Wnt信号通路调控间充质干细胞成骨分化的研究进展
陈小静， 高艳虹
【摘 要】[摘要] Wnt通路作为调控细胞生长、发育和分化的重要信号途径一直是医学研究的热点。近年来的研究表明，Wnt信号通路在调控间充质干细胞(MSCs)成骨分化过程中发挥重要作用，其机制已成为骨组织工程研究的热点，也为骨质疏松症等疾病的治疗提供了新思路。该文对Wnt信号通路调控MSCs成骨分化的研究进展进行综述。
【期刊名称】上海交通大学学报（医学版） 【年(卷),期】2013(033)001 【总页数】5
【关键词】[关键词] 间充质干细胞；Wnt信号通路；成骨分化；骨形成 ·综 述·
间充质干细胞(mesenchymal stem cells, MSCs)是近年来发现的一类具有多向分化潜能的成体干细胞，主要存在于骨髓，体外分离培养后在不同的诱导条件下MSCs具有向成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞、成肌细胞和神经细胞等多种细胞系分化的能力[1]。研究[2]表明，多重信号通路调控MSCs向成骨细胞分化，以往认为MSCs的定向分化主要与转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)/骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路有关[3]；近年来研究[4，5]发现，经典和非经典Wnt通路在MSCs成骨分化中同样发挥至关重要的作用，对其作用机制的研究为骨代谢性疾病的治疗提供了新的途径[6]。
1 概 述
Wnt蛋白是一类富含半胱氨酸的糖脂蛋白，由23～24 个半胱氨酸构成其保守区。目前在哺乳动物中已发现至少19 种Wnt基因，分别命名为Wnt1、Wnt2、Wnt3和Wnt3a 等，Wnt 蛋白与膜受体结合后可激活Wnt信号通路，产生不同的生物学效应[7]。Wnt信号通路以是否有β连环蛋白(β-catenin)参与而分为经典Wnt信号通路和非经典信号通路。
经典信号通路以β-catenin稳定表达及向核内转移为特征。在缺少Wnt配体时，β-catenin与大肠腺瘤样蛋白(adenomatous polyposis coli，APC)、核心蛋白(Axin)结合，经酪蛋白激酶Ⅰα(casein kinase1α，CK1α)、糖原合成激酶3β (glycogen synthase kinase-3β，GSK3β)的磷酸化[8]，被转导重复相容蛋白(transducin repeat-containing protein，TrCP)介导的泛素/蛋白酶体途径降解[9]。当某种Wnt配体表达时与共受体 Fzd、低密度脂蛋白受体相关蛋白(lipoprotein receptor-related protein，LRP5/6)相互作用，调动GSK3β、CKⅠ至细胞膜，募集DVL、Axin1/2、小凹蛋白至胞质侧，形成LRP5/6-Axin-FRAT复合体，从而引起Axin降解[10-12]，β-catenin从APC-Axin-GSK3β 复合体解离出来，使胞内β-actin水平升高，从核内转录因子T细胞因子/淋巴增强因子(T cell factor，TCF/lymphoid enhancer factor 1，LEF1)中置换出共抑制因子组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases，HDACs)，从而调节基因表达。
非经典信号通路根据其所激活的数个不同级联反应分为Wnt/PCP、Wnt/c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)、Wnt/Ca2+和Wnt/Rho通路[13]，这些通路由Fzd及其共受体如Ror、Ryk的活化而激活[14]，通过Dvl
依赖或钙依赖机制进行信号转导[15]。Wnt配体与Fzd及共受体Ror2结合后再与Dsh相互作用，募集信号因子Vang、Prickle等于胞膜处，通过下游的转导信号Jun、Daam和RhoA等发挥其生物学效应[16]。RhoGTP酶超家族成员Rac1可使Dvl 活化从而激活JNK，进而激活转录因子c-Jun和ATF2[17，18]。Wnt与Fzd的结合也可促进Dvl与蛋白Daam1的相互作用，激活Rho的鸟嘌呤核核苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factor，GEF)[19]，从而诱导Rho/Rock通路，通过细胞骨架重建调控细胞形状和黏附功能[20]。非经典Wnt蛋白还可通过激活G蛋白耦联受体调控下游信号通路，有文献[21]报道了生理状态下Fzd与G蛋白的相互作用。在脑组织中Wnt/Fzd通过Gαs蛋白诱导cAMP积聚激活PKA[22]，而G蛋白信号特别是Gαq11也是β-catenin核定位需要的[23]。
2 经典Wnt信号通路对MSCs成骨分化的调节
经典Wnt通路由Wnt1、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt8及Wnt8b等经典Wnt配体激活。大量实验研究表明经典Wnt通路在促进成骨细胞发生中具有重要作用，经典通路各成分的改变均可影响成骨分化。
Qiu等[24]发现人LRP5激活型突变导致高骨量表型，骨组织活检示骨小梁增多，骨髓内脂肪减少，而LRP5失活性突变导致骨质疏松。在体外用Wnt3a处理转导活化LRP5的人MSCs，细胞内碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)表达增多，脂滴形成减少，移植于小鼠皮下的支架有矿化骨形成，转导失活LRP5可看到相反的结果。实验证明LRP5能够通过上调Cbfa1/Runx2和ALP的表达，即通过经典Wnt通路促进人骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells，BMSCs)的成骨分化，同时通过下调CEBPα和
Wnt信号通路调控间充质干细胞成骨分化的研究进展
