Slit-Robo信號通路在心血管發育中的作用

張冰，傅怡

（上海交通大學系統生物醫學研究院，上海200240）

Slit-Robo信號通路在心血管發育中的作用

張冰，傅怡

（上海交通大學系統生物醫學研究院，上海200240）

近期研究表明，Slit-Robo信號通路對心血管系統的發育和再生發揮了重要功能. Slit3作為促血管新生因子，能夠與其受體Robo4結合，通過RhoGTPase信號通路調控多個生理和病理過程中的血管新生.Slit3-Robo4信號通路的激活能夠促進工程組織中血管網絡的形成.硫酸乙酰肝素通過Slit3-Robo4通路能夠調節膈肌發育及其血管新生.Slit-Robo信號通路還參與調控心臟系統靜脈回流和心包膜的發育.Slit3的缺失會導致小鼠發育過程中的腎臟缺失和輸尿管發育不全.因此，進一步研究Slit3-Robo4信號通路對于闡釋心血管系統發育和疾病的病因具有重要理論意義，有望為心血管疾病的預防和治療提供有力的藥物作用靶點，促進有效藥物的開發.

Slit3-Robo4信號通路；血管新生；發育

Slit是一種大分子分泌蛋白，最初在果蠅中被發現［1］，在線蟲和脊椎動物中高度保守［2-5］.哺乳動物存在3種Slit蛋白（Slit1～Slit3）［6-7］，它們都在中樞神經系統中表達.Slit3還在外周組織和器官中表達，例如發育過程中的舌、腎臟、生殖嵴、咽、肺靜脈、心房壁、肺以及膈膜，并調控非神經元相關的發育過程［8-10］.Robo（Roundabout）蛋白同樣在果蠅中被首次發現，是一種跨膜受體蛋白［11］.哺乳動物存在4種Robo蛋白（Robo1～Robo4），與Robo1～Robo3有5個Ig（immune globulin）和3個FN3（fibronectin TypeⅢ）結構域不同，Robo4的胞外區域僅含有2個Ig結構域和2個FN3結構域［12］.Robo1～Robo3在神經、肺、肝、腎臟和心臟中均有表達［13］，而Robo4的表達只局限于血管內皮細胞［14］.作為一種逆向軸突導向分子，Slit與其受體Robo結合調節神經系統發育，以及與細胞遷移相關的其他發育過程［15］，在心血管系統中的發育機制主要是近幾年才得到詳細的闡釋.

1　Slit3-Robo4信號通路調控血管新生

血管新生是指從已有的毛細血管叢發展而形成新的血管［16-18］.血管新生是生物體內一場精心安排的過程，發育中的血管需要穿過復雜的胞外環境到達目的地，并形成新的血管網絡［19］.這個過程包括內皮細胞與細胞外基質的黏附、內皮細胞的增生、遷移和重構等，并受到一系列緊密的導向調控［15-16］.

Slit-Robo的相互作用對血管新生起著重要的調控作用.Slit2被證明能夠與內皮細胞上表達的Robo1和Robo4相互作用，從而調控內皮細胞的遷移，并在腫瘤血管新生中發揮作用.作為在外周組織和器官中廣泛表達的Slit家族成員，Slit3能有效促進血管新生，從而在胚胎發育的器官生成中起重要作用.Zhang等［15］在體外實驗中闡明Slit3在內皮細胞和血管平滑肌細胞中均有高表達，與同樣在內皮細胞中高表達的受體Robo4結合后，通過加速內皮細胞的有絲分裂來誘導內皮細胞的增殖，并能夠增強內皮細胞的遷移性和趨化性.與Slit2調控內皮細胞趨化性不同的是，Slit3對內皮細胞遷移的調控是Robo4特異性的，Slit3和Robo4的結合激活了RhoA通路中的Ras相關C3肉毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）和細胞分裂周期蛋白42（cell division control protein 42 homolog，Cdc42），并以此來調控內皮細胞的遷移性.Slit3-Robo4還加速了內皮細胞血管腔形成.離體實驗結果證明，Slit3能夠刺激主動脈環的新生側枝血管的生成.小鼠角膜和雞蛋卵黃囊血管新生實驗則證實了Slit3能夠促進體內新生血管的生長.與之相反，在小鼠發育過程中，基因敲除Slit3后血管新生過程受到了阻斷.因此，神經導向分子Slit3作為一個新的血管新生調控因子，能夠促進胚胎發育及其他生理和病理過程中的血管新生.

2　Slit3-Robo4通路激活促進工程組織中血管網絡的形成

工程組織在體內移植后的長期存活取決于植入物是否能充分血管化.內皮細胞在血管結構形成的過程中是必不可少的，而穩定的具有功能的血管形成還需要周細胞和間充質干細胞. Paul等［20］對人類間充質干細胞的研究結果表明，這些“周細胞”型間充質干細胞分泌的促血管新生導向分子Slit3，能夠引導Robo4表達的內皮細胞在工程組織中形成血管網絡.相反，“非周細胞”型間充質干細胞則表現出低Slit3-Robo4信號活性，無法支持血管網絡的形成.敲除間充質干細胞中的Slit3會導致內皮細胞形態異常，敲除內皮細胞上Slit3的受體Robo4則會抑制體內異種移植中功能性血管的生成.因此，在工程組織中，由間充質干細胞輔助的血管形成需要Slit3-Robo4通路的激活.

3　硫酸乙酰肝素通過Slit3-Robo4通路調節血管新生及其膈肌發育

先天性膈疝是一種常見的畸形病癥，影響高達1/3 000的新生兒，是造成圍產兒死亡的主要原因之一［21］.Yuan等［10］的小鼠先天性膈疝Slit3基因模型證實了Slit3在膈膜生長發育過程中起重要作用，Slit3的缺失會引起胚胎發育過程中隔膜中心腱缺陷，并最終導致先天性膈疝.Zhang等［22］深入研究發現，Slit3-Robo4在促進膈膜血管的形成中起重要的調節作用，并受到硫酸乙酰肝素（heparan sulfate，HS）的正向調控.N-去乙酰化酶/磺基轉移酶1（N-deacetylase/sulfotransferase 1，NDST1）是硫酸肝素的N端硫酸鹽化的主要催化酶.在內皮細胞中敲除NDST1不僅會影響Slit3-Robo4的信號傳導，而且會導致先天性膈疝，這一過程是由HS-Slit3-Robo4通路調控的膈肌血管發育受到阻斷所引起的.

4　Slit-Robo信號通路調控心臟系統靜脈回流和心包膜的發育

Robo1和Slit3是在心臟中表達最廣泛的分子，在心包膜、心臟流出道、心內膜、心肌層以及房室管中都有高表達.Robo2在心臟中的表達則局限得多，在胚胎心肌的整個發育過程中都沒有表達.Robo3在心臟組織中不表達.Robo4在血管內皮細胞例如主動脈、肺動脈干和冠狀血管中均有表達，但在心內膜中沒有發現.Mommersteeg等［23］發現Robo1而非Robo2的缺失會導致心包膜、心包腔、竇角以及腔靜脈發育不良.Slit3敲除小鼠同樣出現類似心包膜、竇角和腔靜脈發育不良以及腔靜脈回流障礙.Slit3與受體Robo1結合的減少影響了心臟內神經鞘的存活、黏附和遷移，是引起心包腔易位和心包膜缺陷的主要細胞機制.Robo4作為腔靜脈發育早期血管新生過程必需的蛋白分子，與其配體Slit3結合調控腔靜脈早期發育過程中的血管新生，并可能影響靜脈回流的形成和心包膜的發育，但該可能性在該項研究中未能得到進一步闡述.

5　Slit3的缺失對其他器官發育的影響

除作為促血管生長因子，Slit3還影響著胚胎發育過程中多種器官的形成.文獻［9-10，22］在Slit3缺失小鼠模型中觀察到明顯的先天性膈疝，這是由于紊亂的膠原纖維無法形成緊密的膠原束導致的隔膜中心腱缺失.Slit3缺失小鼠的心臟具有增大的右心室.還有20%的純合子Slit3缺失小鼠表現出腎臟缺失，例如單邊或雙邊腎臟或輸尿管發育不全，以及不同程度的腎臟發育不良［9］.以上研究表明Slit-Robo系統對于多個器官的發育具有重要作用.

6　結束語

近年來，關于Slit-Robo信號通路如何促進血管新生和血管網絡的形成、器官發育尤其是膈肌發育等研究取得了一些進展，研究人員對其相關分子調控機制有了一定的了解，但仍需進一步探索.此外，Slit-Robo信號通路在大腦發育、腫瘤、生殖系統、乳腺功能和干細胞等研究中也具有重要意義.未來期望以Slit3-Robo4通路對正常和病理狀態下內皮細胞遷移、血管新生和血管網絡形成的調控作用為突破口，為預防和治療心血管疾病及其他血管新生相關疾病提供更多的理論依據和藥物作用靶點，從而促進有效藥物的開發.

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Slit-Robo signal pathway in cardiovascular development

ZHANG Bing，FU Yi
（Shanghai Center for Systems Biomedicine，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

Slit-Robo pathway has recently been shown to be vital in cardiovascular development and regeneration.Slit3，a proangiogenic factor，regulates angiogenesis and organ formation in embryonic development by binding to its receptor Robo4.Activation of Slit3-Robo4 promotes formation of vascular network in engineered tissues.Heparan sulfate regulates the development of blood vessel and diaphragm through modulating the Slit3-Robo4 signal pathway.Moreover，the Slit-Robo signal pathway plays an essential role in developing cardiac systematic venous return and pericardium.Deficiency of Slit3 leads to developmental defect of other organs such as kidney and ureter.Therefore，further understanding of the Slit3-Robo4 signal pathway in the future may provide a theoretical foundation and therapeutic targets for prevention and therapy of cardiovascular and related diseases.

Slit3-Robo4 signal pathway；angiogenesis；development

R 363

A

1007-2861（2016）03-0331-05

10.3969/j.issn.1007-2861.2016.03.009

2016-04-19

國家自然科學基金重大研究計劃資助項目（91539109）；國家自然科學青年基金資助項目（11302129）

張冰（1977—），男，教授，博士生導師，博士，研究方向為心血管發育和相關疾病分子機制.

E-mail：bingzhang@sjtu.edu.cn