腫瘤通路研究中的長者，經典Wnt通路

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前兩天發了《為了擼清了炎症、免疫與癌症的關係，我們先來搞定這些通路》這篇文章後，就有小夥伴留言說，第三個Wnt通路也很經典啊，什麼時候介紹下。

然後葉子趕緊上網搜文獻查資料，發現Wnt通路的研究真多啊！1982年人們就在小鼠乳腺癌中發現了Wnt基因，雖然這條通路老，但科學家們居然從裡面不斷發現著新分子，新分子對於了解動物體早期發育的機理和治療相關疾病具有非常重要的意義，最終也使「老樹」煥發青春。

Wnt基因在發現之初被命名為Int-1，後來發現Wnt基因在生物體進化過程中高度保守，Wnt蛋白主導的信號通路調節著眾多生命活動過程。它的異常激活與心血管疾病、肝纖維化及癌症的發生髮展緊密聯繫；而Wnt信號通路中關鍵分子的表達下調，又會引起另外一類疾病，如家族性滲出性玻璃體視網膜病變、阿爾茨海默症和骨質疏鬆症等。

Wnt通路與癌症

好了，回到今天的主題癌症中來，雖然Wnt早在1982年就被發現，但是直到十年後人們才將Wnt信號通路與癌症聯繫起來，目前參與Wnt通路的多種蛋白分子與癌症發生休戚相關，其中比較典型是β-Catenin蛋白和Axin-APC-GSK3β複合體。

首先，前者的異常表達導致其無法被磷酸化和泛素化降解，致使β-Catenin在胞漿內大量聚集，從而進入核內激活與細胞分裂和生長調控相關的基因，如大名鼎鼎的c-myc和cyclin D1基因。其次，如果作為「守門基因」的APC無法正常表達，使APC蛋白不能與β-Catenin相互作用，當然也失去了對後者的降解調控，最終導致核內的TCF/LEF轉錄因子激活相關基因的轉錄，表現為細胞增殖異常和腫瘤的發生。綜上所述，人們自然而然地選擇把Wnt/β-Catenin信號通路中的關鍵蛋白作為藥物靶點，篩選分子藥物治療癌症。

Wnt通路的構成

Wnt信號通路是一個複雜的調控網路，目前認為它包括三個分支：

1. 經典Wnt信號通路，即Wnt/β-cantenin信號通路;

2. Wnt/PCP通路 (planner cell polarity pathway)；

3. Wnt/Ca2+通路，由Wnt5a和Wnt11激活。

這3條信號通路主要成分包括：分泌蛋白Wnt家族、跨膜受體Frizzled家族、CK1、Deshevelled、GSK3、APC、Axin、β-Catenin、以及轉錄因子TCF/LEF家族。不過我們一般提到Wnt信號通路，主要指的還是由β-catenin介導的經典Wnt 信號通路，下面我們就此簡單介紹下Wnt信號通路的主要組成部分：

1

Frizzled (Fzd或Frz)

分泌型糖蛋白Wnt的細胞膜上受體，為7次跨膜蛋白。FZD胞外的N端有一個富含半胱氨酸的結構域（cysteine rich domain, CRD），能與Wnt結合。

2

Dishevelled (Dvl)

Dvl蛋白在細胞質中接受上游信號，通過抑制APC、Axin以及GSK3β等蛋白形成的複合物的功能，穩定細胞質中遊離狀態的β-Catenin蛋白。細胞質中積累的β-Catenin蛋白進入細胞核與TCF/LEF家族的轉錄因子結合，從而開啟了下游靶基因的轉錄。

3

GSK3β

是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在沒有Wnt信號時，GSK3β能將磷酸基團加到β-Catenin N端的絲氨酸/蘇氨酸殘基上，磷酸化的β-Catenin經β-TRCP泛素化共價修飾後，被蛋白酶體（proteasome）降解。

4

酪蛋白激酶1 (casein kinase 1，CK1)

能將β-Catenin的Ser45位點磷酸化，隨後GSK3β將β-Catenin的Thr41、Ser37、Ser33位點磷酸化。

5

Axin

是一種支架蛋白，具有多個與其它蛋白作用的位點，能與APC、GSK3β、CK1等形成β-Catenin降解複合物。此外它還與Dvl、PP2A等Wnt信號的其它組分相互作用。

6

TCF/ LEF

是一類具有雙向調節功能的轉錄因子，它與Groucho結合可以抑制基因轉錄，而與β-Catenin結合則促進下游靶基因的轉錄。

簡單來說，當細胞沒有接受Wnt信號刺激時 (Wnt Off)，細胞質內的Axin、APC和GSK3β形成毀滅複合體（destruction complex），與β-Catenin結合併使其被磷酸化後，最終通過泛素化修飾而降解。

在Wnt激活過程中，Dvl是一個重要的效應分子，當Wnt與其膜受體FZD結合後 (Wnt On)，激活胞內蛋白Dvl並抑制GSK3β等蛋白形成的β-Catenin降解複合物的降解活性，穩定細胞質中遊離狀態的β-Catenin蛋白。胞漿中穩定積累的β-Catenin進入細胞核後結合LEF/TCF轉錄因子家族，啟動下游靶基因 (如c-myc、Cyclin D1等) 的轉錄。

Wnt通路的交聯

Wnt/β-catenin 途徑調控著幹細胞的多能分化、器官的發育和再生，在功能上與Hippo、Notch和TGF-β等類似，當然也與這些發育調控相關的信號通路有著不同程度的交聯。在這裡，主要簡單介紹下Wnt與Notch之間的「基情」。

在小腸幹細胞和小腸穩態調節過程中，Notch和Wnt信號扮演了重要的調控作用，阻斷Notch信號會引起小腸幹細胞分化失衡，而在這一過程中同時解除了對Wnt通路的抑制。器官的穩態平衡需要對成體幹細胞嚴格調控，並通過多種信號整合實現幹細胞向終末細胞的分化。

Tian, H., et al., Opposing activities of Notch and Wnt signaling regulate intestinal stem cells and gut homeostasis. Cell Rep, 2015. 11(1): p. 33-42.

當Notch信號受到抑制，小腸幹細胞傾向於分化成分泌細胞，並抑制營養吸收細胞的分化趨勢。當Notch受體被特異性抗體阻斷後，結果發現阻斷Notch會解除Wnt途徑的抑制作用，擾亂小腸幹細胞的正常功能，導致促分泌功能相關基因的錯誤表達。Wnt與Notch信號之間的相互作用，對維持幹細胞活性及分化平衡的負向調節有著重要的生理意義。

綜上所述，人們自然而然地選擇把Wnt/β-Catenin信號通路中的關鍵蛋白作為藥物靶點，篩選分子藥物治療癌症。目前已經有多種Wnt通路靶向性藥物進入臨床階段。不過，正如我們一直在強調的，癌症的發生是一個多因素、多階段、多基因變異積累的複雜過程，多種信號通路可能同時參與了癌症的發生。隨著未來研究的深入，期待更多Wnt信號通路新成員的發現。細胞內信號通路相互協同機制的研究，能夠為我們設計更加有效的抗癌藥物提供更多的理論基礎。

下一次就給你們八一八Notch通路，吼不吼啊？

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