愚公产品首登顶刊Cell，助力Wnt信号小体结构功能解析
Cell 顶刊
2026年5月27日，国际顶级学术期刊《Cell》在线发表了上海科技大学许文清教授团队的突破性成果。他们利用冷冻电镜（cryo-EM）技术，首次揭开了Wnt3a信号小体复合物的高清真容，破解了困扰生物学界多年的难题。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.006
什么是Wnt信号通路
Wnt信号通路就像是细胞王国的“通信网络”和“指令中心”，调控胚胎发育、成体组织稳态以及干细胞功能等诸多生命过程。典型的Wnt通路包含三个主要成员：
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信使（Wnt蛋白）：细胞外分泌的一类信号蛋白，负责传递指令 。
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门铃（卷曲蛋白受体Fzd和低密度脂蛋白受体相关蛋白LRP5/6）：细胞膜表面的接收器。
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传话兵（β-catenin连环蛋白）：细胞内部的核心效应分子 。
当“信使”Wnt蛋白游动到细胞表面，同时按响“门铃”（结合Fzd和LRP5/6）时 ，细胞内部的“传话兵”β-catenin就会大量积聚，并一路小跑冲进细胞核（指挥部），下达启动特定基因表达的命令（图1）。
这个通路控制着胚胎发育、器官生长以及干细胞的维持 。如果这个“指令中心”传错了信号（比如异常持续激活），细胞就会疯狂失控地生长，最终导致多种疾病的发生 。
图1 Wnt信号通路示意图
虽然科学家们早在几十年前就知道了这个流程，但由于这些蛋白复合物在体外极不稳定，于是一直有以下几个谜题困扰着科学家们：
✅Wnt3a、Fzd、LRP6三者是如何精准组装在一起的？
✅Wnt蛋白仅仅是“结合”受体就够了吗？有没有隐藏的关键步骤？
✅为什么有些蛋白能阻断这条通路，又该如何人工激活它用于疾病治疗？
六大核心发现
1. 不是“三角恋”，而是“2:4:2”的群舞
以前大家可能简单地认为，一个Wnt蛋白拉着一个Fzd分子和一个LRP分子，就组成了信号复合物。但这项研究通过3套高分辨率的冷冻电镜结构告诉我们，大自然的设计远比这精妙得多。
这个巨型蛋白复合物遵循固定配比：2个Wnt3a蛋白+4个Fzd受体+2个LRP6受体。整个结构的核心骨架是两个Wnt3a形成的同源二聚体，而非单个Wnt蛋白发挥作用（图2）。
图2 Wnt3a/Fzd8-CRD/LRP6-E3E4 三元复合物的整体结构
更有趣的是结合规则：每一个Wnt3a单体，都会同时结合1个LRP6和2个Fzd受体。大量受体被串联起来，在细胞膜表面形成聚集，这是通路激活的第一步。
2. Wnt3a与LRP6的三大结合界面
Wnt3a和LRP6依靠三处关键接触面牢牢结合（图3A），每一处都不可或缺：
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结合界面1：依靠疏水作用、盐桥和氢键结合，是两者结合的核心区域（图3B）。
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结合界面2：通过离子键进一步加固复合物结构（图3C）。
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特异性结合界面3：LRP6上E3与E4结构域之间的凹槽，只认Wnt3a/Wnt3，其他Wnt蛋白无法结合（图3D ）。
图3 Wnt3a与LRP6结合界面的结构细节
3.找到了“超级活跃版”Wnt3a突变体
Wnt3和LRP6结合界面1上第57位和第58位的氨基酸突变能显著增强信号通路活性，尤其是R57L和R57M两个突变体，可以使Wnt3a的活性提升约8倍（图4）。
这类高活性突变体堪称“天然激动剂”，在干细胞培养、皮肤/骨骼/内脏组织损伤修复、人体类器官培育等再生医学领域，有着巨大的应用潜力。
图4 Wnt3a与LRP6结合界面R57突变结构模型与信号活性
4.Wnt3a二聚化是通路激活的“命门”
通过多种生化和细胞实验，证明Wnt3a必须先形成二聚体，才能诱导Fzd、LRP6受体在细胞膜上聚集（图5）。一旦破坏Wnt3a二聚体的结合界面，哪怕蛋白还能结合单个受体，受体也无法聚集，整条Wnt通路会直接罢工（图6）。推翻了以往仅靠配体-受体一对一结合即可激活信号的传统认知。
图5 Wnt3a二聚体的结构细节
图6 Wnt3a二聚化在Wnt信号小体组装和下游信号传导中起重要作用
5.Fzd四聚化：打通胞内外信号的“桥梁”
单个Fzd受体和胞内信号蛋白结合能力很弱，信号根本传不进去。而每个Wnt3a单体结合2个Fzd8-CRD（内侧+外侧），整个复合物中Wnt3a二聚体一次性结合4个Fzd8-CRD形成四聚体。这个四聚体产生叠加效应，高效招募胞内的Dvl信号蛋白，顺利把胞外信号传递到细胞内部，完成跨膜信号传导（图7）。而且这种结合方式在绝大多数Wnt-Fzd识别过程中通用，是Wnt家族的共性机制。
图7 每个Wnt3a蛋白结合2个Fzd-CRD分子
6.解读类似通路的调控密码
将Wnt3a/Fzd8/LRP6复合物与多种此前已报道的相关蛋白结构对比，能够解释很多长期未解的调控机制。
(1) 不同Wnt亚型结合LRP6的偏好性（图8A）
Wnt3a结合LRP6的E3E4结构域，而Wnt8结合LRP6的E1E2结构域，二者结合取向相差近90°；Wnt8缺失Wnt3a关键的S-S亚结构域，是结合区域差异的分子根源，也造就了不同Wnt亚型的不同分工。
(2) DKK1拮抗Wnt3/3a信号的机制（图8B）
Wnt拮抗剂DKK1c与Wnt3a竞争结合LRP6上的同一个结合位点，通过空间占位阻断Wnt3a结合与信号激活。
(3) Wnt-LRP6复合物无法随Wls蛋白分泌的原因（图8C）
Wnt转运蛋白Wls与Wnt3a结合后，LRP6的E4结构域会与内质网膜产生严重空间位阻，因此LRP6不能参与Wnt的内质网分泌过程。
(4) CACHD1结合受体但不激活信号的机制（图8D）
CACHD1也可同时结合Fzd与LRP6，但无法激活Wnt通路。原因有三：①CACHD1仅结合1个Fzd，无法诱导Fzd四聚化；②相比Wnt3a复合物，CACHD1将Fzd与LRP6的间距拉大了25Å以上；③CACHD1结构偏刚性，会将Fzd构象固定为非活性状态。
图8 Wnt3a/Fzd8/LRP6复合物结构与相关结构的对比
Wnt信号小体组装与通路激活的完整分子模型
综上，团队提出了胞外-胞内协同的Wnt通路多层级聚集激活模型（图9）：
1. 静息状态（Wnt off）
细胞膜无Wnt配体，胞内β-连环蛋白降解复合物（APC、GSK3B、CK1、Axin）持续降解β-连环蛋白，通路关闭。
2. 激活状态（Wnt on）
(1) 胞外信号小体组装
Wnt3a形成同源二聚体，以2:4:2比例桥接Fzd8与LRP6，诱导Fzd四聚化、Fzd/LRP6膜受体大规模聚集。
(2) 信号跨膜传导（胞内组分招募）
Fzd四聚体高效招募细胞内寡聚化的散乱蛋白Dvl；Dvl进一步招募Axin等组分，组装成完整的跨膜Wnt信号小体，抑制β-catenin降解复合物的功能。
(3)通路最终激活（核内转录）
β-catenin不再被降解，大量入核并结合TCF转录因子，启动靶基因表达，完成信号传导。
图9 经典Wnt信号通路中Wnt3a信号小体的组装和作用模型
Fzd受体虽然也是G蛋白偶联受体（GPCR）家族的成员，但它在Wnt通路中并不通过经典的构象变构激活，而是依靠配体诱导的受体聚集实现信号激活，这是Wnt-Fzd通路独有的活化模式。
科学意义
理论价值
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补齐关键短板：第一次解析出天然Wnt3a/Fzd/LRP6完整复合物结构，阐明了Wnt信号小体的组装机制，从结构层面解释了不同Wnt亚型、通路激活剂/抑制剂的作用原理，解答了领域内诸多长期争议的科学问题。
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更新认知：明确了Wnt二聚化、受体聚集是通路激活的核心，区分了Fzd受体与其他GPCR蛋白的激活机制，为GPCR超家族的分类研究提供新依据。
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疾病机制研究：为糖尿病、神经退行性疾病、骨骼疾病等Wnt通路相关病症，提供了结构层面的理论支撑。
临床与应用价值
Wnt/Fzd/LRP复合物是生物医药的重要靶点，对于各类类器官的形成与稳态维持也至关重要。本研究为各类临床场景下精准调控Wnt通路提供了理论框架，助力治疗药物、生物制剂、干细胞疗法及组织工程等方向的研发。
幕后功臣
解决复杂载体构建，愚公生物助力科研攻坚
我们在感叹如此精妙的复合物结构之余，不能忽略背后艰巨的分子克隆工作。
Wnt与受体的相互作用亲和力弱、体外表达的复合物很容易异源聚集。为了让体外难稳定的Wnt3a复合物乖乖听话，研究团队设计了精妙的策略：利用雷帕霉素诱导的二聚化系统，将FKBP、FRB结构域分别融合至Fzd8-CRD、LRP6-E3E4末端，中间还加上长达20个氨基酸的柔性Linker，借助雷帕霉素诱导二者靠近，从而稳定三元复合物。后续再突变FKBP关键残基，排除标签蛋白对Wnt3a二聚化与信号活性的干扰，验证天然蛋白的组装特性。随后，为了验证结构和功能，又针对各个结合界面进行了大量密集的定点突变。
作者选用了愚公生物的LightNing® DNA assembly Mix plus无缝克隆预混液，顺利完成了众多复杂、多片段的质粒构建和定点突变任务。
如今，愚公生物&百时美已经将基于Gibson原理的无缝克隆预混液升级为DNA Assembly Mix Ultra（EG24204）。
相比于上一版本，DNA Assembly Mix Ultra进一步提升了稳定性。在高温、氧化、反复冻融或干冰/ 二氧化碳暴露等不利条件下，依然可以获得足够数量的阳性转化子。
10 片段连接的条件下，升级版DNA Assembly Mix Ultra 也能得到足够的转化子数和很高的阳性率。
