【论肿道麻】缺血再灌注损伤：分子机制和治疗靶点

缺血再灌注损伤（I/R）是指器官缺血一段时间后，突然恢复供血（即再灌注）时出现的损伤，再灌注后有大量Ca²⁺内流，并生成大量氧自由基，是广泛组织细胞损伤的主要发病机制。遭受一定时间缺血的组织细胞恢复血流后，组织损伤程度剧增，由此引起的临床疾病称为再灌注综合征。临床上多种疾病如迟发性神经元坏死、不可逆性休克、心肌梗死、急性脏器功能衰竭及器官移植排斥反应等的发生、发展都与I/R损伤有关。2024年1月《Signal Transduction and Targeted Therapy》杂志发表封面文章《Ischemia-reperfusion injury: molecular mechanisms and therapeutic targets》，该综述阐述了重要脏器（心脑肾肝）发生I/R损伤的过程中，Wnt信号通路及与其他信号通路串扰形成广泛的信号网络精准调控I/R损伤的分子机制和治疗策略，为靶向Wnt及相关串扰分子的I/R损伤创新型治疗药物的开发提供方向。

器官缺血可造成严重后果，如心梗、脑梗，导致不可逆的组织损伤。组织再灌注被用来防止进一步的缺血，但在某些情况下，I/R损伤过程可使损伤恶化，导致多种器官功能紊乱，甚至危及生命。多种病理过程涉及I/R损伤，如细胞损伤（细胞凋亡、坏死和铁死亡）、氧化应激、炎症反应、血脑屏障破坏、细胞外基质重塑、血管生成、心肌肥大和纤维化等。大量的研究致力于揭示与I/R损伤相关的信号通路的机制和治疗策略，关键的信号通路有Notch、PI3K/Akt、TGF-β、NF-κB、BMP、NMDAR-Ca²⁺-ActA、Hippo-YAP、TLR4/TRIF、HGF/c-Met和Wnt信号通路。在这些通路中，Wnt信号通路在I/R损伤中起着特别重要的作用。有证据表明，Wnt通路的不同分支在各种病理过程中扮演着不同的角色。如图1b所示，Wnt通路与多条关键信号通路相互作用，形成一个广泛的网络，共同调节I/R损伤。考虑到I/R损伤中器官损伤的复杂性，锁定网络信号通路对有效干预至关重要，目前的研究仍然缺乏共识，限制了治疗策略的发展。

图1　I/R损伤发病机制中复杂的信号网络

Wnt信号通路

Wnt信号通路根据是否依赖于β-catenin的转录活化，可分为经典通路（即Wnt/β-catenin信号通路）和非经典通路（包括Wnt/PCP通路和Wnt-Ca²⁺通路）。

经典Wnt信号通路：（1）在Wnt配体不存在的情况下，β-catenin被由Axin、APC、CK-1α、GSK-3β组成的“破坏复合物”靶向降解。（2）在Wnt配体存在的情况下，Wnt配体与Frizzleds受体和共受体LRP5/6结合激活Wnt/β-catenin通路。β-catenin在细胞质中积累并易位到细胞核，通过与T细胞因子和淋巴增强因子（TCF/LEF）结合而启动Wnt下游靶基因的转录。

非经典Wnt信号通路：独立于β-catenin，包括Wnt/PCP通路和Wnt-Ca²⁺通路。当Wnt配体与Frizzyds蛋白和ROR1/2结合时，两者都被激活。在Wnt/PCP通路中，小G蛋白Rho或Rac1的激活触发c-Jun N末端激酶（JNK）的激活，进而在肌动蛋白细胞骨架的重排和调节细胞极性和促进迁移中发挥关键作用。在Wnt-Ca²⁺通路中，激活的PLC诱导IP3产生，导致细胞内Ca²⁺水平显著增加。这触发了Ca²⁺激活依赖性效应分子，包括CaMKII、PKC和Calclneurin，以及活化T细胞核因子（NFAT），以启动与Ca²⁺信号相关的基因转录。

心肌I/R损伤

在动脉粥样硬化、冠状动脉疾病、心肌梗死、心律失常、心肌肥大和心力衰竭等心血管疾病的治疗中，溶栓治疗或经皮冠状动脉介入治疗对心肌再灌注至关重要，它可以挽救存活心肌、限制心肌梗死范围、保护左心室收缩功能、预防心力衰竭。在此期间经常发生I/R损伤，对心脏造成多种不良影响。Wnt信号通路参与早期心脏发育，在正常生理状态下通常不活跃，在心血管疾病中可被激活起重要作用。在心肌I/R损伤时，Wnt通路参与各种I/R相关过程，包括细胞凋亡、炎症反应、氧化应激、细胞外基质重塑、血管生成、心肌肥大和纤维化。Wnt信号通路在心脏内的各种细胞中充当中枢调节因子，如心脏前体细胞、心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、心外膜、平滑肌细胞、脂肪细胞和巨噬细胞，通过细胞间通讯在心脏损伤中发挥关键作用。

a. 细胞凋亡

在心肌I/R损伤期间，Wnt/β-catenin信号通路抑制并促进心肌细胞凋亡，而Wnt/PCP通路和Wnt-Ca²⁺通路在心肌I/R损伤中正好相反。这两种Wnt信号通路的激活可能通过激活JNK通路或诱导钙超负荷来加剧心肌细胞凋亡。

b. 炎症反应

心肌细胞铁死亡发生在缺血期，来源于铁死亡细胞的外泌体通过激活Wnt/β-catenin信号通路诱导M1巨噬细胞转化。在心肌缺血期，Wnt/β-catenin信号通路的激活促进巨噬细胞向 M1表型极化，同时抑制M2表型，最终加剧炎症反应。巨噬细胞中Wnt配体和DKK家族成员的上调通过激活Wnt/β-catenin信号通路来刺激炎症。在I/R损伤过程中，大鼠心肌细胞梗死边界区RAGE表达上调，Wnt1和Dvl3表达下调，进而通过抑制Wnt/β-catenin信号通路促进导致炎症反应，加剧心肌细胞凋亡。此外，在缺血期巨噬细胞中Wnt/PCP通路的激活会增加炎性细胞因子的表达，从而加重心脏炎症。

c. 氧化应激

在心肌缺血期，Wnt蛋白的下调抑制Wnt/β-catenin信号通路，导致细胞内CysC的转录增加进而加剧了细胞内氧化应激，促进了ROS的产生，导致心肌细胞凋亡。

图2 心肌I/R损伤时细胞凋亡、炎症反应和氧化应激相关的Wnt信号通路及靶向治疗

d. 细胞外基质重塑

在心肌缺血期，内皮细胞中Wnt/β-catenin信号通路被大量激活，促进细胞外基质重塑。

e. 血管生成

在心肌缺血期，Wnt/β-catenin信号通路在血管内皮细胞中被激活，影响了这些细胞在新生血管形成过程中的增殖和迁移。相反，在缺血小鼠的梗死区域，经典Wnt通路的激活抑制心脏血管生成。NP12是GSK-3β的变构抑制剂，通过激活Wnt/β-catenin信号传导促进心脏血管生成。此外，GR的缺乏会激活Wnt/β-catenin信号传导，导致细胞周期蛋白D1的上调并最终促进心脏血管生成。此外，Wnt/PCP激活有助于心肌缺血损伤期间的血管生成。

f. 心肌肥大

在心肌缺血期，Wnt5a通过磷酸化JNK触发Wnt/PCP信号通路的激活，随后诱导心肌细胞肥大。在I/R损伤的AC16人心肌细胞系模型中，Wnt/β-catenin信号通路受到抑制，并且这种抑制与YAP信号通路协同加剧心肌肥大。

g. 纤维化

在心肌缺血期，Wnt1表达增加，导致心脏成纤维细胞中Wnt/β-catenin信号通路激活。促进成纤维细胞的增殖，并最终有助于心脏修复。MiR-145在心肌缺血期表达较低，直接靶向成纤维细胞中的SOX9，通过激活Wnt/β-catenin信号通路导致心脏纤维化。PRELP和S100A4/FSP1都通过激活Wnt/β-catenin信号通路来促进心肌纤维化。另一方面，Wnt拮抗剂sFRP-4通过抑制Wnt/β-catenin信号通路来减少心肌纤维化。此外，ALDH2也通过抑制Wnt/β-catenin信号通路来抑制心肌纤维化。

图3心肌I/R损伤时细胞外基质重塑、血管生成、心肌肥大和纤维化相关的Wnt信号通路及靶向治疗

脑I/R损伤

及时识别和干预缺血性卒中至关重要，目前推荐在发病后4.5h内静脉注射重组组织型纤溶酶原激活剂（rtPA）进行溶栓，及在发病后24h内实施机械血栓切除术（MT）。延长治疗时间窗一直是研究的焦点，桥接治疗（MT前给予rtPA静脉溶栓）仍存在争议。脑I/R损伤发生在缺血性卒中等脑血管疾病的再灌注治疗过程中。Wnt信号通路控制神经元的增殖、分化和迁移、神经嵴的发育、轴突和树突的生长，以及哺乳动物胚胎和出生后脑内血管生成和血脑屏障的维持。在脑I/R损伤期间，随着缺血时间的增加，Wnt信号通路从激活状态转变为抑制状态，并受到自噬等许多过程的调控。抑制性Wnt信号通路主要与细胞凋亡、铁死亡、神经发生、血管生成、血脑屏障损伤、炎症反应和氧化应激有关。

a. 细胞凋亡

在脑缺血期，Wnt/Ca²⁺信号通路被激活，导致细胞内钙超负荷、星形胶质细胞凋亡。DKK1的上调抑制Wnt/β-catenin通路，导致神经元凋亡。在脑I/R期，Wnt5a介导的Wnt/PCP信号被激活，促进c-Jun磷酸化，诱导线粒体释放cyt c，抑制Wnt/β-catenin信号通路，最终导致神经元凋亡。Sirtuin3、miR-124和lncRNA NEAT1的下调也抑制Wnt/β-catenin信号传导。

b. 铁死亡

在脑缺血期，circ-AFF1高表达，直接靶向miR-140-5p上调GSK-3β。高表达的GSK-3β抑制Wnt/β-catenin信号通路，导致Fe²⁺、ROS和MDA过度积累，并抑制GSH和GPX4的表达，从而加重神经元铁死亡。

c. 炎症反应和氧化应激

在脑缺血期，Wnt/β-catenin信号通路被激活，促进小胶质细胞极化为M2表型，增加A2型星形胶质细胞的数量，减少A1型星形胶质细胞的数量，从而起到保护作用，减少脑缺血引起的炎症反应。miR-499a的下调导致Wnt/β-catenin信号通路抑制，从而加重炎症反应。Wnt5a介导的Wnt/PCP信号通路在脑I/R期间被激活，导致促炎细胞因子上调，从而加重炎症反应。Wnt/β-catenin信号传导的抑制通过线粒体功能障碍导致神经元凋亡。Nur77在氧化应激环境中被刺激，通过促进β-catenin磷酸化和INF2表达导致线粒体碎裂。静脉注射人血清白蛋白激活Wnt/β-catenin信号转导，从而增加线粒体复合物I的活性，减少ROS的产生，抑制氧化应激，在脑I/R期间起到治疗作用。

图4 脑I/R损伤时细胞凋亡、铁死亡、炎症反应和氧化应激相关的Wnt信号通路及靶向治疗

d. 神经发生

在脑缺血期，lncRNA MEG和过氧亚硝酸盐的合成升高。高度表达的lncRNA MEG阻碍了Wnt/β-catenin信号通路的激活。相反，过氧亚硝酸盐水平的增加会激活Wnt/β-catenin信号通路。在脑I/R的后期，Wnt/β-catenin信号通路的激活在促进神经发生中起着至关重要的作用。山苦茶、鞣花酸和姜黄素增强Wnt/β-catenin信号传导的激活，从而促进神经发生并发挥对脑缺血或I/R损伤的治疗作用。

e. 血管生成

脑缺血后，脑内的少突胶质细胞前体细胞分泌Wnt7a，从而触发内皮细胞中特异性的Wnt/β-catenin信号通路的激活，促进血管生成。Wnt/β-catenin信号通路的激活可以通过诱导小胶质细胞转化为M2表型而促进缺血性卒中后的血管生成，也可通过上调VEGF和VEGF受体的表达，促进血管生成并刺激血管内皮细胞的增殖。

f. 血脑屏障

GPR124的突变或缺失导致DVL1募集到细胞膜的数量减少，削弱了Wnt/β-catenin信号转导，导致微血管内皮细胞之间TJ蛋白表达下调，从而加剧了脑缺血后对血脑屏障的损害。此外，在脑缺血期，NHE1上调，抑制Wnt/β-catenin信号传导并破坏星形胶质细胞功能，最终导致血脑屏障完整性受损。Wnt/β-catenin信号传导的抑制可导致MMP-9表达增加，使得脑内皮细胞之间的TJ蛋白发生降解，破坏了血脑屏障的完整性。

图5 脑I/R损伤时神经发生、血管生成和血脑屏障相关的Wnt信号通路及靶向治疗

肾I/R损伤

肾I/R损伤（IRI）是肾移植手术后不可避免的严重并发症之一，也是促进急性肾损伤（AKI）发生和降低长期肾脏移植物存活率的主要因素。生理状态下，正常成人肾脏中的Wnt/β-catenin信号通路活性相对较低，但当肾脏受损时，Wnt/β-catenin和Wnt/Ca²⁺信号通路被激活，通过细胞衰老、肾纤维化、氧化应激、细胞凋亡和铁死亡等途径，进一步损害肾脏，最终导致AKI或慢性肾病（CKD）的发生，此过程涉及肾小管上皮以及间质成纤维细胞等的细胞间通讯。

a. 细胞凋亡

在肾I/R期间，lncRNA MEG3上调，导致Wnt/β-catenin信号通路激活，促进线粒体自噬并诱导肾脏细胞发生凋亡。

b. 氧化应激

在肾缺血期，miR-144-5p下调，进而激活Wnt/β-catenin信号通路，导致肾脏细胞氧化应激和凋亡增加。此外，circ-AKT3进一步降低miR-144-5p的表达，从而加剧肾脏细胞凋亡。

c. 纤维化

在肾I/R期间，Wnt/β-catenin信号通路被激活，导致肾脏细胞凋亡、促进纤维化的发展。此外，在此过程中Wnt/Ca²⁺信号通路的激活会导致慢性肾损伤。

图6 肾I/R损伤时细胞凋亡、氧化应激和纤维化相关的Wnt信号通路及靶向治疗

肝I/R损伤

肝I/R损伤是肝手术或移植后的一种病理生理过程，显著影响肝功能的预后。肝I/R损伤程度受温度、缺血时间以及缺血范围的影响，热缺血对肝细胞造成的损伤较冷缺血更为严重，肝窦内皮细胞则相反。生理状态下，Wnt信号通路调节肝细胞增殖、存活、代谢、再生等功能，在肝脏缺血以及I/R损伤过程中，Wnt信号参与对细胞凋亡、炎症、氧化应激以及细胞增殖的调控。

a. 炎症和细胞凋亡

在肝I/R损伤期间，Wnt/β-catenin信号通路受到抑制，导致肝脏炎症和细胞凋亡。同时，Wnt/Ca²⁺信号通路被激活，加剧细胞凋亡。

b. 氧化应激

在肝I/R损伤期间，Wnt/β-catenin信号通路受到抑制，导致氧化应激加重。然而，米诺环素和氯沙坦治疗可以通过激活Wnt/β-catenin信号通路来缓解细胞内氧化应激。

c. 细胞增殖

在肝I/R损伤期间，Wnt/β-catenin信号通路受到抑制，导致下游靶基因AXIN2转录受阻，随后抑制细胞增殖。然而，通过使用Wnt激动剂和ADMSCs-ex激活Wnt/β-catenin信号通路可以促进细胞增殖。

图7 肝I/R损伤时炎症、细胞凋亡、氧化应激和细胞增殖相关的Wnt信号通路及靶向治疗

Wnt信号通路与其它I/R相关通路之间的串扰

Notch通路

在斑马鱼心肌I/R损伤期间，激活的Notch信号抑制Wnt信号通路并恢复某些心肌细胞的增殖能力。在脑缺血期过程中，Wnt/β-catenin信号通路被抑制，而Notch信号通路被激活，这两个信号通过GSK-3β串扰以促进细胞凋亡。

PI3K/Akt通路

在心肌I/R损伤期间，PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路均下调，这种下调抑制了这些通路之间的串扰，最终导致心肌细胞凋亡和左心室功能障碍。同样，在脑I/R损伤期间，PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路均下调，这些通路通过GSK-3β串扰以促进细胞凋亡，从而加剧脑I/R损伤。在肝I/R损伤期间，肝细胞中抗利尿激素受体1（V1R）的表达上调，通过激活Wnt/β-catenin/FoxO3a/Akt通路起到保护作用，进而逆转FoxO3a激活诱导的细胞凋亡。

HIF-1α通路

在脑缺血和缺氧的情况下，HIF-1α信号通路活性的增加通过激活Wnt/β-catenin信号通路在增强神经干细胞的增殖和神经元分化中发挥作用。在病理过程的早期阶段，HIF-1α破坏TJ蛋白，导致血脑屏障通透性升高。随病情进展，HIF-1α促进血管生成。在缺氧/再复氧（H/R）诱导的AKI模型中，Wnt/β-catenin信号通路的激活已被证明可以增强HIF的保护作用，同时HIF增加了β-catenin及其下游靶基因的表达。HIF和Wnt/β-catenin信号通路之间的这种相互作用和串扰有助于AKI后的早期肾脏修复。在肝缺氧或H/R的情况下，HIF-1α具有与β-连环蛋白竞争性结合的能力，增强HIF-1α信号通路活性，这种相互作用有助于减少细胞凋亡并促进肝细胞中的细胞存活。

图8 I/R损伤中Wnt信号通路与Notch、PI3K/Akt、HIF-1α信号通路的串扰机制

TGF-β通路

心肌缺血后，TGF-β1表达增加，随后激活Wnt/β-catenin信号通路，这两种途径协同作用促进心肌纤维化进程。在脑缺血和I/R损伤期间，TGF-β/Smad信号通路被激活，并与Wnt/β-catenin信号通路协同作用，减少脑缺血引起的皮质神经元凋亡。同样，在肾I/R损伤中，TGF-β信号通路被激活并与Wnt/β-catenin信号通路相互作用，有助于纤维化的进展。在此过程中，β-catenin作为Smad3的辅助转录因子发挥作用，促进下游靶基因的转录。

NF-κB通路

在心肌缺血期间，上调的Wnt/β-catenin信号通路通过促进p65的核易位来促进NF-κB信号通路的激活，诱导心肌成纤维细胞的迁移。此外，激活的Wnt/β-catenin信号通路通过促进β-TrCP介导的磷酸化IκB的降解，随后促进NF-κB的核易位，导致心肌纤维化和细胞凋亡。相反，在肝I/R损伤过程中，Wnt/β-catenin信号通路受到抑制，而NF-κB信号通路被激活，NF-κB的转录受GSK-3β的正调控，从而促进炎症。

Hippo-YAP通路

心肌I/R损伤后，Wnt/β-catenin信号通路下调，导致YAP1转录被抑制，Hippo-YAP信号通路的活性受到抑制，两种信号通路之间的协同作用有助于促进心肌肥大。

BMP通路

在脑缺氧期间，BMP4表达上调，而Wnt/β-catenin信号通路受到抑制，下调BMP2蛋白的表达。因此，被抑制的Wnt/β-catenin信号通路和BMP信号通路协同抑制神经干细胞分化为神经元和少突胶质细胞，从而加重脑缺血性损伤。

NMDAR-Ca²⁺-ActA通路

在脑缺血期间，ActA表达上调，导致Ca²⁺在突触传递过程中内流，激活Wnt/β-catenin 信号通路，协同调节突触可塑性。然而，由NMDAR激活介导的Ca²⁺内流也可以触发钙蛋白酶的激活，随后诱导β-catenin的裂解，导致突触稳定性降低。

TLR4/TRIF通路

在肝I/R损伤期间，上调的WISP1表达激活TLR4/TRIF信号通路，促进肝损伤。

HGF/c-Met通路

在肾I/R损伤期间，激活的HGF促进LRP5/6的磷酸化，并通过激活Wnt/β-catenin信号通路发挥抗凋亡作用。AKI诱导肾小管上皮细胞内Wnt蛋白水平升高，从而激活Wnt/β-catenin信号通路，抑制肾间质成纤维细胞中HGF和HGF/c-Met的分泌。通过这种协调调控，Wnt/β-catenin信号通路和HGF/c-Met信号通路在调节AKI细胞凋亡过程发挥作用。

图9 I/R损伤中Wnt信号通路与TGF-β、NF-κB、Hippo-YAP、BMP、NMDAR-Ca2+-ActA、TLR4/TRIF、HGF/c-Met信号通路的串扰机制

治疗策略

I/R损伤是缺血性疾病死亡的主要原因，给临床医生制定有效的治疗策略带来了巨大挑战。这种并发症可能发生在手术和非手术情况下，尽管已经开发了多种抗血小板和抗血栓药物，但其减轻I/R损伤的效果仍然有限。因此，迫切需要新的治疗策略来更有效地治疗缺血性疾病。Wnt信号通路及其与其他信号通路的相互作用，在I/R损伤的发生、发展中发挥着重要的调节作用，靶向这一信号网络有望成为这一疾病的创新治疗策略。针对Wnt信号通路的细胞和外泌体治疗、基因治疗、蛋白治疗、药物治疗等治疗方法在I/R损伤中显示出良好的临床应用前景。GSK-3抑制剂Tideglusib、Wnt通路抑制剂（pyrvinium、UM206、ICG-001、Wnt-974、CGX1321、、GNF-623191）、新型Wnt通路抑制剂（Cardionogen、IWR1）已进入临床前研究。

论肿道麻 述评

Wnt信号通路有许多不同的分支，其中Wnt/β-catenin、Wnt/PCP、Wnt/Ca2+是Wnt信号通路的三个主要分支，经典的Wnt/β-catenin通路在缺血过程中起保护作用，而非经典Wnt通路在缺血和再灌注过程中的激活会加剧器官损伤。该综述全面阐述了Wnt信号通路及其与多条关键信号通路串扰形成信号网络参与I/R损伤的调控机制，并提出目前大多数治疗干预措施都针对单个信号通路，忽略了网络的复杂性。因此，未来的研究工作应该致力于开发将网络信号系统作为一个整体进行调控的方法，这种综合治疗具有巨大的临床潜力，将显著提高患者的生存率并改善其生活质量。通过这篇综述了解相互关联的信号通路将有助于在器官I/R损伤的管理中开发更有效和全面的治疗干预措施。

这篇综述文章深入探讨了缺血再灌注（I/R）损伤中Wnt信号通路的分子机制和潜在治疗靶点，为临床治疗提供了新的视角。文章首先阐述了I/R损伤的病理过程，强调了Wnt信号通路在调控I/R损伤中的关键作用。作者详细描述了Wnt信号通路与Notch、PI3K/Akt、TGF-β等其他信号通路的交互作用，这些通路共同参与了细胞凋亡、炎症反应、氧化应激等病理过程的调控。文章特别指出，经典Wnt通路的激活对于器官恢复具有积极作用，而非经典 Wnt通路的激活则可能加剧损伤。这一发现为开发针对性的治疗策略提供了重要线索。文章还讨论了通过调节Wnt信号通路来治疗I/R损伤的多种潜在方法，包括细胞治疗、基因治疗、蛋白质治疗和药物治疗等。这些治疗策略的提出，基于对Wnt信号通路在不同器官I/R损伤中作用的深入理解，显示了多途径、多靶点干预的潜力。文章旨在促进创新治疗剂的开发，以改善I/R损伤的临床治疗效果。总体而言，这篇文章为I/R损伤的研究领域提供了宝贵的信息，其综合性的分析和前瞻性的讨论，对于推动相关治疗策略的发展具有重要意义。尽管如此，文章也提到了Wnt信号通路在不同研究中的作用存在争议，这表明该领域的研究仍需进一步深入，以解决现有矛盾并明确Wnt信号通路在I/R损伤中的确切作用。未来的研究应关注于如何精确调控这一复杂的信号网络，以实现对I/R损伤的有效治疗。

参考文献：

Zhang M, Liu Q, Meng H, Duan H, Liu X, Wu J, Gao F, Wang S, Tan R, Yuan J. Ischemia-reperfusion injury: molecular mechanisms and therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2024 Jan 8;9(1):12. doi: 10.1038/s41392-023-01688-x. PMID: 38185705; PMCID: PMC10772178.