WNT 配体突变对结直肠癌影响的深度剖析：结构 - 功能关系新解

为探究 WNT 配体突变对结直肠癌的影响，研究人员开展了结直肠癌中 WNT 配体突变的相关研究。结果发现突变具有区域特异性等，且 WNT5A 突变影响蛋白结构动力学，这为理解癌症机制提供新视角，有助于开发新疗法。

　　在人体的生命活动中，细胞信号通路就像精密运转的 “通信网络”，掌控着细胞的生长、发育和分化等重要过程。其中，Wnt 信号通路（Wingless integration site signaling pathway）堪称细胞世界里的 “关键指挥官”，在胚胎发育、维持体内平衡等过程中都扮演着不可或缺的角色。但当这个通路 “失控” 时，就可能引发一系列疾病，尤其是结直肠癌。在结直肠癌的发生发展过程中，Wnt 信号通路频繁 “出错”，其配体的突变情况备受关注。然而，以往人们对 Wnt 配体突变的了解犹如雾里看花，存在诸多空白。一方面，虽然 Wnt 配体的结构已被部分解析，但这些配体发生突变后，如何具体影响结直肠癌的进程却鲜为人知；另一方面，缺乏对 Wnt 配体基因的初级和三级结构与突变关系的系统分析，也不清楚这些突变怎样改变蛋白质的结构和功能。为了填补这些知识的空白，深入探究 Wnt 配体突变的奥秘，来自伦敦大学学院（University College London）的研究人员 Aamir Ahmed 和 David Shorthouse 展开了一项意义重大的研究，相关成果发表在《Biophysical Journal》上。

研究人员为了全面深入地探究 Wnt 配体突变的奥秘，运用了多种先进的技术方法。在序列分析方面，从 Uniprot 数据库获取人 Wnt 配体的氨基酸序列，利用 Jalview 软件进行分析，并结合 COSMIC 数据库的突变数据进行研究；在结构研究中，从蛋白质数据库或 AlphaFold 服务器下载蛋白结构，借助 FoldX 5.0 软件进行处理和能量计算；还运用了 dN/dS 分析、生存分析等统计方法，以及弹性网络建模和分子动力学模拟等技术手段。

下面来看具体的研究结果：

1. Wnt 配体突变具有组织和蛋白序列特异性：研究人员对 COSMIC 数据库中 Wnt 配体基因的突变进行泛癌分析时发现，不同 Wnt 基因在所有癌症中的突变频率差异明显，如 WNT7A 突变频率最高，WNT1 最低。聚焦于结直肠癌（包括大、小肠癌）时，发现 Wnt 配体突变存在显著的组织特异性，小肠癌中的突变频率远低于大肠癌。在大肠癌样本中，Wnt 基因的突变率为 0.79%，与 KRAS 基因 32% 的突变率相比相对较低。同时，对 19 种人 Wnt 蛋白进行序列比对后，识别出许多保守的氨基酸残基和基序，这些基序在维持 Wnt 结构中起着至关重要的作用123。
2. 结直肠癌中的突变对 Wnt/FZD 结合无显著功能影响：由于 Wnt 与 FZD 受体的结合是信号传导的关键步骤，研究人员推测突变可能会改变两者的结合能。然而，通过计算溶剂可及表面积（SASA）、进行饱和诱变筛选以及分子动力学模拟等一系列研究后发现，虽然在配体的结合区域存在一些突变，但这些突变与 SASA 并无明显关联，且对 Wnt/FZD 复合物的结合影响较小。这表明在结直肠癌中，突变并非通过影响 Wnt 与 FZD 受体的结合来发挥作用45。
3. 人类结直肠癌中 Wnt 的突变处于进化选择中：研究人员通过对 592 例结直肠腺癌患者的突变数据进行 dN/dS 分析，发现许多 Wnt 基因的 log?(dN/dS) 比值与 0 存在差异，其中 WNT5A 的 log?(dN/dS) 比值达到 1.84，且具有显著的统计学意义（p = 0.0063），这表明 WNT5A 处于正选择状态，即其突变频率高于随机预期。进一步的 Kaplan-Meier 分析显示，携带 WNT5A 突变的患者预后明显较差（logrank p = 0.0121），说明这些突变可能对蛋白质结构产生功能性影响67。
4. 人类结直肠癌中 WNT5A 的突变改变蛋白质结构动力学：研究人员从 COSMIC 数据库中提取了结直肠癌样本中 WNT5A 的所有突变，发现突变遍布蛋白的一级序列，其中最常见的单突变是 V310M。通过非随机突变聚类算法（NMC），识别出两个具有统计学意义的突变簇。利用 AlphaFold 预测的 WNT5A 结构进行分析，发现这些突变虽然对蛋白稳定性和折叠能影响不大，但通过弹性网络建模和分子动力学模拟表明，突变会影响 WNT5A 手指和拇指结构域的动力学，增加蛋白的灵活性和构象空间，进而可能增强其与 FZD 受体结合的能力8910。

综上所述，该研究首次对 Wnt 配体的结构 - 功能关系进行了详细分析，揭示了结直肠癌中 Wnt 配体突变的组织和序列特异性，以及突变对蛋白结构动力学的影响。研究表明，Wnt 配体突变并非通过改变与 FZD 受体的结合能来发挥作用，而是影响蛋白的灵活性和动力学，这为理解 Wnt 信号通路在结直肠癌发生发展中的作用提供了新的视角。同时，研究还发现 WNT5A 突变与患者预后相关，有望成为结直肠癌治疗的潜在靶点。这一研究成果为后续深入探究 Wnt 配体突变在人类癌症中的作用奠定了坚实的基础，也为开发新的癌症治疗策略提供了重要的理论依据。