在细胞中，各种信号转导分子相互识别、相互作用将信号进行转换和传递，不同的信号转导通路之间发生交叉调控( cross talking)，形成复杂的信号转导网络系统决定细胞的命运，是增殖还是保持静止、是继续生存还是死亡。目前的研究发现许多信号通路在胚胎发育和干细胞再生分化过程中发挥重要作用，如Wnt、Notch、hedgehog、骨形态发生蛋白( BMP)、转化生长因子( TGFβ)和成纤维生长因子( FGF)等。

Wnt得名于 Wg( wingless)与 Int-wingless基因最早在果蝇中被发现并作用于胚胎发育，以及成年动物的肢体形成。 INT基因最早在脊椎动物中发现，位于小鼠乳腺肿瘤病毒( MMTV)整合位点附近。 Int-1基因与 wingless基因具有高度同源性。Wnt是一类分泌型糖蛋白，由成员19个Wnt蛋白组成的家族，通过自分泌或旁分泌发挥调控大量的生物发育过程，包括细胞命运决定、增殖、分化和迁移。当胚胎发育阶段Wnt信号的自身调节失控引起发育缺陷，而在成人组织Wnt信号的缺陷导致各种癌症等疾病的发生，其中结肠癌最为显著。Wnt家族成员作为配体与细胞表面受体( frizzled，Frz)结合激发细胞内一系列信号级联，通过不同的途径发挥调控功能。

根据胞内不同的效应因子Wnt信号通路分为3种:经典Wnt信号通路即Wnt/β-catenin通路和两个非经典通路:非经典的细胞极性( polar cell polarity，PCP)或cJun N-termmal Kinase( JNK) /活化蛋白( activating protein1，AP1)依赖通路; Wnt/Ca ²⁺途径-PKC/钙调节蛋白激酶依赖信号通路。经典Wnt蛋白包括Wnt1、Wnt3、Wnt3a、Wnt7a、Wnt7b、Wnt8、Wnt10，非经典Wnt蛋白包括Wnt4、Wnt5a、Wnt11等。但触发经典和非经典的信号级联并不是绝对的。

经典Wnt信号通路( canonical Wnt/β-catenin pathway)。Wnt/β-catenin通路在进化过程中高度保守，目前此通路的主要分子构成及相关调控机制已得到基本阐明。在细胞内，经典Wnt信号转导途径可促使胞质内游离的β-连环蛋白(β-catenin)稳定。β-catenin不仅对细胞粘连起关键作用，而且是胞内Wnt信号通路重要的效应因子，在起始下游靶基因表达发挥重要调控作用。

当细胞表面的Wnt受体Frz和共受体LRP5/6没有接受Wnt信号时，此时经典Wnt通路处于关闭状态。β-连环蛋白主要与E型钙黏蛋白( E-Cadherin)结合在细胞黏附过程中发挥作用。小部分β-连环蛋白游离于胞质中，游离的β-连环蛋白被以轴蛋白( Axin)为中心支架及腺瘤性结肠息肉病( adenomatous polyposis coli，APC)蛋白，酪蛋白激酶( Casein Kinase，CK1)和糖原合成酶3( glycogen synthase kinase，GSK-3)成员组成的降解复合体快速捕获，即刻β-catenin先被CK1预磷酸化，进一步被GSK-3磷酸化。磷酸化状态的β-catenin随后被泛素蛋白-连接酶(β-TrCP)识别并泛素化，最后转运到蛋白酶体降解，不能发挥效应因子启始下游靶基因转录。当Wnt配体与FZD和共受体LRP5/6结合，激活细胞内的Dishevelled( Dsh)结合到降解复合体上，扰乱的降解复合体的稳定性使复合体解聚，从而抑制CK1和GSK3的活性不能使对βcatenin磷酸化，此时非磷酸化的β-catenin不能被泛素蛋白-连接酶识别和降解，在胞质中开始积累。当βcatenin积累到一定程度时，β-catenin转入核内并与T细胞因子( T cells factor，Tcf)和淋巴增强因子( lymphoid enhancer factor，LEF)结合形成活性的转录复合物启动靶基因的转录。最近Cell杂志上发表的文章，Clevers研究组对Wnt信号通路的调控机制进行全新的阐述，其发现在Wnt信号刺激下胞质内的GSK3仍然具有活性，同时β-catenin与降解复合体并没有解聚，而是以一个整体形式存在。研究证实Wnt信号存在条件下能够扰乱β-TrCP对β-catenin的识别并阻止其被泛素化，此时降解复合体在胞质中不断积累直到处于饱和状态，其后β-catenin开始在胞质中积累，随后转入核内发挥转录调控作用。

在JNK/AP1信号通路中，Dsh的激活导致JNK和AP1依次被激活。AP1是一个微量蛋白复合物，通常以Jun( c-jun、junB、junD)与Fos( Fra-1、Fra-2、c-fos、fosB)家族成员组成的同源或异源二聚体表达其活性，即结合于5’-GTGAGCTCAG-3’序列。研究表明AP1可作为基因表达的活化蛋白，不同的AP1家族成员可调节不同的基因表达，如junB、junD和Fra-1可调节INV的表达，c-jun 和c-fos可调节丝聚合蛋白原基因在角朊细胞内的特异性转录。因此，调节每个AP1成分如同信号通路的上游成员一样重要。

现已经证实cJun和Fral是经典Wnt信号通路的靶基因。研究发现cyclin D1和MMF3是JNK-依赖的Wnt信号的直接靶基因。cyclin Dl基因转录的激活是由c-Fos和c-Jun组成的异源二聚体复合物发动的，而c-Jun又是经典Wnt通路的靶基因。这些研究表明在经典和非经典Wnt通路并不是单一发挥各自的基因调控功能，之间可能存在信号交叉调节。

　细胞外Wnt配体与膜受体Frz结合，激活与Frz受体偶联的异源三聚体G蛋白，导致Gα亚基与Gβγ亚基解离。Gα活化磷酸二脂酶( PDE)，后者导致胞质内cGMP浓度改变发挥相应生物效应; Gα与Gβγ亚基激活磷脂酶C( PLC)，PLC水解PIP ₂形成IP ₃和DAG两个第二信使，随后IP ₃催化细胞内钙库释放Ca ²⁺，并激活依赖Ca ²⁺的钙调蛋白的蛋白激酶( CamkⅡ)与Ca ²⁺/钙调蛋白敏感的蛋白磷酸酶( Calcn) ;而DAG活化的产物PKC与Calcn直接或间接影响各种转录因子。

Wnt基因在胚胎发育中有着广泛的表达，Wnt信号通路在动物胚胎分化、控制胚胎轴向的正常发育、细胞极性决定、传递生长和发育信息、维持成体组织动态平衡( tissue homeostasis)中起到关键调控作用。

中枢神经系统的神经元和神经胶质发育起源于胎儿脑和脊髓腹区( ventricular zone，VZ)增殖的共同神经前体细胞( neural precursor cells，NPC)。在鼠脑发育的过程中，NPC大多在胚胎发育第10～17天开始分化为神经元，而在出生后分化为胶质细胞。NPC通过外部信号和内在基因机制间复杂的相互作用，使自我更新和分化处于一个平衡的状态，从而决定了脑内每个区域的大小。

Wnt基因编码分泌因子，它们依赖于细胞环境来调节各种细胞命运。其中Wnt7a、Wnt7b和Wnt8b以一种复杂的时空模式在皮质发育过程中表达。在发育过程中，Wnt信号参与促进自我更新。研究发现，在小鸡脊髓或小鼠前脑发育的早期阶段，分别异位表达Wnt1或稳定β-连环蛋白都会导致NPC数量增加和神经元分化受到抑制。Hirabayashi等的研究发现经典Wnt信号通路抑制小鼠皮质NPC的自我更新能力，促进它们向神经元分化。体外实验发现在有FGF2存在的情况下，过度表达Wnt7a或稳定表达β-连环蛋白都能诱导小鼠皮质NPC细胞向神经元特定的分化。而且，在体外和发育的小鼠新大脑皮质，阻断Wnt信号，导致皮质NPC分化受到抑制。以上研究揭示了在神经发育过程中，Wnt信号发挥着广泛的并且时空特异性的生理功能。总之，Wnt信号通路通过对NPC增殖和分化的影响调控神经系统的发育。但是，在神经系统的不同部位、发育的不同时期，不同的 Wnt基因所发挥的作用也不尽相同。

小鼠肝脏的发育始于胚胎E9天，由前肠内胚层发育而来。该内胚层细胞首先形成肝原基，然后由来源于中胚层的间充质细胞诱导发育成为肝细胞。随后，成肝细胞经过增殖和功能分化而发育成胆管谱系和肝细胞谱系的细胞。在肝脏发生的不同阶段，特异性基因表达不同，受来自中胚层信号调控。实验证明成纤维细胞生长因子和骨形态形成蛋白对肝脏发生起重要作用，而他们都是经典Wnt信号通路的下游靶基因。

研究发现斑马鱼肝脏发育期间，中胚层Wnt2b信号通路被激活，说明Wnt信号通路在正向调控斑马鱼肝脏诱导分化过程中发挥着重要作用。Micsenyi等发现在胚胎E10～E14天，胚胎肝细胞高水平表达βcatenin并且伴有胞质和核内累积，与肝细胞增殖显著相关。在胚胎E10天的肝脏中将β-catenin敲除后发现肝细胞增殖和生存率显著降低，相反在肝脏内持续激活β-catenin表达显著的增加了肝脏体积。在胚胎E15天后，β-catenin表达逐渐降低主要表达于肝细胞膜，与E-cadherin、Met连接形成功能复合体，这是肝细胞成熟和极性获得的标志。此外研究发现Wnt信号通路对胆管结构形成发挥重要作用。培养β-catenin基因敲除小鼠胚胎E10的肝脏发现，CK-19阳性细胞增殖能力丧失，细胞凋亡增加。相反，小鼠胚胎肝组织在含有Wnt3a无血清条件培养基中培养，CK-19阳性细胞的生存和增殖能力增加。以上研究表明，经典的Wnt信号通路在肝脏早期发育过程中起重要作用。

在胰腺特化阶段，一些获得性功能实验揭示在特化时对于Wnt信号通路的抑制是必需的。Heller等首先在发育的胰腺上皮和间充质中检测到了Wnts基因的表达。该小组随后构建了由Pdx1启动子下控制Wnt表达的转基因小鼠(例如从胰腺特化开始)，发现胰腺严重发育不全。但Heller对于这个问题的具体原因还不清楚，随后Hebrok小组证明是由于在早期胰腺中激活了Wnt/β-catenin通路导致胰腺发育不全，致使缺少正常的外分泌和内分泌组织。再有，在斑马鱼中通过敲除β-catenin的抑制因子APC，而整体提高Wnt信号水平，发现胰腺发育则完全消除。此外Zorn小组在非洲爪蟾中证明了在前肠中抑制经典的Wnt信号通路对于肝和胰腺的特化是必要的。以上研究表明，在胰腺特化时，Wnt通路的异常激活可能阻止正常胰腺的发育。

在胰腺特化后，在E10. 5～E14. 5天内，胰腺原基开始向周围间充质内扩增，形成背腹胰芽，接着进行迅速增殖和分支形态建成。尽管在早期Wnt信号的激活抑制胰腺特化过程，但是对于随后的生长阶段却是必需的。首先，Papadopoulou小组构建了转基因小鼠，通过Pdx 1启动子使Frizzled蛋白显性失活。在这些转基因小鼠中胰腺可以正常特化和形成背腹胰芽，但是在随后的二次转换期( E11. 5～E15. 5)内减少了胰腺内外分泌细胞的增殖，胰腺存在严重发育不全。在此基础上，Papadopoulou小组又对E13. 5天的转基因小鼠内未磷酸化的β-catenin进行检测，发现转基因小鼠内β-catenin表达减少。该结果表明，在Frizzled失活的小鼠内并没有完全的抑制Wnt信号，而在此阶段胰腺的生长依赖于该通路的激活。由于Papadopoulou小组并没有完全地对Wnt信号通路进行敲除，随后Wells等三个小组通过Pdx 1-Cre/Lox p系统对早期胰腺内β-catenin基因进行完全敲除，进一步研究Wnt/β-catenin信号通路在胰腺发育中的作用。Dessimoz研究组发现在条件敲除β-catenin的小鼠，胰腺的面积并没有减小，而胰岛的数量有所减少，及在随后的发育过程中发生胰腺炎。Murtaugh小组发现，条件敲除的小鼠胰腺面积明显减少，尤其影响外分泌胰腺的增殖。随后，Wells研究小组同样对β-catenin进行条件敲除，发现与Murtaugh小组一样，条件敲除的小鼠外分泌胰腺存在严重的发育不全，并且小鼠出生后的存活率明显降低。上述研究表明Wnt信号通路在外分泌胰腺的发育中起重要作用。然而Wnt信号通路是否在内分泌胰腺发育中起重要作用，目前仍存在争议。

胚胎和成体小鼠Wnt表达的调节表明Wnt通路在肺细胞类型命运决定和分化中起着重要作用。已经有几种方法证实了经典的Wnt信号在肺发育中起作用。TCF促进子，LacZ基础的报告系统显示经典的Wnt信号在小鼠胚胎肺发育的整个阶段都是激活的。经典Wnt信号的中心作用分子。β-catenin定位于细胞质，经常也出现在未分化的原始上皮( primordial epithelium，PE)和分化的肺泡上皮( alveolar Epithelium，AE)的细胞核，及附近的间充质。在小鼠条件性敲出β-catenin，揭示β-catenin依赖的信号是肺周围气道形成的核心，负责气体交换的传导，但在近端气道形成中并不是不可缺少的。用β-catenin-Lef融合蛋白，组成性活化经典Wnt通路，产生相似的结果。虽然近端气道能够发育，但是肺的尺寸减少并且缺乏肺泡。

骨骼系统的不断更新和改建称为骨重塑，此过程在系统或局部骨生长调节因子的作用下，处于动态平衡之中。骨发育过程中受到多种信号通路的调节，如转化生长因子β信号途径、Wnt信号途径、Hedgehog信号途径和Notch信号途径等。

研究发现Wnt信号系统在成骨细胞的发育及分化过程中扮演重要角色。临床研究表明，Wnt受体复合物的突变与骨密度的改变和骨脆性的发生密切相关，LRP5失去功能的突变将导致骨质疏松、假性神经胶质瘤综合征( osteoporosis pseudoglioma syndrome，OPPG)，获得功能性突变将导致高骨量( high bone mass，HBM)的表型。有关Wnt通路组分基因敲除和转基因鼠模型的研究也表明经典Wnt通路调节成骨细胞的分化、骨基质的形成及矿化等环节并影响破骨细胞的发生和骨吸收等。GSK3β的抑制剂锂具有增强骨形成和骨量的作用。而口服GSK3β抑制剂LY603281-31-8能够增强去卵巢大鼠胶原蛋白a1( I)和a1( V)、骨连接素( osteonectin)和Runx2的表达，明显增加皮质骨和松质骨的骨量和骨密度。

Wnt信号通路通过调节成骨细胞的增殖、分化和功能等影响出生后个体骨组织的生长和发育。上调或下调这条途径中相关因子的表达或改变它们的功能将导致成骨细胞功能的改变及骨量的变化;通过调节OPG/RANKL的表达，可间接调节破骨细胞的功能。

Wnt信号通路在肢体、耳、眼、肾脏、皮肤、心血管、胃肠道等组织器官发育中均发挥重要作用。果蝇基因调控的顺从性和眼表型分析传递了关于Wnt/Frz信号通路在眼发育和生长不同阶段，尤其是在调节眼视的形成、大小以及细胞增殖、极性和分化的大量信息。除了鉴定出这一通路的各种成分在发育脊椎动物眼部有表达，而且功能研究揭示Wnt/Frz信号调节脊椎动物眼视的形成，以及细胞增殖和分化，尤其是晶状体和视网膜。对脊椎动物和无脊椎动物模型联合机制的研究表明Wnt/Frz通路在人眼发育中的重要作用。对于这些通路在眼发育和生长过程中如何起作用的研究，可以制订出更好的治疗和预防失明的新方法。Wnt信号通路还参与脊椎动物肢体发育，肢体芽起动、早期肢体图式发育以及晚期肢体形态发生。

大量的研究表明Wnt信号通路在维持干细胞的干性特征，及参与干细胞在骨骼、心肌、皮肤、血管和肝脏再生修复中起着重要作用。

Wnt信号通路能够维持胚胎干细胞多能性和自我更新能力。Hao等把小鼠胚胎干细胞分别培养在饲养层细胞和表达Wnt蛋白的饲养层细胞( Wnt5a、Wnt6和Wnt3a)上，发现经过2次传代，对照组上的胚胎干细胞不能形成克隆，也不能有效地增殖，OCT3/4表达下降;而分泌Wnt蛋白的滋养层细胞却能有效地维持胚胎干细胞的自我更新和产生嵌合体的能力。进一步研究发现，Wnt5a和Wnt3a在胚胎干细胞内通过阻止β-catenin的磷酸化而激活Wnt信号途径，上调Stat3的表达水平，并和LIF一同磷酸化Stat3信号通路，从而协同作用维持胚胎干细胞自我更新。

Pereira等发现由Wnt信号控制的TCF3在胚胎干细胞中抑制Nanog启动子的活性及其蛋白水平的表达。TCF3可减弱和自我更新密切相关的Nanog、Tbx3及Esrrb基因表达，缺失TCF3的胚胎干细胞能够在不加LIF的培养基中维持长期的自我更新能力，并延迟拟胚体的分化。利用GSK-3β的抑制剂6-bromoindirubin-3’-oxime( BIO)激活Wnt信号通路，在缺少LIF的条件下可有效地维持小鼠和人胚胎干细胞中Oct3/4、Rex1及Nanog的表达水平，从而维持细胞的未分化状态。上述的研究揭示Wnt信号通路在维持干细胞的多能性和自我更新能力发挥重要作用。

骨髓中含有一小群间充质干细胞( MSCs)，这类细胞不同于造血干细胞，其具有形成骨、软骨、脂肪或结缔组织的能力。MSCs能够分化形成不同的间充质细胞类型，因此MSCs可以通过附和组织特异的支架移植到不同的组织位置用于构建组织再生。

经典Wnt信号通路及其相关基因在MSCs骨再生分化中发挥重要功能。Qin等发现人LRP5激活型突变导致高骨量表型，骨组织活检示骨小梁增多，骨髓内脂肪减少，而LRP5失活性突变导致骨质疏松。用Wnt3a预处理MSCs，将MSCs细胞膜片附和支架材料移植裸鼠皮下进行异位成骨再生，发现Wnt3a处理后碱性磷酸酶( alkaline phosphatase，ALP)表达和胶原分泌显著增多，成骨形成能力提高。研究发现LRP5能够通过上调Cbfal/Runx2和ALP的表达，即通过经典Wnt通路促进人骨髓间充质干细胞( hBMSC)的成骨分化，同时通过下调CEBPα和PPARγ的表达抑制脂肪形成。β-catenin作为经典Wnt通路的关键信号蛋白，将向成骨细胞系分化的MSCs选择性敲除这一基因，会导致异位软骨细胞发生，正常成骨再生分化受到抑制。

非经典Wnt通路由非经典配体Wnt5a及Wnt4等启动，并激活各种信号通路。研究发现Wnt5a杂合的男性表现为骨量减少、骨密度降低以及骨小梁数目减少。Wnt5a可能在干细胞向成骨再生分化的早期阶段发挥作用，与RhoA酪氨酸激酶受体结合后激活JNK通路，诱导Runx2和骨保护素的表达，但骨钙素的水平不受影响。Wnt4可通过激活p38-MAPK通路，促进人颅面组织来源的MSCs体外向成骨再生分化，体内增强Wnt4表达可促进MSC在颅骨缺损的再生修复。

Wnt信号通路在心脏的形成和发育过程中起着至关重要的作用，它是干细胞增殖和分化最主要的调控通路。研究发现，过度的激活经典Wnt信号通路后不仅会抑制小鼠的胚胎干细胞向心肌细胞的分化，而且还会阻止非洲蟾蜍和鸡胚胎心脏的形成。然而与之相反，激活非经典Wnt信号通路后会促进非洲蟾蜍胚胎心脏的发生。

Wnt11是发育的心室壁的心肌细胞的一个关键性的黏附分子。在心脏的发育过程中起着至关重要的作用。非经典Wnt4、Wnt7a、Wnt7b、Wnt11处理小鼠BMSCs，它们均能诱导出Nkx-2. 5、GATA-4、Hand2、TEF1和原肌球蛋白的表达。然而仅仅只有Wnt11能促进小鼠BMSCs向心肌细胞分化，Wnt11能诱导出心脏的β-肌球蛋白重链(β-myosin heavy chain，β-MHC)和脑钠素蛋白( brain natriuretic protein，BNP)。Eisenberg等研究发现在培养的癌干细胞系P19中条件性添加Wnt11可以促使其向心肌分化。Terami等报道在特定的环境下小鼠胚胎干细胞中内源性表达Wnt11能够再生出心肌组织。因此，目前认为经典Wnt信号通路会抑制干细胞向心脏的形成，而非经典Wnt信号通路则会促进干细胞向心脏的再生分化。

视网膜穆勒细胞是视网膜最重要的神经胶质细胞，在生理条件下不能够进行增殖，特定条件下可显示出视网膜干/前体细胞的功能。然而研究显示由于神经毒素引起的视网膜损伤，视网膜中心的视网膜穆勒细胞表现出增殖特性。Hackam研究证明在损伤的视网膜再生过程中Wnt信号通路在诱导视网膜穆勒细胞增殖过程中发挥重要调控作用。利用特异Wnt信号通路报告系统的转基因小鼠，发现在正常的视网膜穆勒细胞中并没有检测到Wnt信号通路的激活，而在损伤的视网膜中或视网膜退化的小鼠中发现Wnt信号通路在视网膜穆勒细胞激活。利用Wnt通路抑制剂DKK1阻断了损伤诱导的视网膜穆勒细胞增殖，揭示在视网膜再生过程中需要Wnt信号通路的激活。因此通过激活Wnt信号通路的视网膜穆勒细胞可以作为潜在的视网膜再生分化的靶点，用于视网膜组织工程构建和治疗视网膜疾病。

Wnt信号是正常皮肤发育所必需的。皮肤中具有多种干细胞，如来自表皮的表皮干细胞，真皮的间充质细胞，但在成体皮肤创伤愈合中并未观察到再生。皮肤中存在潜在的干细胞表明皮肤有再生的潜能，但是组织创伤的分子信号环境促进瘢痕修复却不能再生，可能是缺乏促进再生的相应的分子信号。β-连环蛋白依赖的信号参与毛囊的形态发生。转基因小鼠表皮表达稳定的β-连环蛋白导致毛囊形态发生。当去除表皮β-连环蛋白表达，毛囊形态发生被阻断。β-连环蛋白决定皮肤干细胞命运发挥着重要作用，没有β-连环蛋白时分化为表皮的而不是毛囊角质细胞。成体和胚胎小鼠的皮肤中Wnt4表达，在胚胎小鼠的真皮中表达Wnt5a和Wnt11。成体哺乳动物皮肤要出现再生，重定位于创面内部干细胞必须对引导皮肤发育使其进行形态发生，而且形态发生信号的成分必须出现在合适的环境。通过β连环蛋白非依赖途径激活的Wnt配体(包括Wnt4、Wnt5a和Wnt11)在创面短暂上调，而β-连环蛋白依赖的Wnt信号在创缘附近的上皮毛囊激活，而不是在创面或被覆上皮。在创面，异位激活β-连环蛋白依赖的Wnt信号导致真皮内的上皮囊肿、表皮内偶然出现的初级毛囊结构。相反，在深部伤口表达Wnt5a可诱导毛囊间上皮干细胞发生再生转变，诱导分化形成上皮覆盖的囊、初级毛囊和皮脂腺，并不形成肿瘤。