Wnt细胞信号通路在肝癌发生、发展及治疗中的意义及其研究进展

Wnt细胞信号通路在肝癌发生、发展及治疗中的意义及其研究进展

杨斌

杨斌(邛崃市医疗中心医院内三科四川成都611530)

【摘要】Wnt细胞信号通路的改变可能是肿瘤发生的共同途径。已经发现Wnt细胞信号通路的信号传递及其下游分子的激活在肝癌的发生与发展中有重要的意义。了解肝癌细胞中Wnt信号通路在肝癌的发生及发展中的具体作用,以及Wnt通路各调节因子的相互作用;对深入探讨肝癌发生、发展及转移的机制,及寻找新的肝癌治疗靶点提供理论依据。

【关键词】Wnt细胞信号通路肝癌

【中图分类号】R73-3【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2013）21-0350-03

ThesignificanceandprogressofWntcellsignalpathwayintheoccurrence,developmentandtreatmentofhepatocellularcarcinoma

【Abstract】Wntcellsignalpathwaymaybethecommonpathwayofcancercellproliferation.IthavefoundthattheactivationofWntcellsignalpathwayanditsdownstreammoleculeshasimportantsignificanceintheoccurrenceanddevelopmentofhepatocellularcarcinoma.Forfurtherstudythemechanismofhepatocellularcarcinoma’carcinogenesis,developmentandmetastasis,sofarastofindnewtherapeutictargetsandprovideatheoreticalbasis.ItisverynecessarytostudyboththespecificroleofWntsignalingpathwayintheoccurrenceanddevelopmentofhepatocellularcarcinomaandtheinteractionoftheWntpathwayregulatingfactor.

【Keywords】Wntcellsignalpathwayhepatocellularcarcinoma

引言

肝癌是我国最常见的恶性肿瘤之一。由于肝癌对化疗的耐药性,手术治疗及其他物理治疗如冷冻、栓塞、微波等是治疗肝癌的主要手段。近年来肿瘤生物靶向治疗为肝癌的治疗开辟了新领域。研究肝癌在发病过程中相关细胞信号通路及其信号分子的相互作用不仅有助于加深对肝癌发病机制的理解,而且有助于发现靶向治疗的新的分子靶点。

肝癌的发病机制复杂,细胞信号途径转导对其发生、发展起着至关重要的作用,研究发现有多种细胞信号通路参与肝癌的发生、发展;有(EGF)/(EGFR)（表皮生长因子/受体）,(VEGF)/(VEGFR)（血管内皮生长因子/受体）,(PDGF)/(PDGFR)血小板衍化生长因子/受体,(IGF)/(IGFR)（胰岛素生长因子/受体）,Wnt信号通路及MEK/ERK信号通路等[1],目前倍受关注的是Wnt细胞信号转导途径[2]。研究表明,此细胞信号途径的改变可能是肿瘤发生的共同途径。已经发现Wnt细胞信号通路主要通过激活其下游靶基因而参与肝癌的发生与发展[3]。研究肝癌细胞中Wnt信号通路的调节因子及各信号通路之间的相互作用,深入探讨肝癌发生、发展及转移的机制,可为寻找新的肝癌标志物和治疗靶点提供理论依据[4]。

（—）Wnt细胞信号通路简介

Wnt信号通路是近年来在分子生物学、细胞生物学和肿瘤研究中的一大热点。该通路的主要成分包括Wnt蛋白家族、Firzzled／低密度脂蛋白受体相关蛋白(Fz／LRP)、胞质内的Dishevelled蛋白(Dsh)、β-catenin(β-链蛋白)、糖原合成激酶3β(glycogensynthasekinase-3β,GSK-3β)、支架蛋白（axin／conductin）、结肠腺瘤性息肉病基因蛋白(adenomatouspolyposiscoli,APC)和T细胞因子／淋巴增强因子(Tcellfactor／lymphoidenhancerfactor,LEF/TCF)转录因子家族[5]。Wnt蛋白是一种富含半胱氨酸残基的分泌型糖蛋白,在进化过程中高度保守。Wnt信号通路包括经典和非经典信号通路。经典Wnt通路是通过调节LEF/TCF家族的DNA转录来调节细胞的行为的。其核心是胞质内β-catenin的稳定性。β-catenin水平低下时,Wnt通路关闭。当其水平较高时,Wnt通路开放。β-catenin在细胞内水平受两组蛋白质的功能竞争调节。一组为降解蛋白类:APC合体,由GSK3β、Axin及APC蛋白组成;另一组为拮抗蛋白类,包括:Dsh、周期蛋白依赖性激酶抑制因子CKI(cyclin-dependentkinaseinhibitor)、GSK3β结合蛋白（GBP）。当Wnt通路活化时,Wnt与受体蛋白Frizzled结合并激活细胞内的CKI。CKI使Dsh磷酸化,释放GBP,结合与Axin联系的GSK3β,从而抑制GSK3β对β-catenin的磷酸化降解的作用使未磷酸化β-catenin在胞质中积累并转运到核中,破坏LEF/TCF家族与GRO、GBP抑制蛋白形成的复合蛋白[6]。从而激活转录因子,进一步激活MYC基因、细胞周期蛋白Cyclin-D基因等开始进行转录,刺激细胞增殖。因此,Wnt细胞信号通路的开闭和细胞的增殖密切相关。

Wnt信号通路在体内可自行调节,其自行调节是通过Wnt拮抗物实现的。Wnt拮抗物家族包括WIF-1、sFRP(Frizzledrelatedprotein)和Dickkopf1。WIF-1是细胞外可和Wnt分泌蛋白结合并竞争抑制其信号传导的蛋白分子。sFRP是分泌型Frz相关蛋白（secretedfrizzled-relatedproteins）,它可能与Frz竞争结合Wnt蛋白,sFRP家族中的第一个成员sFRP1目前已被发现参与了人类多种肿瘤的发病过程。Dickkopf1（DKK1）是一种分泌蛋白,其与Wnt受体LRP5/6及另一类穿膜蛋白Kremen1/2结合,形成三聚体,诱导快速的细胞内吞,减少细胞膜上的LRP5/6,由此阻断了Wnt信号向胞内的传递[7-8]。以上蛋白分子的基因转录是通过其他信号通路的激活实现的。其他的抑制蛋白还有Sizzled、和Cerberus,它们直接与Wnt蛋白结合,通过竞争抑制阻止Wnt与受体蛋白复合物相连,使细胞质中的β-catenin由于磷酸化而不能积累,进而阻断了经典通路和非经典通路[9]。

（二）Wnt信号通路与肝癌

研究表明,当肝脏在没有受到化学、代谢以及饮食压力的挑战时,β-eatenin在细胞内的浓度极低。而在肝脏的再生过程中,β-catenin在细胞内的浓度有显著的升高[10]。

Wnt信号通路主要通过激活其下游靶基因而导致肝癌的发生与发展。在有wnt信号时,β-catenin多聚复合体不易形成,β-catenin基因突变导致蛋白结构改变,与转录因子TCF／LEF结合成异源二聚体,介导靶基因的转录。其下游靶基因包括c-myc、C-jun、cyclinD1、血管内皮生长因子(VEGF)等[11]。以上基因在肿瘤细胞分裂及营养支持中均发挥重要作用;分析发现,β-catenin突变在肝癌中是频发事件,可达44%以上。在转基因小鼠模型发生肝肿瘤时发现,β-catenin聚集在细胞核,并有c-myc以及TGF-β的过表达。当β-catenin以及H-ras蛋白同时发生突变时,小鼠肝癌的发生率达到100%[12]。肝癌血管生成作用旺盛;患者的血清VEGF和bFGF浓度比正常人明显增高,用免疫组化分析高分化肝癌及癌旁组织中两种促血管生成因子均呈高表达;在中、低分化肝癌的血管内皮细胞中也呈高度表达。活化Wnt信号通路的下游靶基因中包括血管内皮生长因子(VEGF);这些研究证据都表明wnt信号通路的激活与肝癌的发生及生长密切相关[13]。

同时在高分化肝癌及低分化肝癌中,WNT通路中各信号分子表达有明显区别;Wnt通路的激活程度与肝癌细胞的分化程度有密切联系[14]。

（三）Wnt信号通路在肝癌治疗中的展望

目前,对于肝癌的治疗,除了早期手术切除,并无其他特殊有效方法,随着近年来近年来肿瘤生物靶向治疗的快速发展;寻找新的抗肿瘤分子靶位为肝癌的治疗开辟了新领域;如索拉菲尼（Sorafenib）,近年来被批准用于晚期肝癌的治疗[15];而针对Wnt信号通路的治疗近年来已成为新的热点。

Wnt信号通路在体内可通过自行调节来影响细胞的增殖的,其自行调节是通过Wnt拮抗物实现的。Wnt拮抗物家族包括WIF-1、sFRP(Frizzledrelatedprotein)和Dickkopf1。WIF-1是细胞外可和Wnt分泌蛋白结合并竞争抑制其信号传导的蛋白分子。sFRP是分泌型Frz相关蛋白（secretedfrizzled-relatedproteins）,它可能与Frz竞争结合Wnt蛋白,sFRP家族中的第一个成员sFRP1目前已被发现参与了人类多种肿瘤的发病过程。Dickkopf1（DKK1）是一种分泌蛋白,其与Wnt受体LRP5/6及另一类穿膜蛋白Kremen1/2结合,形成三聚体,诱导快速的细胞内吞,减少细胞膜上的LRP5/6,由此阻断了Wnt信号向胞内的传递[16]。以上蛋白分子的基因转录是通过其他信号通路的激活实现的。其他的抑制蛋白还有Sizzled、和Cerberus,它们直接与Wnt蛋白结合,通过竞争抑制阻止Wnt与受体蛋白复合物相连,使细胞质中的β-catenin由于磷酸化而不能积累,进而阻断了经典通路和非经典通路[17]。了解Wnt信号通路及Wnt拮抗物的种类及其作用机理对寻找阻断Wnt信号通路的药物有重要意义;在实验中用WIF-1、sFRP和Dickkopf1的基因转染均可导致Wnt信号通路的关闭,用药物（化疗药阿霉素、羟喜树碱、顺铂等）诱导WIF-1、sFRP和Dickkopf的基因表达也是近年国内外学者研究Wnt通路的阻断方法之一[18-19];已发现非类固醇类抗炎药阿司匹林、sulindac以及丙戊酸可以有效抑制wnt通路信号转导,诱导肿瘤分化及细胞凋亡[20]。另外β-catenin的抑制剂依他尼酸（R-Etodolac）被发现在HepG2以及Hep3B肝癌细胞株中可以有效抑制肝癌细胞的增殖[21]。但是由于其分子作用网络的复杂性,到目前为止还未能找到一种既安全又有效的能完全阻断Wnt信号通路的治疗药物。

通过对肝癌细胞中Wnt通路的研究发现一些CYP同功酶在肝癌中上调并伴随β-catenin的激活,而在小鼠β-catenin基因敲除中,发现两种CYP同功酶缺乏,因此在未来的进一步研究中,可以通过激活或者抑制某些CYP同功酶来抑制β-catenin的表达,从而达到治疗肝癌的目的[22-23]。

另外在实验室中通过对β-catenin的RNA干扰发现:对肿瘤细胞中β-catenin的RNA干扰可减少肝癌细胞中β-catenin的含量从而减少肿瘤细胞的增殖,但是此方法在一些β-catenin表达阴性的肝癌细胞中可能有导致β-catenin基因突变的危险;因此通过对β-catenin的RNA干扰可能对治疗肝癌有益但是同时还伴有一定的危险,目前仅在实验室研究阶段[24]。

总之,针对肝癌细胞中Wnt通路的靶向治疗被认为是未来治疗肝癌的突破口之一,我们相信,通过关于肝癌细胞中Wnt通路的一系列实验室及临床研究,将会找到治疗肝癌的更好、更有效的方法。

参考文献

[1]MelchiorreCervello1,JamesA.McCubrey2,AntonellaCusimano1,etal;Targetedtherapyforhepatocellularcarcinoma:novelagentsonthehorizon,Oncotarget2012;3:236-260.

[2]ThomasMB,JaffeD,ChotiMM,etal.Hepatocellularcarcinoma:consensusrecommendationsoftheNationalCancerInstituteClinicalTrialsPlanning,Meeting.JournalofClinicalOncology.2010;28:3994–4005.

[3]MorganTR.ChemopreventionofhepatocellularcarcinomainchronichepatitisC.RecentResultsinCancerResearch.2011;188:85–99.

[4]BishayeeA,PolitisT,DarveshAS.Resveratrolinthechemopreventionandtreatmentofhepatocellularcarcinoma.CancerTreatmentReviews,2010;36(1):43–53.

[5]ShimizuT,KagawaT,InoueT,NonakaA,TakadaS,AburataniH,TagaT.Stabilizedbeta-cateninfunctionsthroughTCF/LEFproteinsandtheNotch/RBP-Jkappacomplextopromoteproliferationandsuppressdifferentiationofneuralprecursorcells.MolCellBiol.2008;28(24):7427-7441.[PMID:18852283].

[6]AndreyVoronkov*andStefanKraussWnt/beta-CateninSignalingandSmallMoleculeInhibitors,CurrentPharmaceuticalDesign,2013,19,634-664.

[7]BalemansW,DevogelaerJP,CleirenE,PitersE,CaussinE,VanHulW.NovelLRP5missensemutationinapatientwithahighbonemassphenotyperesultsindecreasedDKK1-mediatedinhibitionofWntsignaling.JBoneMinerRes.2007;22:708–716.

[8]BinnertsME,TomasevicN,BrightJM,LeungJ,AhnVE,KimKA,ZhanX,LiuS,YonkovichS,WilliamsJ,etal.ThefirstpropellerdomainofLRP6regulatessensitivitytoDKK1.MolBiolCell.2009;20:3552–3560.

[9]MasafumiInui,MarcoMontagner,DannyBen-Zvi,etal.,Self-regulationofthehead-inducingpropertiesoftheSpemannorganizer,ProcNatlAcadSciUSA.2012September18;109(38):15354–15359.

[10]NuZhang,PingWei,AihuaGong,Wen-TaiChiu,Hsueh-TeLee,HowardColman,HeHuang,JianfeiXue,MingguangLiu,YongWang,RaymondSawaya,KepingXie,W.K.AlfredYung,RenéH.Medema,XiHe,SuyunHuang;FoxM1Promotesβ-CateninNuclearLocalizationandControlsWntTarget-GeneExpressionandGliomaTumorigenesis,cancercell.2011october18:20(4):427-442.

[11]Wnt10APlaysanOncogenicRoleinRenalCellCarcinomabyActivatingWntT/β-cateninPathway,Ren-JunHsu,Jar-YiHo,Tai-LungCha,Dah-ShyongYu,Chieh-LinWu,Wei-PingHuang,PaulingChu,Ying-HsinChen,Jiann-TorngChen,Cheng-PingYu.

[12]HaradaN,OshimaH,KatohM,eta1.HepatOcarcinOgenesisinmicewithbetacateninandHarasgenemutations.CancerRes,2004,64:4854.

[13]scularendothelialgrowthfactor,fibroblastgrowthfactor-2andendostatininpatientswithhepatocellularcarcinoma.JGastroenteroiHepatol,2005,20:583—588.

[14]HalukYuzugullu†1,2,etalCanonicalWntsignalingisantagonizedbynoncanonicalWnt5ainhepatocellularcarcinomacells;MolecularCancer2009,8:90doi:10.1186/1476-4598-8-90.

[15]BingruXie,DavidH.Wang,StuartJonSpechler,SorafenibfortheTreatmentofHepatocellularCarcinoma:ASystematicReview,DigDisSci.2012May;57(5):1122–1129.

[16]SarwatFatima,NikkiPLee,JohnMLuk,DickkopfsandWnt/β-cateninsignallinginlivercancer,WorldJClinOncol.2011August10;2(8):311–325.

[17]ValerieA.Schneider,MarkMercola,WntantagonisminitiatescardiogenesisinXenopuslaevis,GenesDev.2001February1;15(3):304–315.

[18]HuYA,GuXC,LiuJH,YangY,YanY,andZhaoCJ,ExpressionpatternofWntinhibitorfactor1(Wif1)duringthedevelopmentinmouseCNS.GeneExprPatterns.2008;(7-8):515-522.[PMID:18586116].

[19]KoornstraJJ,RijckenFE,OldenhuisCN,ZwartN,vanderSluisT,HollemaH,deVriesEG,KellerJJ,OfferhausJA,GiardielloFM,KleibeukerJH.SulindacInhibitsß-CateninExpressioninNormal-AppearingColonofHereditaryNonpolyposisColorectalCancerandFamilialAdenomatousPolyposisPatients,CancerEpidemiologyBiomarkers&Prevention2005;7(14):1608-1612,[PMID:16030090].

[20]冯晓钺王晓明张毅李姣申宗侯,Sulindac通过抑制Wnt通路诱导SMMC-7721肝癌细胞凋亡,FudanUnivJMedSci2007Juy,34(4).

[21]IoeppenS,KoehleC,BuchmannA,eta1.Aheta-catenin—dependentpathwayregulatesexpressionofcytochromeP450isoformsinmouselivertumors.Carclnogenesis,2005,26:239-248.

[22]JaideepBehari,TheWnt/β-cateninsignalingpathwayinliverbiologyanddisease,ExpertRevGastroenterolHepatol.2010December;4(6):745-756.

[23]IoeppenS,KoehleC,BuchmannA,eta1.Aheta-catenin—dependentpathwayregulatesexpressionofcytochromeP450isoformsinmouselivertumors.Carclnogenesis,2005,26:239-248.

[24]SarwatFatima,NikkiPLee,JohnMLuk;DickkopfsandWnt/β-cateninsignallinginlivercancer,WorldJClinOncol2011August10;2(8):311-325.