Notch信號轉導通路在缺血性心臟病中的作用

秦 迪 黃麗紅 (吉林大學中日聯誼醫院老年病科，吉林 長春 130033)

Notch是一種結構及功能在進化上高度保守的跨膜受體蛋白家族，廣泛表達于果蠅、脊椎動物、哺乳動物等多個物種。目前在哺乳動物中發現4種受體Notch 1～4，以及Jagged 1、Jagged 2、Delta-like 1(Dll 1)、Delta-like 3(Dll 3)和 Delta-like 4(Dll 4)五種配體。Notch信號通路受細胞間多種網絡信號的調控，由兩個鄰近細胞的Notch受體與配體結合而激活，介導下游信號元件、靶基因及各種輔助蛋白相互作用，從而調節細胞的增殖、分化、遷移及凋亡〔1〕。在胚胎發育及出生早期，Notch受體和配體均有不同程度的表達，Notch信號參與了心肌細胞的分化、房室管和瓣膜的發育、心室小梁的形成以及心室流出道的重塑〔2〕。研究發現〔3〕，心臟缺血改變激活了許多胚胎基因程序。在梗死初期，Notch信號活化，其下游基因表達量升高，這為心肌梗死的研究提供了新的方向。本文就Notch信號通路及其介導的細胞間通訊對缺血性心臟病的影響做以綜述。

1 Notch信號通路與動脈粥樣硬化

炎癥是動脈粥樣硬化斑塊不穩定發生的主要機制，而巨噬細胞參與了斑塊炎癥的擴大級聯反應，并引發結構不穩定性和血栓的形成。Tung等〔4〕研究表明Notch信號通路在動脈粥樣硬化性疾病的巨噬細胞激活中占有重要地位，Dll 4-Notch途徑可通過巨噬細胞的活化參與炎性反應。在人動脈粥樣硬化斑塊所富含的巨噬細胞中發現了多種Notch受體及配體的表達，如Dll 4、Notch 3;體外實驗觀察發現，促炎癥刺激因子，如脂多糖(LPS)、白細胞介素1β(IL-1β)、弱氧化修飾低密度脂蛋白(mmLDL)能誘導人巨噬細胞中Dll 4的高表達，在動脈粥樣硬化斑塊中可以檢測到免疫反應性Dll 4;LPS、mmLDL為Toll蛋白樣受體(Toll-like receptor 4，TLR4)的配體，TLR4參與了動脈粥樣硬化和急性冠狀動脈事件的發生，應用RNA干擾技術(RNAi)證實TLR4和核因子(NF-κB)可以調節LPS介導的Dll 4的表達;Dll 4使巨噬細胞靶向結合Notch信號，誘導巨噬細胞促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶B(PKB，Akt)和NF-κB通路的活化;同時，Dll 4還介導了誘導型氮氧化物合酶(iNOS)、五聚素3(PTX3)、分化抑制因子1(ID1)和Dll 4自身的轉錄。Dll 4除了能夠活化巨噬細胞外，還在血管形成、樹突細胞的細胞間相互作用及促炎癥反應異型因子相互作用中有重要作用。

除此之外，Notch還可通過缺氧誘導因子(HIF)依賴性信號傳導通路來調節動脈缺血損傷引起的炎癥反應。HIF-α脯氨酸和天冬酰胺酰(Asn)羥基化提供了細胞內信號與氧有效結合促HIF轉錄反應的一種新方式。HIF抑制因子(FIH)可催化HIF-1α的C末端激活區(CAD)，阻斷HIF-p300/CBP相互作用而抑制HIF介導的轉錄反應。Asn殘基作為錨蛋白通用序列的一部分高度保守，含有錨蛋白復制(AR)區(ARD)的多種蛋白可被 FIH酶催化〔5〕。Cockmen等〔6〕研究表明，HIF天冬酰胺酰羥化酶及FIH均可催化內源性Notch受體ARD高度保守的天冬酰胺酰殘基的羥基化。AR羥基化減少了ARD結合FIH的長度，但不影響Notch通路正常的信號傳導。ARD蛋白可有效地與HIF競爭FIH依賴性的羥基化作用，該作用潛在性擴大了HIF轉錄活化的氧依賴性調節以及缺氧信號的生理性調整，進而調節炎癥反應。

2 Notch信號通路與血管新生

在動脈粥樣硬化所致缺血損傷時，Notch和HIF依賴性信號傳導通路互相協同，共同調節炎癥反應的同時還調節新生血管形成。缺氧時氧供與氧耗不平衡，激活了促氧運輸及缺氧細胞代謝的通路〔7～9〕。研究證實〔10〕，Notch 信號對缺氧敏感，在Notch信號與HIF信號通路存在多種直接和間接的相互作用。低氧誘導Notch配體Dll 4和靶基因Hey 1和Hey 2的表達，激活Dll 4-Notch-Hey 2信號通路，它們的活化依賴于HIF-1α和Notch的激活。在內皮祖細胞中表達升高的Dll 4和Hey 2抑制了靜脈調節器(Chicken Ovalbumin Upstream Promoter Transcription FactorⅡ，COUP-TFⅡ)為細胞核激素受體家族中的孤兒受體的表達，而調節了動脈的產生。Hey因子反而可抑制HIF-1α誘導基因的表達，表明了存在一個負反饋以阻止缺氧誘導基因的過度表達〔10，11〕。Gustafsson 等〔12〕發現缺氧抑制了肌性細胞的分化，而Notch受體的裂解對這種抑制是必要的。缺氧條件下，激活外源性胞內結構域(NICD)啟動子的表達合成，同時協調了HIF-1α誘導因子的表達，增強Notch信號通路下游基因轉錄活化反應，促進Notch下游基因 Hes 1和 Hey 2的表達。HIF-1α可能與CSL/NICD/MAML(mastermind-like)的三聚復合體結合;或是拮抗MAML與CSL/NICD結合，而激活Notch信號通路〔13〕。

在平滑肌細胞中富含平滑肌α肌動蛋白(SMA)，對于平滑肌細胞和成肌纖維細胞力傳導和牽引力的產生具有重要作用。Notch可通過內皮細胞和血管平滑肌細胞中主要的效應器-CSL的活化，直接調節平滑肌細胞標記物-SMA的表達。CSL/Notch活化在內皮向間質細胞的轉化過程中誘導了SMA的表達，同時SMA啟動子保守的共有序列順式作用元件通過Notch介導的SMA誘導作用直接與CSL連接，使血管平滑肌細胞中SMA的表達成為Notch活化的必要〔14〕。

3 Notch信號通路與心肌收縮力的改變

目前認為，心梗后心臟收縮力的適應不良性改變與病理刺激胚胎基因程序激活有關〔3〕。心肌缺血時，Notch受體及配體水平均有不程度地升高，其下游基因的表達亦隨之升高。研究證實〔15，16〕，Notch信號下游基因轉錄蛋白(HRT)與心肌富含的心肌轉錄因子(GATA)相結合，可抑制GATA介導的心肌基因轉錄，調節心臟基因的表達。GATA-4是目前研究最多的心臟發育密切相關的轉錄調控因子之一，是胚胎發育過程中心臟細胞的早期標志。研究發現〔15，17，18〕，GATA-4 直接影響心臟結構基因的表達，包括α-肌球蛋白重鏈(α-MHC)、肌鈣蛋白C(cT-nC)、心房利鈉肽(ANP)、腦利鈉肽(BNP)等，以及通過其鋅指結構與其他心臟特異性的轉錄因子如Nkx2-5、TBX5、胚胎成纖維細胞(MEF2)等相互作用形成復合物發揮轉錄調控作用，從而調節心臟發育，對于心臟收縮起到關鍵作用。

4 Notch信號通路與心肌細胞的重構

心肌細胞的重構主要表現為心肌細胞凋亡、心肌細胞肥大、成纖維細胞增生。心肌肥大最本質的特征是核內基因表達的改變，其后一些作為胚胎標志基因如β-肌球蛋白重鏈(βmyosin heavy chains，β-MHC)、ANP等表達上調。Notch信號可抑制GATA介導的心肌基因轉錄，從而降低ANP的表達，降低了成纖維細胞的增生和心肌肥大。Gude等〔16〕在對心肌梗死的研究中提出，Notch信號途徑對心肌細胞具有保護作用，該作用是Notch/Hey上調磷酸化AKt的表達，激活了磷酸肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKt/PKB)傳導途徑而實現的。這可能是腫瘤細胞研究的結果〔19〕:PI3K/AKt信號通路可激活Notch信號傳導途徑，抗細胞凋亡，促細胞增殖相一致。而在AKt 1調節信號刺激心肌細胞的肥大的機制中〔15〕，AKt 1可減弱HRT對GATA依賴性基因表達的抑制。此外，Notch 1可抑制NF-κB與DNA結合，從而對抑制細胞凋亡及肥大、增強細胞存活起負向調節〔20〕。Notch 1還可抑制一些抗凋亡蛋白和與增殖有關蛋白的表達，如細胞周期蛋白D1(Cyclin D1)及Bcl-2〔21〕。上述研究提示，Notch信號對缺血性心肌細胞的調控機制并不簡單，Notch信號及下游基因可能在心肌梗死的不同時期表達，并受到多種細胞信號的調節，從而對心肌細胞的存活、凋亡及肥大發揮作用。

5 展望

Notch信號通路及其下游各種靶基因對缺血性心臟病的調控機制是多樣而復雜的。在動脈粥樣硬化形成過程中，Notch信號加重了斑塊的不穩定性;而當冠狀動脈狹窄或閉塞引發心肌缺血時，它又可促進血管重構、增加心肌收縮力而保護心臟。近些年來，采用促血管新生及心肌再生機制挽救早期梗死缺血的心肌損傷成為潛在的治療熱點，Notch信號通路的上述研究為此提供了新的方向。此外，其對心肌細胞凋亡及肥大發揮的雙向調節作用仍需進一步探討。通過激活或阻斷Notch信號通路能夠為臨床上缺血性心臟病的治療性干預提供新的思路。

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