourcelet等設(shè)計(jì)出用于鑒別抑制TCF-4與β-catenin相互作用化合物的高通量藥物篩選方法。另外,針對(duì)β-cat