虽然Wnt蛋白是疏水性糖蛋白，但仍能进行远程信号传递。来自加拿大渥太华医院研究所的研究人员在对Wnt蛋白的这一特性进行研究后发现，Wnt7a在肌肉损伤后以细胞外囊泡（EVs）表面的形式远距离分泌。研究人员定义了Wnts中一个信号肽区域，称为外泌体结合肽（EBP），这是分泌到EVs所必需的。将EBP添加到一个无关的蛋白质中可以指导其在EVs上的分泌。其中，二赖氨酸基序介导EBP与涂层蛋白的结合，并在Wnt家族中具有保守功能。该研究阐明了Wnt在EVs上分泌的结构基础和独特性，与经典分泌方式不同，为创新的治疗靶向策略和系统性蛋白质递送开辟了新途径。相关内容以“Identification of the Wnt signal peptide that directs secretion on extracellular vesicles”为题在线发表于12月13日的国际知名综合性多学科学术期刊Science Advances杂志上。
Wnt蛋白是一类保守的分泌糖蛋白家族，负责调控基本的发育、增长和再生过程，同时也参与癌症等病理状态。Wnt信号在调节干细胞功能方面发挥多重作用，包括增殖、细胞极性和对称分裂、运动能力和命运特征。尽管由于Wnt蛋白棕榈酰化的相对疏水性，Wnt蛋白仍积极参与Wnt产生细胞与远端受体细胞之间的远程旁分泌信号传递。已有几种机制被提出以解释远程Wnt信号传递，包括通过脂蛋白转移Wnt蛋白、细胞延伸物称为细胞突（cytonemes）、与可溶性Wnt结合蛋白的结合，或通过称为外泌体的小型细胞外囊泡（EVs）。外泌体是小型的40至150纳米的内吞起源的EV，参与细胞间通讯，转移不同的生物活性货物，如脂质、蛋白质、微小RNA和mRNA到远端细胞。多项体外研究表明，不同的Wnt蛋白在外泌体EV的表面分泌，且EV-Wnt能够在靶细胞中引发适当的信号。来自秀丽隐杆线虫和果蝇的相当多的体内证据支持EV在远程Wnt信号中的重要性，但Wnt是如何与这些迁移性EV结合的仍然未知。在成年骨骼肌急性损伤后，Wnt7a显著上调，积极刺激再生肌生成，作用于多个层面。Wnt7a/Fzd7信号通过平面细胞极性通路刺激对称肌肉干细胞扩增和运动能力。Wnt7a/Fzd7信号通过AKT/mTOR通路在肌纤维中刺激合成生长和肥大。因此，Wnt7a蛋白的肌内注射显著改善了mdx小鼠（杜氏肌营养不良症（DMD）的小鼠模型）的疾病进展。这些发现表明Wnt7a是DMD的一个有前景的候选治疗方法。然而，由于保守的棕榈酰化赋予的高疏水性，通过循环系统递送Wnt7a仍然是一个挑战。因此，研究人员着手确定Wnt7a是否在EV上分泌，并解密Wnt7a如何加载到EV上的机制，以提供对治疗神经肌肉疾病的远程Wnt信号的见解。研究人员进行了结构-功能缺失分析，识别出Wnt7a中的一个18氨基酸信号序列，称为外泌体结合肽（exosome-binding peptide，EBP）。值得注意的是，将EBP序列连接到其他蛋白质上会导致它们在EV上的分泌。出乎意料的是，研究人员发现，棕榈酰化或N端信号肽（SP）并不是Wnt7a在EV上分泌所必需的。WLS敲低消除了非EV结合的Wnt7a分泌，但仅部分减少了Wnt7a-EV的分泌。使用BioID，研究人员确定涂层蛋白COPA和COPB2是EBP结合和Wnt7a定位到EV外部所必需的。最后，共晶体的结构分析、等温滴定量热法（ITC）和突变分析揭示了COPB2与EBP中的带正电的二赖氨酸基序KIK之间发生直接结合。最终，研究人员发现破坏Wnt7a与涂层蛋白的相互作用会损害体内肌肉再生反应。研究人员提供的证据表明这一机制在Wnt家族中似乎是保守的。该发现阐明了一种非经典的结构机制，介导Wnt在EV上的分泌，并提供了对远程Wnt-EV信号独特性的见解。参考文献：Identification of the Wnt signal peptide that directs secretion on extracellular vesicles. Sci Adv. 2024 Dec 13;10(50):eado5914.
