Notch信號通路和心血管疾病研究進展

陶 敏 康品方 張 恒 (蚌埠醫學院第一附屬醫院心血管科，安徽 蚌埠 233004)

·綜述·

Notch信號通路和心血管疾病研究進展

陶 敏 康品方 張 恒 (蚌埠醫學院第一附屬醫院心血管科，安徽 蚌埠 233004)

Notch信號通路；動脈粥樣硬化；糖尿病心肌病

Notch信號傳導途徑首先是1900年早期在Otto L.Mohr的黑腹果蠅中觀察到的。而Notch基因首次被克隆出來是在1983年。Notch可調節細胞分化、凋亡、增殖和形態發生，并且對細胞生物的生長發育至關重要〔1〕。Notch介導的信號傳遞在心血管發育和心血管疾病的發生發展過程中起著關鍵性作用。但是Notch信號傳導是復雜的、多方面的，因為其受體、配體類型較多，功能也不十分清楚，且其下游靶基因沒有被完全發現和認識。本文主要闡述Notch信號傳導的基本特性及其在心血管疾病中的研究進展現狀，重點介紹Notch信號傳導與心血管相關疾病的相互作用關系。

1 Notch信號通路

1.1Notch結構 Notch是大多數細胞生物體中存在的保守配體-受體信號通路，涉及細胞命運決定、凋亡、增殖、促進干細胞自我更新等過程〔2〕。Notch配體、受體和細胞內效應分子共同組成了Notch。Notch是調節細胞發育過程中的單跨膜受體。在哺乳動物中，Notch信號傳導由4種Notch受體(Notch1,2,3,4)和5種配體〔Delta 1,3,4和Jagged(Jag)1,2〕組成。Notch信號傳導激活的根本是配體與受體的相互結合。CSL和Hes是主要的細胞效應分子，而CSL是Notch傳導中起主要作用的轉錄抑制因子；Hes有6種，在Notch信號傳導過程中發揮重要作用的是Hes-1 和Hes-5。

1.2Notch信號傳導的活化 Notch信號的傳遞可在多種過程中發揮調節作用，例如血管發生，肌發生，神經生成和發生及造血，并且決定不同組織中各種細胞類型的生長、分化和存活。Notch信號通路的激活有兩種方式：Notch經典傳導途徑和CSL非依賴途徑。經典傳導途徑是Notch信號傳導的主要方式。Notch配體與其受體的細胞外結構域結合，并在金屬蛋白酶的介導下酶切受體靠近胞膜的胞外區域，然后在包括早老素在內的蛋白分泌酶復合體的介導下完成第2次蛋白裂解，釋放Notch細胞內結構域進入細胞質，其隨后轉移到細胞核，隨后Notch1與CSL結合以激活蛋白形成轉錄激活物復合體，從而激活下游一系列轉錄抑制因子家族的靶基因，Notch靶基因的表達啟動。當缺少Notch信號轉導時，CSL可與共抑制受體結合，無法啟動Notch靶基因，細胞的分化、增殖和凋亡也會受到一定影響〔3〕。

最近發現的是非CSL依賴途徑，即激活后的Notch沒有進入細胞核，而細胞內的鋅指蛋白Deltex與其受體ANK區結合，阻斷轉錄因子E47的表達，目前為止研究有限，其詳細作用機制尚不明確。Notch信號傳導的調節是多水平、多層面的，包括胞內外水平和胞核水平、受體配體表達和相互作用等。Notch活化的結果是受體和配體的多種組合決定細胞類型和背景，起到不同的生物學效應〔4〕。

2 Notch信號傳導與心血管疾病的關系

2.1Notch與心臟發育 胚胎發育過程中首先形成的器官是心臟，也是第1個發揮功能的器官，接下來就是血管系統，這兩者共同形成心血管循環系統〔5〕。心內膜是心臟內部的特殊內皮組織，與心肌緊密并列，并與血管內皮直接連接。心內膜作為成人心臟功能的關鍵調節物的重要性基本上源于其通過調節心肌收縮性能和節律性來調節心臟泵血到血流動力學和激素需求的能力〔6〕。心內膜在心臟發育過程中起到關鍵作用，因為它提供心肌細胞畸形和壓縮的圖案信號，有助于冠狀血管形成〔7〕，并且與來自心肌的區域化信號結合，來自心內膜特定區域的細胞將經歷上皮-間質轉化(EMT)以形成心內膜墊(EC)。研究可發現，Notch1主要表達于小鼠胚胎早期中的原始心管流出道的內膜層，因此其對原始心管內膜細胞的能力具有重要的調節作用〔8〕：主動脈瓣疾病的發生可由Notch1信號傳導功能的缺失突變引起，證實了Notch1在心內膜細胞發育發展過程中的意義〔9〕。Notch信號傳導在小鼠中期妊娠心臟中的關鍵特征是心內膜細胞表達泛素連接酶Mib1及Dll4配體和Notch1受體〔10，11〕，因此具有潛在的發送和接收信號的功能。在心內膜中Notch失活導致配體表達降低〔10〕。因此，RBP JK和Notch1突變體在內膜中顯著降低Dll4的表達，而Notch GOF在組織中增強Dll4的表達〔12〕。這表明存在調節胚胎心內膜中Dll4表達的Notch依賴性陽性反饋回路。缺陷性心內膜Notch信號傳導影響心臟瓣膜和心室發育，導致一系列疾病，如二尖瓣主動脈瓣形成和左心室非壓縮性心肌病。Notch信號傳導也參與心外膜和冠狀動脈形成〔13〕。在心臟發育中，Notch3信號在血管平滑肌細胞存活和血管結構的發展中有著不可忽視的影響〔14〕?？梢娫谌梭w的心臟發育和心血管系統疾病的致病機制中Notch信號傳導發揮著不可忽略的作用。

2.2Notch與先天性心臟病 Notch參與了心臟發育的整個過程中，因此異常的Notch信號傳導可誘導先天性心臟病的發生。先天性心臟病是心血管在胚胎時期的形成或發育障礙而造成的心臟結構、血管形態、功能等異常的疾病。它因發病率高、危害大而成為嬰幼兒死亡的不可忽視的原因。研究可發現，隨著小鼠胚胎期的發展，Notch1不斷表達于心內膜、心室肌骨小梁、左右心室骨小梁和心房壁，因此可知，在心室腔和骨小梁生長的過程中Notch1發揮著顯著作用〔10〕。室間隔、心臟傳導組織以及乳突肌的一部分都是由骨小梁逐漸發展而來的，因此先天性心臟病的發生可由任何影響骨小梁發展的因素的改變導致。骨小梁的發育可由NRG1-ErbB2/4.、EphrinB2/EphB4與骨成型蛋白(BMP)10等調控。Notch可激活EphrinB2和NRG1的表達，加速骨小梁分化成熟，激活BMP10表達，促進骨小梁心肌細胞增殖。Notch信號的阻斷則會下調NRG1-ErbB2/4、EphrinB2/EphB4與BMP10的表達，導致骨小梁發育畸形〔11〕。

Notch信號通路的激活是心室流出道(OFT)發育的重要因素，而血管平滑肌的形成可被Jagged1的激活促進，為主動脈壁的正常發育提供先決條件〔15〕。Notch1和Notch4存在于內皮細胞上，而Notch2和Notch3存在于平滑肌細胞上的情況發生在主動脈弓和升主動脈的發育中，其配體Jagged1、Jagged2、HRT1與HRT2在兩種細胞中均有表達〔16〕。由此可知，OFT的發育受Notch信號表達的影響。研究發現，Notch1突變可發現于左室流出道發育不良的病例中，且突變的發生會導致Jagged1的數量減少和干擾Notch配體S1的分裂，但是其具體作用機制尚不清楚〔14〕。同時，Notch1的表達缺失可造成左室流出道發育缺陷。Notch信號傳導的作用在右室流出道中的作用也逐漸被發現和認可，有研究發現在胚胎鼠心臟右流出室道的異常突變中有Notch1及Jagged2的表達，由此推測異常表達的Notch信號可造成EC和心肌的發育缺陷，最終導致冠心病(CHD)，如法洛四聯癥〔17〕。

2.3Notch與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是一種有復雜的疾病，可由多種危險因素誘發，其可造成代謝失調和病理條件下循環炎癥介質的增多。脂質代謝異常是動脈粥樣硬化的基礎病變，首先是受累動脈出現病變，導致脂質和糖類積聚、出血和血栓形成，接著出現纖維組織增生、鈣質沉著，同時伴有動脈中層的脫變和鈣化，結果是動脈壁增厚變硬和血管腔狹窄。巨噬細胞在動脈粥樣硬化發展過程中起重要作用，因為啟動動脈粥樣硬化發生的泡沫細胞是其脂質化后形成的。Notch信號傳導和巨噬細胞之間相互作用，而不是單一的關系。Liu等〔18〕通過對大鼠及人類主動脈粥樣硬化斑塊的研究發現，Notch信號的激活可導致內皮細胞衰老和促進炎癥反應，可知Notch信號傳導與動脈粥樣硬化之間存重要聯系。

Notch及其下游目標基因和炎癥效應因子可由激活的巨噬細胞介導，這一過程可促進炎癥發生，誘發動脈粥樣硬化的形成〔19〕。遺傳或藥理抑制Notch1能夠通過減少核轉錄因子(NF-κB)的磷酸化和核易位來減少斑塊形成和炎癥反應。巨噬細胞發育及其由脂多糖(LPS)刺激引起的免疫應答也可被Notch調節，這一調節作用是通過調控巨噬細胞表面標記CD11b的表達來實現的。激活Notch1及其靶基因Hes1、Deltex、配體Delta1 和Delta4 均可增強巨噬細胞的表達〔20〕。Dll4-Notch軸不僅可以促進動脈粥樣硬化的發生發展，還可以促進其急性血栓并發癥的發生。實驗證明：激活巨噬細胞中Notch信號傳導可以通過促炎反應而加劇動脈粥樣硬化病變。阻斷Notch信號傳導可抑制炎性病變，起到抗動脈粥樣硬化的效果〔10〕。因此，Notch信號可以被認為是動脈粥樣硬化抗感染作用的新研究靶標。

2.4Notch與糖尿病心肌病 糖尿病心肌病是由糖尿病誘發的葡萄糖體內穩態改變產生的心肌形態和功能惡化，與冠狀動脈疾病、高血壓等無關的心肌疾病。高血糖狀態是糖尿病心肌病的主要誘發因素，可引起物質代謝紊亂、氧化應激、離子通道異常、信號通路活性異常等，進一步改變心肌結構，導致心肌纖維化、肥大、心臟收縮功能障礙，最終誘發心力衰竭、死亡。研究發現Notch信號調控心肌重構在這個過程中發揮著一定的作用，因阻斷Notch信號可造成左心室肥大〔21〕。Hes1、Hey1和Hey2的表達降低可誘導心臟基因表達，導致心肌肥大?？梢?，Notch 信號是可通過下調心臟轉錄基因表達實現阻遏心肌肥大的作用。抑制Notch1的表達會激活心臟基因表達導致心肌肥厚出現，同時血流動力學會超負荷從而導致心肌壁薄凋亡顯著增加。如前所述，Notch信號傳導在心臟胚胎期即參與了心臟發育，介導心內膜、瓣膜和骨小梁的形成，傳導中的主要組成缺失可導致嚴重的先天性心臟病。因此，Notch信號也會影響心臟干細胞的分化與增殖，參與心肌的再生修復。研究提示，Notch1的增強可加速心臟祖細胞和干細胞向心肌細胞的分化，抑制Notch1信號后，這種分化能力降低，顯著減少了心肌數量，易引發擴張型心肌病〔22〕。增強Jagged1的表達，Notch1可被激活，心肌細胞的增殖能力明顯增加，而當阻斷Jagged1后這種增強效應會顯著降低〔23〕。在小鼠體內應用γ分泌酶抑制劑阻斷Notch通路，顯著誘發擴張型心肌病的發生〔22〕?？梢?，激活Notch信號通路可促進心肌再生，保護受損心肌，減少心肌病的發生。

2.5Notch與心力衰竭 在心血管疾病中如心肌病、心肌梗死、血流動力學負荷過重等，都可引起心肌損傷，同時伴有心肌結構和功能的改變，最終降低心室舒縮功能。由此可見心力衰竭是心血管疾病發展的最終結果，而不是單一的疾病。研究證明，肝細胞生長因子及其同源受體c-Met，PI3K/Akt可與Notch信號傳導互相作用保護心肌細胞，對抗缺血/再灌注引起的氧化應激導致的心臟損害〔20〕。研究顯示，動物心肌組織中的保護性信號通路可被Notch1激活，且應激狀態下的心臟損傷會隨著Notch1的下調而加劇〔24〕。心肌受損時可觀察到Notch信號通路的表達，如低氧誘導因子(HIF)-1α表達在心肌缺血缺氧時會顯著增強，活性氧生成減少，線粒體通透性轉換孔的開放被抑制，心肌缺血/再灌注損傷降低。研究表明，Notch信號可顯著增強HIF-1α的表達，這一反應是由Hes1/Stat3的介導激活缺氧通路實現的〔25〕；同時，缺血組織中不斷增多的HIF-1α可以啟動Hes1的轉錄，而且與NICD結合，保持其穩定性〔26〕，因此，Notch的積極調控可減少組織的心肌缺血/再灌注損傷。

3 結語和展望

近幾年，Notch信號傳導在心血管疾病中的研究受到了更多關注，Notch信號可通過調控多種信號通路在心血管系統和心血管疾病中的各方面發揮重要功能，但是其具體調控機制并不是十分清楚。Notch信號傳導在不同環境、時間或細胞系中的作用可能是不同的，其過高或過低表達都可能對機體造成消極影響。所以需深入了解Notch信號傳導和各通路間的互相作用對心血管疾病的發生、發展的具體作用機制，為Notch信號成為臨床治療心血管疾病的新方案提供更多研究基礎，進行針對性的、高效的臨床治療。

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R363.2

A

1005-9202(2017)24-6251-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.24.107

國家自然科學基金資助項目(81550036)；安徽省教育廳重點項目(KJ2016A484);蚌埠醫學院研究生創新課題(Byycxz1605)

張 恒(1963-)，男，主任醫師，碩士生導師，主要從事冠心病研究。

陶 敏(1989-)，女，在讀碩士，主要從事冠心病研究。

〔2017-03-19修回〕

(編輯 袁左鳴)