Wnt/β-catenin 通路组分在基底细胞癌前细胞样细胞增殖和存活中的功能作用

《Journal of Investigative Dermatology》：Functional Roles of Wnt/β-catenin Pathway Components in Pre-Basal Cell Carcinoma-like Cell Proliferation and Survival

　　

摘要

Wnt/β-catenin信号通路可支持小鼠基底细胞癌（BCC）样肿瘤的发生。然而，核β-catenin在发育良好的BCC中频繁检测到，且与肿瘤细胞增殖增加相关，提示Wnt/β-catenin信号通路也可能促进BCC的发展。我们对已发表的人类BCC单细胞转录组数据集的分析表明，多个Wnt通路组分，包括Wntless（WLS）和Wnt受体Frizzled2（FZD2），富集在具有活性Hedgehog（Hh）信号的特定BCC细胞群体中。利用一种可诱导的小鼠模型，强制上皮表达Hh激活因子GLI2ΔN，我们发现Wnt应答的Axin2阳性表皮基底细胞参与BCC样肿瘤的形成。在GLI2ΔN表达数天后敲除上皮β-catenin或WLS，显著减少了肿瘤细胞增殖，而未影响BCC标志物表达、Hh通路活性或凋亡。这些发现表明，Wnt/β-catenin信号通路作用于Hh信号通路下游，促进前BCC样细胞增殖。此外，耗竭Wnt受体Fzd2减少了肿瘤细胞增殖并诱导凋亡，提示FZD2通过β-catenin依赖和非依赖机制促进增殖和存活。这些发现鉴定出Wnt通路组分为前BCC样细胞增殖和存活的关键调节因子。

引言

基底细胞癌（BCC）是最常见的皮肤癌类型，以Hedgehog（Hh）信号通路的异常激活为特征（Bakshi等，2017；Roky等，2025）。在生理条件下，Hh信号由Hh配体与其受体Patched1（PTCH1）结合启动，从而解除对信号转导分子Smoothened（SMO）的抑制，激活GLI转录因子以调节下游靶基因的表达（Zhang和Beachy，2023）。相比之下，致癌性Hh信号为配体非依赖性，通常由PTCH1功能丧失或SMO功能获得突变驱动（Jing等，2023）。SMO抑制剂如维莫德吉（Vismodegib）已被开发和批准用于治疗由致癌性Hh活性驱动的疾病，包括晚期或转移性BCC（Axelson等，2013；Nguyen和Cho，2022）。尽管大多数BCC患者可从这些药物中获益，但相当一部分患者仅表现出部分反应（Metcalfe和de Sauvage，2011）。这些反应的特征为初始肿瘤缩小后停药复发（Dong等，2018），提示其他因素或信号通路可能促进BCC的发展和持续存在。

Wnt/β-catenin通路在胚胎发育、出生后组织稳态和疾病中发挥重要作用（Liu等，2022）。该通路通过Wnt配体与Frizzled（FZD）受体结合而激活，导致信号中介分子β-catenin在胞质中稳定。稳定的β-catenin转位入核，调节LEF1、AXIN2和LGR5等靶基因的表达（Carmon等，2012；Jho等，2002；Xue等，2025）。BCC中存在核β-catenin，且与肿瘤细胞增殖增加相关，这提示Wnt/β-catenin信号通路可能参与BCC的发生（El-Bahrawy等，2003；Saldanha等，2004）。此外，在正常人类表皮中极少表达的LEF1，在人类BCC病变的侵袭前沿显著上调（Kriegl等，2009）。这些发现暗示Wnt/β-catenin通路可能促进已建立的BCC的肿瘤生长、进展和转移。

支持这一观点的是，BCC中已鉴定出一群缓慢循环的肿瘤细胞，表达LGR5并表现出活性Wnt信号。消融LGR5阳性细胞或在维莫德吉治疗基础上联合抑制Wnt信号可导致肿瘤完全消除（Sánchez-Danés等，2018），提示Wnt信号对于维持这些静息的维莫德吉抗性BCC细胞至关重要。然而，Wnt信号是否也直接调节BCC细胞的增殖和存活尚不清楚。

以往利用异位过表达活化SMO突变体（M2SMO）的小鼠遗传研究表明，通过β-catenin敲除或DKK1过表达在上皮中抑制Wnt/β-catenin通路，可完全阻止BCC样肿瘤的发生（Yang等，2008；Youssef等，2012）。在细胞水平上，Wnt/β-catenin信号将成年表皮干细胞重编程为胚胎毛乳头前体细胞（Youssef等，2012），形成毛乳头样结构，类似于人类浅表型BCC的芽生形态（Yang等，2008）。然而，由于这些研究涉及Hh激活与Wnt抑制同时进行，因此未能阐明Hh激活后Wnt/β-catenin信号通路的作用。

在本研究中，我们首先通过分析已发表的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集，检查了人类BCC和小鼠BCC样肿瘤中不同细胞群体的Wnt/β-catenin通路组分表达情况。结果表明，多个Wnt/β-catenin通路组分在具有活性Hh信号的细胞中上调，这一发现通过RNAscope实验进一步验证。通过对Wnt应答的、表达Axin2的表皮基底细胞进行谱系追踪，我们证明在光裸足底表皮中强制表达组成性活化的GLI2ΔN后，这些细胞参与BCC样肿瘤的形成。在GLI2ΔN诱导数天后，通过耗竭β-catenin或Wntless（WLS）破坏Wnt/β-catenin通路，显著损害了GLI2ΔN表达细胞的增殖，而未影响Hh通路活性或诱导凋亡。此外，我们鉴定出FZD2作为功能性Wnt受体，介导Wnt/β-catenin信号的促增殖效应，并在前BCC样肿瘤发展过程中允许细胞存活。

讨论

在本研究中，我们证明Wnt/β-catenin信号在具有强Hh通路活性的BCC细胞中激活，且Wnt应答的Axin2表达表皮基底细胞参与BCC样肿瘤的形成。利用可诱导GLI2ΔN表达的小鼠模型，我们证明通过敲除β-catenin或Wls阻断Wnt信号，显著减少肿瘤细胞增殖，而未影响Hh通路活性或BCC身份。此外，我们鉴定出FZD2作为关键的Wnt受体……

生物信息学分析

人类BCC scRNA-seq数据集，包括GSE141526（包含三个可识别亚型的BCC样本GSM4205686、GSM4205687、GSM4205689，以及两个瘤周皮肤样本GSM4205690和GSM4205691）和GSE181907（包含五个浸润性BCC样本），以及小鼠BCC样肿瘤scRNA-seq数据集GSE186184（包含未处理和DMSO处理的样本），通过GEO网站（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）获取评估。数据整合和细胞聚类为……

伦理声明

根据宾夕法尼亚大学机构审查委员会方案（IRB# 808225），使用去标识化的、存档的人类BCC标本进行mRNA原位杂交，不属于人体受试者研究。

数据可用性声明

作者声明，支持本研究结果的主要数据可在文章及其补充信息文件中获取。已发表的scRNA-seq数据集可通过GEO网站按登录号GSE141526（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE141526）、GSE181907（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE181907）和GSE186184（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE186184）获取。所有通讯和……

利益声明

作者声明无利益冲突。

作者贡献

概念化：XZ、SEM；正式分析：XZ；经费获取：XZ、SEM；调查研究：XZ；方法学：XZ；项目管理：SEM；资源：XZ、AAD、JTS、SEM；监督：SEM；验证：XZ；可视化：XZ；撰写——初稿：XZ；撰写——审阅和编辑：XZ、AAD、JTS、SEM。

生成式人工智能（AI）或大型语言模型（LLMs）声明

未使用任何AI或LLM工具准备本文稿。

图S1. 人类BCC scRNA-seq数据集GSE141526中的细胞类型鉴定。（a）UMAP分析鉴定出10个细胞簇。（b）点图显示不同细胞簇中标志基因的表达。（c）UMAP显示BCC与BCC周围皮肤样本中细胞类型的分布。

图S2. 人类浸润性BCC的scRNA-seq分析（GSE181907）。（a）UMAP分析鉴定出15个细胞群体。（b）点图显示……

致谢

感谢Adam Glick博士提供K5-rtTA小鼠，感谢Edward E. Morrisey博士提供Fzd2fl和Axin2-CreERT2小鼠。感谢西奈山显微成像与先进成像协调研究设施（RRID: SCR_027237）提供成像支持。本工作由国家关节炎和肌肉骨骼疾病与老龄研究所/美国国立卫生研究院资助（RO1 AR081322和R37 AR047709，SEM）；由NIAMS/NIH支持的西奈皮肤生物学与疾病资源中心（SBDRC，P30 AR079200）资助XZ的试点基金；以及NIAMS/NIH支持的宾夕法尼亚皮肤生物学与疾病资源中心资助。

Xuming Zhu | Andrzej A. Dlugosz | John T. Seykora | Sarah E. Millar