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爽兴宓
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1 动物营养学报 2015,27(3): Chinese Journal of Animal Nutrition doi: / j.issn x 维生素 D 通过 Wnt 信号通路对肠道发育调控机制的研究进展石宝石徐玲张小龙赖星刘亚娟唐志如 ( 西南大学动物科技学院, 生物饲料与分子营养实验室, 重庆 ) 摘要 : Wnt 信号通路广泛存在于脊椎和无脊椎动物体内, 对动物机体各组织器官发育, 如肝脏肾脏肠道等起着至关重要的作用维生素 D 是一组脂溶性类固醇衍生物, 维生素 D 不直接作用于靶器官, 而是通过与维生素 D 受体 ( VDR) 结合从而发挥其生物学效应近年来研究表明,VDR 可以通过影响 Wnt 信号通路的传导进而影响肠道发育, 本文就 VDR 对 Wnt 信号通路的影响 Wnt 信号通路对肠道发育的调控机制等方面作一综述, 以期为 Wnt 信号通路在肠道发育调控研究提供参考关键词 : Wnt 信号通路 ; 肠道发育 ; 维生素 D 受体中图分类号 :S811.2 文献标识码 :A 文章编号 : X(2015) 肠道是动物消化和吸收营养物质的主要场所, 肠道发生病变将会引起动物营养吸收不良腹泻甚至死亡肠道的疾病大多是因为肠道的形态结构发生改变, 而控制肠道形态结构的核心就是肠干细胞 Wnt 信号通路在动物体内具有高度保守性, 研究表明,Wnt 信号通路在机体肝肾肠道等组织干细胞发育过程中起着重要的调节作用 [1] Wnt 信号过表达则会导致干细胞不断增殖, 甚至发生癌症, 反之, 抑制 Wnt 信号通路的表达则会导致干细胞发育不健全 [2] 最近研究表明维生素 D 对 Wnt 信号通路也存在调节作用 [3], 同时维生素 D 也是动物饲粮中的重要组成部分, 因此了解维生素 D 通过 Wnt 信号通路对肠道发育调控机制对动物营养研究有着重要的意义 1 Wnt 信号通路 1.1 概述 Wnt 基因在 1982 年由 Nusse 在小鼠乳腺癌试验中首次发现, 后来发现这种基因与果蝇的 Wing less 基因同源, 故命名为 Wnt Wnt 信号通路的激活与抑制直接影响着机体内大量与生长发育和物质代谢相关的基因的表达, 与此同时 Wnt 信号通路也可以通过与其他信号通路 [ 如 Notch 转化生长因子 β / 骨形态发生蛋白 ( TGF β / BMP) 磷酯酰肌醇 3 激酶 ( PI3K) c jun 氨基末端激酶 ( JNK) 等 ] 间的相互影响作用 [4], 直接的或间接地影响下游靶基因的表达因此,Wnt 信号通路在机体内可以对多种生物学过程进行调控, 例如胚胎的形成发育组织的分化能量代谢的平衡以及干细胞维持等 [5] 然而, 过度激发的 Wnt 信号也会产生各种疾病 ( 主要有结肠癌胃癌乳腺癌等 ) [6] 1.2 传导途径 Wnt 配体在细胞膜上和细胞膜表面的跨膜受体卷曲蛋白 ( frizzled) 家族跨膜蛋白 ( FZD) 受体结合后, 可激活 3 条细胞内信号通路 :1) Wnt / β 连环蛋白 ( β catenin) 信号通路 ;2) Wnt / Ca 2+ 信号通路 ; 3) Wnt / JNK 信号通路 [7] 经典的 Wnt / β catenin 信号通路是参与调控干细胞自我更新和分化的重收稿日期 : 基金项目 : 国家 973 重点基础研究发展计划项目 ( 2013CB127303) ; 西南大学基本科研业务费 ( XDJK2011C030) ; 重庆市自然科学基金 ( cstc2012jja80001) ; 西南大学博士基金 ( SWU111002) 作者简介 : 石宝石 (1989 ), 男, 福建厦门人, 硕士研究生, 从事分子营养学与生物饲料资源开发利用研究 E mail: tto93@163.com 通信作者 : 唐志如, 教授, 硕士生导师,E mail: tangzhiru2326@ sina.com.cn

３期石宝石等维生素Ｄ通过Ｗｎｔ信号通路对肠道发育调控机制的研究进展６９９要途径经典的Ｗｎｔ信号通路的途径首先是由Ｔ细胞转录因子ＴｃｅｌｌｆａｃｔｏｒＴＣＦ淋巴增强因细胞分泌的Ｗｎｔ蛋白与细胞跨膜受体卷曲蛋白及子ｌｙｍｐｈｏｉｄｅｎｈａｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒＬＥＦ相结合刺激ｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎｒｅｃｅｐｔｏｒ

2 ３期石宝石等维生素Ｄ通过Ｗｎｔ信号通路对肠道发育调控机制的研究进展６９９要途径经典的Ｗｎｔ信号通路的途径首先是由Ｔ细胞转录因子ＴｃｅｌｌｆａｃｔｏｒＴＣＦ淋巴增强因细胞分泌的Ｗｎｔ蛋白与细胞跨膜受体卷曲蛋白及子ｌｙｍｐｈｏｉｄｅｎｈａｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒＬＥＦ相结合刺激ｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎｒｅｃｅｐｔｏｒｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｔｅｉｎ５６ＬＲＰ５６结Ｄ１基质金属蛋白酶７ＭＭＰ７ＣＤ４４和紧密连接蛋白１ｃｌａｕｄｉｎ１等的转录达到调控细胞生辅助性低密度脂蛋白相关蛋白５６ｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ合后激发细胞内的信号传导激活细胞质内的散乱连环蛋白ｄｉｓｈｅｖｅｌｅｄＤｓｈＤｓｈ的激活抑制了细胞内 β ｃａｔｅｎｉｎ与轴蛋白Ａｘｉｎ结肠腺瘤样息肉病蛋白ａｄｅｎｏｍａｔｏｕｓｐｏｌｙｐｏｓｉｓｃｏｌｉＡＰＣ糖原合成酶激酶３β ｇｌｙｃｏｇｅｎｓｙｎｔｈａｓｅｋｉｎａｓｅ３β ＧＳＫ３β 等形成降解复合物导致细胞内的 β ｃａｔｅｎｉｎ浓度上升并转移至细胞核内与细胞内的Ｗｎｔ信号靶基因ｃｍｙｃ细胞周期素Ｄ１ｃｙｃｌｉｎ长的作用图１在没有Ｗｎｔ信号刺激的情况下 β ｃａｔｅｎｉｎ与ＡｘｉｎＡＰＣＧＳＫ３β 等形成降解复合物而后发生结合的 β ｃａｔｅｎｉｎ与泛素蛋白Ｕｂ结合被泛素化降解进而达到维持细胞内 β ｃａｔｅｎｉｎ的低浓度状态８Ｆｚ跨膜受体卷曲蛋白ｆｒｉｚｚｌｅｄＬＲＰ５６辅助性低密度脂蛋白相关蛋白５６ｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎｒｅｃｅｐｔｏｒｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｔｅｉｎ５６ＡＰＣ结肠腺瘤样息肉病蛋白ａｄｅｎｏｍａｔｏｕｓｐｏｌｙｐｏｓｉｓｃｏｌｉＡｘｉｎ轴蛋白ＧＳＫ３β 糖原合成酶激酶３β ｇｌｙｃｏｇｅｎｓｙｎｔｈａｓｅｋｉｎａｓｅ３β β Ｃａｔ β 连环蛋白 β ｃａｔｅｎｉｎＣＫＩ细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子ｃｙｃｌｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｋｉｎａｓｅｓｉｎｈｉｂｉｔｏｒＤｓｈ散乱连环蛋白ｄｉｓｈｅｖｅｌｅｄＴＣＦＴ细胞转录因子Ｔｃｅｌｌｆａｃｔｏｒ β Ｔｒ β 转导重复相容蛋白 β ｔｒａｎｓｄｕｃｉｎｒｅｐｅａｔｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎＰ磷ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓＷｎｔｔａｒｇｅｔｇｅｎｅｓＷｎｔ目标基因图１Ｆｉｇ１２２１Ｗｎｔ信号通路Ｗｎｔｓｉｇｎａｌｉｎｇｐａｔｈｗａｙ９Ｗｎｔ信号通路对肠道发育的调控机制对小肠绒毛更新的调控由于小肠是营养吸收的主要场所所以小肠上移形成上皮细胞对小肠微绒毛顶端进行补充干细胞分化成上皮细胞的过程中需要有一个快速增殖的前体细胞１０而前体细胞的形成主要受Ｗｎｔ信号通路的调控研究人员通过建立ＴＣＦ缺表面有着大量的小肠微绒毛帮助机体吸收营养物失的小鼠模型进行试验发现试验过程中ＴＣＦ缺质这些小肠微绒毛每天不断的与食糜接触的同失的小鼠隐窝前体细胞完全消失另外有人通过时也在不停的磨损为了更好的吸收营养物质小肠微绒毛更新的非常快小肠微绒毛顶端的细胞不断死亡而位于底部隐窝的干细胞不断分化对小鼠使用Ｗｎｔ信号通路抑制剂Ｄｉｃｋｋｏｐｆ家族ＤＫＫ结果发现成年小鼠肠道发育不健全缺少隐窝结构同时对试验小鼠使用Ｗｎｔ信号通路激

3 700 动物营养学报 27 卷动剂 R spondin 1, 发现成年小鼠肠道的隐窝前体细胞存在过度增殖的现象 [11] [12] Kuhnert 等在成年动物体内模型中用腺病毒载体诱导 DKK1 过表达试验动物在 10 d 内因体重骤降和便血导致 85% 的死亡在显微镜下, 可观察到近端小肠隐窝的大量缺失和绒毛边钝, 以及结肠隐窝的损失, 最终导致试验动物肠道肠炎的发生 2.2 对结肠癌的调控在干细胞中正常情况下的 Wnt 信号通路可以调控干细胞的自我更新, 但是当 Wnt 信号通路受到干扰或者紊乱时则会导致干细胞发生病变甚至导致癌症 [13] 有研究表明, 结肠癌的发生与 Wnt 信号通路的异常激活有着密切关系家族性结肠息肉病 ( familiar adenomatous polyposis,fap) 是一种遗传性疾病, 主要的病例表现为结肠上皮出现大量的息肉和腺瘤而这种疾病的发生就是肠干细胞内的 APC 失活所造成的干细胞内的 APC 失活导致 Wnt 信号通路中的 β catenin 无法被降解, 从而使得 β catenin 浓度升高, 不断的向细胞核内转移, 促使细胞不断增殖与此同时,APC 的失活也会影响细胞中其他的致癌因子激活或抑癌因 [14] 子的抑制, 最终导致肿瘤的发生 Sansom 等研究发现, 当 Wnt 信号通路中的 Axin 发生突变时会导致 β catenin N 端丝氨酸 / 苏氨酸降解控制区域 ( destruction motif) 也随之发生突变这种突变会造成 β catenin 无法与 Axin 结合形成降解复合体, 从而使细胞内 β catenin 的浓度升高, 不断的激活下游基因调控的细胞周期蛋白 cyclin D1 和致癌基因 c myc 的表达, 最终导致细胞处于一个长时间不断增殖的状态 [15] 3 维生素 D 对 Wnt 信号通路的调控维生素 D 是动物机体必需的一种维生素, 属于固醇类激素, 其在体内的主要活动代谢产物是 1,25- 二羟基胆钙化醇 [1,25 dihydroxycholecalcif erol,1,25 ( OH) 2 ] 其在机体内有着重要的生理调节功能, 如调节肾脏肠道钙磷代谢及组织生长代谢等功能, 其功能主要是通过维生素 D 受体 ( vitamin D receptor,vdr) 来介导的 [16], 因此对其受体的研究逐渐成为研究热点有研究表明维生素 D 有治疗小鼠结肠肿瘤的作用, 维生素 D 不是直接作用于靶器官, 而是由 1,25 ( OH) 2 与 VDR 结合发挥作用的 [17] [18] Larriba 等利用遗传性 VDR 失活的 APC( min / +) VDR ( - / -) 鼠进行试验, 观察肠癌发生在不同年龄的 APC( min / +) 和 APC( min / +) VDR( - / -) 鼠间比较, 结果表明两者之间在肿瘤数量上差异不显著, 但是 APC ( min / + ) VDR ( - / - ) 鼠相对于普通的 APC ( min / +) 鼠的肿瘤大小显著增加 ; 通过免疫染色进一步比较发现 APC( min / +) VDR( - / -) 鼠肿瘤中 β catenin cyclin D1 以及 Wnt 信号通路下游转录 [19] 因子 Lef1 的含量显著增加 Pálmer 等研究报道,1,25 ( OH) 2 通过促使结肠上皮细胞诱导分化出 E 钙黏蛋白 ( E cadherin,e cad) 和拮抗 Wnt / β catenin 信号通路 2 种途径来抑制肠上皮细胞的增殖对于 1,25 ( OH) 2 拮抗 Wnt / β catenin 信号通路的机制又可以分为 2 种, 一种是通过 VDR 在细胞内感应与 β catenin 结合形成复合体, 从而降低了细胞中 β catenin 的浓度, 避免了 β catenin / TCF 复合体的形成, 使得下游基因无法表达, 从而达到抑制的作用 [20] ; 另一种是通过诱导 β catenin 重新定位, 上调 E cad 的表达并使其诱导 β catenin 黏附在细胞膜上, 无法向细胞核内转移, 从而降低了细胞核内 β catenin 的浓度达到抑制的作用 [21] 此外 1,25 ( OH) 2 还可以诱导细胞分泌产生 Wnt 信号通路抑制剂 DKK1,DKK1 的分泌也会对 Wnt 信号通路产生抑制 [22] 4 小结肠道细胞内 β catenin 的浓度是调节 Wnt 信号通路的关键, 因此一旦细胞内 β catenin 的浓度发生变化,Wnt 信号通路的传导也会随之受到影响, 进而影响下游基因的转录, 造成基因的不表达或者过表达, 从而影响肠道组织的发育 VDR 能够对细胞内 β catenin 的浓度起到调控的作用, 抑制 Wnt 信号通路的过表达, 达到减少结肠肿瘤大小的作用目前对维生素 D 在 Wnt 信号通路调控的研究都仅限于小鼠模型, 在畜禽上并没有相关的报道因此开展畜禽维生素 D 在 Wnt 信号通路的研究有助于我们更深层次的了解维生素对畜禽肠道组织发育的影响, 为研究动物营养吸收以及肠道疾病防疫提供更多的帮助参考文献 : [ 1 ] GAO C, CAO W P, BAO L, et al. Autophagy nega tively regulates Wnt signalling by promoting dishev

4 3 期石宝石等 : 维生素 D 通过 Wnt 信号通路对肠道发育调控机制的研究进展 701 elled degradation [ J]. Nature Cell Biology, 2010, 12 (8) : [ 2 ] SUKHOTNIK I, GEYER T, POLLAK Y, et al. The role of Wnt / β catenin signaling in enterocyte turnover during methotrexate induced intestinal mucositis in a rat[ J].PLoS ONE,2014,9( 11) :e [ 3 ] SHI Y C,WORTON L,ESTEBAN L,et al.effects of continuous activation of vitamin D and Wnt response pathways on osteoblastic proliferation and differentia tion[ J].Bone,2007,41( 1) : [ 4 ] POLAKIS P. The many ways of Wnt in cancer [ J]. Current Opinion in Genetics & Development,2007,17 (1) : [ 5 ] NAKAMURA T, TSUCHIYA K, WATANABE M. Crosstalk between Wnt and Notch signaling in intesti nal epithelial cell fate decision[ J]. Journal of Gastro enterology,2007,42( 9) : [ 6 ] GREGORIEFF A,CLEVERS H. Wnt signaling in the intestinal epithelium: from endoderm to cancer [ J ]. Genes & Development,2005,19( 8) : [ 7 ] SETHI J K, VIDA PUIG A. Wnt signalling and the control of cellular metabolism [ J]. Biochemical Jour nal,2010,427( 1) :1-17. [ 8 ] SHAO W J, WANG D Y, CHIANG Y T, et al. The Wnt signaling pathway effector TCF7L2 controls gut and brain proglucagon gene expression and glucose homeostasis[ J].Diabetes,2013,62( 3) : [ 9 ] PINTO D,CLEVERS H.Wnt,stem cells and cancer in the intestine[ J]. Biology of the Cell, 2005, 97 ( 3) : [ 10] REYA T, CLEVERS H. Wnt signalling in stem cells and cancer[ J].Nature,2005,434( 7035) : [ 11] BRYJA V,ĈAJÁNEK L,GRAHN A,et al. Inhibition of endocytosis blocks Wnt signalling to beta catenin by promoting dishevelled degradation[ J]. Acta Physi ologica,2007,190( 1) : [12] KUHNERT F,DAVIS C R,WANG H T,et al.essen tial requirement for Wnt signaling in proliferation of a dult small intestine and colon revealed by adenoviral expression of Dickkopf 1[ J]. Proceedings of the Na tional Academy of Sciences of the United States of A merica,2004,101( 1) : [ 13] MANICASSAMY S, REIZIS B, RAVINDRAN R, et al. Activation of β catenin in dendritic cells regulates immunity versus tolerance in the intestine [ J ]. Sci ence,2010,329( 5993) : [14] SANSOM O J,REED K R,HAYES A J,et al.loss of Apc in vivo immediately perturbs Wnt signaling, dif ferentiation,and migration[ J].Genes & Development, 2004,18( 12) : [ 15] KIPP A,BANNING A,VAN SCHOTHORST E M,et al. Four selenoproteins, protein biosynthesis, and Wnt signalling are particularly sensitive to limited selenium intake in mouse colon[ J].Molecular Nutrition & Food Research,2009,53( 12) : [ 16] KALER P,AUGENLICHT L,KLAMPFER L. Macro phage derived IL 1β stimulates Wnt signaling and growth of colon cancer cells:a crosstalk interrupted by vitamin D3 [ J ]. Oncogene, 2009, 28 ( 44 ) : [17] BYERS S,SHAH S. Vitamin D and the regulation of Wnt / β catenin signaling and innate immunity in color ectal cancer[ J].Nutrition Reviews,2007,65( 8 Pt 2) : S118-S120. [ 18] LARRIBA M J, ORDÓÑEZ MORÁN P, CHICOTE I,at el. Vitamin D receptor deficiency enhances Wnt / β catenin signaling and tumor burden in colon cancer [ J].PLoS One,2011,6( 8) :e [ 19] PÁLMER H G, GONZÁLEZ SANCHO JM, ESPA DA J,et al.vitamin promotes the differentiation of colon carcinoma cells by the induction of E cadherin and the inhibition of beta catenin signaling [ J]. The Journal of Cell Biology,154( 2) : [ 20] ORDÓÑEZ MORÁN P,LARRIBA M J,PÁLMER H G,et al. RhoA ROCK and p38mapk MSK1 mediate vitamin D effects on gene expression, phenotype, and Wnt pathway in colon cancer cells[ J].The Journal of Cell Biology,2008,183( 4) : [ 21] LARRIBA M J, GONZÁLEZ SANCHO J M, BARBÁCHANO A,et al.vitamin D is a multilevel re pressor of Wnt / β catenin signaling in cancer cells[ J]. Cancers,2013,5( 4) : [ 22] GARCÍA JIMÉNEZ C, GARCIA MARTINEZ J M, CHOCARRO CALVO A, et al. A new link between diabetes and cancer:enhanced WNT / beta catenin sig nalling by high glucose[ J]. Journal of Molecular En docrinology,2014,52( 1) :R51-R66.

5 702 动物营养学报 27 卷 Research Progress of Mechanism of Vitamin D Regulating Development of the Intestine through Wnt Signaling Pathway SHI Baoshi XU Ling ZHANG Xiaolong LAI Xin LIU Yajuan TANG Zhiru ( Key Laboratory for Bio Feed and Animal Nutrition, College of Animal Science and Technology, Southwest University, Chongqing , China) Abstract: Wnt signaling pathway is widely present in both vertebrate and invertebrate animal s tissues and or gans, it plays a very important role in many organs such as the liver, kidney and intestine. Vitamin D is a group of derivatives of fat soluble steroid, it doesn t affect the target organ directly, and it works with the vita min D receptor and exerts its biological effects. Many studies report that vitamin D receptor ( VDR) can regu late the development of intestine through the Wnt signaling pathway. This paper reviewed the effect of VDR to Wnt signaling pathway and the Wnt signaling pathway regulating the development of intestine to make some reference for the study on regulating intestine development. [ Chinese Journal of Animal Nutrition, 2015, 27 (3) : ] Key words: Wnt signaling pathway; intestine development; vitamin D receptor Corresponding author, professor, E mail: tangzhiru2326@ sina.com.cn ( 责任编辑武海龙 )

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中国农学通报 2013,29(04):39-43 Chinese Agricultural Science Bulletin 中药荆芥最新研究进展 1,2 1,2 赵立子, 魏建和 ( 1 北京协和医学院药用植物研究所, 北京 100193; 2 中草药物质基础与资源利用教育部重点实验室, 北京