Notch信號(hào)通路及血管瘤干細(xì)胞與嬰幼兒血管瘤的研究進(jìn)展

嬰幼兒血管瘤（Infantile Hemangiomas）是嬰幼兒最為常見(jiàn)的良性腫瘤之一，好發(fā)于頭面部，發(fā)病率高達(dá)6%～10%，發(fā)病存在明顯的性別差異，男女比例為1：3～5[1]。嬰幼兒血管瘤具有其獨(dú)特的自然病程，大體上分為兩個(gè)階段，即增殖期和退化期，而臨床上通常將其分為增殖期（0～1歲），增殖消退期（1～5歲)和消退完成期（5～10歲）三期。自消退期起瘤體開(kāi)始逐漸為纖維脂肪組織代替。大部分嬰幼兒血管瘤經(jīng)過(guò)消退期后可完全消退，少數(shù)殘留皮膚病變，但部分血管瘤也會(huì)影響組織和器官功能，甚至危及生命。嬰幼兒血管瘤的確切發(fā)病機(jī)制尚不明確，近年來(lái)有不少研究報(bào)道Notch信號(hào)通路及血管瘤干細(xì)胞在嬰幼兒血管瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，本文將介紹Notch家族成員及活化﹑血管瘤干細(xì)胞特點(diǎn)及功能，以及Notch信號(hào)通路和血管瘤干細(xì)胞在嬰幼兒血管瘤中研究等方面的進(jìn)展。

1 Notch信號(hào)通路

1.1 Notch家族及其活化：Notch由Morgan及其同事于1917年在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，是一個(gè)高度保守的跨膜受體蛋白家族，廣泛存在于無(wú)脊椎以及脊椎動(dòng)物體內(nèi)。其家族成員的結(jié)構(gòu)具有高度保守性，與其他多個(gè)高度保守的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路一起共同構(gòu)筑成生物發(fā)展的信號(hào)骨架，并決定細(xì)胞的命運(yùn)，影響器官形成及形態(tài)發(fā)生[2]。Notch信號(hào)通路主要由Notch受體﹑配體及其靶基因構(gòu)成。Notch受體為Ⅰ型跨膜蛋白，由胞外亞基和跨膜亞基兩部分組成，二者之間通過(guò)Ca2+依賴(lài)的非共價(jià)鍵結(jié)合形成異源二聚體。哺乳動(dòng)物中存在四種Notch基因，編碼4種Notch受體亞型即Notch1～4。Notch配體與Notch受體一樣同為Ⅰ型跨膜蛋白。目前在哺乳動(dòng)物體內(nèi)共發(fā)現(xiàn)5種Notch配體，即Delta-like1、3、4(Dll1﹑3﹑4)及Jagged1、2（同果蠅Serrate/Lag-2蛋白同源），也可以被共同稱(chēng)為DSL（Delta/Serrate/Lag-2）。細(xì)胞間的直接接觸為Notch信號(hào)的活化所必需。當(dāng)Notch配體與相鄰細(xì)胞膜上的Notch受體結(jié)合后，可引發(fā)蛋白酶水解級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而活化Notch通路[3]，激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄途徑。目前，已知的Notch靶基因4多為編碼堿性螺旋-環(huán)-螺旋(bHLH，basic helix-loop-helix)家族轉(zhuǎn)錄因子的基因，包括Hes（Hairy/Enhancer of Split）和Hey（Hes-related protein）家族成員，通過(guò)編碼bHLH和EphrinB2基因轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而調(diào)控下游分子的表達(dá)，并最終影響細(xì)胞的分化﹑增殖和凋亡。Notch通路在內(nèi)皮細(xì)胞的發(fā)育分化、干細(xì)胞分化、血管形成及腫瘤發(fā)生發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[5-6]。DLL4在腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)[7-9]，有研究表明DLL4是腫瘤血管生成的負(fù)調(diào)控蛋白[10-13]，DLL4在腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞中的異常表達(dá)可以引起腫瘤血管的動(dòng)靜脈分化，減少腫瘤血管總數(shù)量，但可促進(jìn)具有功能的成熟血管形成，從而改善腫瘤血供，促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。

1.2 Notch信號(hào)通路與嬰幼兒血管瘤:研究表明Notch信號(hào)通路在血管的發(fā)育與穩(wěn)定中起著關(guān)鍵作用[14-16]。Yasuhiro等[17]報(bào)道Notch1可通過(guò)調(diào)節(jié)VEGFR-1而在內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)揮作用，這一作用對(duì)生理及病理性血管再生有重要影響。Notch4為特異性分布在毛細(xì)血管內(nèi)皮上唯一的Notch受體，Krebs等[18]研究發(fā)現(xiàn)Notch4調(diào)控血管發(fā)生發(fā)育、血管網(wǎng)形成，抑制后期血管分支發(fā)育，其表達(dá)較正常增多或減少都會(huì)使血管發(fā)育受限，靶向刪除Notch1基因或Notch1與Notch4基因后獲得的突變體小鼠在胚胎期血管重塑中即會(huì)顯示出嚴(yán)重缺陷，且約在妊娠第9.5天死亡。Dll4是5種Notch配體中唯一特異性存在于內(nèi)皮細(xì)胞中的配體，當(dāng)Dll4與其受體結(jié)合作用后可調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，決定血管內(nèi)皮細(xì)胞的分化﹑增殖和凋亡，調(diào)節(jié)血管的發(fā)育[19-21]。以人的臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）為研究對(duì)象進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Dll4高表達(dá)可通過(guò)上調(diào)VEGFR1、下調(diào)VEGFR2而抑制VEGF對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的作用，從而抑制HUVEC增殖，促進(jìn)HUVEC分化形成具有成熟表型的細(xì)胞[22]。Laura等[23]以人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞為研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Dll4與Notch配體結(jié)合后可對(duì)多種血管形成路徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括VEGF、FGF、HGF。June等[24]用RT-PCR技術(shù)在血管瘤中檢測(cè)到Notch基因的轉(zhuǎn)錄，且Notch3基因在hemSCs(血管瘤干細(xì)胞)分化為hemECs（血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞）時(shí)表達(dá)下降，而Notch1﹑Notch4及Jagged-1表達(dá)增高，此外還檢查到同時(shí)表達(dá)Notch3及CD31的中間態(tài)細(xì)胞。Monica等[25]亦在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)相對(duì)于人正常血管，增殖期嬰幼兒血管瘤中Jagged1及Notch4表達(dá)增加。以上表明Notch信號(hào)通路在嬰幼兒血管瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中可能起著重要的調(diào)節(jié)作用，但其具體的作用機(jī)理仍有待進(jìn)一步的研究。

2 血管瘤干細(xì)胞與嬰幼兒血管瘤

干細(xì)胞（stem cell）是具有自我更新﹑高度增殖和多向分化潛能的細(xì)胞群體，可通過(guò)細(xì)胞分裂維持其自身細(xì)胞群的數(shù)量，能產(chǎn)生表型與基因型完全相同的子代細(xì)胞，具有再生為各種組織器官的潛能。在成年人的很多組織中均含有干細(xì)胞。隨著干細(xì)胞及腫瘤研究的不斷進(jìn)展，各種腫瘤組織內(nèi)腫瘤干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，如乳腺癌干細(xì)胞，肝癌干細(xì)胞等，不斷證明腫瘤干細(xì)胞存在的推斷。

近年來(lái)已有相關(guān)研究證實(shí)血管瘤組織中也存在具有干細(xì)胞特性的細(xì)胞。Boye等[26]研究發(fā)現(xiàn)，血管瘤中內(nèi)皮細(xì)胞具有單克隆生長(zhǎng)能力，增殖能力及遷移能力高，提示血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞可能來(lái)源于單個(gè)干細(xì)胞或祖細(xì)胞。Walter等[27]通過(guò)研究分析增殖期血管瘤的組織切片亦發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞具有單克隆形成能力。2003年，Kleinman等[28]發(fā)現(xiàn)源于血循環(huán)的CD133+CD34+干細(xì)胞大量聚集于血管瘤組織中，該群細(xì)胞還表達(dá)血管瘤組織特異性標(biāo)志Glut1、CD32、merosin，提示血管瘤的發(fā)生可能源于該群干細(xì)胞。俞松等[29]研究表明血管內(nèi)皮祖細(xì)胞參與了血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管形成，是血管瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞活性異常的來(lái)源，血管瘤可能是一種血管內(nèi)皮祖細(xì)胞與干細(xì)胞有關(guān)的疾病。Yu等[30]發(fā)現(xiàn)分離的血管瘤干細(xì)胞具有骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞相似的表型，表達(dá)CD133、SH2 (CD105)、SH3、SH4、CD90、CD29、α-SMA，但不表達(dá)造血系細(xì)胞表型CD45或CD14，該群細(xì)胞在體外具有成脂分化潛能，這一發(fā)現(xiàn)解釋了血管瘤在消退期脂肪形成的原因。Khan等[31]同樣于2008年報(bào)道從嬰幼兒血管瘤組織中分離出CD133+血管瘤干細(xì)胞，并證實(shí)其具有單克隆性及多向分化的潛能。研究中Khan等還將由此單細(xì)胞擴(kuò)增得到的細(xì)胞與Martigel混合后移植至裸鼠皮下，發(fā)現(xiàn)血管瘤干細(xì)胞可以重演血管增殖﹑消退的病理過(guò)程，提示血管瘤干細(xì)胞可能是嬰幼兒血管瘤的來(lái)源細(xì)胞。Greenberger等[32]同樣利用CD133+血管瘤干細(xì)胞在裸鼠皮下形成血管瘤，地塞米松預(yù)處理后的血管瘤干細(xì)胞再植入小鼠體內(nèi)，所形成腫瘤的微血管密度與未經(jīng)地塞米松預(yù)處理的血管瘤干細(xì)胞移植后形成腫瘤的微血管密度相比明顯減少，表明激素可抑制血管瘤干細(xì)胞促進(jìn)血管生長(zhǎng)的能力，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)地塞米松對(duì)血管瘤干細(xì)胞的這一抑制作用是通過(guò)阻止血管瘤干細(xì)胞中VEGF-A的產(chǎn)生來(lái)實(shí)現(xiàn)，但地塞米松并不能抑制血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生VEGF-A。研究中還觀察到抑制血管瘤干細(xì)胞內(nèi)VEGF-A的產(chǎn)生后，再將其移植于小鼠體內(nèi)，新形成瘤體內(nèi)的血管生成減少89%。

3 Notch信號(hào)通路與血管瘤干細(xì)胞在嬰幼兒血管瘤中的關(guān)系

目前對(duì)Notch信號(hào)通路及血管瘤干細(xì)胞已有不少研究，但對(duì)兩者在嬰幼兒血管瘤發(fā)生發(fā)展中的關(guān)系或作用還知之甚少。2009年，Calicchio等[33]經(jīng)基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)在增生期血管瘤血管中，Notch4和其配體Jagged1表達(dá)分別是胎盤(pán)血管的3.15倍和6.52倍。Wu等[34]同樣發(fā)現(xiàn)Notch1-4及配體Dll4及Jagged1在增生期、消退期血管瘤內(nèi)表達(dá)上調(diào)。June等[35]通過(guò)提取切除的血管瘤組織﹑血管瘤干細(xì)胞及血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞中的RNA，并分析其中基因表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)血管瘤干細(xì)胞中的Notch表達(dá)模式與已分化的血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞及人正常內(nèi)皮細(xì)胞中的Notch表達(dá)模式截然不同，Notch3在血管瘤干細(xì)胞中表達(dá)，而在血管瘤內(nèi)皮細(xì)胞中Notch1﹑Notch4及Jagged-1表達(dá)水平更高。Notch3存在于增生期嬰幼兒血管瘤新生血管腔外的縫隙細(xì)胞，但在消退期嬰幼兒血管瘤的周細(xì)胞中更明顯。該研究表明Notch基因表達(dá)模式可反映未成熟細(xì)胞到血管內(nèi)皮細(xì)胞的進(jìn)展，象征著嬰幼兒血管瘤的增殖和消退。

4 小結(jié)

嬰幼兒血管瘤的形成是多因素參與并相互作用的結(jié)果，隨著對(duì)其研究的不斷深入，其發(fā)生發(fā)展的確切機(jī)制必將為人們進(jìn)一步了解。而對(duì)Notch信號(hào)通路及血管瘤干細(xì)胞的相關(guān)研究無(wú)疑為嬰幼兒血管瘤發(fā)病機(jī)制的明了及治療方法的選擇提供了新的視角。但Notch信號(hào)通路活化及作用的具體機(jī)制﹑血管瘤干細(xì)胞在嬰幼兒血管瘤中的特性及具體功能都仍有待進(jìn)一步的研究。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Chiller KG，Passao D，F(xiàn)rieden U.Hemangiomas of infancy:clinical characteristics，morphologie subtypes and their relationship to race，ethnicity and sex[J].Areb Dermatol，2002，138(12):1567-1576.

[2]Ehebauer M，Hayward P，Arias AM.Notch，a universal arbiter of cell fate decisions[J].Science，2006，314(5 804):1414-1415.

[3]Selkoe DJ，Wolfe MS.Presenilin:running with scissors in the membrane[J].Cell，2007，131(2):215-221.

[4]Fischer A，Gesaler M.Delta-Notch-and then Protein interactions and proposed modes of repression by Hes and Hey bHLH factors[J].Nucleic Acids Res，2007，35(14):4583-4596.

[5]Bray SJ.Notch signaling:a simple pathway becomes complex[J]. Nat Rev Mol Cell Biol，2006，7(9):678-689.

[6]Cristofaro B，Emanueli C.Possible novel targets for therapeutic angiogenesis[J].Curr Opin Pharmacol，2009， 9(2):102-108.

[7]Mailhos C，Modlich U，Lewis J，et al.Delta4， an endothelial specific notch ligand expressed at sites of physiological and tumor angiogenesis[J].Differentiation，2001，69(2):135-144.

[8]Patel NS，Li JL，Generali D，et al.Up-regulation of delta-like 4 ligand in human tumor vasculature and the role of basal expression in endothelial cell function[J].Cancer Res，2005，65(19):8690-8697.

[9]Patel NS，Dobbie MS，Rochester M，et al.Up-regulation of endothelial delta-llke 4 expression correlates with vessel maturation in bladder cancer[J].Clin Cancer Res，2006，12(16):4836-4844.

[10]Nnguera-Troise I，Daly C，Papadopoulos NJ，et al.Blockade of D114 inhibits tumour growth by promoting non-productive angiogenesis[J]. Nature， 2006，444(7122):1032-1037.

[11]Lobov IB，Renard RA，Papadopoulos N，et al.Delta-like ligand 4 (D114) is induced by VEGF as a negative regulator of angiogenic sprouting[J].Proc Natl Acad Sci USA，2007，104(9):3219-3224.

[12]Leslie JD，Ariza-McNaughton L，Bermange AL，et al. Endothelial signalling by the Notch ligand Delta-llke 4 restricts angiogenesis[J] .Development，2007，134(5)839-844.

[13]Li JL，Sainson RC，Shi W，et al.Delta-like 4 notch ligand regulates tumor angiogenesis，improves tumor vascular function，and promotes tumor growth in vivo[J].Cancer Res，2007，67(23)11244-11253.

[14]Lawson ND，Weinstein BM. Arteries and veins:making a difference with zebrafish[J]. Nat Rev Genet，2002，3:674-682.

[15]Rossant J，Howard L.Signaling pathways in vascular development[J].Annu Rev Cell Dev Biol，2002，18:541-573.

[16]Shawber CJ，Kitajewski J. Notch function in the vasculature: insights from zebrafish， mouse and man[J]. Bioessays，2004，26:225-234.

[17]Yasuhiro Funahashi， Carrie J Shawber， Marina Vorontchikhina，et al.Notch regulates the angiogenic response via induction of VEGFR-1[J].J Angiogen Res，2010，2:3.

[18]Krebs LT， Xue Y， Norton CR， et al. Notch signaling is essential for vascular morphogenesis in mice[J]. Genes Dev， 2000，14:1343-1352.

[19]Radtke F，Raj K.The role of Notch in tumorigenesis:oncngene or tumour suppressor[J].Nat Rev Cancer，2003，3(10):756-767.

[20]Iso T，Hamamori Y，Kedes L.Notch signaling in vascuIar development[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol，2003，23(4):543-553.

[21]Benedito R，Duarte A.Expression of Dll4 during mouse embryogenesis suggests multiple developmental roles[J].Gene Expr Patterns，2005，5(6):750-755.

[22]Cassin Kimmel Williams， Ji-Liang Li， Matilde Murga，et al.Up-regulation of the Notch ligand Delta-like 4 inhibits VEGF-induced endothelial cell function[J].Blood，2006，107（3）:931-939.

[23]Laura S，Harrington，Richard CA，et al.Regulation of multiple angiogenic pathways by Dll4 and Notch in human umbilical vein endothelial cells[J].Microvasc Res，2007，75 (2008):144-154.

[24]June K Wu， Jan K，Kitajewski.A Potential Role for Notch Signaling in the Pathogenesis and Regulation of Hemangiomas[J].The Journal of Craniofacial Surgery，2009，20:698-702.

[25]Monica L，Tucker Collins，Harry P. Kozakewich.Identification of Signaling Systems in Proliferating and Involuting Phase Infantile Hemangiomas by Genome-Wide Transcriptional Profiling[J]. Am J Patholog，2009，174(5):1638-1649.

[26]Boye E，Yu Y，Paranya G，et a1.Clonality and altered behavior of endothelial cells from hemangiomas[J].J Clin Invest，2001，107:745-752.

[27]Walter JW，North PE，Waner M，et a1.Somatic mutation of vascular endothelial growth factor receptors in juvenile hemangioma [J].Genes Chromosomes Canee，2002，33:295-303.

[28]Kleinman ME，Tepper OM，Capla JM，et al.Increased circulating AC133+ CD34+ endothelial progenitor cells in children with hemangioma[J].Lymphat Res Biol，2003，1(4):301-307.

[29]俞 松，劉文英，胡月光，等.Fas﹑bcl-2與移植血管瘤自然退化的動(dòng)態(tài)研究[J].中華小兒外科雜志，2007，28(3):149-151.

[30]Yu Y，F(xiàn)uhr J，Boye E，et al. Mesenchymal stem cells and adipogenesis in hemangioma involution[J].Stem Cells，2006，24(6):1605-1612.

[31]Khan ZA，Boscolo E，Pieard A，et a1.Multipotential stem cells recapitulate human infantile hemangioma in immunodeficient mice [J].J Clin Invest，2008，118(7):2592-2599.

[32]Greenberger S，Boscolo E，Adini I，et al.Corticosteroid suppression of VEGF-A in infantile hemangioma-derived stem cells[J]. New England J Med，2010，362(11):30-38.

[33]Calicchio ML，Collins T，Kozakewich HP.Identification of signaling systems in proliferating and involuting phase infantile hemangiomas by genome-wide transcriptional profiling[J].Am J Pathol，2009，174(5):1638-1649.

[34]Wu JK，Kitajewski JK.A potential role for notch signaling in the pathogenesis and regulation of hemangiomas[J].J Craniofac Surg，2009，Suppl 1:698-702.

[35]June K Wu ，Omotinuwe Adepoju ，Dinuka De Silva，et al.A switch in Notch gene expression parallels stem cell to endothelial transition in infantile hemangioma[J].Angiogenesis，2010，13:15-23.

[收稿日期]2011-07-21 [修回日期]2012-01-29

編輯/李陽(yáng)利