DKK3功能的研究进展及临床意义Word下载.docx

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Dickkopf（DKK）3是属DKK蛋白家族成员的一种分泌性糖蛋白，主要调节经典Wnt/β联蛋白（“Wnt”）信号通路[1]。

Wnt信号转导是一种重要的细胞通讯途径，介导胚胎发育、组织内稳态和疾病发病机制中各种细胞和分子活动[2]。

作为典型的DKK家族成员，DKK1已经被认为是Wnt信号的重要调节因子。

相反，作为Wnt信号转导的弱调节剂，DKK3的功能起始是未知的。

DKK3最初是作为肿瘤抑制剂而被人类所熟知，目前，DKK3已经被确立为许多癌细胞系中表达的潜在肿瘤生物标志物，并且是许多人类癌症中有效的肿瘤抑制剂[3]。

然而随着进一步的研究发现，在某些肿瘤（如直肠癌等）中DKK3反而可以促进肿瘤的发生、发展[4]。

近年来，随着对DKK3研究的不断深入，人们发现其在许多人类疾病如心脏疾病、免疫调节通路、神经发生及代谢性疾病中同样具有重要作用。

提示，DKK3不仅可能作为上述疾病诊断及其发展的标志物，具有重要的临床价值，在相关疾病的发生发展中也起重要作用。

现就DKK3的生物学功能及其临床意义进行综述，以期为后续的研究以及临床诊治提供一定的帮助。

1DKK3的结构和分布

1.1DKK3的结构DKK蛋白家族包括DKK1、2、3、4和Soggy（一种独特的DKK3相关蛋白）5种不同的蛋白质,所有的DKK蛋白均含有2个保守的富含半胱氨酸的结构域，因此可促进与辅因子的结合并促进组织的发育、内稳态和各种病理疾病过程[5]。

DKK3最初是作为抑癌基因而被人类发现的，作为Wnt信号转导途径的负调控因子为人所知[6]。

DKK3由定位于染色体11p上的长47.1kb的DKK3基因编码，由350个氨基酸组成，分子量为38000,具有N端信号肽以及包含两个被可变的接头区分开保守的富含半胱氨酸结构域，分别是Cys-1和Cys-2[7]。

其在Cys-1区前拥有扩展的C端以及在Cys-2后拥有N端结构域，与其他DKK家族成员有很大不同。

1.2DKK3的分布DKK3在许多组织的胚胎发育过程中表达，包括骨组织、神经上皮细胞、肢芽和心脏，特别是在上皮-间充质转化区域[8]。

DKK3在胎儿肝脏中的表达可能对免疫细胞发育尤其是对B细胞发育有重要作用。

DKK3在成人组织中也广泛表达，在心脏、视网膜、肾上腺皮质和脑中具有较高水平[9]。

在成年小鼠中，DKK3可在大脑的许多不同区域的神经元中表达，包括海马、延髓和大脑皮质的视觉区域，其中大脑皮质的躯体运动区域和中脑黑质的表达较弱。

Meister等[10]研究发现，在不同部位的神经胶质细胞中，DKK3的分布不同，在视网膜阳性的Muller神经胶质中发现了DKK3的表达，然而在胶质纤维酸性蛋白阳性的大脑星形胶质细胞中未发现DKK3的表达，表明在视网膜神经胶质细胞中DKK3具有独特的作用，其具体作用仍有待进一步研究发现。

现有证据表明，DKK3在调节组织发育、凋亡、增殖和免疫中发挥重要作用[11]。

Barrantes等[12]研究发现，DKK3基因敲除小鼠（DKK3-/-）具有生存能力，可以长期存活，其改变主要表现为肺通气量发生改变，行为活跃，这可能是由于来自DKK3同源物Soggy的代偿所致。

2DKK3的功能

2.1DKK3在心脏中的作用心脏肥大是充血性心力衰竭和猝死的重要原因。

心脏肥大通常由血流动力学超负荷引起，从而导致心肌的结构重塑和功能障碍。

Zhang等[13]研究发现，在终末期心力衰竭患者和压力超负荷心脏肥大的小鼠中，DKK3的表达减少。

此外在新生大鼠心肌细胞培养物中，通过小干扰RNA介导的DKK3基因敲除可增强血管紧张素Ⅱ诱导的肥厚反应,并且相反地通过DKK3的过表达而减弱肥厚反应。

同时，通过DKK3的基因突变使小鼠的心肌肥厚持续增加，而DKK3基因未突变小鼠则未见明显心肌肥厚。

这些体内和体外的研究表明DKK3在保护心脏免于病理性肥大的发展中具有重要的调节作用。

Zhang等[13]的研究还证明，DKK3通过阻断细胞凋亡信号调节激酶1信号的激活来减少心脏肥大。

因此，DKK3在保护心脏免受病理性肥大方面具有重要作用，并且在压力超负荷的情况下作为心脏肥大的负调节剂起作用。

支持DKK3作为心脏保护剂的作用的其他证据来自Lu等[14]的研究，研究证实DKK3减少了家族性扩张型心肌病小鼠模型中的心脏病理学变化，并且保护机制涉及经典Wnt途径和抑制非经典Wnt途径。

并且，他们的研究还发现，在DKK3-/-小鼠中，与野生型小鼠相比，DKK3的缺失导致心脏病理学和功能障碍增强并且生存率降低，而在家族性扩张型心肌病小鼠模型中过表达DKK3可改善心脏形态学和超声心动图参数并增加生存时间。

同时，DKK3在心肌梗死及梗死后心脏重塑中具有重要的功能。

Bao等[15]研究表明，心肌梗死后，DKK3缺陷小鼠病死率增加，梗死面积增大，左心室功能障碍加重。

相反，DKK3过表达则会导致梗死后出现相反的表现。

在体外暴露于缺氧环境中培养的新生大鼠心肌细胞中观察到类似的结果。

他们的研究结果证明，DKK3通过负调节凋亡信号调节蛋白1-c-Jun氨基端激酶（c-JunN-terminalkinase，JNK）/p38信号转导途径来防止心肌梗死诱导的心脏重塑发展。

Yu等[16]的研究结果也证明了DKK3具有抗动脉粥样硬化的作用，他们在基于人群的前瞻性Bruneck研究发现，血浆DKK3的水平与颈动脉内膜-中膜厚度及颈动脉粥样硬化斑块的进展呈负相关，与动脉粥样硬化的标准危险因素无关。

细胞实验研究方面，他们对DKK3-/-/载脂蛋白（apolipoprotein，apo）E-/-和DKK3+/+/apoE-/-小鼠动脉粥样硬化的病变范围以及损伤股动脉后诱导的内皮细胞再生和新内膜的形成过程进行了一系列研究。

结果表明，DKK3缺乏加速了动脉粥样硬化并延迟再内皮化，从而加剧新内膜形成。

为了探索其潜在的机制，进一步研究采用体外培养人内皮细胞进行透孔和划痕迁移试验，结果DKK3在细胞迁移中表现出明显的诱导作用。

这种DKK3诱导的迁移激活酪氨酸激酶样孤儿受体2和蓬乱蛋白1，激活Rac1GTP酶，并上调内皮细胞中的JNK和c-Jun磷酸化。

使用特异性小干扰RNA敲除酪氨酸激酶样孤儿受体2或在内皮细胞中转染负显性形式的Rac1能显著抑制细胞迁移和下游JNK和c-Jun磷酸化。

总之，这些研究结果表明DKK3对心脏组织具有重要的保护作用。

2.2DKK3在肿瘤中的作用研究发现DKK3的缺失与各种肿瘤有关，DKK3作为肿瘤抑制剂发挥作用[17]。

DKK3首先主要在许多人的永生化细胞中表达下调[18]。

研究发现，DKK3在前列腺癌、睾丸癌、卵巢癌、乳腺癌、胃肠道肿瘤、恶性胶质瘤、骨癌、肾癌、肝癌、非小细胞肺癌等肿瘤细胞中表达降低[19]。

DKK3基因启动子区的高甲基化是导致DKK3基因表达失活的重要原因，同时通过对癌基因MycN的转录抑制直接减少DKK3的转录。

因此，在肿瘤细胞中，DKK3蛋白水平的缺失或降低将减轻肿瘤细胞对DKK3抑制肿瘤活性的作用，并导致肿瘤细胞的异常增殖和存活。

由于DKK3的表达与肿瘤相关，研究者已通过研究将DKK3水平用作肿瘤发生、发展和预后的潜在生物标志物[20]。

如通过将DKK3启动子中的甲基化水平定量来预测宫颈癌预后，研究发现，DKK3水平的表达下调是子宫内膜癌预后不良的标志[21]。

此外，在出现明显临床症状前，血清中DKK3水平的表达也被证明具有诊断性价值，在检测结肠直肠癌患者中，DKK3可与其他的胃肠道肿瘤标志物联用，以提高诊断准确性[4]。

在许多癌症动物模型中进行的实验性基因治疗研究中靶向过表达DKK3的肿瘤已显示出有希望的结果。

将DKK3整合到腺病毒中用于持续基因表达，显示出其具有抑制肿瘤细胞的生长,诱导肿瘤细胞特异性细胞凋亡并减少胰腺癌、前列腺癌和乳腺癌的上皮-间充质转化的作用。

DKK3抗肿瘤活性的作用机制包括对肿瘤的全身免疫作用，维持去分化状态的肿瘤细胞，增强脾细胞的抗肿瘤免疫活性，减少Wnt信号转导，并在肿瘤中进行局部凋亡和应激介导的JNK活性[22]。

然而，有研究显示DKK3可以作为促癌基因。

在食管腺癌中观察到DKK3的表达增加，同时，研究还发现，DKK3通过调节转化生长因子β（transforminggrowthfactor-β,TGF-β）信号转导途径，对食管腺癌小鼠中癌细胞的增殖和侵袭具有促进作用[23]。

DKK3还通过TGF-β信号转导途径在食管癌中促进肿瘤中新生血管的形成，并导致与Wnt信号无关的口腔鳞状细胞癌的发生[24]。

同时他们发现，TGF-β可以在肿瘤的早期扮演肿瘤抑制因子的角色，但在晚期肿瘤中却促进肿瘤的转移，因此DKK3在肿瘤中的活性与TGF-β类似，取决于肿瘤类型和分期。

2.3DKK3在中枢神经系统中的作用DKK3在婴儿和成人大脑多个区域的神经元中高度表达。

DKK3在中枢神经系统中广泛分布,其涉及基本的神经元过程，包括细胞的增殖、迁移、分化和存活。

如DKK3增加突变型多巴胺能神经元的存活和腹侧中脑神经元的分化，这与其在细胞系中的抗凋亡活性一致[25]。

同样，Fukusumi等[26]的研究证明，DKK3对于处于发育中的小鼠腹侧中脑中的神经元前体亚群向外侧中脑多巴胺能神经元的分化和存活是必须的。

DKK3的缺失阻碍了外侧中间脑多巴胺能神经元的分化，并且DKK3对于在神经元前体中表达转录因子同源盒转录因子1α和配对样同源域3是必需的。

此外，在体外用DKK3和Wnt1配体处理多能干细胞可增加黑质致密部多巴胺能神经元的比例。

由于帕金森病的主要病理改变为黑质致密部多巴胺能神经元的大量丢失，DKK3的上述作用可成为帕金森病治疗的一个潜在新靶点。

DKK3在中枢神经系统其他区域中的表达表明DKK3在发育和（或）成人脑和视网膜中具有其他作用[27]。

事实上，DKK3-/-小鼠中的多动症表型表明DKK3在大脑中有新的功能尚未被发现。

2.4DKK3在免疫调节中的作用DKK3可通过调节免疫细胞的成熟和活化过程而影响整个身体组织的稳态。

Ludwig等[28]对DKK3-/-小鼠的初步分析表明DKK3在免疫系统中具有重要的调节作用，因为与野生型对照相比，基因敲除小鼠具有更高水平的IgM的表达和自然杀伤细胞的增加。

他们在随后的研究表明DKK3是多种类型免疫细胞的重要调节剂，包括B淋巴细胞和淋巴细胞。

Ludwig等[28]研究还发现，DKK3显示出调节B淋巴细胞发育、存活、增殖和自体反应性。

DKK3的缺失导致B淋巴细胞介导的免疫应答的变化，包括抗体产生的改变和细胞因子释放。

值得注意的是，DKK3在影响B淋巴细胞命运中的作用被证明对自身免疫性疾病非常重要，因为用中和抗体阻断DKK3增加了系统性红斑狼疮小鼠模型的严重程度。

此外，DKK3在耐受细胞的小鼠中表达，并且DKK3控制外周细胞对自身抗原的耐受性，这对预防自身免疫非常关键[29]。

过继性T淋巴细胞转移实验和阻断DKK3功能表明DKK3对于抑制T淋巴细胞增殖和白细胞介素2的产生是必需的。

抑制DKK3的表达可逆转细胞的自身耐受性，导致在小鼠模型中出现对肿瘤和自体皮肤移植物的排斥反应，相反，DKK3的表达可抑制细胞上述反应[30]。

类似地，DKK3也在局部微环境中起作用，通过抑制外周T细胞的活化和分化来控制和细胞应答，这与其在免疫特异性位点（如眼睛、胎盘和脑）中的高表达一致[31]。

在实验性自身免疫性脑脊髓炎的小鼠模型中，抑制DKK3导致增强的T淋巴细胞应答和疾病严重性增加，并且DKK3显示在T淋巴细胞效应阶段期间局部起作用，而不是在脾和淋巴结等全身起作用。

因此，这些研究结果表明，DKK3是小鼠免疫反应的新型调节剂，并且DKK3可能是用于控制炎性疾病和移植物中的免疫抑制靶标。

尽管Wnt信号转导已涉及免疫系统调控的各个方面，但DKK3是否通过修饰Wnt信号转导途径来调节B淋巴细胞和T淋巴细胞的命运，或者它是否独立于Wnt信号转导行为尚不明确。

2.5DKK3在代谢紊乱中的作用DKK3可通过参与调解肥胖、胰岛素抵抗、肝脂肪变形而在代谢紊乱中起作用[32]。

有研究显示Wnt信号转导在代谢紊乱中发挥重要作用，而DKK3作为Wnt信号转导的调节剂起作用[33]。

Xie等[34]研究发现,在肝脏脂肪变性期间人和小鼠肝脏中DKK3表达显著降低。

通过使用肝脏DKK3过表达和基因敲除小鼠，证实DKK3可能通过调节凋亡信号调节激酶1/JNK依赖性方式抑制肥胖、胰岛素抵抗和肝脏脂肪变性。

同样，有学者采用高脂饮食喂养C57BL/6雄性小鼠来构建非酒精性脂肪性肝病模型，通过检测肝功能、糖代谢变化、肝脏组织中脂质含量及肝脏病理学变化评估非酒精性脂肪性肝病模型是否成功；

并用Westernblot印迹方法检测肝脏组织中DKK3蛋白变化情况。

结果表明，高脂饮食组小鼠非酒精性脂肪性肝病中肝功能、糖代谢变化、肝脏组织中脂质含量及肝脏病理学变化等相关指标均较对照组升高，其肝脏中DKK3蛋白表达量较对照组明显下降[35]。

虽然目前的研究已经表明DKK3在代谢疾病中起一定作用，但有关DKK3在代谢紊乱中的研究较少，仍需要更多的研究来阐明其影响代谢的具体机制。

3小结

DKK3作为DKK蛋白家族中保守性最低的成员，是调节经典Wnt/β联蛋白信号通路的分泌型糖蛋白，在胚胎发育过程中、婴儿和成人组织中的许多细胞类型中表达。

DKK3首先是在肿瘤中起作用而被发现的，同时大量研究也已经证明DKK3在大量癌症类型中起肿瘤抑制剂的作用并诱导肿瘤细胞特异性凋亡，并且已经表明DKK3的表达水平可以作为某些肿瘤如子宫内膜癌等预后的生物标志物。

随着对DKK3研究的逐渐增多，人们发现DKK3在心脏保护、免疫调节、神经发生及代谢中具有新的作用。

其可在心脏肥大中起保护作用，在调节B淋巴细胞、T淋巴细胞成熟和神经元存活中起作用，同时参与代谢紊乱的调节等，使人们对DKK3新的作用及其作为相应疾病的治疗靶标的潜力的研究兴趣大大增加。

然而，由于对DKK3的研究还处于起步阶段，关于DKK3的详细作用机制及机体相关代谢途径尚未完全明确，DKK3在心脏、免疫调节、中枢神经系统及胰岛素抵抗、肥胖等代谢异常中的作用将是研究热点。

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