Wnt信号通路及其对成骨和成牙本质的影响
【摘要】Wnt信号通路维持组织平衡，调控细胞生长，参与胚胎发育、干细胞的更新和分化、基因表达、细胞迁移粘附及细胞极化等过程，是参与胚胎及器官发育的四大信号传导途径之一。Wnt信号通路在成骨细胞的增殖、分化以及骨的再生、修复过程中起关键作用，亦在牙齿发育、牙齿形成的分子机制以及牙齿再生、损伤修复中扮演了重要的角色[1]。本文就Wnt信号通路在骨组织及牙体硬组织方面的研究现状综述如下。
【关键词】Wnt信号通路，成骨细胞，牙髓-牙本质损伤修复，成牙本质细胞
【正文】
一、Wnt家族蛋白及Wnt 信号通路的分类
1.1 Wnt家族蛋白
Wnt基因编码的蛋白是一类分泌型糖蛋白，通过自分泌或旁分泌发挥作用。在哺乳动物中至少19种Wnt蛋白被确定，其中，Wnt1,Wnt 2,Wnt 3，Wnt 3a,Wnt 7a,Wnt 7b,Wnt 8a,Wnt 8b，Wnt 10a被认为是经典wnt蛋白，而Wnt4,Wnt5a,Wnt5b,Wnt6,Wnt7a，Wnt11被认为是非经典Wnt蛋白[2]。
, 百拇医药
1.2 Wnt 信号通路的分类
根据Wnt 蛋白信号转导方式的不同，Wnt 信号通路分为三种: Wnt/β-Catenin 信号转导通路、Wnt / Ca2+ 信号转导通路及Wnt/ PCP 信号转导通路(平面细胞极性通路)。Wnt通路也可细分为“经典”和“非经典”通路，其中Wnt /β-Catenin信号转导通路被称为经典 Wnt 信号通路。
二、Wnt 信号传导通路的分子机制
1、经典Wnt信号传导通路的分子机制
经典Wnt信号传导通路大致可归纳为以下途经[3,4]：当没有 Wnt信号传入时, 在支架蛋白(Axin) 的作用下, 细胞质内的结肠癌抑制因子( APC) 、糖原激酶3β(GSK 3β)、CK1( 酪蛋白激酶) 与β-Catenin形成巨大的复合物后被磷酸化, 再结合到β-TRCP 蛋白上, 受到泛素的共价修饰而被蛋白酶体降解；而当有Wnt信号传入时，Wnt 配体与卷曲蛋白( Frizzled, Frz 受体)或辅助共受体如低密度脂蛋白受体相关蛋白LRP 5或LRP6结合之后, 再作用于胞质内的蓬乱蛋白( Dishevelled, Dsh 或 DV1) , 引起蓬乱蛋白(DVL)磷酸化，而DV1能在Axin 的协助下, 抑制由 APC/ GSK 3β/ CK1/ β-catenin 形成的巨大复合物的GSK- 3β 的活性, 从而进一步抑制β-catenin被磷酸后的泛肽化降解, 使得β-catenin在细胞质中积累, 并进入细胞核, 与淋巴增强子结合因子(LEF)/ T-细胞特异性转录因子(Tcfs)相互作用, 调节靶基因的表达。经典通路发挥作用的关键因子为β-catenin，若胞核内的β-catenin积累并稳定存在，则部分β-catenin可运行至胞核内与TCF/LEF转录因子家族作用并促进特定基因的表达[5]。
, 百拇医药
2、非经典wnt信号传导通路的分子机制
两个主要的非经典Wnt信号通路是钙离子依赖通路和平面细胞极性通路。钙依赖途径在胚胎发育，细胞迁移和癌症的进展方面是非常重要的[6,7]，它是由Wnt配体结合到相应的FZD受体上，在G蛋白的介导下促进钙离子从内质网中释放到胞内，被释放的钙离子激活下游介质，如蛋白激酶C、钙调神经磷酸酶和钙调素依赖性蛋白激酶II，这反过来又激活转录因子，如核因子κB，T细胞活化的核因子和cAMP反应元件结合蛋白[6,8]。平面细胞极性通路是另一种非经典wnt信号通路，在细胞平面极性，迁移，运动和分裂中发挥重要作用[9]，这条途径通过与FZD受体和最终下游激酶如c-Jun氨基激酶结合，由活化的GTP酶，如旅游Rho，Rac和Cdc42介导，来调节细胞骨架[8,10]。然而，在与经典途经相比非经典途径在细节上没有得到很好描述。
三、wnt信号传导通路对成骨和成牙本质的影响
, 百拇医药 有研究表明[11]，Wnt3a 明显促进了 BMP9 诱导的 ALP 活性的增加，同时也明显增加了成骨标志物骨钙蛋白(Osteocalcin，OC)和骨桥蛋白(Osteopontin，OPN)的表达以及 Runx2 的 mRNA 的表达，并且还促进了钙盐沉积。由于Wnt信号通路在骨髓间充质干细胞(BMMSCs)的成骨细胞的分化、增殖及骨形成过程中起关键作用。据此推测，牙髓中成牙本质样细胞的分化可能与骨髓中成骨细胞的分化及矿化相似，并且在牙髓-牙本质损伤修复过程中Wnt信号途径可能也发挥着与骨组织中相似的调节作用[12]。近年来以有报道表明，经典Wnt信号通路在牙齿发育的多个阶段被激活，并发现在牙齿发育的钟状期干扰Wnt/β-catenin信号则会抑制磨牙牙尖的形成[13]。
四、总结
随着对Wnt信号通路研究的不断扩展，人们发现，Wnt信号通路在胚胎发育，出生后发育和成年组织的平衡调节中均起着至关重要的作用。Wnt信号通路在骨髓间充质干细胞的成骨细胞的分化、增殖及成骨矿化、骨形成过程中起关键作用。Wnt信号通路是多个生物过程中不可或缺的，是重要的信号转导通路之一。
, 百拇医药
参考文献
[1]王也,李汉梁,林丽娣,等. 经典 Wnt 信号通路在牙齿发育中的研究新进展[J]. 现代生物医学进展, 2011, 11(13):2575-2577.
[2]Tamura M,Nemoto E,Sato MM,et al.Role of the Wnt signaling pathwa in bone and tooth[J].Front Biosci,2010,E2:1405-1413.
[3]Fodde R . The APC gene in colorectal cancer[ J] . Eur J Cancer,2002, 38(7): 867-871.
[4]Frame S, Cohen P. GSK 3 takes centre,stage more than 20 years after its discovery [J] . Biochem J, 2001, 359(1): 1-16.
, 百拇医药
[5]Y.F. Dong, Y. Soung do, E.M. Schwarz, R.J. O'Keefe, H. Drissi.Wnt induction of chondrocyte hypertrophy through the Runx2 transcription facto. J Cell Physiol, 2006,208 (1):77–86.
[6]Kühl M.The WNT/calcium pathway: biochemical mediators, tools and future requirements.Front Biosci,2004,9: 967–974.
[7]Rao T., Kühl M.An updated overview on Wnt signaling pathways: a prelude for more. Circ Res,2010,106: 1798–1806.
, 百拇医药
[8]Vladar E.K., Antic D., Axelrod J.D.Planar cell polarity signaling: the developing cell’s compass. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology,2009,1(3): a002964.
[9]Sugimura R., Li L.Noncanonical Wnt signaling in vertebrate development, stem cells, and diseases. Birth Defects Res C Embryo Today,2010,90: 243–256.
[10]张晓, 徐道晶, 林良波, 等. Wnt3a协同 BMP9 调控间充质干细胞成骨分化及机制研究[N]. 重庆医科大学学报, 2012， 37(7)：0253-3626.
, 百拇医药
[11]Yoshioka S, Takahashi Y, Abe M, et al. Activation of the Wnt/β-catenin pathway and tissue inhibitor of metalloprotease 1 during tertiary dentinogenesis[J]. The Journal of Biochemistry , 2013, 153(1):43-50.
[12]Liu F,Chu EY,Watt B,et al.Wnt/beta-catenin signaling directs multiple stages of tooth morphogenesis[J].Dev Biol,2008,313(1):210–224., 百拇医药(李响 孙淑芬 李文娟 李朋莲 马遥)
【关键词】Wnt信号通路，成骨细胞，牙髓-牙本质损伤修复，成牙本质细胞
【正文】
一、Wnt家族蛋白及Wnt 信号通路的分类
1.1 Wnt家族蛋白
Wnt基因编码的蛋白是一类分泌型糖蛋白，通过自分泌或旁分泌发挥作用。在哺乳动物中至少19种Wnt蛋白被确定，其中，Wnt1,Wnt 2,Wnt 3，Wnt 3a,Wnt 7a,Wnt 7b,Wnt 8a,Wnt 8b，Wnt 10a被认为是经典wnt蛋白，而Wnt4,Wnt5a,Wnt5b,Wnt6,Wnt7a，Wnt11被认为是非经典Wnt蛋白[2]。
, 百拇医药
1.2 Wnt 信号通路的分类
根据Wnt 蛋白信号转导方式的不同，Wnt 信号通路分为三种: Wnt/β-Catenin 信号转导通路、Wnt / Ca2+ 信号转导通路及Wnt/ PCP 信号转导通路(平面细胞极性通路)。Wnt通路也可细分为“经典”和“非经典”通路，其中Wnt /β-Catenin信号转导通路被称为经典 Wnt 信号通路。
二、Wnt 信号传导通路的分子机制
1、经典Wnt信号传导通路的分子机制
经典Wnt信号传导通路大致可归纳为以下途经[3,4]：当没有 Wnt信号传入时, 在支架蛋白(Axin) 的作用下, 细胞质内的结肠癌抑制因子( APC) 、糖原激酶3β(GSK 3β)、CK1( 酪蛋白激酶) 与β-Catenin形成巨大的复合物后被磷酸化, 再结合到β-TRCP 蛋白上, 受到泛素的共价修饰而被蛋白酶体降解；而当有Wnt信号传入时，Wnt 配体与卷曲蛋白( Frizzled, Frz 受体)或辅助共受体如低密度脂蛋白受体相关蛋白LRP 5或LRP6结合之后, 再作用于胞质内的蓬乱蛋白( Dishevelled, Dsh 或 DV1) , 引起蓬乱蛋白(DVL)磷酸化，而DV1能在Axin 的协助下, 抑制由 APC/ GSK 3β/ CK1/ β-catenin 形成的巨大复合物的GSK- 3β 的活性, 从而进一步抑制β-catenin被磷酸后的泛肽化降解, 使得β-catenin在细胞质中积累, 并进入细胞核, 与淋巴增强子结合因子(LEF)/ T-细胞特异性转录因子(Tcfs)相互作用, 调节靶基因的表达。经典通路发挥作用的关键因子为β-catenin，若胞核内的β-catenin积累并稳定存在，则部分β-catenin可运行至胞核内与TCF/LEF转录因子家族作用并促进特定基因的表达[5]。
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2、非经典wnt信号传导通路的分子机制
两个主要的非经典Wnt信号通路是钙离子依赖通路和平面细胞极性通路。钙依赖途径在胚胎发育，细胞迁移和癌症的进展方面是非常重要的[6,7]，它是由Wnt配体结合到相应的FZD受体上，在G蛋白的介导下促进钙离子从内质网中释放到胞内，被释放的钙离子激活下游介质，如蛋白激酶C、钙调神经磷酸酶和钙调素依赖性蛋白激酶II，这反过来又激活转录因子，如核因子κB，T细胞活化的核因子和cAMP反应元件结合蛋白[6,8]。平面细胞极性通路是另一种非经典wnt信号通路，在细胞平面极性，迁移，运动和分裂中发挥重要作用[9]，这条途径通过与FZD受体和最终下游激酶如c-Jun氨基激酶结合，由活化的GTP酶，如旅游Rho，Rac和Cdc42介导，来调节细胞骨架[8,10]。然而，在与经典途经相比非经典途径在细节上没有得到很好描述。
三、wnt信号传导通路对成骨和成牙本质的影响
, 百拇医药 有研究表明[11]，Wnt3a 明显促进了 BMP9 诱导的 ALP 活性的增加，同时也明显增加了成骨标志物骨钙蛋白(Osteocalcin，OC)和骨桥蛋白(Osteopontin，OPN)的表达以及 Runx2 的 mRNA 的表达，并且还促进了钙盐沉积。由于Wnt信号通路在骨髓间充质干细胞(BMMSCs)的成骨细胞的分化、增殖及骨形成过程中起关键作用。据此推测，牙髓中成牙本质样细胞的分化可能与骨髓中成骨细胞的分化及矿化相似，并且在牙髓-牙本质损伤修复过程中Wnt信号途径可能也发挥着与骨组织中相似的调节作用[12]。近年来以有报道表明，经典Wnt信号通路在牙齿发育的多个阶段被激活，并发现在牙齿发育的钟状期干扰Wnt/β-catenin信号则会抑制磨牙牙尖的形成[13]。
四、总结
随着对Wnt信号通路研究的不断扩展，人们发现，Wnt信号通路在胚胎发育，出生后发育和成年组织的平衡调节中均起着至关重要的作用。Wnt信号通路在骨髓间充质干细胞的成骨细胞的分化、增殖及成骨矿化、骨形成过程中起关键作用。Wnt信号通路是多个生物过程中不可或缺的，是重要的信号转导通路之一。
, 百拇医药
参考文献
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[4]Frame S, Cohen P. GSK 3 takes centre,stage more than 20 years after its discovery [J] . Biochem J, 2001, 359(1): 1-16.
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[6]Kühl M.The WNT/calcium pathway: biochemical mediators, tools and future requirements.Front Biosci,2004,9: 967–974.
[7]Rao T., Kühl M.An updated overview on Wnt signaling pathways: a prelude for more. Circ Res,2010,106: 1798–1806.
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[8]Vladar E.K., Antic D., Axelrod J.D.Planar cell polarity signaling: the developing cell’s compass. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology,2009,1(3): a002964.
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[10]张晓, 徐道晶, 林良波, 等. Wnt3a协同 BMP9 调控间充质干细胞成骨分化及机制研究[N]. 重庆医科大学学报, 2012， 37(7)：0253-3626.
, 百拇医药
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[12]Liu F,Chu EY,Watt B,et al.Wnt/beta-catenin signaling directs multiple stages of tooth morphogenesis[J].Dev Biol,2008,313(1):210–224., 百拇医药(李响 孙淑芬 李文娟 李朋莲 马遥)