Wnt/β-catenin拮抗剂DKK-1在强直性脊柱炎中的研究进展(1)
【摘 要】 强直性脊柱炎是一种免疫介导的慢性炎症性疾病，其病理性骨形成的机制尚未明确，目前治疗效果并不理想。Wnt通路抑制剂Dickkopf-1(DKK-1)在强直性脊柱炎疾病过程中发挥重要作用。通过综述DKK-1在强直性脊柱炎成骨中的作用和在血清中表达的意义，以及中医药干预强直性脊柱炎取得的研究成果，以期为进一步研究探索强直性脊柱炎病理性骨形成的分子机制和靶向治疗提供新的思路。
【关键词】 脊柱炎，强直性;Wnt信号通路;DKK-1;骨代谢;中医药;综述
强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)是一种免疫介导的炎症性疾病，在全球范围内的发病率约为0.2%～1.4%[1]。AS主要病理改变为关节炎症和新骨形成，最终导致脊柱僵硬和丧失活动能力，严重降低了患者的生活质量[2]。AS的发病机制尚不清楚，遗传和环境因素的相互作用可能是其中的原因之一。虽然当前AS的治疗已经取得了很大的进展，但是效果仍不理想[3]。经典Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)通路的激活在AS病理性骨形成中发挥关键作用，最新研究表明，Dickkopf-1(DKK-1)蛋白与AS发病过程关系密切[4]。
1 Wnt通路和DKK-1生物学特性
Wnt家族由许多小的、富含半胱氨酸的分泌性糖蛋白组成，参与调控各种细胞活动，在发育过程中起着至关重要的作用[5]。Wnt蛋白通过包括β-catenin在内的多个蛋白复合物触发细胞内的信号通路。在没有Wnt蛋白的情况下，β-catenin保持在较低水平，游离的β-catenin被26S蛋白酶体泛素化和降解。含有激酶GSK-3β和酪蛋白激酶-1(CK-1)的蛋白复合物，连同架构蛋白轴抑制蛋白1(Axin1)、腺瘤性息肉病蛋白(APC)及散乱蛋白介导了β-catenin的降解[6]。这种复合物磷酸化β-catenin上的特定氨基酸残基，为F-盒蛋白/E3连接酶复合物创造对接位点。因此，抑制β-catenin磷酸化可防止其降解，增加细胞质水平并促进核易位，与TCF/LEF转录因子相互作用，激活靶基因的表达[7]。DKK-1最初作为一种诱导头部发育的分泌性蛋白在1998年被报道，是Wnt信号通路的有效抑制剂[8]。随后的研究报道了在骨髓瘤细胞中DKK-1表达的增加与骨侵蚀呈正相关，意味着DKK-1可能抑制成骨细胞的分化或功能[9]。在杂合子DKK-1缺陷小鼠中，可通过显著提升成骨细胞活性而导致骨形成和骨量增多[10]。
2 DKK-1在AS中的作用
AS是一种慢性炎症性疾病，新骨形成是AS的重要特征，而过度的新骨形成可能导致关节或脊柱强直。进一步的证据表明，DKK-1不仅与周围关节骨重塑相关，还参与AS典型病理过程中的骶髂关节侵蚀和融合，功能性DKK-1是AS病情进展的潜在生物标志物，阻断DKK-1的表达可促进脊柱关节融合，但对于AS患者血清DKK-1表达水平的研究结果并不一致[11-12]。
2.1 DKK-1通過微小核糖核酸(miRNAs)影响AS骨形成 miRNAs是一组长度约为22个核苷酸的非编码小RNAs，通过与靶mRNAs的3'-非翻译区(3'-UTR)结合在转录后水平调节基因表达，已被证实参与调控细胞增殖、分化、凋亡和免疫应答等多种生物学过程[13]。AS病理性新骨形成的机制尚未明确，但有证据表明，Wnt/β-catenin信号通路抑制剂DKK-1在此过程中发挥重要作用[14]。有研究指出，AS患者功能性DKK-1(与LRP-6结合)水平低于正常人，且DKK-1与AS的影像学严重程度呈负相关[15]，而功能性DKK-1的高表达可抑制AS的新骨形成、骨赘生长和脊柱强直[16]，阻断DKK-1则能够促进骨形成和骶髂关节及轴向关节强直[17]。
miR-146a位于5q33.3染色体上，是免疫系统疾病的重要调控因子[18]，miR-146a的单核苷酸多态性(SNP)与AS相关，并且在AS患者血清中高表达，可作为其生物学标志物[19-20]。成纤维细胞来源于间充质干细胞，是关节周围结缔组织中常见的细胞类型，在一定条件下具有成骨分化潜能[21]。AS患者髋关节囊组织中miR-146a表达上调，DKK-1 mRNA表达下调，miR-146a与DKK-1 mRNA水平呈负相关。研究人员使用AS成纤维细胞作为模型用于评估miR-146a在AS发展中的作用和分子机制，发现miR-146a抑制剂转染AS成纤维细胞后，可显著抑制AS成纤维细胞的增殖和成骨分化潜能，同时能诱导AS成纤维细胞凋亡，而miR-146a过表达则发挥相反的作用，鉴于miR-146a与DKK-1之间的负相关性，进一步研究发现miR-146a通过直接靶向作用于DKK-1的3’-UTR，从而抑制DKK-1的表达[22]。成骨标志物(Runx2、ALP)在miR146a缺陷的AS成纤维细胞中的表达明显下调，在miR-146a增强的细胞中显著上调[23]。表明miR-146a缺陷或过表达，能通过调控DKK-1的表达从而影响AS成纤维细胞的增殖、凋亡和成骨分化潜能。
miR-29a主要通过经典Wnt信号通路正向调控成骨分化，能够防止糖皮质激素引起的大鼠骨质疏松和脆性骨折，并且在AS患者中表达具有显著差异性[24-25]。
与类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)患者和正常对照组相比，AS患者miR-29a的表达特异性显著升高[26]。miR-29a在肿瘤坏死因子-α(TNF-α)介导的抗骨质形成过程中明显减少，阻断TNF-α可以上调其表达。作为经典Wnt/β-catenin信号传导负调节剂的DKK-1和GSK-3β参与炎症介导的骨破坏，Kremen2、DKK-1及sFRP2是与骨形成相关的miR-29a的直接靶基因，LI等[25]在此基础上将GSK-3β鉴定为miR-29a的新靶标蛋白，抗miR-29a在蛋白质水平上增加DKK-1和GSK-3β的表达。TNF-α抑制核β-catenin的表达，这种现象可以通过增强miR-29a的表达或降低DKK-1、GSK-3β的水平来缓解，同时提高TCF/LEF的转录活性。这表明miR-29a通过靶向作用于Wnt信号通路抑制剂DKK-1和负调控蛋白GSK-3β，可能在AS病理性骨形成中发挥重要作用。, 百拇医药(蔡鑫 唐芳 马武开 蒋总 樊梅 金泽旭)
【关键词】 脊柱炎，强直性;Wnt信号通路;DKK-1;骨代谢;中医药;综述
强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)是一种免疫介导的炎症性疾病，在全球范围内的发病率约为0.2%～1.4%[1]。AS主要病理改变为关节炎症和新骨形成，最终导致脊柱僵硬和丧失活动能力，严重降低了患者的生活质量[2]。AS的发病机制尚不清楚，遗传和环境因素的相互作用可能是其中的原因之一。虽然当前AS的治疗已经取得了很大的进展，但是效果仍不理想[3]。经典Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)通路的激活在AS病理性骨形成中发挥关键作用，最新研究表明，Dickkopf-1(DKK-1)蛋白与AS发病过程关系密切[4]。
1 Wnt通路和DKK-1生物学特性
Wnt家族由许多小的、富含半胱氨酸的分泌性糖蛋白组成，参与调控各种细胞活动，在发育过程中起着至关重要的作用[5]。Wnt蛋白通过包括β-catenin在内的多个蛋白复合物触发细胞内的信号通路。在没有Wnt蛋白的情况下，β-catenin保持在较低水平，游离的β-catenin被26S蛋白酶体泛素化和降解。含有激酶GSK-3β和酪蛋白激酶-1(CK-1)的蛋白复合物，连同架构蛋白轴抑制蛋白1(Axin1)、腺瘤性息肉病蛋白(APC)及散乱蛋白介导了β-catenin的降解[6]。这种复合物磷酸化β-catenin上的特定氨基酸残基，为F-盒蛋白/E3连接酶复合物创造对接位点。因此，抑制β-catenin磷酸化可防止其降解，增加细胞质水平并促进核易位，与TCF/LEF转录因子相互作用，激活靶基因的表达[7]。DKK-1最初作为一种诱导头部发育的分泌性蛋白在1998年被报道，是Wnt信号通路的有效抑制剂[8]。随后的研究报道了在骨髓瘤细胞中DKK-1表达的增加与骨侵蚀呈正相关，意味着DKK-1可能抑制成骨细胞的分化或功能[9]。在杂合子DKK-1缺陷小鼠中，可通过显著提升成骨细胞活性而导致骨形成和骨量增多[10]。
2 DKK-1在AS中的作用
AS是一种慢性炎症性疾病，新骨形成是AS的重要特征，而过度的新骨形成可能导致关节或脊柱强直。进一步的证据表明，DKK-1不仅与周围关节骨重塑相关，还参与AS典型病理过程中的骶髂关节侵蚀和融合，功能性DKK-1是AS病情进展的潜在生物标志物，阻断DKK-1的表达可促进脊柱关节融合，但对于AS患者血清DKK-1表达水平的研究结果并不一致[11-12]。
2.1 DKK-1通過微小核糖核酸(miRNAs)影响AS骨形成 miRNAs是一组长度约为22个核苷酸的非编码小RNAs，通过与靶mRNAs的3'-非翻译区(3'-UTR)结合在转录后水平调节基因表达，已被证实参与调控细胞增殖、分化、凋亡和免疫应答等多种生物学过程[13]。AS病理性新骨形成的机制尚未明确，但有证据表明，Wnt/β-catenin信号通路抑制剂DKK-1在此过程中发挥重要作用[14]。有研究指出，AS患者功能性DKK-1(与LRP-6结合)水平低于正常人，且DKK-1与AS的影像学严重程度呈负相关[15]，而功能性DKK-1的高表达可抑制AS的新骨形成、骨赘生长和脊柱强直[16]，阻断DKK-1则能够促进骨形成和骶髂关节及轴向关节强直[17]。
miR-146a位于5q33.3染色体上，是免疫系统疾病的重要调控因子[18]，miR-146a的单核苷酸多态性(SNP)与AS相关，并且在AS患者血清中高表达，可作为其生物学标志物[19-20]。成纤维细胞来源于间充质干细胞，是关节周围结缔组织中常见的细胞类型，在一定条件下具有成骨分化潜能[21]。AS患者髋关节囊组织中miR-146a表达上调，DKK-1 mRNA表达下调，miR-146a与DKK-1 mRNA水平呈负相关。研究人员使用AS成纤维细胞作为模型用于评估miR-146a在AS发展中的作用和分子机制，发现miR-146a抑制剂转染AS成纤维细胞后，可显著抑制AS成纤维细胞的增殖和成骨分化潜能，同时能诱导AS成纤维细胞凋亡，而miR-146a过表达则发挥相反的作用，鉴于miR-146a与DKK-1之间的负相关性，进一步研究发现miR-146a通过直接靶向作用于DKK-1的3’-UTR，从而抑制DKK-1的表达[22]。成骨标志物(Runx2、ALP)在miR146a缺陷的AS成纤维细胞中的表达明显下调，在miR-146a增强的细胞中显著上调[23]。表明miR-146a缺陷或过表达，能通过调控DKK-1的表达从而影响AS成纤维细胞的增殖、凋亡和成骨分化潜能。
miR-29a主要通过经典Wnt信号通路正向调控成骨分化，能够防止糖皮质激素引起的大鼠骨质疏松和脆性骨折，并且在AS患者中表达具有显著差异性[24-25]。
与类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)患者和正常对照组相比，AS患者miR-29a的表达特异性显著升高[26]。miR-29a在肿瘤坏死因子-α(TNF-α)介导的抗骨质形成过程中明显减少，阻断TNF-α可以上调其表达。作为经典Wnt/β-catenin信号传导负调节剂的DKK-1和GSK-3β参与炎症介导的骨破坏，Kremen2、DKK-1及sFRP2是与骨形成相关的miR-29a的直接靶基因，LI等[25]在此基础上将GSK-3β鉴定为miR-29a的新靶标蛋白，抗miR-29a在蛋白质水平上增加DKK-1和GSK-3β的表达。TNF-α抑制核β-catenin的表达，这种现象可以通过增强miR-29a的表达或降低DKK-1、GSK-3β的水平来缓解，同时提高TCF/LEF的转录活性。这表明miR-29a通过靶向作用于Wnt信号通路抑制剂DKK-1和负调控蛋白GSK-3β，可能在AS病理性骨形成中发挥重要作用。, 百拇医药(蔡鑫 唐芳 马武开 蒋总 樊梅 金泽旭)