Wnt 訊號通路是後生動物發育、幹細胞自我更新和組織恆定的主控系統之一。自 Nüsslein-Volhard 和 Wieschaus 在果蠅中發現 wingless 突變(1980, Nobel Prize 1995),以及 Nusse 和 Varmus 在小鼠中發現 Int-1(Nusse & Varmus, 1982, Cell),Wnt 研究已成為發育生物學和腫瘤學的基石。
經典 Wnt/β-catenin 通路的分子精細結構
破壞複合體的架構已藉冷凍電顯和結構生物學闡明。Axin 作為支架蛋白,其 RGS 結構域結合 APC,SAMP 基序結合 APC 的 20-amino acid repeats。GSK3β 先需 CK1α 對 β-catenin Ser45 的引物磷酸化(priming phosphorylation),隨後依序磷酸化 Thr41、Ser37、Ser33,創造 β-TrCP 識別的 degron 序列(Stamos & Weis, 2013, Cold Spring Harbor Perspectives in Biology)。
Wnt 配體為脂質修飾蛋白——Porcupine(PORCN)催化的棕櫚油酸化對於 Wnt 分泌至關重要,此修飾由 Wntless(WLS)介導通過高爾基體分泌。在接收端,Wnt 同時結合 Frizzled 的 CRD(cysteine-rich domain)和 LRP5/6 的 β-propeller 域。LRP6 尾端的 PPPSPxS 基序被 GSK3β 和 CK1γ 磷酸化,形成 Axin 結合位點——此磷酸化事件本身構成正回饋,因為已結合的 Axin 促進更多 PPPSPxS 基序的磷酸化。
近年「signalosome」模型(Bienz, 2014, Trends in Biochemical Sciences)提出 Dvl 透過其 DIX 結構域的頭尾聚合化(head-to-tail polymerization)形成生物分子凝聚體(biomolecular condensate),將 Axin 隔離至 LRP6 複合體中,有效抑制破壞複合體功能。此液-液相分離(LLPS)機制代表訊號傳導研究的新典範。
腸道幹細胞與大腸癌的 Wnt 典範
Lgr5+ 腸道幹細胞(CBC cells)依賴隱窩底部 Paneth 細胞提供的 Wnt3 和 R-spondin(RSPO)配體維持幹性(Sato et al., 2011, Nature)。RSPO 通過 LGR4/5 受體穩定 Frizzled 受體(阻止 RNF43/ZNRF3 介導的泛素化降解),形成 Wnt 訊號的正回饋放大器。
大腸癌的遺傳學進展揭示了多層次的 Wnt 途徑異常:APC 截斷突變(>80% 散發性 CRC,Fearon & Vogelstein, 1990, Cell)、β-catenin 的 Ser/Thr 磷酸化位點突變(CTNNB1 突變,約 5%)、RNF43 失功能突變(使 Fz 受體過度表達)、RSPO2/3 基因融合(約 10% 微衛星穩定型 CRC,Seshagiri et al., 2012, Nature)。有趣的是,「just right」假說認為腫瘤細胞需要恰到好處的 Wnt 活性——太高反而抑制增殖、促進分化。
治療前沿
PORCN 抑制劑(LGK974/WNT974, Liu et al., 2013, PNAS)可阻斷 Wnt 配體分泌,對 RNF43 突變或 RSPO 融合型腫瘤有選擇性效果。Tankyrase(TNKS1/2)抑制劑穩定 Axin 蛋白,恢復破壞複合體功能,但劑量限制毒性(腸道幹細胞毒性)仍是重大挑戰(Zhong et al., 2019, Nature Communications)。β-catenin-TCF 蛋白-蛋白交互作用抑制劑(如 PRI-724/C-82)進入早期臨床。此外,雙特異性抗體 RSPO-mimetics 和 Wnt-agonist 抗體在再生醫學(骨折癒合、腸道損傷修復)中展現潛力。
