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Wnt诱导信号通路蛋白1在肾脏疾病中的研究进展

2021-01-06 347 上传者：管理员

摘要：Wnt诱导信号通路蛋白1是一种与炎症,损伤修复,肿瘤发生、发展等病理过程密切相关的蛋白,广泛参与了慢性肾脏病、赭曲霉毒素A相关性肾病、肾脏肿瘤等肾脏疾病的发病过程,有望成为诊断肾脏疾病的新型分子生物标志物及肾脏疾病治疗的靶点之一。本文就Wnt诱导信号通路蛋白1在肾脏疾病中应用的研究进展作一综述。

关键词：
Wnt诱导信号通路蛋白1
信号通路
泌尿科
肾内科
肾脏疾病
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Wnt诱导信号通路蛋白1(Wnt-induciblesignalingprotein1,WISP1)是CCN家族成员之一,是一种富含半胱氨酸的分泌型细胞外基质相关蛋白。1998年Pennica等[1]发现,WISP1可在Wnt1转化的C57MG小鼠乳腺上皮细胞系中表达,并首次提出WISP1是Wnt/β-catenin信号通路的下游分子。WISP1通过影响细胞存活、增殖、迁移、分化来影响其生长发育,从而导致炎性反应、肿瘤的发生[2]。WISP1可通过影响Wnt/β-catenin、丝裂原细胞外信号调节激酶/细胞外信号调节激酶等信号通路,影响肾脏细胞的增殖、分化,从而导致肾脏疾病[3,4]。本文就WISP1的结构及表达、WISP1的功能、WISP1与肾脏疾病间关系的研究进展综述如下。

1、WISP1的结构及表达

人类WISP1基因位于8q24.1-q24.3染色体上,其cDNA长度为2830bp,编码367个氨基酸,相对分子质量为40000。WISP1的基本结构包含5个外显子,第1个外显子编码信号肽,其余4个外显子编码4个不同的结构域,分别为胰岛素样生长因子结合区域、血管性血友病因子C型结构域、血小板同源1型重复区和C末端半胱氨酸结构域[2,3,4,5]。Stephens等[6]研究表明,WISP1介导的A549肺泡上皮细胞黏附主要由C末端半胱氨酸结构域发挥作用,而血管性血友病因子C型结构域在此过程中活性较弱,其他2个结构域在该过程中的作用尚不清晰。多个器官组织如成人的心脏、肾脏、肺、胰腺、胎盘、卵巢、小肠和脾等可检测到WISP1表达[1]。WISP1在肾脏主要表达在肾间质,也有部分表达于肾小球系膜区[7]。

2、WISP1的功能

CCN家族有高度的序列同源性,在机体骨骼发育,血管生成,肿瘤发生,细胞存活、增殖、黏附和迁移中发挥重要作用[5,8]。WISP1又名CCN4,是骨骼发育过程中重要的调节因子。Maeda等[9]研究结果发现,与野生小鼠相比,WISP1基因缺陷小鼠骨矿物质密度显著降低,破骨细胞前体产生更多的抗酒石酸酸性磷酸酶细胞,其机制可能与骨髓基质的骨分化能力不足有关,表明WISP1可能对破骨细胞分化具有负调节功能。WISP1可促进脂肪细胞分化及骨髓间充质干细胞增殖,其机制可能与骨形态发生蛋白3/WISP1信号通路的激活有关[10]。

WISP1在多种炎症性疾病及损伤修复中发挥重要作用。一项临床研究[11]纳入214例类风湿性关节炎患者,首次证实WISP1基因型与类风湿性关节炎的易感性、活动性及发生、发展密切相关。文献[12]报道,与野生小鼠相比,Wisp1基因敲除后骨关节炎小鼠的骨皮质厚度增加、小梁间距减小,软骨变性明显减少,基质金属蛋白酶-3、-9、-13以及聚蛋白多糖酶4表达降低,提示WISP1可能通过影响基质金属蛋白酶-3、-9、-13以及聚蛋白多糖酶4的表达参与骨关节炎的发生、发展。Wright等[13]研究结果发现,雄性急性心肌梗死缺血性损伤小鼠的边界区细胞中WISP1表达升高,认为WISP1可能作为调节冠状动脉特异性内皮细胞的潜在心脏血管因子,促进心肌梗死后血管生成微环境的形成。

WISP1在不同肿瘤中的作用取决于肿瘤的组织学类型。WISP1在人结肠癌、口腔鳞状细胞癌、胰腺癌及胃癌组织中呈高表达,可促进肿瘤的发展[1,14,15,16],其机制可能是WISP1通过整合素αvβ3/整合素连接激酶/蛋白激酶B信号通路促进血管内皮生长因子-C表达、抑制miR-300的表达,促进肿瘤的血管生成[17]。有研究结果[18,19]发现,WISP1可抑制乳腺癌、肝细胞癌表达,且WISP1表达与肝细胞癌肿瘤大小、分期呈负相关,与总体生存率呈正相关。

3、WISP1与肾脏疾病

3.1WISP1与慢性肾脏病(chronickidneydisease,CKD)

中国成年人CKD患病率为10.8%,其患病率高但知晓率低,已成为影响人类健康的慢性疾病之一[20]。CKD严重程度与肾脏纤维化程度呈正相关,肾小球和/或肾小管的纤维化可引起肾功能恶化,最终引起终末期肾病[21,22]。Wnt/β-catenin信号通路在器官发育、组织稳态及损伤修复中发挥重要作用,该通路在正常成年肾脏中相对沉默,但在尿毒症模型动物及CKD患者中可被重新激活。Wnt/β-catenin信号通路可通过影响相关靶基因如Ⅰ型胶原、纤连蛋白、E-钙黏蛋白等的表达,介导肌成纤维细胞的激活、活化、增殖及肾小管上皮细胞上皮-间质转化,从而导致肾纤维化[23,24]。WISP1被认为是Wnt/β-catenin通路的关键下游分子,可能参与肾纤维化发展,加速CKD的进程[1]。

WISP1在肾脏损伤模型中表达增加,可能促进肾纤维化发展,加速CKD进程。Chen等[3]制备5/6肾切除尿毒症大鼠模型,发现与假手术组相比,尿毒症组大鼠肾脏组织中WISP1表达增加;沉默Wisp1基因后,大鼠肾小管上皮细胞中Wnt/β-catenin通路的相关成员Wnt2b、c-Myc、细胞周期蛋白D1、β-catenin表达降低,肾脏保护因子E-钙黏蛋白表达增加,肾小管上皮细胞迁移能力和侵袭能力降低,细胞间排列更紧密,细胞形态接近鹅卵石形或椭圆形,推测沉默Wisp1基因可抑制Wnt/β-catenin信号通路,进而抑制大鼠肾小管上皮细胞上皮-间质转化,减轻肾纤维化程度。有学者[25]采用单侧输尿管梗阻法制备肾纤维化小鼠模型,发现过表达WISP1小鼠肾脏组织中Ⅰ型胶原、纤连蛋白、转化生长因子-β1表达增加,促进了肾纤维化,而用抗WISP1抗体处理后肾纤维化程度减轻;在转化生长因子-β1诱导的肾小管上皮细胞纤维化大鼠模型中,过表达WISP1使肾小管上皮细胞中Ⅰ型胶原、纤连蛋白、转化生长因子-β1表达增加,抑制WISP1表达可有效减轻肾小管上皮细胞纤维化;此外,肾纤维化小鼠和转化生长因子-β1诱导的大鼠肾小管上皮纤维化细胞发生自噬,在荧光显微镜下检测到绿色荧光蛋白-微管相关蛋白轻链3斑点形成,自噬阳性标志物轻链3、Beclin-1表达增加,自噬阴性标志物sequestosome-1/p62表达减少,且过表达WISP1可促进细胞自噬,使轻链3、Beclin-1表达显著增加、sequestosome-1/p62表达显著降低,抑制WISP1可有效降低轻链3、Beclin-1表达,减轻自噬,推测WISP1可能通过自噬参与肾纤维化的发展,抑制WISP1有望成为新的改善肾纤维化的方法。

Zhong等[7]对96例CKD患者进行研究,发现WISP1主要表达于发生纤维化的肾间质小管区域,且WISP1表达与肾纤维化严重程度呈正相关;IgA肾病、局灶节段性肾小球硬化、糖尿病肾病组患者血清WISP1水平明显高于正常对照及微小病变性肾病患者,而IgA肾病、局灶节段性肾小球硬化、糖尿病肾病患者血清WISP1水平比较差异均无统计学意义,提示WISP1表达并不特定于某种肾脏疾病。但该研究未进一步分析WISP1参与肾纤维化的机制,未分析WISP1评估肾纤维化的灵敏度及特异度。因此,WISP1是否可作为一种新型的生物标志物用于CKD患者肾纤维化的早期诊断、治疗以及预后评估,仍需大量的基础实验和临床研究来验证。

3.2WISP1与赭曲霉毒素A相关性肾病

赭曲霉毒素A相关性肾病是一种由摄入具有肾脏毒性的赭曲霉毒素A引起的肾脏相关性疾病。赭曲霉毒素A主要存在于谷物或纤维状植物制成的饲料或食品中[26],长时间赭曲霉毒素A暴露可导致多脏器损伤,但主要靶器官为肾脏,具体表现为肾近端小管的退行性病变,其机制可能为赭曲霉毒素A不断刺激肾近端小管上皮细胞,改变其信号传导及细胞因子的释放,最终引起间质性肾炎、肾纤维化,甚至导致肾脏肿瘤[4]。Stoev等[26]对24头小猪喂养赭曲霉毒素A连续3个月,发现24头小猪均发生了肾脏疾病,表现为肾脏血管损伤和组织水肿,且小猪血肌酐、尿素水平出现不同程度的升高。有文献[12,17]报道,WISP1可通过影响基质金属蛋白酶-3、-9、-13以及聚蛋白多糖酶4信号通路促进血管内皮生长因子-C、miR-300等的表达,进而影响炎症、损伤修复及肿瘤,推测WISP1同样参与赭曲霉毒素A相关性肾病的发生、发展。

Hennemeier等[4]将人肺成纤维细胞暴露于赭曲霉毒素A,发现WISP1表达无明显变化;将人原代肾近端小管细胞及人胚胎肾细胞HEK-293T暴露于赭曲霉毒素A,发现WISP1、转化生长因子-β1表达明显增加,认为赭曲霉毒素A主要作用于肾脏细胞;48h时细胞外信号调节激酶1/2磷酸化作用最强,而在暴露48h用U0126抑制丝裂原细胞外信号调节激酶1/2,细胞外信号调节激酶1/2磷酸化也受到抑制,WISP1表达明显降低,提示赭曲霉毒素A对WISP1的调节可能是由丝裂原活化细胞外信号调节激酶/细胞外信号调节激酶信号通路介导的,且Wnt/β-catenin通路以及c-JunN端激酶、P38、蛋白激酶A、蛋白激酶C、促分裂原应激激活蛋白激酶1依赖性信号通路似乎在调控WISP1的过程中无明显作用;在赭曲霉毒素A暴露下,WISP1通过旁分泌方式刺激附近的间质成纤维细胞,使肾小管间质纤维化,而升高的肿瘤坏死因子-α导致炎症细胞聚集及细胞因子释放,进一步刺激近端小管细胞及成纤维细胞,导致肾功能持续下降。该研究首次将WISP1与赭曲霉毒素A相关性肾病联系起来。随着未来研究的深入,WISP1或许可作为赭曲霉毒素A相关性肾病未来诊断的新型标志物及治疗的靶点。Polovic等[27]将赭曲霉毒素A暴露于人胚胎肾细胞HEK-293T,发现赭曲霉毒素A诱导的RNA是一种新型的长链非编码RNAs,命名为WISP1-AS1,该RNA与WISP1基因的第4个内含子和第5个外显子部分重叠,在子宫、肾脏等器官高表达,在骨髓中低表达;与原代肾近端小管细胞相比,多数肾透明细胞癌细胞中WISP1-AS1表达增加,且定位于细胞核,而WISP1mRNA表达减少,表明WISP1-AS1表达与宿主基因无关;在肾乳头状细胞癌细胞中未发现WISP1-AS1表达变化,可能是肾透明细胞癌的特征,但也不能排除肾乳头状细胞癌细胞样本过少导致的偏差。该研究表明WISP1-AS1与肾上皮细胞转分化有关。WISP1-AS1可能参与了赭曲霉毒素A相关性肾脏肿瘤的发展,但详细的分子机制尚需进一步探究。

3.3WISP1与肾脏肿瘤

WISP1过表达可能通过旁分泌及自分泌方式驱动细胞有丝分裂,导致肾脏肿瘤。Xu等[28]在正常大鼠肾脏成纤维细胞NRK-49F中加入用杆状病毒重组的WISP1,发现细胞生长速度加快,细胞堆积得更密集,外观更具折射性,并倾向于在统一的方向上排列;进一步研究发现过表达WISP1的NRK-49F在软琼脂中不形成集落,但向裸鼠体内注射过表达WISP1的NRK-49F后可监测到肾脏肿瘤生长,表明肾脏成纤维细胞的附着和细胞外基质沉积可能使NRK-49F对WISP1作出反应,进而转化为肿瘤细胞。Gaudreau等[29]首先在MSKCC及TCGA数据库中观察到WISP1基因与前列腺癌生存期缩短有关;其在组织微阵列数据库中分析了285个前列腺癌根治术组织标本,发现在晚期前列腺癌组织中WISP1蛋白表达较高,且WISP1蛋白表达增加与前列腺癌生存期缩短相关。有研究[29]发现,WISP1表达越高,肾乳头状细胞癌患者的生存率越低,其机制可能与WISP1增加CD8+炎性因子表达,营造了一种炎症肿瘤微环境有关。

4、结语

WISP1与正常发育分化、炎症、损伤修复及肿瘤的发生、发展等密切相关,且不同组织来源的WISP1可能发挥不同的作用。WISP1参与了CKD、赭曲霉毒素A相关性肾病及肾脏肿瘤的发生、发展。目前的研究主要集中在CKD、赭曲霉毒素A相关性肾病及肾脏肿瘤上,尚无大样本多中心前瞻性临床研究来证明WISP1与肾脏疾病间的相关性。随着未来研究的深入,WISP1在肾脏疾病中的作用机制进一步阐明后,以WISP1为靶点,可能为临床预防、诊断、治疗以及随访肾脏疾病提供新的方法。

参考文献：

[21]张雷,郝丽荣.巨噬细胞诱导肾间质纤维化机制研究进展[J].中华实用诊断与治疗杂志,2017,31(6):622-624.

[22]马秋波,包宇实.慢性肾脏病肾间质纤维化免疫机制研究进展[J].中华实用诊断与治疗杂志,2018,32(1):101-104.

吴美豪,曹慧霞,阎磊,邵凤民.Wnt诱导信号通路蛋白1在肾脏疾病中应用的研究进展[J].中华实用诊断与治疗杂志,2021,35(01):101-104.