Wnt 信號通路是一種古老的、進化上保守的通路。其中,Wnt 蛋白屬于分泌的糖蛋白,可與卷曲蛋白 (Frizzled) 家族的受體,如與脂蛋白受體相關的蛋白 5/6 (LRP5/6),Ror2 和 Ryk 相互作用,導致各種細胞內信號傳導級聯激活,這些信號傳導級聯可以交叉連接或獨立發揮作用,調節多種多樣的過程,包括細胞增殖,分化,遷移,極性和不對稱細胞分裂以及與干細胞更新有關。因此,Wnt 途徑的突變往往與人類出生缺陷、癌癥以及其他疾病有關。
細胞外 Wnt 信號刺激會引起幾種細胞內信號轉導級聯,包括 Wnt/β-catenin 依賴 (經典) 途徑和 β-catenin 獨立 (非經典) 途徑,后者又可進一步分為平面細胞極性 (PCP) 和 Wnt/Ca2+途徑。
β-catenin 依賴 (經典) 信號途徑
Wnt/β-catenin 經典途徑的標志是粘附連接相關蛋白 β-catenin 向細胞核的積累和易位。在沒有 Wnt 信號時,細胞質 β-catenin 被 β-catenin 破壞復合物降解,破壞復合物含有支架蛋白 Axin,APC,GSK3β,CK1。YAP/TAZ 也可以與這種復合物締合 (對募集 β-TrCP E3 泛素連接酶必不可少)。具體為:CK1 和 GSK-3β 在該復合物中對 β-catenin 磷酸化,從而導致被 β-TrCP E3 連接酶泛素化,并被 26S 蛋白酶體降解。同時,TCF 與 Groucho 的結合抑制了 Wnt 靶基因。
在有 Wnt 信號時 (如 Wnt1, Wnt3a, Wnt8),Wnt 與由 Frizzled 受體和 LRP5/6 組成的受體復合物的結合引發一系列事件,從而靶向破壞 β-catenin 所需的 APC/Axin/GSK3 復合物。具體為:Frizzled 募集的 Dishevelled (Dsh/Dvl) 導致 LRP5/6 磷酸化 (磷酸化由激酶 GSK3 和 CK1γ 介導)。磷酸化的 LRP5/6 將 Axin 募集到膜上,破壞復合物分解,從而導致細胞質中 β-catenin 的穩定和積累。隨后,β-catenin 蛋白易位至細胞核,通過取代 TLE/Groucho 復合物并募集組蛋白修飾共激活物 (如 CBP/p300,BRG1,BCL9 和 Pygo) 與 LEF 和 TCF 蛋白形成活性復合物,調節靶基因的表達。
典型的 Wnt 信號的激活可以被一些 Wnt 蛋白抑制劑抑制,如 sFRP,Dkk,WIF,Wise/SOST,Cerberus,Tiki1 等,它們的共同特征是通過阻止配體-受體相互作用或 Wnt 受體成熟來拮抗 Wnt 信號傳導。而 Wnt 信號通路也會被 R-spondin 家族蛋白和 Norrin 蛋白激活。另外,其下游途徑的激活也可以被抑制,例如 TAK1-NLK 阻斷了 β-catenin 誘導的轉錄活性。Hippo 途徑也可通過 TAZ 抑制 Wnt 信號傳導,具體為 TAZ 通過抑制 CK1δ/β 介導的 DVl 磷酸化來限制 Wnt 信號傳導。
Fig. 1 典型和非典型 Wnt 信號通路圖
非經典平面細胞極性 (PCP) 途徑
在 PCP 信號傳導途徑中,Wnt 配體 (如 Wnt5a,Wnt11) 與 Frizzled 受體或其共受體(如 ROR-Frizzled) 結合從而引發級聯反應。結合后的受體會募集并激活的 Dvl 蛋白,Dvl 通過 Daam1 介導 Rho 的激活,Rho 的激活又激活 Rho 激酶 (ROCK)。Dvl 還介導了Rac 的激活,從而激活了 JNK。這些導致細胞骨架的重排和/或轉錄反應,如 ATF2。另外,Daam1 還可通過肌動蛋白結合蛋白 Profilin 介導肌動蛋白聚合。PCP 和β-catenin 依賴的 Wnt 信號可以互相拮抗,抑制一個通常會上調另一個。如,優先激活 PCP 信號的 Wnt5a 會競爭并抑制 Wnt3a 與 Frizzled 2 的結合,從而抑制了 β-catenin 依賴性途徑。
非經典 Wnt/Ca2+途徑
該途徑是由 Frizzled 介導的,通過 G 蛋白激活來激活 Dvl。Dvl 激活磷酸二酯酶 PDE,后者抑制 PKG (阻斷未刺激細胞的 Ca2+ 釋放),從而使 Ca2+ 水平增加。Dvl 還通過 PLC 激活 IP3,IP3 觸發 Ca2+ 從細胞內釋放并激活觸發細胞內儲存的 Ca2+ 釋放,也會導致 Ca2+ 水平增加。誘導的鈣離子通量可以激活第二信使,如蛋白激酶 C (PKC),鈣調蛋白依賴性激酶 II (CamKII) 或鈣依賴性磷酸酶鈣調神經磷酸酶 (Calcineurin, CaN)。另外,CamKII 激活的 TAK-NLK 可通過 TCF 拮抗 Wnt/β-catenin 信號傳導。而活化的 Calcineurin 可以使活化的 T 細胞核因子 (NFAT) 去磷酸化,促進 NFAT 進入細胞核,激活其靶基因。同時,PKC 成員可以激活小 GTPase Cdc42,后者又可以進入 PCP 途徑。
Wnt抑制劑/激動劑
SalinomycinSalinomycin,一種離子載體抗生素,同時也是 Wnt/β-catenin 信號的抑制劑。Salinomycin 作用于 Wnt/Fzd/LRP 復合物,阻斷 Wnt 誘導的 LRP6 磷酸化,導致 Wnt 共受體 LRP6 蛋白降解。Salinomycin 具有較強的抗癌活性,可選擇性抑制人腫瘤干細胞。 IWP-2IWP-2 是 Wnt 加工和分泌的抑制劑,靶向膜結合 O- 酰基轉移酶 porcupine (Porcn),Porcn 是膜結合的 O-酰基轉移酶 (MBOAT) 家族的成員,可在 Wnt 蛋白上添加棕櫚酰基,這對于其信號傳遞能力至關重要,并且是 Wnt 分泌所必需的。IWP-2 阻止 Wnt 配體棕櫚糖基化阻斷以及 Wnt 蛋白的分泌,從而抑制下游 Wnt 信號傳導。XAV939XAV939 是一種細胞可穿透性的 Wnt/β-catenin 信號轉導抑制劑,通過抑制聚 ADP-核糖基化酶 tankyrase1 和 tankyrase 2 來穩定破壞復合物成分 Axin,從而刺激 β-catenin 降解。 SKL2001SKL2001 是一種通過增加 β-catenin 的穩定性來激活 Wnt 信號傳導的特異的 Wnt/β-catenin 激動劑。SKL2001 與 Axin 競爭性地與 β-catenin 的結合,破壞 Axin/β-catenin 的相互作用,從而破壞 CK1 和 GSK-3β 介導的 Ser33/37/ Thr41 和 Ser45 處 β-catenin 的磷酸化,進而增加 β-catenin 的穩定性,確保其不被蛋白酶體降解。CK1 和 GSK-3β 酶活性不受 SKL2001 影響 (如下圖)。

Fig. 2 SKL2001 作用機制圖
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