Wnt信号通路在COPD中的研究进展

张志华 赵卉 王润钰 赵一茹 冯惠 曲梦蕊 刘洁

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是以持续存在的呼吸系统症状和气流受限为特征的慢性疾病。COPD的患病率和死亡率在全球逐年上升，目前已成为全球第三大死因[1]。COPD患者随着年龄增长及疾病进展，经济负担逐渐加重，生活质量逐年下降，故探索新的诊疗思路对COPD的预防和治疗显得尤为重要。近年来越来越多的研究表明Wnt信号通路的异常与多种疾病密切相关，多个学者研究表明Wnt信号通路异常与COPD的发生、发展有密切关系。本综述主要介绍Wnt信号通路与COPD发病的相关研究进展。

一、Wnt信号通路概述

Wnt信号通路进化上高度保守，在胚胎发育、成人组织稳态和多种细胞的增殖、分化、存活、凋亡和迁移中发挥重要的调节作用[2-3]。Wnt基因最初在小鼠中发现被命名为Int1，后来在果蝇中鉴定出一个无翼表型的同系物，并将Int基因重命名为Wnt；Wnts是一类分泌型糖蛋白，目前已有19种Wnt配体被确认，当Wnt配体与不同的受体结合时发挥不同的生物学效应。随着对Wnt?信号通路的深入研究，发现其与COPD的发病密切相关。研究表明Wnt信号通路的失调有助于慢性肺部疾病的发生和发展，包括COPD、肺间质纤维化、哮喘及肺癌[4]。依据有无β-catenin可将Wnt信号通路分为经典信号通路(Wnt1、2、3、8a，8b，10a和10b)和非经典信号通路(Wnt4、5a，5b，6、7a，7b和11)[5]。经典Wnt信号通路的作用机制：当Wnt信号缺失时，β-catenin被轴抑制因子(Axin)、结直肠腺瘤息肉蛋白(APC)、糖原合酶激酶3(GSK-3)和酪蛋白激酶1(CK1)组成的蛋白质复合物降解；当存在Wnt配体时，Wnt与受体的结合会导致蛋白质复合物解离并在细胞核中积累β-catenin，β-catenin与T细胞因子/淋巴增强因子(TCFs/LEFs)结合并激活靶基因的表达[2]。非经典Wnt信号通路作用机制比较复杂，目前主要的两条通路为Wnt/Ca2+通路及Wnt细胞极性通路。Wnt细胞极性通路(又称平面细胞极性信号通路(PCP))是定向细胞行为(如迁移、不对称分裂和形态极化)的一个强有力的发育调控因子，对塑造人体轴和复杂的组织和器官三维结构至关重要。Vladar等人[6]研究表明PCP功能障碍与多种慢性肺部疾病有关(包括COPD、特发性肺动脉高压等)，对PCP机制透彻的研究，可提供针对慢性肺部疾病治疗的新思路。Wnt-5A是Wnts家族中的重要成员，Wnt-5A对Wnt经典信号通路与非经典信号均有调控作用，其主要是通过非经典信号通路发挥调控作用，而在肺部疾病中主要通过经典途径起双向调节作用。

二、Wnt信号通路与COPD

1 肺泡上皮细胞

肺泡上皮细胞是构成和维持肺泡稳定性的重要细胞。Ⅰ型肺泡上皮细胞(AT1)覆盖肺泡的大部分表面，与巨噬细胞共同参与构成气-血屏障；Ⅱ型肺泡上皮细胞(AT2)分泌肺泡表面活性物质，降低肺泡表面张力、稳定肺泡大小，AT2异常可导致肺气肿、肺不张的发生，从而增加COPD发病的风险。多种研究已证实AT2具有分化为AT1的潜能，但其潜在的分化机制尚不明确，Ghosh等研究表明[7]Wnt-5A可被胰岛素样生长因子-I(IGF-1)激活，激活的Wnt-5A可使AT2细胞分化为AT1细胞，且IGF-1和Wnt-5A可刺激损伤的肺泡上皮细胞修复。Wu等研究表明[8]在肺泡上皮祖细胞中Wnt-5A/B为负性调控，Wnt-5A与Wnt-5/β均可抑制肺泡上皮祖细胞的生长，这可能是导致COPD肺泡修复缺陷的原因。Skronska-Wasek等研究表明[9]卷曲蛋白受体4(FZD4)在COPD患者的AT2细胞中表达明显下降，降低了Wnt/β-catenin驱动的上皮细胞增殖和伤口闭合，并且干扰了AT2到AT1细胞的分化；同时，研究发现丙戊酸可诱导FZD4依赖的Wnt信号通路的活性，从而增加FZD4的表达。Baarsma等研究表明[10]Wnt-5A在COPD患者及COPD实验模型中表达增加，并与相关刺激(例如TGF-β，香烟烟雾(CS)和细胞衰老)诱导有关；成熟的Wnt-5A在体外减弱了经典的Wnt驱动的肺泡上皮细胞伤口的愈合和分化，肺部Wnt-5A过量表达进一步恶化了弹性蛋白酶诱导的肺气肿，当Wnt-5A受抑制时，弹性蛋白酶、CS诱导的COPD模型中肺组织的肺功能得到了改善，并恢复了β-catenin驱动的靶基因和肺泡上皮细胞标志物的表达，推断出Wnt-5A参与COPD发病机制中的间质-上皮细胞受损的新机制，研制Wnt-5A抑制剂可作为治疗靶点；Li等[11]研究表明Wnt-5A失活对肺泡形成的主要影响是肌成纤维细胞的分化和迁移，关键调节基因的表达减少。

2 肺成纤维细胞

成纤维细胞是肺间质中最丰富的细胞类型，主要功能是产生肺泡隔，细胞外基质中的蛋白聚糖、弹性蛋白和Ⅲ型胶原蛋白，参与细胞外基质稳态，其主要受转化生长因子-β(TGF-β)调节，因此在肺组织修复和重塑中至关重要。研究已经证实在各种慢性疾病中，WNT/β-catenin途径的激活与细胞外基质转换异常有关，Baarsma等[12]研究结果显示β-catenin信号传导有助于肺成纤维细胞产生细胞外基质，并有助于肌成纤维细胞分化。有学者研究表明TGF-β诱导的成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化，有助于COPD和特发性肺纤维化的重塑；Ng-Blichfeldt等研究表明TGF-β会损害成纤维细胞修复支持上皮的能力[13]。

3 支气管上皮干细胞

支气管黏液腺肥大、增生及分泌旺盛和纤毛变短、黏连、倒伏及脱失均为COPD患者气道病理改变。支气管干细胞可分化为黏液细胞和纤毛细胞。Malleske团队[14]早先研究表明β-catenin的遗传稳定作用抑制了小鼠细支气管组织干细胞的分化，近期研究确定了β-catenin及其辅因子P300(E1A结合蛋白，300 kDa)和cAMP反应元件结合(CREB)结合蛋白(CBP)对人支气管上皮干细胞向黏液细胞和纤毛细胞分化的影响，证实P300和CBP调节β-catenin信号以促进黏液细胞分化。由上述结果不难推断出在气道损伤及病变时Wnt信号通路可干扰其正常修复，导致疾病进一步进展。

4 纤毛上皮细胞

黏膜纤毛上皮细胞提供了抵抗病原体的第一道防线，已经研究表明黏膜纤毛上皮的再生和重塑受损与慢性气道疾病中Wnt/β-catenin信号失调有关，但其潜在机制尚不清楚；Haas等[15]研究表明慢性Wnt激活导致黏膜纤毛上皮重塑和基底细胞增生，体内和体外均可逆转，由此推断出Wnt抑制可作为慢性肺部疾病的治疗选择。

5 慢性气道炎症

慢性气道炎症参与多种疾病的发病机制，包括哮喘、结核、肺癌、支气管扩张等肺部疾病，COPD也不例外；有学者[16]研究表明细小颗粒物(直径≤2.5μm)、CS、香烟烟雾提取物(CSE)会诱导气道炎症和Wnt-5A表达，联合暴露可使Wnt-5A表达明显升高，使用Wnt-5A拮抗剂(BOX5)成功阻断了相关的炎症作用，可作为COPD治疗的新靶点。Guo等[17]通过实验表明CS诱导的Wnt/β-catenin信号通路可能通过PPARδ/p38 MAPK途径促进气道上皮炎性细胞因子的产生，进而在COPD气道炎症中发挥作用，抑制或切断这个途径或许会改善COPD吸烟患者的临床症状。有学者研究证实：当脂多糖诱导肺部损伤产生气道炎症时，Wnt/β-catenin通路处于抑制状态，表明脂多糖引起的气道炎症会抑制Wnt信号通路[18]；增强Wnt信号传导能够减弱脂多糖导致的肺泡上皮细胞的炎症反应[19]；研究表明对于COPD患者胰岛素抵抗(IR)会加重其气道炎症，目前发病机制尚不清楚。Zhu等研究表明[20]IR降低了肺组织中Sfrp5的表达并激活了Wnt-5A/JNK1途径，从而促进了巨噬细胞的激活并促进了肺部的炎症反应。相反，过度表达Sfrp5可抑制Wn-t5A/JNK1途径从而抑制炎症反应，Sfrp5可能作为治疗COPD的靶点。

6 肺泡表面活性蛋白A和D

吸烟、粉尘是COPD发病的重要诱因之一，有研究表明[21]尼古丁通过人气道上皮细胞中的Wnt/β-catenin和PKC信号传导降低表面活性蛋白A和D的水平，而表面活性蛋白A和D的缺乏是气道重塑的机制，气道重塑是COPD的特征之一，控制COPD患者表面活性蛋白A和D水平或许会延缓疾病的进展。气道重塑包括平滑肌特异性基因和蛋白质表达的变化，但目前对于气道重塑机制的了解相对少，仍需继续探索。Kumawat 等[22]研究表明WNT-11-依赖的Rho激酶-肌动蛋白-MRTF-A信号轴调节气道平滑肌细胞中平滑肌-α-肌动蛋白的表达进而影响气道重塑；Jia等[23]研究表明Wnt/β-catenin信号传导途径可能通过p38 MAPK依赖性途径调节气道重塑过程。miR-130a是一种miRNA，Wu等[24]研究发现miR-130a在CS诱导的COPD中具有致病作用，并通过靶向Wnt1调节Wnt/β-catenin信号传导，miR-130a可作为治疗CS诱导的COPD的潜在靶标。

三、结论和展望

已有的研究表明Wnt信号通路可能在COPD的发生发展中发挥着重要作用，但这些研究仍多处于探索的早期阶段。随着对Wnt信号通路在COPD发病中作用认识的逐步深入，将有可能以Wnt信号通路为靶点，为COPD的治疗开发新的药物。