肠道是动物消化和吸收营养物质的主要场所，肠道发生病变将会引起动物营养吸收不良、腹泻甚至死亡。肠道的疾病大多是因为肠道的形态结构发生改变，而控制肠道形态结构的核心就是肠干细胞。Wnt信号通路在动物体内具有高度保守性，研究表明，Wnt信号通路在机体肝、肾、肠道等组织干细胞发育过程中起着重要的调节作用^[1]。Wnt信号过表达则会导致干细胞不断增殖，甚至发生癌症，反之，抑制Wnt信号通路的表达则会导致干细胞发育不健全^[2]。最近研究表明维生素D对Wnt信号通路也存在调节作用^[3]，同时维生素D也是动物饲粮中的重要组成部分，因此了解维生素D通过Wnt信号通路对肠道发育调控机制对动物营养研究有着重要的意义。

Wnt基因在1982年由Nusse在小鼠乳腺癌试验中首次发现，后来发现这种基因与果蝇的Wingless基因同源，故命名为Wnt。Wnt信号通路的激活与抑制直接影响着机体内大量与生长发育和物质代谢相关的基因的表达，与此同时Wnt信号通路也可以通过与其他信号通路[如Notch、转化生长因子β/骨形态发生蛋白(TGF-β/BMP)、磷酯酰肌醇3激酶(PI3K)、c-jun氨基末端激酶(JNK)等]间的相互影响作用^[4]，直接的或间接地影响下游靶基因的表达。因此，Wnt信号通路在机体内可以对多种生物学过程进行调控，例如胚胎的形成发育、组织的分化、能量代谢的平衡以及干细胞维持等^[5]。然而，过度激发的Wnt信号也会产生各种疾病(主要有结肠癌、胃癌、乳腺癌等)^[6]。

Wnt配体在细胞膜上和细胞膜表面的跨膜受体卷曲蛋白(frizzled)家族跨膜蛋白(FZD)受体结合后，可激活3条细胞内信号通路：1)Wnt/β连环蛋白(β-catenin)信号通路；2)Wnt/Ca²⁺信号通路；3)Wnt/JNK信号通路^[7]。经典的Wnt/β-catenin信号通路是参与调控干细胞自我更新和分化的重要途径。经典的Wnt信号通路的途径，首先是由细胞分泌的Wnt蛋白与细胞跨膜受体卷曲蛋白及辅助性低密度脂蛋白相关蛋白5/6(low density lipoprotein receptor related protein 5/6，LRP5/6)结合后，激发细胞内的信号传导，激活细胞质内的散乱连环蛋白(disheveled，Dsh)，Dsh的激活抑制了细胞内β-catenin与轴蛋白(Axin)、结肠腺瘤样息肉病蛋白(adenomatous polyposis coli，APC)、糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)等形成降解复合物，导致细胞内的β-catenin浓度上升并转移至细胞核内，与细胞内的 T细胞转录因子(T cell factor，TCF)/淋巴增强因子(lymphoid enhancing factor，LEF)相结合，刺激Wnt信号靶基因c-myc、细胞周期素D1(cyclin D1)、基质金属蛋白酶7(MMP-7)、CD44和紧密连接蛋白-1(claudin-1)等的转录达到调控细胞生长的作用(图1)。在没有Wnt信号刺激的情况下，β-catenin与Axin、APC、GSK-3β等形成降解复合物，而后发生结合的β-catenin与泛素蛋白(Ub)结合被泛素化降解，进而达到维持细胞内β-catenin的低浓度状态^[8]。

图1(Figure 1)

Fig. 1

Fz：跨膜受体卷曲蛋白 frizzled；LRP5/6：辅助性低密度脂蛋白相关蛋白5/6 low density lipoprotein receptor related protein 5/6；APC：结肠腺瘤样息肉病蛋白 adenomatous polyposis coli；Axin：轴蛋白；GSK-3β：糖原合成酶激酶-3β glycogen synthase kinase-3β；β-Cat：β连环蛋白 β-catenin；CKI：细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子 cyclin-dependent kinases inhibitor；Dsh：散乱连环蛋白 disheveled；TCF：T细胞转录因子 T cell factor；β-Tr：β-转导重复相容蛋白β-transducin repeat-containing protein；P：磷 phosphorus；Wnt target genes：Wnt目标基因。 图1 Wnt信号通路 Fig. 1 Wnt signaling pathway[9]

由于小肠是营养吸收的主要场所，所以小肠表面有着大量的小肠微绒毛帮助机体吸收营养物质。这些小肠微绒毛每天不断的与食糜接触的同时，也在不停的磨损。为了更好的吸收营养物质，小肠微绒毛更新的非常快，小肠微绒毛顶端的细胞不断死亡，而位于底部隐窝的干细胞不断分化、上移，形成上皮细胞对小肠微绒毛顶端进行补充。干细胞分化成上皮细胞的过程中需要有一个快速增殖的前体细胞^[10]，而前体细胞的形成主要受Wnt信号通路的调控。研究人员通过建立TCF缺失的小鼠模型进行试验发现，试验过程中TCF缺失的小鼠隐窝前体细胞完全消失。另外有人通过对小鼠使用Wnt信号通路抑制剂Dickkopf家族(DKK)，结果发现成年小鼠肠道发育不健全，缺少隐窝结构。同时对试验小鼠使用Wnt信号通路激动剂R-spondin-1，发现成年小鼠肠道的隐窝前体细胞存在过度增殖的现象^[11]。Kuhnert等^[12]在成年动物体内模型中用腺病毒载体诱导DKK1过表达。试验动物在10 d内因体重骤降和便血导致85%的死亡。在显微镜下，可观察到近端小肠隐窝的大量缺失和绒毛边钝，以及结肠隐窝的损失，最终导致试验动物肠道肠炎的发生。

在干细胞中正常情况下的Wnt信号通路可以调控干细胞的自我更新，但是当Wnt信号通路受到干扰或者紊乱时则会导致干细胞发生病变甚至导致癌症^[13]。有研究表明，结肠癌的发生与Wnt信号通路的异常激活有着密切关系。家族性结肠息肉病(familiar adenomatous polyposis，FAP)是一种遗传性疾病，主要的病例表现为结肠上皮出现大量的息肉和腺瘤。而这种疾病的发生就是肠干细胞内的APC失活所造成的。干细胞内的APC失活导致Wnt信号通路中的β-catenin无法被降解，从而使得β-catenin浓度升高，不断的向细胞核内转移，促使细胞不断增殖。与此同时，APC的失活也会影响细胞中其他的致癌因子激活或抑癌因子的抑制，最终导致肿瘤的发生。Sansom等^[14]研究发现，当Wnt信号通路中的Axin发生突变时会导致β-catenin N端丝氨酸/苏氨酸降解控制区域(destruction motif)也随之发生突变。这种突变会造成β-catenin无法与Axin结合形成降解复合体，从而使细胞内β-catenin的浓度升高，不断的激活下游基因调控的细胞周期蛋白cyclin D1和致癌基因c-myc的表达，最终导致细胞处于一个长时间不断增殖的状态^[15]。

维生素D是动物机体必需的一种维生素，属于固醇类激素，其在体内的主要活动代谢产物是1，25-二羟基胆钙化醇[1,25-dihydroxycholecalciferol，1,25-(OH)₂D₃]。其在机体内有着重要的生理调节功能，如调节肾脏、肠道钙、磷代谢及组织生长代谢等功能，其功能主要是通过维生素D受体(vitamin D receptor，VDR)来介导的^[16]，因此对其受体的研究逐渐成为研究热点。有研究表明维生素D有治疗小鼠结肠肿瘤的作用，维生素D不是直接作用于靶器官，而是由1,25-(OH)₂D₃与VDR结合发挥作用的^[17]。Larriba等^[18]利用遗传性VDR失活的APC(min/+)VDR(-/-)鼠进行试验，观察肠癌发生在不同年龄的APC(min/+)和APC(min/+)VDR(-/-)鼠间比较，结果表明两者之间在肿瘤数量上差异不显著，但是APC(min/+)VDR(-/-)鼠相对于普通的APC(min/+)鼠的肿瘤大小显著增加；通过免疫染色进一步比较发现APC(min/+)VDR(-/-)鼠肿瘤中β-catenin、cyclin D1以及Wnt信号通路下游转录因子Lef1的含量显著增加。Pálmer等^[19]研究报道，1,25-(OH)₂D₃通过促使结肠上皮细胞诱导分化出E钙黏蛋白(E-cadherin，E-cad)和拮抗Wnt/β-catenin信号通路2种途径来抑制肠上皮细胞的增殖。对于1,25-(OH)₂D₃拮抗Wnt/β-catenin信号通路的机制又可以分为2种，一种是通过VDR在细胞内感应与β-catenin结合形成复合体，从而降低了细胞中β-catenin的浓度，避免了β-catenin/TCF复合体的形成，使得下游基因无法表达，从而达到抑制的作用^[20]；另一种是通过诱导β-catenin重新定位，上调E-cad的表达并使其诱导β-catenin黏附在细胞膜上，无法向细胞核内转移，从而降低了细胞核内β-catenin的浓度达到抑制的作用^[21]。此外1,25-(OH)₂D₃还可以诱导细胞分泌产生Wnt信号通路抑制剂DKK1，DKK1的分泌也会对Wnt信号通路产生抑制^[22]。

肠道细胞内β-catenin的浓度是调节Wnt信号通路的关键，因此一旦细胞内β-catenin的浓度发生变化，Wnt信号通路的传导也会随之受到影响，进而影响下游基因的转录，造成基因的不表达或者过表达，从而影响肠道组织的发育。VDR能够对细胞内β-catenin的浓度起到调控的作用，抑制Wnt信号通路的过表达，达到减少结肠肿瘤大小的作用。目前对维生素D在Wnt信号通路调控的研究都仅限于小鼠模型，在畜禽上并没有相关的报道。因此开展畜禽维生素D在Wnt信号通路的研究有助于我们更深层次的了解维生素对畜禽肠道组织发育的影响，为研究动物营养吸收以及肠道疾病防疫提供更多的帮助。