第一节 Wnt信号通路
一、Wnt信号通路简介
Wnt信号通路是广泛存在于多细胞真核生物中的一条高度保守的信号通路。目前研究得较为清楚的Wnt信号通路有三条，根据其对β-catenin的依赖性，可分为经典的信号通路和非经典的信号通路，后两者又分为平面细胞极性通路和钙离子通路（Rao and Kuhl，2010）。经典的Wnt信号通路又称为Wnt/β-catenin信号通路，依赖于β-cateinin转导信号，其主要成分包括细胞外的Wnt蛋白、细胞膜上的Frizzled（Fzd）和LRP等受体，细胞质中由GSK3β、APC和 Axin2组成的β-catenin毁坏复合物以及细胞核中的LEF1/TCFs家族。当分泌蛋白Wnt结合到跨膜受体Frizzled（Fzd）的细胞外N-末端时，细胞质中毁坏复合物的作用被抑制，使得β-catenin在细胞质中聚积后入核，与LEF1/TCFs家族成员协同作用，启动Wnt靶基因的转录（图7-1）。Wnt信号通路不仅见于胚胎发育和成年动物的正常生理过程，也参与了癌症发生的过程。
二、Wnt信号通路在干细胞中的作用
经典的Wnt信号通路对于干细胞的维持至关重要，通过维持干细胞的不对称分裂（asymmetric cell division，ACD），维持干细胞数目的稳定和特定的分化功能。在小鼠肠道中，Wnt靶基因Lgr5和EphB/ephrin-B都可以作为肠道干细胞的标志。Wnt信号通路的缺陷会导致干/祖细胞池萎缩甚至缺如、组织再生、修复异常等。例如，在小鼠中敲除TCF-4基因会导致肠道上皮前体细胞增殖缺陷；过表达Wnt的拮抗物dickkopf-1，可导致成年鼠的小肠隐窝缺失。这些都提示Wnt信号通路在调节肠道组织干细胞、前体细胞分化生长、维持组织稳态过程中都具有非常重要的作用。此外，Wnt信号通路还调节皮肤、毛发、乳腺及造血组织的干细胞的干性及其增殖和分化。
三、肿瘤中Wnt信号通路的异常
大量的研究证明，Wnt通路参与了多种肿瘤的发生发展过程，其靶基因在多种实体肿瘤（包括结直肠癌、肝细胞肝癌、前列腺癌、黑色素瘤、星形细胞瘤等）以及淋巴瘤/白血病中都有异常表达。在所有与Wnt通路相关的肿瘤中，Wnt通路都以不依赖于胞外的Wnt信号的方式，持续异常活化。以结直肠癌为例，在原发性肿瘤中有大约80%的患者伴随APC基因突变，导致毁坏复合物功能障碍，β-catenin不能被降解，异常积聚并入核，从而Wnt靶基因异常表达。除此之外，Wnt信号通路中其他组分的改变也可导致通路异常从而引起肿瘤发生，如Axin、GSK-3β的失活突变，或者β-catenin激活突变，或者LEF1/TCFs家族成员（如TCF7L2）突变等，均可导致细胞增殖分化异常。
四、Wnt信号通路在肿瘤干细胞中作用
经典的Wnt信号通路作为正常干细胞中重要的信号通路之一，同样在肿瘤干细胞的自我调节中发挥了重要的作用。在干细胞中，Wnt信号通路的异常活化使干细胞持续更新，以致干细胞池异常扩张；在前体细胞中，Wnt通路的异常活化使其获得干细胞特性。最终，在获得其他变异后，异常扩增的干细胞区域和分化障碍的子代细胞，发生恶性转化而癌变。Hong-Wu Xin等研究显示，在肿瘤龛中Wnt通路以旁分泌的形式调节细胞的不对称分裂，其转录因子TCF4及某些靶基因在发生不对称分裂的细胞中呈现不对称分布。若干研究表明，高度活化的Wnt/β-catenin信号通过维持肿瘤干细胞（CSCs）的活性，促进肿瘤的发生发展。例如，在白血病干细胞中，核内的β-catenin水平明显升高，并且Wnt通路活性明显增加；而在小鼠细胞中敲除β-catenin可以抑制多种白血病的发生。在对小鼠乳腺癌细胞和神经母细胞瘤中的侧群细胞（side population，SP）的一项研究中发现，Wnt1表达上调。在MMTV-Wnt1和MMTV-Nβ-catenin转基因乳腺癌小鼠模型中，乳腺中的SP细胞比例明显升高。用Wnt3a诱导体外培养的人表皮黏液癌细胞时，发现SP细胞比例可上升至70%。由此推测，Wnt信号通路能够促进CSCs增殖而抑制其分化。在Lgr5+的小鼠肠道干细胞中条件性敲除APC基因功能，可使干细胞很快发生恶性转化，产生大量Lgr5+的腺瘤；而在短寿的TA（transit-amplifying）细胞中敲除APC基因的功能时，诱导出来的腺瘤生长很快受到抑制，并且在很长的时间内几乎不会出现大的腺瘤。这不仅说明正常肠道干细胞可能是肠道肿瘤的起源，而且证明干细胞中Wnt通路的异常可导致恶性转化的发生。
五、Wnt信号通路中可能的治疗靶点及现状
自发现异常的Wnt信号通路与癌症相关伊始，人们即开始了对Wnt通路抑制剂的研究，以期用于肿瘤的治疗。理论上讲，能破坏Wnt信号转导的药物或分子，均能阻断该通路的异常活化，并阻断与此相关的肿瘤发生。目前，以Wnt通路为靶点的药物治疗主要有：细胞膜水平、胞内水平和核内水平（图7-1）。在细胞膜水平，主要是Wnt受体拮抗剂，包括Wnt通路的生理性拮抗剂DKK-1、分泌性frizzled受体相关蛋白（sFRP）、Wnt抑制因子（WIF-1）和内皮抑素（endostain）等。另外，WNT1和WNT2的单克隆抗体也已经在体外肿瘤治疗中显示疗效。在胞质水平，任何干扰通路的胞内成分相互作用的药物，都有可能作为治疗用。由于β-catenin入核是该通路活化的重要标志，因此靶向β-catenin的治疗成为研究的热点。在基因水平，利用反义RNA及RNAi技术抑制β-catenin基因CTNNB1的表达的临床试验药物已超过20余种。在蛋白水平，促进细胞质游离的β-catenin降解，也起到抗癌的作用。在核内水平，靶向β-catenin/TCFs复合物及其相关因子的策略也有望应用于肿瘤治疗。例如，小分子复合物ZTM000990和PKF118-310。此外，一些治疗其他疾病的药物，如非甾体抗炎药（NSAIDs）和维生素衍生物等，可能通过间接或直接作用影响Wnt通路，有望被应用于Wnt通路相关肿瘤的治疗。