Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在缺血性心臟病中的作用

秦 迪 黃麗紅 (吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院老年病科，吉林 長春 130033)

Notch是一種結(jié)構(gòu)及功能在進(jìn)化上高度保守的跨膜受體蛋白家族，廣泛表達(dá)于果蠅、脊椎動(dòng)物、哺乳動(dòng)物等多個(gè)物種。目前在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)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(hào)通路受細(xì)胞間多種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的調(diào)控，由兩個(gè)鄰近細(xì)胞的Notch受體與配體結(jié)合而激活，介導(dǎo)下游信號(hào)元件、靶基因及各種輔助蛋白相互作用，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、遷移及凋亡〔1〕。在胚胎發(fā)育及出生早期，Notch受體和配體均有不同程度的表達(dá)，Notch信號(hào)參與了心肌細(xì)胞的分化、房室管和瓣膜的發(fā)育、心室小梁的形成以及心室流出道的重塑〔2〕。研究發(fā)現(xiàn)〔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(hào)活化，其下游基因表達(dá)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(hào)通路及其介導(dǎo)的細(xì)胞間通訊對缺血性心臟病的影響做以綜述。

1 Notch信號(hào)通路與動(dòng)脈粥樣硬化

炎癥是動(dòng)脈粥樣硬化斑塊不穩(wěn)定發(fā)生的主要機(jī)制，而巨噬細(xì)胞參與了斑塊炎癥的擴(kuò)大級(jí)聯(lián)反應(yīng)，并引發(fā)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性和血栓的形成。Tung等〔4〕研究表明Notch信號(hào)通路在動(dòng)脈粥樣硬化性疾病的巨噬細(xì)胞激活中占有重要地位，Dll 4-Notch途徑可通過巨噬細(xì)胞的活化參與炎性反應(yīng)。在人動(dòng)脈粥樣硬化斑塊所富含的巨噬細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了多種Notch受體及配體的表達(dá)，如Dll 4、Notch 3;體外實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，促炎癥刺激因子，如脂多糖(LPS)、白細(xì)胞介素1β(IL-1β)、弱氧化修飾低密度脂蛋白(mmLDL)能誘導(dǎo)人巨噬細(xì)胞中Dll 4的高表達(dá)，在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中可以檢測到免疫反應(yīng)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(dòng)脈粥樣硬化和急性冠狀動(dòng)脈事件的發(fā)生，應(yīng)用RNA干擾技術(shù)(RNAi)證實(shí)TLR4和核因子(NF-κB)可以調(diào)節(jié)LPS介導(dǎo)的Dll 4的表達(dá);Dll 4使巨噬細(xì)胞靶向結(jié)合Notch信號(hào)，誘導(dǎo)巨噬細(xì)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(shí)，Dll 4還介導(dǎo)了誘導(dǎo)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(zhuǎn)錄。Dll 4除了能夠活化巨噬細(xì)胞外，還在血管形成、樹突細(xì)胞的細(xì)胞間相互作用及促炎癥反應(yīng)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(dǎo)因子(HIF)依賴性信號(hào)傳導(dǎo)通路來調(diào)節(jié)動(dòng)脈缺血損傷引起的炎癥反應(yīng)。HIF-α脯氨酸和天冬酰胺酰(Asn)羥基化提供了細(xì)胞內(nèi)信號(hào)與氧有效結(jié)合促HIF轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的一種新方式。HIF抑制因子(FIH)可催化HIF-1α的C末端激活區(qū)(CAD)，阻斷HIF-p300/CBP相互作用而抑制HIF介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。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(fù)制(AR)區(qū)(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(nèi)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(jié)合FIH的長度，但不影響Notch通路正常的信號(hào)傳導(dǎo)。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(kuò)大了HIF轉(zhuǎn)錄活化的氧依賴性調(diào)節(jié)以及缺氧信號(hào)的生理性調(diào)整，進(jìn)而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

2 Notch信號(hào)通路與血管新生

在動(dòng)脈粥樣硬化所致缺血損傷時(shí)，Notch和HIF依賴性信號(hào)傳導(dǎo)通路互相協(xié)同，共同調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的同時(shí)還調(diào)節(jié)新生血管形成。缺氧時(shí)氧供與氧耗不平衡，激活了促氧運(yùn)輸及缺氧細(xì)胞代謝的通路〔7～9〕。研究證實(shí)〔10〕，Notch 信號(hào)對缺氧敏感，在Notch信號(hào)與HIF信號(hào)通路存在多種直接和間接的相互作用。低氧誘導(dǎo)Notch配體Dll 4和靶基因Hey 1和Hey 2的表達(dá)，激活Dll 4-Notch-Hey 2信號(hào)通路，它們的活化依賴于HIF-1α和Notch的激活。在內(nèi)皮祖細(xì)胞中表達(dá)升高的Dll 4和Hey 2抑制了靜脈調(diào)節(jié)器(Chicken Ovalbumin Upstream Promoter Transcription FactorⅡ，COUP-TFⅡ)為細(xì)胞核激素受體家族中的孤兒受體的表達(dá)，而調(diào)節(jié)了動(dòng)脈的產(chǎn)生。Hey因子反而可抑制HIF-1α誘導(dǎo)基因的表達(dá)，表明了存在一個(gè)負(fù)反饋以阻止缺氧誘導(dǎo)基因的過度表達(dá)〔10，11〕。Gustafsson 等〔12〕發(fā)現(xiàn)缺氧抑制了肌性細(xì)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(nèi)結(jié)構(gòu)域(NICD)啟動(dòng)子的表達(dá)合成，同時(shí)協(xié)調(diào)了HIF-1α誘導(dǎo)因子的表達(dá)，增強(qiáng)Notch信號(hào)通路下游基因轉(zhuǎn)錄活化反應(yīng)，促進(jìn)Notch下游基因 Hes 1和 Hey 2的表達(dá)。HIF-1α可能與CSL/NICD/MAML(mastermind-like)的三聚復(fù)合體結(jié)合;或是拮抗MAML與CSL/NICD結(jié)合，而激活Notch信號(hào)通路〔13〕。

在平滑肌細(xì)胞中富含平滑肌α肌動(dòng)蛋白(SMA)，對于平滑肌細(xì)胞和成肌纖維細(xì)胞力傳導(dǎo)和牽引力的產(chǎn)生具有重要作用。Notch可通過內(nèi)皮細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞中主要的效應(yīng)器-CSL的活化，直接調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞標(biāo)記物-SMA的表達(dá)。CSL/Notch活化在內(nèi)皮向間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化過程中誘導(dǎo)了SMA的表達(dá)，同時(shí)SMA啟動(dòng)子保守的共有序列順式作用元件通過Notch介導(dǎo)的SMA誘導(dǎo)作用直接與CSL連接，使血管平滑肌細(xì)胞中SMA的表達(dá)成為Notch活化的必要〔14〕。

3 Notch信號(hào)通路與心肌收縮力的改變

目前認(rèn)為，心梗后心臟收縮力的適應(yīng)不良性改變與病理刺激胚胎基因程序激活有關(guān)〔3〕。心肌缺血時(shí)，Notch受體及配體水平均有不程度地升高，其下游基因的表達(dá)亦隨之升高。研究證實(shí)〔15，16〕，Notch信號(hào)下游基因轉(zhuǎn)錄蛋白(HRT)與心肌富含的心肌轉(zhuǎn)錄因子(GATA)相結(jié)合，可抑制GATA介導(dǎo)的心肌基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)心臟基因的表達(dá)。GATA-4是目前研究最多的心臟發(fā)育密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子之一，是胚胎發(fā)育過程中心臟細(xì)胞的早期標(biāo)志。研究發(fā)現(xiàn)〔15，17，18〕，GATA-4 直接影響心臟結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，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(jié)構(gòu)與其他心臟特異性的轉(zhuǎn)錄因子如Nkx2-5、TBX5、胚胎成纖維細(xì)胞(MEF2)等相互作用形成復(fù)合物發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，從而調(diào)節(jié)心臟發(fā)育，對于心臟收縮起到關(guān)鍵作用。

4 Notch信號(hào)通路與心肌細(xì)胞的重構(gòu)

心肌細(xì)胞的重構(gòu)主要表現(xiàn)為心肌細(xì)胞凋亡、心肌細(xì)胞肥大、成纖維細(xì)胞增生。心肌肥大最本質(zhì)的特征是核內(nèi)基因表達(dá)的改變，其后一些作為胚胎標(biāo)志基因如β-肌球蛋白重鏈(βmyosin heavy chains，β-MHC)、ANP等表達(dá)上調(diào)。Notch信號(hào)可抑制GATA介導(dǎo)的心肌基因轉(zhuǎn)錄，從而降低ANP的表達(dá)，降低了成纖維細(xì)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(hào)途徑對心肌細(xì)胞具有保護(hù)作用，該作用是Notch/Hey上調(diào)磷酸化AKt的表達(dá)，激活了磷酸肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKt/PKB)傳導(dǎo)途徑而實(shí)現(xiàn)的。這可能是腫瘤細(xì)胞研究的結(jié)果〔19〕:PI3K/AKt信號(hào)通路可激活Notch信號(hào)傳導(dǎo)途徑，抗細(xì)胞凋亡，促細(xì)胞增殖相一致。而在AKt 1調(diào)節(jié)信號(hào)刺激心肌細(xì)胞的肥大的機(jī)制中〔15〕，AKt 1可減弱HRT對GATA依賴性基因表達(dá)的抑制。此外，Notch 1可抑制NF-κB與DNA結(jié)合，從而對抑制細(xì)胞凋亡及肥大、增強(qiáng)細(xì)胞存活起負(fù)向調(diào)節(jié)〔20〕。Notch 1還可抑制一些抗凋亡蛋白和與增殖有關(guān)蛋白的表達(dá)，如細(xì)胞周期蛋白D1(Cyclin D1)及Bcl-2〔21〕。上述研究提示，Notch信號(hào)對缺血性心肌細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制并不簡單，Notch信號(hào)及下游基因可能在心肌梗死的不同時(shí)期表達(dá)，并受到多種細(xì)胞信號(hào)的調(diào)節(jié)，從而對心肌細(xì)胞的存活、凋亡及肥大發(fā)揮作用。

5 展望

Notch信號(hào)通路及其下游各種靶基因?qū)θ毖孕呐K病的調(diào)控機(jī)制是多樣而復(fù)雜的。在動(dòng)脈粥樣硬化形成過程中，Notch信號(hào)加重了斑塊的不穩(wěn)定性;而當(dāng)冠狀動(dòng)脈狹窄或閉塞引發(fā)心肌缺血時(shí)，它又可促進(jìn)血管重構(gòu)、增加心肌收縮力而保護(hù)心臟。近些年來，采用促血管新生及心肌再生機(jī)制挽救早期梗死缺血的心肌損傷成為潛在的治療熱點(diǎn)，Notch信號(hào)通路的上述研究為此提供了新的方向。此外，其對心肌細(xì)胞凋亡及肥大發(fā)揮的雙向調(diào)節(jié)作用仍需進(jìn)一步探討。通過激活或阻斷Notch信號(hào)通路能夠?yàn)榕R床上缺血性心臟病的治療性干預(yù)提供新的思路。

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