熊正國，彭慧巧，張長城，頓耀艷

(1三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443002; 2三峽大學(xué)科技學(xué)院)

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WNT/β-catenin信號(hào)通路在皮膚衰老中作用的研究進(jìn)展

熊正國1，彭慧巧2，張長城1，頓耀艷1

(1三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443002; 2三峽大學(xué)科技學(xué)院)

隨著人口老齡化速度日趨加快，衰老研究已然成為生命科學(xué)領(lǐng)域的熱門課題，皮膚衰老是機(jī)體衰老最直接的外在表現(xiàn)，但是皮膚衰老的機(jī)制尚未闡明。大量研究資料顯示皮膚衰老與基因組不穩(wěn)定、表觀遺傳異常等多種因素密切相關(guān)，后者是由關(guān)鍵細(xì)胞信號(hào)通路改變引起的。最近發(fā)現(xiàn)，WNT/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白在衰老皮膚中表達(dá)異常，其在皮膚衰老中發(fā)揮重要作用。

皮膚衰老；WNT/β-catenin信號(hào)通路；基因

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活條件的改善，人口老齡化趨勢(shì)越來越明顯。皮膚是機(jī)體最外在的器官，皮膚衰老能反映機(jī)體的健康狀況、衰老狀態(tài)。皮膚衰老是漸進(jìn)的過程，是多因素綜合的病理生理結(jié)果。新近研究發(fā)現(xiàn)，信號(hào)傳導(dǎo)通路改變?cè)谄つw衰老過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。WNT/β-catenin信號(hào)通路變化是人體衰老的重要因素，可通過調(diào)節(jié)基因組穩(wěn)定性、干細(xì)胞的功能等途徑誘導(dǎo)機(jī)體衰老。本文就WNT/β-catenin信號(hào)通路與皮膚衰老關(guān)系的研究進(jìn)展作以下綜述。

1　WNT/β-catenin信號(hào)通路簡(jiǎn)介

WNTs是一類廣泛存在的分泌型糖蛋白。無WNT信號(hào)時(shí)，胞質(zhì)中的β-catenin和多種蛋白，如酪蛋白激酶(CK)1a、糖原合成激酶(GSK)-3β等形成多蛋白復(fù)合物。GSK-3β對(duì)β-catenin進(jìn)行磷酸化后，CK1磷酸化β-catenin，繼而啟動(dòng)了泛素化依賴的蛋白降解過程，將β-catenin降解。WNT蛋白與跨膜受體卷曲蛋白及共受體LRP5/6結(jié)合激活WNT通路后，抑制胞質(zhì)中β-catenin多蛋白復(fù)合物的形成，降低GSK-3β的活性，抑制β-catenin磷酸化，從而穩(wěn)定β-catenin。進(jìn)而胞質(zhì)中聚集的β-catenin轉(zhuǎn)入胞核，作用于轉(zhuǎn)錄因子Tcf/Lef，調(diào)節(jié)靶基因如c-myc、MMP-7等的轉(zhuǎn)錄活性，啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)細(xì)胞的增殖或活化。WNT/β-catenin信號(hào)通路可受多種生物分子調(diào)控。Dkk1是一種細(xì)胞外的分泌性糖蛋白，可與WNT蛋白的共受體LRP5/6相互作用，負(fù)性調(diào)節(jié)WNT/β-catenin信號(hào)通路。

WNT/β-catenin信號(hào)是衰老相關(guān)疾病的重要信號(hào)，與多種疾病的發(fā)生、進(jìn)展及轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)[1，2]。WNT/β-catenin信號(hào)通路作用于靶點(diǎn)，參與細(xì)胞存活、增殖及分化，亦維持組織穩(wěn)態(tài)。

2　皮膚衰老的研究進(jìn)展

2.1皮膚衰老的特征皮膚衰老主要分為自然衰老和光老化兩種形式。自然衰老是指由于機(jī)體內(nèi)不可抗拒因素及遺傳等因素所引起，其皮膚衰老的體表特征為皺紋的出現(xiàn)和皮膚的松弛[3]。光老化由環(huán)境因素如紫外線、接觸化學(xué)物質(zhì)等外源性因素引起。其中，日光紫外線長期反復(fù)的照射是光老化最重要因素。光老化的皮膚表現(xiàn)為暴露部位粗糙、皺紋加深加粗、不規(guī)則性色素沉著、表皮角化不良和異常增殖等[4]。

衰老反映在細(xì)胞水平即為細(xì)胞衰老，其明顯特征是細(xì)胞內(nèi)容物、代謝和形態(tài)學(xué)改變。衰老細(xì)胞表現(xiàn)為細(xì)胞變大、核增大，蛋白含量、脂質(zhì)、核RNA含量增加，并伴隨胞外基質(zhì)分泌增加。多種皮膚細(xì)胞在皮膚衰老中發(fā)揮著重要作用。如在體外，成纖維細(xì)胞在衰老過程中Ⅰ型膠原表達(dá)減少，其中TGF-β起十分重要的作用[5]；衰老的成纖維細(xì)胞間質(zhì)膠原酶及間質(zhì)溶解酶的分泌增加，膠原等間質(zhì)蛋白分解增強(qiáng)，F(xiàn)as蛋白表達(dá)增加，導(dǎo)致凋亡發(fā)生[6]。

2.2皮膚衰老的潛在機(jī)理衰老的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的病理生理過程，其與基因組不穩(wěn)定、端?？s短、表觀遺傳學(xué)改變、線粒體功能障礙、干細(xì)胞耗竭等高度相關(guān)，衰老過程中細(xì)胞信號(hào)通路會(huì)發(fā)生改變，如胰島素樣生長因子1/胰島素、絲裂原活化蛋白激酶、p53/p21、WNT/β-catenin信號(hào)通路等可誘導(dǎo)細(xì)胞衰老[7～9]。

國內(nèi)外對(duì)皮膚衰老機(jī)理開展了多方面研究，提出多種假說，如自由基衰老學(xué)說、遺傳衰老學(xué)說等[10]。端粒耗損、激素衰竭、氧化應(yīng)激、紫外線輻射等因素可導(dǎo)致嚴(yán)重DNA損傷、基因組不穩(wěn)定性、表觀遺傳變異進(jìn)而引起皮膚衰老。最近研究表明,成人皮膚干/祖細(xì)胞生長阻滯、衰老、凋亡和功能障礙在皮膚衰老中發(fā)揮重要作用，而皮膚干/祖細(xì)胞功能變化與關(guān)鍵信號(hào)通路基因異常直接相關(guān)，如WNT、p21、p53等。但皮膚衰老的確切機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。

3　WNT/β-catenin信號(hào)通路與皮膚衰老

3.1衰老過程中WNT/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá)皮膚衰老是人機(jī)體衰老最重要的外在表現(xiàn)，WNT/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)元件在老化皮膚組織表達(dá)異常。Makrantonaki等[11]分析大樣本的防嗮皮膚基因組基因譜發(fā)現(xiàn)，在衰老皮膚中WNT信號(hào)通路相關(guān)基因及蛋白顯著下調(diào)；此外，隨著年齡增加，在皮膚中參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)老化的WNT信號(hào)通路相關(guān)基因表達(dá)減少。Goyarts等[12]通過檢測(cè)老年斑和微炎癥模型下的衰老皮膚，發(fā)現(xiàn)6個(gè)WNT相關(guān)蛋白基因表達(dá)異常。研究資料顯示，在哺乳動(dòng)物的衰老及與衰老相關(guān)的疾病過程中，衛(wèi)星細(xì)胞、胸腺細(xì)胞、人血管平滑肌細(xì)胞的WNT/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)的蛋白表達(dá)異常[13，14]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，WNT/β-catenin信號(hào)通路在小鼠衰老模型中活性增強(qiáng)[15]，而抑制WNT/β-catenin信號(hào)通路可逆轉(zhuǎn)與衰老相關(guān)的骨骼肌再生損傷[16]。Li等[17]研究表明，衰老小鼠心臟的WNT/β-catenin信號(hào)下調(diào)，而限制熱量補(bǔ)充白藜蘆醇的營養(yǎng)治療，通過恢復(fù)WNT/β-catenin信號(hào)水平，延緩甚至拮抗心臟衰老。Florian等[18]發(fā)現(xiàn)，鼠衰老造血干細(xì)胞WNT5a表達(dá)升高；相反，當(dāng)WNT5a單倍劑量不足時(shí)，造血干細(xì)胞衰老減輕；且WNT5a 表達(dá)下調(diào)，可逆轉(zhuǎn)造血干細(xì)胞的衰老。另外，在衰老的雌性大鼠海馬CA1區(qū)，WNT的拮抗劑Dkk1表達(dá)異常[19]。

3.2WNT/β-catenin信號(hào)通路與皮膚衰老新近研究表明，WNT/β-catenin信號(hào)通路可多方面參與皮膚衰老過程。Jo等[20]發(fā)現(xiàn)，丙戊酸可增強(qiáng)人毛乳頭細(xì)胞、毛囊外根鞘細(xì)胞生存能力，延緩毛囊向生長退化期發(fā)展。丙戊酸這種作用與其增強(qiáng)β-catenin表達(dá)、抑制糖原合成酶激酶-3β磷酸化密切相關(guān)。β-catenin是miR-214的一種保守作用靶點(diǎn)。Ahmed等[21]亦發(fā)現(xiàn)，在皮膚角化過程中，miR-214通過作用于β-catenin，抑制毛囊形成周期，導(dǎo)致皮膚形態(tài)發(fā)生改變，提示miR-214可能通過激活WNT信號(hào)通路，影響皮膚組織的再生和衰老。Cui等[22,23]研究結(jié)果表明，WNT通路下游基因WNT、Edaa及Shh下調(diào)，抑制皮膚汗腺生成；過表達(dá)WNT蛋白抑制劑Dkk4，通過抑制WNT基因，顯著減少表皮汗腺數(shù)量。同時(shí)該課題組研究Fzd6介導(dǎo)的 WNT信號(hào)在角化細(xì)胞分化過程中的作用，比較野生型和Fzd6(-/ -)小鼠的基因圖譜，結(jié)果表明Fzd6調(diào)節(jié)大量的表皮分化基因的轉(zhuǎn)錄，如63個(gè)編碼角蛋白、谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶及其底物的基因。Nam等[24]體外培養(yǎng)人皮膚角質(zhì)細(xì)胞，采用重組WNT3a單獨(dú)及聯(lián)合TNF-α處理，二者均對(duì)角質(zhì)細(xì)胞增殖具有抑制作用，并呈劑量依賴性；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，WNT3a處理后，角質(zhì)細(xì)胞分化標(biāo)記的mRNA表達(dá)無改變，而聯(lián)合處理組呈現(xiàn)明顯變化。

田黎明等研究過氧化氫誘導(dǎo)人皮膚成纖維細(xì)胞發(fā)生衰老時(shí)，發(fā)現(xiàn)衰老細(xì)胞中β-catenin表達(dá)水平明顯降低，推測(cè)β-catenin可能是調(diào)控皮膚衰老的重要靶基因。干細(xì)胞耗損被公認(rèn)是機(jī)體組織衰老的機(jī)制，皮膚干細(xì)胞的功能變化可導(dǎo)致皮膚衰老，而WNT/β-catenin信號(hào)通路在此變化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究資料揭示，WNT/β-catenin信號(hào)通路異常活化，可影響皮膚干細(xì)胞去分化。神經(jīng)酰胺合酶4調(diào)節(jié)干細(xì)胞與毛囊周期變化，Peters等[25]研究發(fā)現(xiàn)，滅活神經(jīng)酰胺合酶4可激活毛囊隆突干細(xì)胞，降低骨態(tài)形成蛋白(BMP)水平。表皮神經(jīng)酰胺合酶4可能通過BMP和WNT信號(hào)介導(dǎo)，調(diào)節(jié)毛囊干細(xì)胞和祖細(xì)胞功能，最終導(dǎo)致干細(xì)胞耗竭、年老鼠脫發(fā)。Ryggvason等發(fā)現(xiàn)，WNT突變可使毛囊隆起的表皮多能干細(xì)胞功能失調(diào)，調(diào)節(jié)皮膚干細(xì)胞的活化、增殖分化、凋亡，導(dǎo)致干細(xì)胞改變和皮膚老化。Castilho等研究WNT調(diào)節(jié)上皮干細(xì)胞的作用，結(jié)果表明WNT介導(dǎo)β-catenin、mTOR的通路，導(dǎo)致毛囊快速增長，繼而造成上皮細(xì)胞衰老、表皮干細(xì)胞耗竭。Rognoni等發(fā)現(xiàn)，Kindlin-1可通過促進(jìn)TGF-β活化，抑制WNT通路調(diào)節(jié)皮膚上皮干細(xì)胞的增殖和分化。Zhang 等研究結(jié)果表明，WNT/β-catenin信號(hào)通路對(duì)老化表皮細(xì)胞去分化至關(guān)重要，卷曲蛋白相關(guān)分泌性蛋白1是一種WNT/β-catenin通路抑制劑，在體內(nèi)，激活WNT/β-catenin通路，抑制衰老表皮細(xì)胞去分化。體外，高特異性的糖原合成酶激酶-3β抑制劑通過活化WNT/β-catenin信號(hào)通路，誘導(dǎo)老齡的表皮細(xì)胞去分化。

4　結(jié)語

自古至今，如何防治衰老都是人們感興趣的問題。皮膚作為人體最大、最外在的器官，其衰老變化更是受到人們尤其是美容界的特別關(guān)注。皮膚衰老是一個(gè)漸進(jìn)的過程，也是多因素累積的結(jié)果。最近研究表明，WNT/β-catenin信號(hào)通路多層次參與人體衰老的病理發(fā)生，包括影響端粒酶的活性、基因組穩(wěn)定性、干細(xì)胞的功能、細(xì)胞間相互作用等。同樣，WNT介導(dǎo)的信號(hào)通路與皮膚衰老密切相關(guān)，其在分子水平上調(diào)節(jié)衰老相關(guān)的基因及蛋白的表達(dá)，在細(xì)胞水平上主要調(diào)節(jié)干細(xì)胞的活性。目前，WNT/β-catenin信號(hào)通路在皮膚衰老方面的研究開展并不廣泛，存在局限性，如其如何作用于表皮相關(guān)細(xì)胞，其下游的又存在哪些靶向基因，等等。因此，WNT/β-catenin信號(hào)通路在皮膚衰老作用的分子機(jī)理是今后研究的方向，相信隨著探究不斷深入，可為防治皮膚衰老提供新的靶向。

[1] Bastakoty D, Saraswati S, Cates J, et al. Inhibition of Wnt/β-catenin pathway promotes regenerative repair of cutaneous and cartilage injury[J]. FASEB J， 2015，29(12):4881-4892.

[2] Sohn KM, Jeong KH, Kim JE, et al. Hair growth promoting effects of different alternating-current parameter settings are mediated by the activation of Wnt/β-catenin and MAPK pathway[J]. Exp Dermatol， 2015，24(12):958-963.

[3] Christina A, Maria G, Kosmadaki A, et al．Photoaging: prevention and topical treatments [J]． Am J Clin Dermatol， 2010，11(2):95-102．

[4] Helfrich YR, Sachs DL, Voorhees JJ． Overview of skin aging and photoaging[J]. Dermatol Nurs， 2008,20(3):177-183.

[5] Eklouh-Molinier C, Happillon T, Bouland N, et al. Investigating the relationship between changes in collagen fiber orientation during skin aging and collagen/water interactions by polarized-FTIR microimaging [J]. Analyst, 2015,140(18):6260-6268.

[6] Yao C, Lee DH, Oh JH, et al. Poly(I∶C) induces expressions of MMP-1, -2, and -3 through various signaling pathways including IRF3 in human skin fibroblasts[J]. J Dermatol Sci, 2015,11(15):3018-3025.

[7] Zou Y, Song E, Jin R. Age-dependent changes in skin surface assessed by a novel two dimensional image analysis[J]. Skin Res Technol, 2009,15(4):399-406.

[8] Xu M, Yu Q, Subrahmanyam R, et al. Beta-catenin expression results in p53-independent DNA damage and oncogene-induced senescence in prelymphomagenic thymocytes in vivo[J]. Mol Cell Biol, 2008,28(5):1713-1723.

[9] Luo Y, Zou P, Zou J, et al. Autophagy regulates ROS-induced cellular senescence via p21 in a p38 MAPKalpha dependent manner[J]. Exp Gerontol, 2011,46(11):860-867.

[10] Wang H, Zhou W, Zheng Z, et al. The HDAC inhibitor depsipeptide transactivates the p53/p21 pathway by inducing DNA damage[J]. DNA Repair (Amst), 2012,11(2):146-156.

[11] Makrantonaki E, Brink TC, Zampeli V, et al. Identification of biomarkers of human skin ageing in both genders. Wnt signalling-a label of skin ageing[J]. PLoS One, 2012,7(11):e50393.

[12] Goyarts E, Muizzuddin N, Maes D, et al. Morphological changes associated with aging: age spots and the microinflammatory model of skin aging[J]. Ann N Y Acad Sci, 2007,11(19):32-39.

[13] Marchand A, Atassi F, Gaaya A, et al. The Wnt/beta-catenin pathway is activated during advanced arterial aging in humans[J]. Aging Cell, 2011,10(2):220-232.

[14] Mao CD, Hoang P, Dicorleto PE. Lithium inhibits cell cycle progression and induces stabilization of p53 in bovine aortic endothelial cells[J]. J Biol Chem, 2001,276(28):26180-26188.

[15] Brack AS, Conboy MJ, Roy S, et al. Increased Wnt signaling during aging alters muscle stem cell fate and increases fibrosis[J]. Science, 2007,317(5839):807-810.

[16] Liu H, Fergusson MM, Castilho RM, et al. Augmented Wnt signaling in a mammalian model of accelerated aging[J]. Science, 2007,317(5839):803-806.

[17] Li Q, Hannah SS.Wnt/β-catenin signaling is downregulated but restored by nutrition interventions in the aged heart in mice[J]. Arch Gerontol Geriatr, 2012,55(3):749-754.

[18] Florian MC, Nattamai KJ, D?rr K,et al. A canonical to non-canonical Wnt signaling switch in haematopoietic stem-cell ageing[J]. Nature, 2013,503(7476):392-396.

[19] Zhang QG, Wang R, Khan M, et al. Role of Dickkopf-1, an antagonist of the Wnt/beta-catenin signaling pathway, in estrogen-induced neuroprotection and attenuation of tau phosphorylation[J]. J Neurosci, 2008,28(34):8430-8441.

[20] Jo SJ, Choi SJ, Yoon SY, et al. Valproic acid promotes human hair growth in vitro culture model[J]. J Dermatol Sci, 2013,72(1):16-24.

[21] Ahmed MI, Alam M, Emelianov VU, et al. MicroRNA-214 controls skin and hair follicle development by modulating the activity of the Wnt pathway[J]. J Cell Biol, 2014,207(4):549-567.

[22] Cui CY, Yin M, Sima J, et al. Involvement of Wnt, Eda and Shh at defined stages of sweat gland development[J]. Development, 2014,141(19):3752-3760.

[23] Cui CY, Klar J, Georgii-Heming P, et al. Frizzled6 deficiency disrupts the differentiation process of nail development[J]. J Invest Dermatol, 2013,133(8):1990-1997.

[24] Nam JS, Chakraborty C, Sharma AR, et al. Effect of Wnt3a on keratinocytes utilizing in vitro and bioinformatics analysis[J]. Int J Mol Sci, 2014,15(4):5472-5495.

[25] Peters F,Vorhagen S, Brodesser S, et al. Ceramide synthase 4 regulates stem cell homeostasis and hair follicle cycling[J]. J Invest Dermatol, 2015,135(6):1501-1509.

頓耀艷(E-mail:51971474@qq.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.29.038

R714.14

A

1002-266X(2016)29-0105-03

2015-10-06)