全 文 ：第23卷 第5期
2011年5月
Vol. 23, No. 5
May, 2011
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号：1004-0374(2011)05-0477-05
成骨细胞中经典Wnt/β-catenin通路研究进展
许　兵1，刘　慧1，许应星1，吴　岩1，肖鲁伟1，童培建2*
(1 浙江中医药大学第一临床医学院，杭州 310053；2 浙江省中医院骨伤科，杭州 310012)
摘　要：Wnt/β-catenin经典通路在成骨细胞的分化增殖中起着重要作用。目前研究表明，调节任何一个经
典Wnt/β-catenin信号转导通路中的因子都能影响成骨细胞的分化增殖。总结经典Wnt/β-catenin通路中各个
因子与成骨细胞分化增殖的关系，以便进一步具体深入研究经典Wnt/β-catenin通路对成骨细胞的影响。
关键词：成骨细胞；Wnt/β-catenin；因子
中图分类号：R329.2 文献标志码：A
Development of the classic Wnt/β-catenin pathway in osteoblasts
XU Bing1, LIU Hui1, XU Ying-Xing1, WU Yan1, XIAO Lu-Wei1, TONG Pei-Jian2*
(1The First College of Clinic Medicine, Zhejiang Traditional Chinese Medical University, Hangzhou 310053, China;
2 Orthopedics, Chinese Medicine Hospital of Zhejiang Province, Hangzhou 310012, China)
Abstract: The classical Wnt/β-catenin pathway plays an important role in the differentiation and proliferation of
osteoblasts. Now the researches show that the regulation of any factors in classical Wnt/β-catenin signal
transduction pathway can influence the differentiation and proliferation of osteoblasts. This paper summarizes the
relationship between the respective factors in the classic Wnt/β-catenin pathway and the differentiation and
proliferation of osteoblasts in order to further study the classical Wnt/β-catenin pathway of osteoblasts.
Key words: osteoblast; Wnt/β-catenin; factor
收稿日期：2011-01-08； 修回日期：2011-03-10
基金项目：卫生部科学研究基金(省部共建项目计划)
(WKJ2008-2-032)
*通信作者：E-mail: tongpeijian@163.com
成骨细胞是骨代谢过程中骨形成的主要功能细
胞，ER 通 路、OPG/RANKL 通 路、BMP-2/Smads
通路和Wnt信号系统等信号转导途径在整个成骨细
胞分化增殖过程中起着重要的作用。近年来骨代谢
方面，以研究经典Wnt/β-catenin信号通路对成骨细
胞的影响较为热点。它是通过 β-catenin作用来激活
核内基因转录的Wnt信号通路。当成骨细胞外Wnt
因子与膜受体卷曲蛋白 (Frizzled, Fz)结合后，通过
一系列胞膜及胞质蛋白的相互作用形成二聚体，使
β-catenin在胞质内累积，然后进入细胞核内与 T细
胞转录因子 (T-cell-specific transcription factor, TCF)/
淋巴增强因子 (lymphoid enhancing factor, LEF)共同
结合形成复合体，激活下游靶基因的转录，促进成
骨细胞分化增殖 [1](图 1)。该通路的组成包括细胞
外因子Wnt蛋白、跨膜受体 Fz、细胞膜上共受体
LRP5/6(the low-density lipoprotein receptor-related
protein 5/6，LRP5/6)、胞质内散乱蛋白 (dishevelled,
Dsh)、β-catenin、糖原合成激酶 -3β(glycogen synthase
kinase-3β, GSK-3β)、支架蛋白 Axin(axisinhibition)、
APC蛋白 (adenomatous polyposis coli)、核内转录因
子 TCF/LEF、下游靶基因 (多数是参与细胞增殖与
凋亡的基因，如 cylinD1、c-myc、Runx2、Osx等 )，
以及与 Wnt/β-catenin通路相关的因子，如 Dkks
(Dickkopfs)、稳定自由基聚合 (stable free radical
polymerization, sFRP)、蛋白磷酸酶 1(protein phosphatase
1, PP1)、转化生长因子 -β(transforming growth factor-β,
TGF-β)、促甲状腺激素 (TSH)、早期 B细胞因子
2(early human B cell factor 2，EBF-2)[2]等。它们分别对
成骨细胞的分化增殖起着重要的作用 [3]。
生命科学 第23卷478
1　经典Wnt/β-catenin通路中细胞膜外Wnt蛋
白对成骨细胞的影响
Wnt蛋白是一类由 wnt基因编码的，相对分子
质量为 39 000~46 000的分泌性糖蛋白，是 F-跨膜
卷曲蛋白受体家族 (FZD)的配体，调控着细胞生长、
分化、功能和死亡等 [1,4]。它由 350~380个氨基酸
残基构成，富含 L-半胱氨酸，其 N端为疏水性信
号序列，其后包含多个糖基化位点，还含有一段由
24个半胱氨酸构成的保守区域。目前已发现有 19
种人类 Wnt基因能够翻译转录成Wnt蛋白 [5]。细
胞膜外的 Wnt蛋白有两种类型：一类能与 LRP/
FZD相互结合并发挥协同作用而激活Wnt/β-catenin
经典途径，如 Wntl、Wnt2、Wnt3、Wnt3a、Wnt8
和Wnt8b；另一类能与 Frizzled结合激活异源三聚
体 G蛋白，具有提高细胞内钙水平等作用，如
Wnt4、Wnt5a、Wnt5b、Wnt6、Wnt7a和Wntl1等 [6]。
Wnt蛋白为Wnt/β-catenin经典通路的起始因子，它
对成骨细胞的分化增殖有着重要作用。无Wnt信号
时， Axin、APC、GSK-3β、CK1 等 构 成 β-catenin
降解复合体，进而阻断经典Wnt/β-catenin通路，使
成骨细胞分化增殖受阻；当有Wnt信号时，GSK-
3β活性受到抑制，β-catenin在胞内大量累积并进入
核内，从而启动靶基因的表达，引起成骨细胞分化
增殖 [7]。
2　经典Wnt/β-catenin通路中细胞膜上两种受
体与成骨细胞的关系
经典Wnt/β-catenin通路中细胞膜外Wnt蛋白
必须与膜上受体结合才能继续完成信号的转导。
Frizzled受体就是一类跨膜蛋白，其含有Wnt蛋白
结合所必需的半胱氨酸富集结构域 (CRD) 的胞外
区、与 G蛋白偶联受体类似的七螺旋跨膜区和胞质
内 C端等三个部分，并拥有能介导 Wnt信号的
KTXXXW区域。当细胞受到Wnt信号刺激时，可
与 Frizzled受体的 CRD区结合，通过膜受体构象
的改变将信号传递至胞内，从而调节 Wnt信号的传
递，影响骨形成和成骨细胞的发育 [8-9]。
LRP-5/6是Wnt的共受体，均为低密度脂蛋白
(LDL)受体超家族成员的单跨膜蛋白，分别含有
1 615和 1 613个氨基酸残基，两者胞外和胞内结
构域有 73%和 64%相同 [10,11]。其中 LRP5位于成
骨细胞膜 Frizzled受体与 Kremen受体之间，其功
能高度保守。有动物实验研究证实，LRP5的胞外
区可以与Wnt蛋白结合，并且与 Frizzled受体相互
作用构成受体复合物，将信号从胞外传入胞内；
LRP6主要是通过 GSK-3β使信号进入细胞膜内，
启动信号通路 [12]。对于成骨细胞而言，LRP5的功
能缺失突变表现为由骨形成降低所造成的骨量下
降；在功能获得性突变 LRP5(G171V)小鼠中，发
图1 经典Wnt/β-catenin信号通路简易图
许　兵，等：成骨细胞中经典Wnt/β-catenin通路研究进展第5期 479
现有大量成骨细胞产生，且 ALP的表达和矿化能
力也随之加强；LRP6+/-小鼠模型与同龄鼠相比，其
总体的骨密度下降 [13-14]。
目前对于Wnt与 Fz/LRP受体的具体关系，有
学者认为 Frizzled受体为主要受体，而 LRP受体只
是辅助Wnt与 Frizzled受体结合；也有学者认为两
种受体独自与Wnt结合而起作用。总之，对于Wnt
与 Fz/LRP受体的关系及其结合的具体机制还不是
十分清楚，有待进一步的研究。
3　经典Wnt/β-catenin通路中细胞质内的因子
与成骨细胞的关系
成骨细胞胞质内多个蛋白因子相互作用，共同
调节经典Wnt/β-catenin信号通路，从而影响成骨细
胞的分化增殖。
3.1　经典Wnt通路的关键因子β-catenin
β-catenin是相对分子质量为 88 000的蛋白因
子，控制蛋白的稳定性，其 N端由富含 Ser、Thr
位点的 130个氨基酸残基构成，C端由负责激活靶
基因转录的 100个氨基酸残基组成。其中最重要的
是一个可防止蛋白水解的含有 12个 armadillo重复
区的棒状超螺旋结构，在细胞的信号转导过程中起
着重要作用 [15]。β-catenin是Wnt信号通路最关键
的因子，细胞质中含量最多，也可存在于细胞膜及
细胞核中。在细胞质中，当Wnt信号通路未被激活
时，β-catenin被磷酸化而启动泛素系统，经蛋白酶
体途径降解 [16]。在细胞核内，β-catenin与核内转录
因子 (TCF/LEF)结合启动靶基因 c-myc、cyclinD等
的转录 [17]，使细胞进入 S期，促进成骨细胞分化增
殖。在细胞膜上的 β-catenin对细胞的作用研究较少，
目前还不清楚。
3.2　GSK-3β
GSK-3β是一种蛋白激酶。 Kato等 [13]研究发现，
口服给予 GSK-3β抑制物 LiCl可促进小鼠骨形成，
缓解 LRP5-/-小鼠骨量的减少。Davidson等 [18]研究
表明，抑制 GSK-3β能使 β-catenin的降解立即被中
断，与 APC的亲和力降低，使游离 β-catenin增多，
进而使Wnt/β-catenin信号通路顺利进行。
3.3　Axin与APC
Axin是一个骨架蛋白，是Wnt途径的抑制性
蛋白。Yu 等 [19]研究发现，Axin蛋白中 Axin2是经
典Wnt/β-catenin信号通路的反向调节因子，在颅盖
骨形态形成中，Axin2-/-鼠表现为颅骨结构异常 (颅
缝早闭 )，敲除 Axin2能使骨祖细胞增加、骨化加速、
成骨标志物表达增加及矿化增强。
APC蛋白也是一种骨架蛋白，由 2 983个氨基
酸残基组成，中央区包括 β-catenin、Axin的结合位
点及 GSK-3β磷酸化位点。APC蛋白成为调控Wnt
信号途径的重要环节，主要是因为 Axin结合在 APC
上，通过结合 β-catenin从而抑制Wnt信号通路的活
化 [20]。
3.4　胞质内散乱蛋白(Dsh) [21]
Dsh是成骨细胞膜内与膜上受体结合的因子。
刘尚全和陈名道 [22]研究表明，有 Wnt信号时，
Frizzled作用于胞质内的 Dsh。Dsh抑制 GSK-3β的
激酶活性，降低 Axin与 β-catenin的亲和力，导致
Axin和 β-catenin结合力减弱，使 β-catenin在细胞
质中积聚，促使Wnt/β-catenin通路顺利进行。
4　成骨细胞核内因子及靶基因与经典Wnt/
β-catenin通路的关系
经典Wnt/β-catenin信号转导途径最终调节细
胞核内的基因转录，从而调节成骨细胞的分化增殖，
此时细胞核内因子及靶基因起着重要作用。
4.1　细胞核内因子TCF/LEF
TCF/LEF属于 HMG(high mobility group)家族，
具有与 β-catenin结合后促进基因转录的功能 [23]。
LEF/TCF是Wnt/β-catenin信号系统在核内的目的
蛋白，它们都能与 DNA序列 -YCTTTGWW-相结
合发挥调节基因转录的作用。Westendof等 [24]研究
发现 LEF/TCF蛋白能够与核内 β-catenin结合形成
异二聚体，进一步结合 DNA并激活靶基因的转录，
从而完成对成骨细胞的分化及转录调控；而 LEF/
TCF的缺失会影响基因的转录，影响成骨细胞的分
化增殖，导致骨量下降。
4.2　核内靶基因
成骨细胞核内的原癌基因 c-myc和 cyclin D1
是Wnt/β-catenin通路的两个下游靶基因 [25]。cyclin D1
是细胞周期增殖信号的关键蛋白 [26]，为细胞周期从
G1期到 S期转换所必需。当 β-catenin在胞质内累
积时，进入细胞核内与 LEF/TCF结合，激活 cyclin
D1基因转录，可促进细胞增殖。c-myc也能够调节
细胞周期 [27]，其基因启动子上有 TCF4结合位点，
能与 β-catenin结合，从而加速 G1到 S期的转变，
促进成骨细胞的分化增殖 [28]。另外，核内 Runx2基
因的启动能够明显刺激成骨细胞的分化增殖 [29]。
生命科学 第23卷480
5　经典Wnt/β-catenin通路中其他因子与成骨细
胞的关系
Dkks是Wnt/β-catenin信号通路的抑制因子。
去卵巢鼠 Dkkl反义寡核苷酸处理组能与Wnt途径
的共受体 LRP结合，从而抑制信号转导，影响成
骨细胞分化 [30-31]。sFRP是Wnt的天然拮抗剂 [32]。
sFRPl会介导 β-catenin去稳定化而损害成骨细胞功
能，并发现 sFRPl基因缺失小鼠会出现Wnt信号通
路的强活化和高骨量显性表达。sFRP2也可抑制成
骨细胞功能和成骨细胞前体细胞分化，促使成骨细
胞凋亡 [33-34]。另外，成骨细胞中还有多种因子能够
影响经典Wnt/β-catenin通路，其中正相调节因子有
PP1、EBF-2、糖皮质激素等，负相调节因子有
TSH、Sizzled、WIF-1等。它们共同调节经典Wnt/
β-catenin信号通路，最终影响成骨细胞的增殖分化
功能。
6　总结
成骨细胞是骨形成的主要功能细胞，负责骨基
质的合成、分泌和矿化。它的分化增殖主要决定骨
组织的骨量，其内在的信号转导通路是目前国内外
研究的重点。对经典Wnt/β-catenin通路的研究已经
深入到基因水平，而对经典Wnt/β-catenin通路与成
骨细胞关系的研究也比较清楚，了解得比较透彻；
但是在整个Wnt/β-catenin信号转导通路中细胞因子
如何调节成骨细胞的具体机制并不完全明确，而且
包括经典Wnt/β-catenin通路在内的整个Wnt信号
通路还与多条其他信号通路，如 Notch、FGF、
MAPK通路等中的多种因子有交叉点 [35]，它们到
底如何联系，依旧有很多尚未清楚的地方。因此，
目前对于经典 Wnt/β-catenin 通路和经典 Wnt/
β-catenin通路中各种因子的具体作用机制还有待进
一步的深入研究和探讨。
[参　考　文　献]
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