第四节
Wnt信号通路

目前，在哺乳动物细胞中发现19种Wnt基因以及多种Wnt受体。Wnt信号通路参与胚胎形成、发育、细胞极化、分化和增殖等多种生物学过程。

Wnt是细胞外分泌的糖蛋白，与细胞表面的受体结合激活相应的信号通路。Wnt信号通路在不同物种之间非常保守，因此分为经典的和非经典的Wnt信号通路。经典的Wnt信号通路依赖β-catenin蛋白的作用，而非经典的Wnt信号通路依赖细胞极性（PCP）和Ca ²⁺ 信号通路。

一、Wnt信号通路的简介

经典的Wnt信号通路与β-catenin密切相关。当细胞外没有Wnt蛋白激活信号时，β-catenin被细胞内由APC（adenomatous polyposis coli）、Axin、GSK3β（glycogen synthase kinase- β）和CK1α（casein kinase 1 α）组成的复合物磷酸化，使β-catenin被泛素化介导的蛋白酶降解。当细胞外的Wnt蛋白与细胞膜上由Frizzled（Fzd）和低密度脂蛋白受体相关蛋白（low-density lipoprotein receptor-related protein，LRP）共同组成的受体相结合时，即起始 Wnt相关的信号通路，使LRP受体胞内部分被磷酸化，募集细胞内的Axin和GSK3β，破坏细胞内β-catenin降解相关的复合物的形成，抑制细胞内β-catenin的降解，β-catenin在细胞内聚集并转移到细胞核中与TCF/LEF（T-cell factor/lymphoid enhancer factor）家族成员以及相关协调因子，如CBP、p300、TNIK等形成复合物，最终激活靶基因（如 C-MYC 、cyclin D、survivin 等）的表达。

二、Wnt信号通路与疾病

Wnt信号通路与人类疾病，尤其是肿瘤具有很高的相关性，在不同恶性程度的肿瘤中均发现Wnt信号通路的变异。例如，在90%的结肠癌病人中发现Wnt信号通路的变异（最常见的变异是APC基因的失活），导致β-catenin的高度激活。

肿瘤干细胞在肿瘤发生发展中起重要作用。与正常的干细胞分化形成成熟的细胞不同，肿瘤干细胞也具有自我更新和分化的能力，但是肿瘤干细胞可能分化形成祖细胞（progeny cell）后不再进行终末分化，却表现出不受控制的细胞增殖能力，从而形成肿瘤。同时由于肿瘤干细胞对化疗药物不敏感，以致肿瘤在化疗后易复发，并使耐药性更强。

肿瘤干细胞与胚胎干细胞在信号调控方面具有相似性，都受到胚胎发育、自我更新等调控信号（如Wnt、Notch、Hodgehog信号）的调节。但在肿瘤干细胞中，这些信号通路往往处于失控的状态。针对这些信号通路，探索药物作用的靶点，可能获得治疗肿瘤的有效药物。

越来越多的证据显示Wnt信号通路在肿瘤形成中起关键作用。例如，高表达β-catenin的结肠类似干细胞（stem like）相对于低表达β-catenin的细胞具有更高的肿瘤形成能力。因此，针对Wnt信号通路不同阶段的蛋白质设计药物能为治疗或干扰肿瘤形成提供更多的机会。

三、干扰Wnt信号途径的药物设计

根据作用位点不同进行设计：

（一）受体/配体相互作用

乳腺癌和非小细胞肺癌中常有高水平β-catenin和高水平的 Wnt/β-catenin基因转录活性，因此用Wnt抑制剂DKK或者sFRP处理这些肿瘤细胞后具有抗肿瘤细胞增殖效果。Wnt家族具有多个成员，基因敲除动物模型显示这些Wnt家族蛋白质在功能上具有一定的冗余性，然而，某些肿瘤似乎对特定的Wnt具有很高的依赖性。例如，Wnt1和Wnt2的单克隆抗体能够诱导黑色素母细胞瘤、非小细胞肺癌、乳腺癌等肿瘤细胞凋亡。

对不依赖特定Wnt蛋白的肿瘤，设计广谱的Wnt作用的抑制剂可能效果更好。例如，可溶性的配体结合蛋白Fzd8、Fzd8-CRD-Fc在体外水平以及多个移植肿瘤模型中能显著抑制Wnt信号通路。

针对Wnt的受体LRP5/6和Fzd的抑制剂，有抗肺癌和乳腺癌的作用，已处于临床研究。

（二）细胞质相关信号组分

Wnt信号通路中细胞内的多个关键分子也可作为干扰Wnt作用的靶位点。如结肠癌中，APC失活或者β-catenin基因突变，使β-catenin在细胞内的水平明显升高，导致Wnt信号通路的持续激活。细胞质中调控Wnt/β-catenin信号通路可以聚焦LRP5/6的磷酸化水平和β-catenin降解相关因子（Axin、Dvl、CK、GSK3β等）的调控。LRP5/6、GSK3β等在细胞内还参与其他信号通路的调控，例如，Axin是β-catenin降解复合物中的关键组成部分，过表达Axin能抑制Wnt信号通路，而在很多肿瘤中都发现Axin的失活突变。通过上调Axin的活性可以抑制Wnt信号通路的活性。已经发现一些特异性的抑制剂如XAV939、IWR-1等可以稳定细胞内的Axin水平，抑制 Wnt信号通路的活性，抑制肿瘤细胞的增殖。

调控细胞质中β-catenin，诱导其降解也是抑制Wnt信号通路活性的方法之一。高通量筛选发现CWP232291能够抑制β-catenin的转录，并抑制肿瘤细胞的增殖。对这种抑制剂已经开始进行AML和多发性骨髓瘤的临床治疗试验。

（三）细胞核内相关蛋白的调控

当细胞核内没有βcatenin时，TCF/LEF蛋白与Groucho和HDACs等形成抑制复合物，没有激活转录的活性。当β-catenin转移至细胞核内时，与TCF/LEF以及协同激活因子（co-activators，如CBP、p300、BCL9 等）形成具有激活转录活性的复合物，这些协调激活因子能成为潜在的药物作用的靶位点。

基于Wnt信号通路在肿瘤发生发展中的作用，抑制Wnt信号通路是设计肿瘤药物的研究方向之一；抑制Wnt信号通路，还可增强肿瘤细胞对化疗等药物的敏感性；Wnt信号通路调节干细胞的EMT（epithelial-mesenchymal transition）过程，而EMT与肿瘤的侵袭过程有关，因此，抑制Wnt信号通路的药物亦能减少肿瘤的侵袭转移和复发。经典的Wnt信号通路见图2-4-4。