Wnt信号通路与软骨细胞老化研究进展

Wnt信号通路与软骨细胞老化研究进展

高国玺1舒钧2姚绍平1孙先润1

高国玺1舒钧2姚绍平1孙先润1

（1云南省第一人民医院<昆明理工大学附属医院>云南昆明650032）

（2昆明医科大学第二附属医院云南昆明650032）

【摘要】Wnt/β-catcnin信号通路是Wnt信号传导通路中最为经典的信号通路。它是调节软骨代谢的重要途径。Wnt蛋白被证实在软骨基质合成和转归，骨质形成和转归中发挥着重要作用。氧化应激所致的细胞老化过程中，p53/p21在细胞老化调控通路中发挥着核心作用。p53/p21通路在Wnt信号激活关节软骨促间充质祖细胞老化中起介导作用。本文就Wnt信号通路与软骨细胞老化的研究进展展开综述。

【关键词】Wnt/β-catcnin信号通路；细胞老化；软骨细胞；p53通路

【中图分类号】R3【文献标识码】A【文章编号】1007-8231（2015）13-0001-03

【Abstract】Wnt/betacatcninsignalingpathwayisthemostclassicWntsignalingpathwaysinthesignalpath.Itisanimportantapproachtoregulatemetabolismofcartilage.Wnt-provedincartilagematrixsynthesisandtransferAndboneformationandoutcomeplaysanimportantrole.Oxidativestresscausedbycellaging,p53/p21regulationpathwayplaysacentralroleincellularageing.P53/p21pathwaysbetweenWntsignalingactivationofarticularcartilagetopromotemesenchymalprogenitorcellsagingplaysamediatingrole.Inthispaper,theWntsignalingpathwayandtheresearchprogressofcartilagecellagingwerereviewed.

【Keywords】Wnt/β-cateninsignalingpathway;Cellaging;Cartilagecells;P53pathway

细胞老化是指可增殖细胞在信号通路的调控下，不可逆地脱离细胞周期后进入的一种相对稳定的状态。细胞老化涉及DNA的损伤与修复、线粒体的能量代谢以及一系列基因的调控。

Wnt家族基因在调节软组织内环境稳定中发挥着重要作用。Wnt蛋白以自分泌或旁分泌的方式发挥作用，与位于细胞膜上相应的受体相结合，激活细胞内信号通路调控靶基因的转录，对细胞分化、增殖、迁移、极性化和凋亡起重要作用。

Wnt/β-catcmn信号通路是经典的Wnt信号通路，与多种疾病的起源有密切的关系，参与多种生命活动的调节。在软骨细胞的形成、发育、分化中，它可调控软骨细胞，促进或抑制软骨细胞分化。近年来研究发现Wnt/β-catcnin信号通路是维持关节完整性，调节软骨代谢的重要途径之一。

随着老龄化社会的到来，骨性关节炎和椎间盘退行性疾病的发病率逐年升高，在椎间盘退变及骨关节炎等疾病的进展和加重演变过程中都有软骨细胞老化和细胞凋亡的发生，从而导致软骨细胞功能减退和细胞活性下降，因此对软骨细胞老化机制的研究成为骨科界研究的热点问题。下面就Wnt/β-catcmn信号通路与软骨细胞老化的相关性研究进展展开综述，期望相关研究能为相应的生物治疗提供更广阔的视野。

1.软骨细胞及其分化

软骨由软骨细胞及软骨基质构成，软骨基质是由软骨细胞大量分泌产生，由胶原和蛋白聚糖构成，对维护软骨功能有重要作用。软骨细胞主要来源于间充质细胞，间充质细胞逐渐聚集并向软骨细胞分化，在软骨细胞产生过程中，分化的软骨细胞分泌细胞外基质(extraeellularmatrix,ECM)包括II型胶原及蛋白聚糖，组成软骨基本结构。

软骨形成过程通过细胞与基质及细胞间粘附作用下完成，而且这一作用受到一系列生长因子和分化相关因子信号通路的调控。

2.Wnt信号通路

Wnt是一种富含半肌氨酸残基的分泌型糖蛋白，是由Wnt基因编码的一类信号分子，与细胞膜上的受体结合，激活胞内各级信号转导分子，调节靶基因表达。

Wnt/β-catenin信号通路是Wnt信号三条胞内传导通路中的经典信号通路，在这条通路的传导途径中:Wnt与低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(LRP5/6),Frizzled共受体结合，Dishevelled蛋白接受信号后，使β-catcnm胞内水平增加，在核内与TCF-LEF组成转录激活物，激活下游靶基因的转录。

2.1Wnt蛋白家族在软骨代谢过程中的作用

Wnt/β-catenin信号通路主要通过Wnt蛋白家族，β-连环蛋白以及相关抑制因子来调节软骨细胞功能和代谢。

Wnt蛋白对软骨细胞的增殖分化及功能发挥均有着重要作用。Wnt蛋白蛋白家族中既有促进软骨代谢的成员，又有抑制软骨代谢的成员；在软骨分化的不同阶段，同一Wnt蛋白对软骨代谢发挥不同的调节功能。

Wnt/β-catenin信号通路的启动因子是Wnt蛋白，当无或缺少Wnt蛋白启动因子刺激时，β-catenin与Axin,APL,USK3等形成复合体，β-catenin被CKl和GSK3磷酸化，细胞质中游离状态的β-catenin减少，从而细胞核中的Wnt靶基因转录被抑制[1]。

当存在Wnt蛋白启动因子信号传入细胞时，Wnt蛋白与卷曲蛋白Fz的胞外区结合，继而募集并活化散乱蛋白(Dvl,Dsh)，引发轴蛋白、GSK3,APC及β-连环蛋白复合体瓦解。复合体瓦解后，β-连环蛋白与CK和GSK3之间的磷酸化消失，因而β连环蛋白在细胞质中聚集增多，随后依靠浓度梯度变化，进入细胞核与T细胞因子/淋巴增强因子等转录因子结合，引起Wnt靶基因的表达，影响相关细胞的增殖分化，调控细胞凋亡和代谢[2]。

骨骼大于90%的骨细胞嵌入到细胞外基质调节破骨细胞和成骨细胞的活动，其机制仍不清楚。骨合成代谢刺激激活Wnt信号，在人类进化过程发现其对骨骼增殖及维持作用。然而，负责编辑Wnt合成代谢的细胞机制仍然是难以捉摸。激活β-catenin信号增加破骨细胞和成骨细胞的增殖，从而足以激活Notch通路。在骨细胞和成骨细胞中β-catenin激活不同，而且骨细胞被认为经典Wnt/β-catenin信号的靶细胞[3]。

Sassi等[4]研究发现，Wnt信号转导通路参与人软骨细胞体外培养去分化过程。

彭旭等[5],研究发现，Wnt/β-catenin信号激活后，细胞增殖能力和向软骨诱导分化的能力降低，呈现老化现象，Wnt/β-catenin信号阻断后，细胞增殖能力和向软骨诱导分化的能力有所恢复。Wnt/β-catenin信号通路异常激活能显著减少软骨细胞外基质分泌。当软骨细胞外基质减少时，激活Wnt/β-catenin信号通路可促进人骨髓基质干细胞(hMSC)向软骨细胞分化。

Kawata等[6]研究显示，激活软骨细胞中Wnt/β-catenin信号转导通路，可使硫酸软骨素聚集蛋白聚糖(aggrecan,Acan)和11型胶原α1mRNA表达水平降低。

最新研究发现Wnt/β-catenin信号通路诱发了基质细胞蛋白（matricellularprotein，CCN1）在软骨细胞的表达，CCN1在软骨发育和成熟过程中是一种重要的调控物质。[7]

现有证据表明，调控关节形成和内环境稳态的信号通路是骨性关节炎(Osteoarthritis,OA)的关键因子。发育学的研究证明部分候选基因与关节发育有关，包括BMPs家族、hedgehog、成纤维细胞生长因子(FGFs)和Wnt配体家族。Wnt组成的大家族为分泌蛋白、激活至少三种细胞内的信号通路[8]。它们调节多种细胞的生存和多种细胞型的功能，维持干细胞自我更新[9]。

2.2β-连环蛋白在软骨代谢过程中的作用

人类β-catenin蛋白是由CTNNBI基因产生的一种大小为88KDa的细胞骨架蛋白，定位于人类染色体3p21上，编码781个氨基酸。Dao等[10]研究证实，软骨特有的β-catenin信号调节骨骼发育过程中软骨细胞成熟、骨化中心产生和软骨膜骨形成。苏友新等[11]通过观察IL-1β诱导软骨细胞退变过程中Wnt/β-catenin通路的变化，得出IL-1β诱导的软骨细胞退变过程伴有Wnt/β-catenin通路一些关键信号分子如:β-catenin,DKK蛋白和、FRP蛋白表达的改变。退变的软骨细胞内β-catenin增多，β-catenin的过度表达能够增加MMP-13基因的表达，从而导致软骨基质降解，关节软骨破坏。

Ning等[12]研究发现，β-catenin激活是关节软骨早期发育所必须，在成熟软骨内激活β-catenin则会导致关节软骨退化，产生骨关节炎样软骨细胞。

2.3细胞老化及其通路

细胞老化，又称作细胞衰老，是指体细胞在受到各种内外环境因素刺激下，复制一定次数后失去了分裂增殖能力，功能减退，不可逆地停滞在G/S期，进入无法增殖的状态[13]。

细胞老化根据导致其老化的具体分子机制的不同，可将细胞老化分为两类:复制老化(replicativesenescence，RS)和应激性过早老化(stressinducedprematuresenescence，SIPS)。

细胞的老化过程是通过信号通路实现的:体内绝大多数的细胞衰老都是经由p53-p21-pRb和p16-pRb(视网膜母细胞瘤蛋白)这两条通路介导[14]。p53-p21-pRb及p16-pRb通路可以独立或协同诱导细胞老化，端粒缩短的p53-p21-pRb信号途径在复制老化过程中起主要作用[15]。

氧化应激，即细胞内的活性氧簇(reactiveoxygenspecies,ROS)超过其抗氧化能力时的状态，是目前较为普遍接受的细胞老化的外在诱因。细胞内的ROS主要来自线粒体的有氧呼吸，高浓度的ROS可破坏DNA的结构而引发DNA损伤应答(DNAdamageresponse，DDR)，或者直接调控老化相关的信号通路，促进细胞老化的发生。

氧化应激是细胞老化的一个重要诱因。氧化应激引发细胞老化的各种途径都涉及p16和p53/p21基因表达的改变，由此可见，p16和p53/p21在细胞老化调控通路中的核心作用。

p53是一种应激蛋白，在细胞受到刺激后迅速上调，激活p21基因，进而抑制cyclinA/E-CDK2的活性，阻止RB的磷酸化和细胞周期的进行。

p53与细胞老化的关系较为复杂，p53可以通过激活p21引起细胞衰老[16]而p53的上调会促进凋亡因子的表达，诱导细胞凋亡。

3.Wnt信号通路，P53/P21通路及软骨细胞老化

近期研究发现:Wnt信号通路与p53/p21通路相关。。

研究发现Wnt/β-catenin信号通路协调了通过P53通路影响间充质祖细胞的增殖和分化[17]。

一项研究表明Wnt/β-catenin信号通路通过P53/P21通路在系统性红斑狼疮骨髓间充质干细胞老化过程中发挥了关键的作用[18]。

4.展望

大量Wnt蛋白被证实在软骨基质合成和转归，骨质形成和转归，以及软骨和骨的生物力学中发挥重要作用。Wnt信号通路参与了关节发育、出生后关节内环境稳定和重塑的过程，这为我们提供了一个机会去研究疾病的发展。虽然没有直接证明Wnt通路在一些软骨退行性疾病中的致病性作用，但是在软骨细胞的老化过程中，Wnt通路一定在其中发挥了关键的作用，这可能是一种介导作用。一方而介导参与对合成的抑制，另一方面又通过对下游基因表达的调控抑制其修复，这也许是Wnt通路在软骨退变过程中发挥作用的途径。

Wnt信号通路有一定的复杂性，它的下游产物对软骨的代谢发挥了多种影响，因此深入研究软骨、骨和骨软骨连接部中Wnt信号经典和非经典途径的具体作用变得更加重要，使得激活的Wnt信号途径及其组件可以成为独立的治疗干预目标。Wnt蛋白的特异性作用、加工、分泌、细胞外调节、受体和下游调控产物的相关研究应引起我们的重视，Wnt信号通路在软骨细胞老化进程中的作用仍需展开更多的研究与探索。

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