Wnt/β-catenin信号通路在结直肠癌中的研究进展

Wnt/β-catenin信号通路在结直肠癌中的研究进展

张璐

内蒙古医科大学研究生学院，呼和浩特，010110

摘要：Wnt/β-catenin信号通路是调节胚胎发育及细胞增殖的重要途径之一,其异常激活会影响细胞正常的生长、增殖及迁移,在结直肠癌的发生发展中扮演着重要角色。本文对Wnt/β-catenin信号通路在结直肠癌等发病机制中的影响进行综述,探讨Wnt/β-catenin信号通路与结直肠癌发生发展的关系,为其靶向治疗提供新的研究思路。

关键词：结直肠癌；Wnt/β-catenin；信号通路

【中图分类号】：R735.34  【文献标志码】：A

结直肠癌是最常见的恶性肿瘤之一，在全球范围内死亡率位居第二位，发病率仅次于肺癌、胃癌居于第3位，且在我国呈逐年上升趋势[1]。结直肠癌的发生与发展是多因素、多通路交叉作用的结果，约80%患者存在Wnt通路异常激活，Wnt/β-catenin信号传导通路在结直肠癌肿瘤细胞增殖、分化、粘附、侵袭、转移等过程中均发挥了重要作用。因此, 本文就Wnt/β-catenin信号通路在结直肠癌中的研究进展及其在临床中的应用做一综述。

1. Wnt/β-catenin信号通路概述

Wnt信号调控胚胎发育过程的多种生物学行为，包括细胞增殖、凋亡、细胞极性和器官发生，在胚胎发育过程起着重要作用。而在成人中，该信号处于沉默状态。根据下游是否受β-catenin的控制，Wnt信号通路主要分为3种：经典的Wnt/β-catenin通路和非经典的Wnt/PCP与Wnt/Ca2+通路。研究表明，Wnt/β-catenin信号通路的异常激活可导致结直肠癌的发生发展，大部分结直肠癌存在Wnt/β-catenin信号通路的异常激活。而非经典通路的机制尚不完全清楚，故本文主要围绕Wnt/β-catenin信号通路在结直肠癌中的研究进展展开描述。

Wnt/β-catenin信号通路由转录调控因子、功能蛋白、酶等组成，核心成员主要包括：Wnt经典信号通路的主要成员包括Wnt家族分泌蛋白（Wnt），腺瘤息肉病大肠杆菌蛋白（adenomatous polyposis coli,APC）、支架蛋白（Axin）、β-连环蛋白（β-catenin）、糖原合成酶激酶3β（GSK-3β）、卷曲家族跨膜受体蛋白（frizzled,Frz）、辅助受体低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(low density lipoprotein receptorrelated protein 5/6,LRP5/6）、细胞质内的松散蛋白（Dishevelled,Dsh）、酪蛋白激酶1(carsein kinase,CK1）、T细胞因子/淋巴增强因子（Tcellfactor/lymphoid enhance factor,TCF/LEF）家族转录调节因子等。

该通路包含3个步骤，分别是膜内Wnt信号转导，细胞质中β-catenin的稳定调节以及细胞核中Wnt靶基因的激活[2]。在失活状态下，b-catenin水平通过与蛋白激酶GSK-3b和CK1、腺瘤性大肠息肉病肿瘤抑制蛋白(APC)和支架蛋白轴蛋白相互作用而保持在较低水平。β-catenin通过泛素途径被GSK-3和CK1磷酸化后降解。当Wnt信号通路处于激活状态时，WNT结合受体FZD和LRP5/6，启动关键支架蛋白(AXIN, DVL)的膜募集，将AXIN招募到细胞膜上，并破坏由APC、AXIN1、CK1和GSK3β组成的复合物的稳定，在缺乏这种复合物的情况下，β-catenin在细胞质中积累，并通过尚不清楚的机制易位到细胞核中，在那里它与TCF家族转录因子和一系列辅激活因子结合，以驱动靶基因(C-myc、CyclinD1、P53、Ki-67、Bcl-2)的转录，从而调节细胞间黏附、极性、周期、增殖及凋亡等多方面作用，最终导致肿瘤的发生。

2. 影响Wnt经典通路的相关因子

2.1 APC

APC(adenomatous polyposis coli）是一种抑癌基因，定位于染色体5q21-q22，APC基因属于一种管家基因（housekeeping gene），是人类已知最大的外显子，它共编码2843个氨基酸。在Wnt通路处于未激活状态时，APC与 GSK-3β、Axin组成复合体，进而泛素化β-catenin蛋白初步分解破坏其结构，并将其送入胞内溶酶体进行进一步消化，从而抑制β-catenin进入细胞核以及对下游基因的激活与转录功能。临床研究显示，约70%的结直肠癌存在APC基因缺失或突变[3]。大约80%的结直肠癌综合征家族性腺瘤性息肉病(FAP)至少有一个APC等位基因突变，60%没有全长APC蛋白。APC基因发生突变，原本与β-catenin结合区域发生异常，无法下调β-catenin，使β-catenin在胞质异常积聚并穿入细胞核，进而激活转录因子家族TCF/LEF成员的转录，导致肿瘤发生引起细胞大量增殖、分化，并诱发腺瘤甚至是肿瘤的发生。功能丧失APC突变FAP的病理特征，并导致绝大多数散发性结直肠癌的发展。在小鼠肠道肿瘤模型和人类癌细胞系中进行的细致研究都强调了癌蛋白MYC作为Wnt/β-catenin驱动的致癌性的重要下游驱动因素的关键作用，随后APC丢失。最近，有报道称Wnt信号可以通过转录后机制进一步促进MYC积累，从而增加MYC转录物细胞质池的可用性。有趣的是，APC恢复可以逆转结直肠癌(CRC)中myc驱动的致癌状态，并重建正常的组织稳态

[4]。这证明了APC突变在启动和维持肠道肿瘤发生中的关键作用，并强调了Wnt通路作为结直肠癌潜在治疗靶点的重要性。

2.2Axin2;

Axin家族有两个同源蛋白Axin1和Axi2，其中Axin2又被称为Conductin或Axil。 Axin1基因主要负责在Wnt信号通路中破坏β-catenin复合物, 这是Wnt/β-catenin依赖性靶基因表达的抑制步骤。对人Axin2的研究发现它定位于人17条染色体长臂由10个外显子组成，是Wnt信号转导系统的基因之一。在正常细胞中, Axin2作为经典Wnt信号通路的负性调节因子, 但Axin2并不是一个抑癌基因, 而是一个有力的促癌启动子, 上调转录抑制剂Snaill的活性, 诱导EMT过程, 从而激发转移活性。也有研究发现, Axin2中最主要的突变形式为羧基端缺失突变 (mutant-type Axin2, mt Axin2) , mt Axin2可引起β-catenin的聚集, 从而使细胞信号转导通路激活mt Axin2和wt (widetype) Axin2可竞争性与APC-β-catenin复合体结合, mt Axin2可引起β-catenin水平升高, 提示与mt Axin2结合的β-catenin可能不能磷酸化而降解;而Wnt信号转导系统异常往往伴有有丝分裂、细胞周期捕获、细胞凋亡和染色体的不稳定性。Wnt信号转导系统是细胞发展的关键, mt Axin2在其中发挥了癌基因的作用。

2.3 GSK-3β

GSK3β可以磷酸化多种转录因子, 如锌指转录因子 (Snail) , Notch1的胞内段 (NICD) (Notch1属于Notch跨膜受体家族) , c-myc (c-myc基因作为原癌基因, 是myc基因家族的成员之一) 蛋白等, 这些底物与肿瘤的发生和迁移密切相关。Snail可以介导EMT, 在转录水平抑制E钙粘蛋白的表达, 促进肿瘤的转移和侵袭。GSK3β可与Snail结合并使其磷酸化, 从而导致其从核内转移到胞浆并被降解。抑制GSK3β的表达水平和活性一方面可使Snail稳定在核内且活性上调, 另一方面可直接刺激Snail的转录, 最终导致E钙黏蛋白的表达下调, 从而促进肿瘤细胞的迁移。目前, GSK3β是已知唯一可以在苏氨酸58位点磷酸化c-myc蛋白的激酶。作为转录因子, c-myc蛋白调节许多参与细胞增殖, 生长, 凋亡和分化的基因。在70%的人类肿瘤细胞中, c-myc基因的表达都是被抑制的。GSK3β可磷酸化并调节微管结合蛋白 (MAPs) , 如微管相关蛋白1B (MAP1B) , 和APC蛋白的功能, 从而调控微管的稳定性, 影响细胞的运动和迁移，从而影响癌细胞的转移。

2.4 miRNA

MicroRNA (miRNA）是一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码单链RNA分子。其调节多种致癌途径，miRNA在结直肠癌的发生、发展甚至是转移中发挥关键作用，是及具研究价值的肿瘤标志物[5]。miRNA对Wnt/β-catenin信号通路具有有方面的影响，miRNA可激活或抑制Wnt/β-catenin信号通路，从而影响肿瘤细胞的生长。研究显示，APC突变与结直肠癌患者几种miRNA的上调有关，APC基因是人结直肠癌细胞中miR135a/b的靶基因，而miR135b的过度表达与晚期肿瘤分级和不良临床结果相关[6]，这说明miRNA可以影响APC进而影响Wnt/β-catenin经典信号通路。miR-15b通过上调β-catenin和抑制结肠癌细胞中β-catenin降解复合体的成分Axin2来诱导异常细胞的增殖和转移且MiR-15b在结直肠癌细胞中升高，并与与患者预后不良相关miR-224是一种致癌miRNA，它可以直接靶向Wnt/β-catenin信号通路的抑制因子，包括GSK3β和分泌型卷曲相关蛋白2 (sFRP2），从而使β-catenin在细胞质中积累并转入细胞核，导致结直肠癌的发生与发展[7]。根据研究结果显示miR-144-3p可以通过BCL6的介导抑制CRC细胞中异常激活的Wnt/β-catenin经典信号通路。miR-144-3p在CRC细胞的中含量的降低，与CRC患者的肿瘤进展与分期相关以上研究表明，某些miRNA对CRC有抑制效果。不难看出，在结直肠癌的发生过程中，miRNAs影响了整个Wnt途径，包括APC、Axin、GSK3β、Frizzled等Wnt/β-catenin信号通路的重要成员。

2.5 C-myc

Myc基因是公认的调控多种基因表达的癌症驱动基因, Myc基因家族属于核蛋白调控基因, 在细胞周期变化、生长、分化和凋亡中起重要作用。C-myc为Wnt/β-catenin信号通路下游重要靶基因，其主要功能是及时捕捉濒临坏死的细胞, 调节各细胞间相关信号, C-myc还可在细胞有丝分裂阶段或通过染色体两端的端粒酶来延长细胞的生存期从而裂解凋亡信号。研究发现

[8], 结直肠癌中70%～90%的C-myc呈过表达, 在结直肠普通腺瘤中30%～60%呈过表达, 说明C-myc是结直肠癌早期阶段的重要标记之一。

3. Wnt信号通路与其他致癌信号通路的交互作用

与结直肠癌有关的细胞信号转导通路多种多样。每种信号转导通路都有各自独特的信号转导机制,在正常情况下起到调节细胞的生长、增殖、分化、凋亡等生理过程的作用。这些信号转导通路在一定程度上可相互影响,一种信号通路的激活或关闭可能会影响其他信号通路的激活或关闭,使各种信号通路相互制约,协同配合,共同参与细胞生理过程的调节。

Wnt/β-catenin信号通路与Hippo信号通路两者相互作用促使肠上皮细胞异常增殖、正常肠壁结构消失,最终导致CRC的发生。Wnt信号超活化后,β-catenin与转录调节因子YAP1共同驱动转录程序使肠上皮细胞发生转化[9]。进一步研究发现,CRC细胞中YAP1的磷酸化导致形成了正常肠上皮细胞向异型肿瘤细胞转化和增殖所必需的β-catenin-YAP1-TBX5复合物,从而加速了结肠良性肿瘤向结肠癌转变的过程[10]。Kwon等[11]发现膜结合Notch1可以激活β-catenin并下调β-catenin在干细胞、始祖细胞、人结直肠癌细胞的聚集。尽管对于Hedghog与Wnt信号通路的相互关系存在争议,但是Hedghog信号通路能调节胃肠道肿瘤的Wnt信号通路。

4. 通路在结直肠癌治疗中的应用：

维甲酸可通过与β-catenin直接相互作用、竞争TCF结合来抑制Wnt信号通路。此外，维生素D的活性形式(1,25(OH)2D3)，鼓励β-连环蛋白与维生素D受体结合，从而减少β-连环蛋白的量。此外，1,25(OH)2D3调节E-cadherin，在膜中保存β-catenin，防止其核易位。塞来昔布通过诱导tcf降解抑制Wnt/β-catenin信号通路。舒林酸（sulindac）、塞来昔布（celecoxib）等用于治疗类风湿性关节炎的非甾体类抗炎药，在结直肠癌中可通过影响Wnt信号通路发挥抗瘤作用[12]。作为抗寄生虫药物的氯硝柳胺（niclosamide），在结直肠癌中可通过阻断Frizzled受体与Wnt配体的结合而抑制肿瘤生长[13]。哌咪清（pimozide）主要用于治疗精神疾病和顽固性抽搐，近期研究显示其在结直肠癌和肝癌中可通过Wnt/β-catenin信号通路抑制肿瘤的生长[14]依他尼酸（ethacrynic acid）是应用于临床的一种利尿剂，发现其在肝癌中通过抑制β-catenin LEF-1转录复合物的活性发挥抗瘤功效[15]。Shailes[16]等人做的细胞试验为他汀类药物可靶向治疗APC基因突变结直肠癌提供了理论依据。

综上所述，WNT/β-catenin是一种保守的信号通路，已有大量研究表明Wnt/β-catenin信号通路在结直肠癌的发生、发展、转化甚至预后等方面发挥关键作用，因此，针对肿瘤中WNT/β-catenin信号通路制定不同的治疗策略将极大地改善肿瘤的治疗。虽然改变WNT/β-catenin信号通路的活性是一种有前景的治疗方法，但全身应用相关药物可能会产生广泛的不良反应，在安全性和选择性方面开发药物激活剂或抑制剂仍然具有挑战性。

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