wn-caenin信号转导通路与肿瘤

wn-caenin信号转导通路与肿瘤

1982年，nusse等人在诱导大鼠乳腺癌的过程中发现了wnter遗传因素。由于该基因的激活取决于毫米采集，因此被称为int-1。随后的研究证明,Int-1与果蝇属体节极性基因Wingless为同源基因,因此,又将Wingless与Int-1结合,称为Wnt基因。Wnt信号转导通路的很多成分在进化上都非常保守,目前已发现19种人类Wnt基因,并证实了Wnt信号转导通路的3条主要分支:(1)Wnt/β-catenin经典信号转导通路,该通路由β-catenin/T细胞因子(T-cellfactor,TCF)调节Wnt靶基因的表达;(2)planar细胞极性(planarcellpolarity,PCP)通路,该通路主要调控细胞骨架的重排,建立不对称的细胞极性,协调细胞形态的改变和细胞运动;(3)Wnt/Ca2+通路,该通路调节细胞黏附和细胞活力。最近,Chen等发现了第4条分支:蛋白激酶A通路,该通路参与肌形成。Wnt信号转导通路涉及50多种蛋白质成分,介导各种细胞的生物学反应,在胚胎发生和维持人体组织内环境稳定方面具有重要作用。本文对Wnt/β-catenin信号转导通路及其新的研究进展、与肿瘤的关系和在抗肿瘤治疗中的应用前景作一综述。1wnt蛋白的结构Wnt/β-catenin信号转导通路(图1)在生物进化中极为保守,从低等生物果蝇至高等哺乳动物,其成员都具有高度的同源性,它调节转录辅助因子β-catenin的稳定性并依赖β-catenin基因的表达。Wnt/β-catenin信号转导通路异常与人类疾病有关,包括肿瘤、骨质疏松、衰老和退化障碍等。因此,对Wnt/β-catenin信号转导通路的研究不仅有助于理解人类疾病的发生机制,而且可以为疾病的治疗提供一系列新的靶点。目前研究证实,至少有6种Wnt蛋白(Wnt1、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt8和Wnt8b)可以激活Wnt/β-catenin信号转导通路。Wnt/β-catenin信号转导通路的活化由细胞质中β-catenin蛋白水平决定。正常情况下,细胞质中β-catenin由泛素蛋白酶体介导呈降解状态而维持低水平表达,泛素蛋白酶体是由轴蛋白(axin)、大肠腺瘤息肉(adenomatouspolyposiscoli,APC)蛋白、糖原合成激酶3β(glycogensynthesiskinase-3β,GSK-3β)和酪蛋白激酶1α(caseinkinase1α,CK1α)等组成的多蛋白复合物,包括泛素激活酶(E1)、泛素结合酶(E2)和泛素连接酶(E3)。GSK-3β通过磷酸化Ser33、Ser37和Thr41标记蛋白,CK1α通过磷酸化Ser45标记蛋白,使其被E3亚基β-转导素重复蛋白(β-transducinrepeatcontainingprotein,β-TrCP)识别,介导β-catenin分子的降解,26S的蛋白酶体也随之被降解。Wnt蛋白通过与细胞表面受体复合物跨膜蛋白/共同受体低密度脂蛋白受体相关蛋白(frizzled/low-densitylipoproteinreceptor-relatedprotein,Fz/LRP)结合启动细胞内β-catenin的聚集。但是,目前对于Wnt蛋白结合Fz/LRP受体后引起细胞信号转导的机制还不十分清楚。多数学者认为,2者结合后,受体复合物下游蛋白即细胞质散乱蛋白(disheveled,Dvl)被磷酸化,抑制GSK-3β和CK1α的活性,并通过固定axin蛋白,破坏多蛋白复合物的形成,最终导致非磷酸化β-catenin在细胞质中聚集,并逃脱β-TrCP的识别,避免了被降解的过程,进而转位到细胞核。在细胞核内,β-catenin与TCF形成复合物。当没有β-catenin存在时,TCF与Groucho相互作用形成复合物抑制转录活性(图1左);当β-catenin存在时,则干扰TCF与Groucho的相互作用,与TCF和其他转录辅助因子如CREB结合蛋白(CREBbindingprotein,CBP)共同启动下游靶基因的转录(图1右)。2wnts-gain信号调整路径的研究2.1pp1是wnt/-catenin信号转导通路的调节因子Wnt信号转导通路的许多关键步骤与信号分子的磷酸化有关。GSK-3和CK1可以使β-catenin、axin和APC磷酸化。因此,由蛋白质磷酸酶介导的去磷酸化反应在Wnt信号通路中具有重要作用。PP1是Wnt/β-catenin信号转导通路中保守的正向调节因子。Luo等用RNA干扰技术证明,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(图2)。2.2wtx调控wnt/-catenin信号转导通路研究发现,β-catenin降解复合物中有WTX。WTX在很多Wilms肿瘤(如儿童肾癌综合征)组织中发生突变。WTX与axin、APC、β-catenin和β-TrCP在细胞内形成复合物,直接与β-catenin和β-TrCP相互作用,促进β-catenin的遍在蛋白化和降解。因此,WTX可以负向调控Wnt/β-catenin信号转导通路[图2]。但是,目前对于WTX加速β-catenin遍在蛋白化和降解的作用机制还不十分清楚。2.3apc在wnt信号转导通路中的作用研究表明,APC可负向调控Wnt/β-catenin信号转导通路。然而,APC功能的分子本质并没有被完全确定。由于APC可与axin和β-catenin结合,提示其作用可能是促进axin-β-catenin的相互作用而导致β-catenin的磷酸化和遍在蛋白化。另外,APC还具有其他功能,包括从细胞核输出β-catenin及在染色体上对TCF/β-catenin转录活性的负向调控。然而,最近有研究报道指出,APC在Wnt信号转导通路中具有正向调控或(和)负向调控的双重作用。这项研究发现,敲除APC基因会导致axin蛋白表达的上调,并且其上调是独立于β-catenin信号的,提示APC在Wnt信号转导通路中的激活作用是通过介导axin降解实现的。Wnt信号激活功能位于果蝇APC同族体的氨基末端,有别于APC介导β-catenin降解的中央区。在β-catenin降解和信号转导中,APC和axin“阴-阳”关系的分子机制还有待进一步研究。3apc基因突变Wnt信号转导通路在正常成熟的细胞中处于关闭状态,主要在胚胎发育过程中被激活,参与多种发育模式,如在脊椎动物的胚胎发育过程中参与形成背-腹部的中轴和中枢神经系统发育等。因此,早期Wnt信号转导通路的缺陷可导致多种生物发育缺陷,而癌基因、抑癌基因或Wnt信号转导通路成分(如APC、β-catenin和axin等)的突变导致其不恰当的激活与肿瘤的发生和发展有关。3.1APC家族性腺瘤性息肉病(familialadenomatouspolyposis,FAP)是由Wnt信号转导通路中信号分子突变导致的,APC突变与FAP的关系于1991年被确立。大部分APC基因突变可导致缺少axin结合模序的截断基因产物。因为APC中axin结合部位是APC调节β-catenin表达水平的关键区域,因此APC突变会引发细胞质中β-catenin的积累,通过Wnt信号转导通路的激活引起细胞增殖,导致腺瘤的形成。APC突变常见于FAP和结直肠癌中,在其他肿瘤中较少见。3.2β-catenin结肠癌、肝细胞癌、硬纤维瘤、胰腺癌、胃癌、黑素瘤、卵巢癌、肾癌和前列腺癌等肿瘤中均存在β-catenin基因突变。β-catenin蛋白在Ser29和Lys49之间是丝氨酸/苏氨酸富集区,而该区域关键部位的磷酸化可以导致该蛋白的降解。如前所述,β-catenin蛋白特异氨基酸末端残基的磷酸化(GSK-3β通过磷酸化Ser33、Ser37和Thr41,CK1α通过磷酸化Ser45)使该蛋白被泛素-蛋白酶体系统识别。因此,突变使β-catenin蛋白保持稳定,从而激活Wnt/β-catenin信号转导通路,导致肿瘤的发生。3.3AxinAxin是一种支架蛋白,在Wnt信号转导通路中与β-catenin、GSK-3β、CK1α、APC和Dvl结合。在axin复合物中,GSK-3β和CK1α可使β-catenin磷酸化,从而启动该蛋白的降解。因此,axin在维持细胞内β-catenin表达水平中起着重要作用,并且被认为是抑癌基因。Axin基因突变导致axin的截短体形式而不能起到支架蛋白的作用,该现象存在于肝细胞癌和其他人类肿瘤中。有研究报道,APC与axin在细胞质与细胞核之间穿梭,把β-catenin蛋白从细胞核转移至细胞质中。因此,APC与axin在细胞质与细胞核中对调节β-catenin的表达水平具有重要作用。4nin信号转导通路越来越多的研究表明,Wnt/β-catenin信号转导通路与人类肿瘤密切相关,针对Wnt/β-catenin信号转导通路中信号分子为靶点的抑制剂已成为抗肿瘤的候选药物。4.1frps和dsksWnt配体本身可通过反义寡核苷酸技术、RNA干扰技术及中和抗体技术等成为抗肿瘤治疗靶点。Wnt信号分子的拮抗剂,如与Wnt信号分子特异性结合的卷曲相关蛋白(frizzled-relatedproteins,FRPs)和DKKs,已成为天然的抗肿瘤药物。DKK蛋白是Wnt辅助受体LRP5/6的拮抗剂,具有抗肿瘤潜能,在人类中已发现4种DKK蛋白。Hoang等研究发现,DKK-3及LRP5显性负突变体在肉瘤细胞Saos-2中的表达可明显降低其侵袭和细胞运动能力,并可诱导β-catenin的定位改变及增加细胞间黏附。González-Sancho等研究发现,在结肠癌中诱导DKK-1基因的表达可下调Wnt/β-catenin信号。4.2axin基因多态性对于肿瘤细胞凋亡和叶片生长的影响Wnt/β-catenin信号转导通路通过细胞内蛋白-蛋白的相互作用而受到严密调控。由于肿瘤抑制基因APC在结直肠癌中的核心作用,使针对该蛋白的β-catenin结合区域的阻断剂成为有效抑制肿瘤的物质。抑癌基因axin是Wnt/β-catenin信号转导通路的负性调控者,该基因突变是某些肿瘤发生的重要因素。转染野生型axin-1基因可诱导β-catenin聚集的肝癌细胞和结直肠癌细胞凋亡,并抑制其生长。Sekiya等报道,beta-连环蛋白/T细胞因子抑制子(inhibitorofbeta-cateninandTcellfactor,ICAT)也可诱导结肠癌细胞发生G2/M期阻滞并诱导细胞凋亡;ICAT与β-catenin相互作用,可干扰细胞核内β-catenin与TCF-4相互作用,负向调控Wnt信号通路。4.3-cateninWnt信号异常的肿瘤都存在β-catenin表达水平上调,因此靶向β-catenin的治疗引起人们的广泛关注。目前,反义寡核苷酸技术、RNA干扰技术及蛋白敲除技术处于研究阶段。针对β-catenin的反义寡核苷酸可以减少肿瘤β-catenin蛋白的表达,有效抑制肿瘤生长。最近一些研究致力于通过降解β-catenin,使其在人类肿瘤细胞中的表达活性降低,从而阻断Wnt信号通路,成为抗癌治疗的一个新靶点。有研究证明,突变的β-catenin可以通过细胞内Skp1/Cullin/F-box(SCF)遍在蛋白化作用机制而被降解。Liu等用嵌合体F-box融合蛋白形式加速了不依赖GSK-3β磷酸化而介导的β-catenin蛋白降解,以达到治疗肿瘤的目的。4.4wnt/-catenin信号转导通路抑制剂的筛选研究表明,β-catenin/TCF复合物可以成为合理设计和高通量筛选抗肿瘤药物的有效靶点。Lepourcelet等设计出用于鉴别抑制TCF-4与β-catenin相互作用化合物的高通量药物筛选方法。另外,针对β-cat