NOTCH信號通路與肺纖維化發(fā)病機制的研究進展

符策富 仕麗 胡少丹 李娜

【摘要】N0tch信號是一種進化保守的細胞與細胞之間通訊機制，在肺的穩(wěn)態(tài)、損傷和修復中起著關鍵作用。N0tch信號的調節(jié)缺失，最近與一些先天性疾病的重要肺部疾病，特別是慢性阻塞性肺病（COPD）、哮喘、肺纖維化、肺動脈高壓（PAH）、肺癌和肺部病變的發(fā)病機制有關。本文綜述了近年來N0tch信號通路與肺纖維化發(fā)病機制的研究進展。我們對這一信號通路的理解越來越深入，這給我們提供了很大的希望，即控制N0tch信號可能是未來一種有希望的替代性補充治療策略。

【關鍵詞】Notch信號通路;肺纖維化;發(fā)病機制;研究進展

肺纖維化代表許多異質性疾病的終末階段，并且或多或少地是間質性肺疾病的標志。其特點是細胞外基質蛋白過度沉積在肺間質內，導致功能肺泡單位的閉塞，在許多情況下導致呼吸衰竭。雖然少數間質性肺疾病己知病因，但大多數是特發(fā)性的，在這些疾病中，特發(fā)性肺纖維化是最常見的，并且伴隨有驚人的預后——從診斷時起中位生存期不到3年。這反映了缺乏有效的治療方法來改變疾病的進程，表明我們對這種疾病的發(fā)病機制不完全清楚。目前研究的假說集中在調節(jié)失調的上皮一間充質相互作用，促進持續(xù)上皮細胞損傷和成纖維細胞激活導致進行性纖維化的循環(huán)。在影響炎癥和創(chuàng)傷修復的多種生物途徑中，可能存在多種異常，包括基質調節(jié)、上皮重建、凝血級聯、新生血管和抗氧化途徑，從而調節(jié)這種有缺陷的串擾和促進作用。

1lPF的發(fā)病機制

IPF的病因尚不清楚，雖然己經確定了一些危險因素。例如，吸煙與發(fā)生IPF的風險增加有關，某些潛在的病毒感染也與此有關，包括Epstein-Barr病毒和皰疹病毒。3%的IPF患者似乎具有家族形式，腫瘤壞死因子（TNF）-α和轉化生長因子（TGF）-β1的基因多態(tài)性以及表面活性劑蛋白c的突變似乎增加了發(fā)生IPF的風險。然而，由于只有少數暴露于已知危險因素的個體發(fā)展為IPF，其病因可能是多因素的。IPF的典型組織病理學類型是常見的間質性肺炎之一，其特點是上皮細胞有斑片狀損傷，包括Ⅱ型肺細胞增生，同時間充質細胞增殖異常，不同程度的纖維化，過度生成和紊亂。膠原蛋白和ECM的沉積，導致肺結構和蜂窩狀結構的顯著變形。纖維性病灶通常見于受損和修復性上皮下的微小蜂窩狀病灶的壁內，以及間質內，這些纖維性（或成纖維細胞性病灶）代表成纖維細胞和肌成纖維細胞在組織ECM及其前壁內的堆積。

2Notch的作用

2.1Jagged/Notch在肺纖維化中的作用

在促纖維生成細胞因子環(huán)境中，EMT可促進顯著促進纖維生成的肌成纖維細胞群的發(fā)展。雖然TGF-B被認為是EMT的主要驅動力，但最近的研究表明TGF-B和Jagged配體/Notch受體信號通路整合在EMT中的潛在重要性，這些信號通路是調節(jié)細胞的高度進化保守的細胞信號系統。命運規(guī)范和Notch途徑組分的siRNA靶向先前己顯示可阻斷TGF-B誘導的腎小管上皮細胞中的EMT。近年來的研究表明，Notch信號轉導在體外培養(yǎng)的大鼠AEC中TGF-β的上游和下游的EMT中發(fā)揮作用，并且Notch受體激活的抑制減弱了TGF-β誘導的α-SMA表達，腎小管上皮細胞中也發(fā)現這現象。此外，Notchl與α-SMA在博萊霉素誘導的肺纖維化和肺纖維化患者中共定位。這些令人興奮的數據表明，抑制Notch信號通路可能為解決肺纖維化提供進一步的治療機會，這可能繞過更全面的抗TGF-β策略的潛在問題。

2.2Notch1/Notch3在肺纖維化中的作用

Notchl與肺纖維化具有密切相連的關系，上皮細胞功能出現異常、成纖維細胞及其肌成纖維細胞大量累積、細胞外基質沉積，這是肺纖維化的主要特征。成纖維細胞朝向α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）發(fā)生分化，會導致特發(fā)性肺纖維化。Notch的過度表達，容易導致肺成纖維細胞發(fā)生分化，最終形成肌成纖維細胞，在這個過程中，Notch1具有一定的可能性作用。而在上皮細胞轉化過程中，會出現上皮一間充質轉變（EMT），在病理學中，將該過程看做是肺纖維化的主要誘因。在最新的科學研究報道中，Notch1信號的轉導，會激活EMT。Notch3在采用小干擾RNA（siRNA）敲除Notch3有效降低SMA表達的研究中，Notch3與肌成纖維細胞分化可能存在一定的作用。C2C12細胞在分化成肌成纖維細胞過程中，Notch3具有一定的增強效果。體內Notch2-/-/Notch3-/-復合突變胚胎中，肌成纖維細胞發(fā)生受損，然而在單個突變胚胎過程中，該細胞不受損，由此可得，肌成纖維細胞分化過程與受體功能存在一定的關系。與Notch1的作用機理相似，在肌成纖維細胞分化過程中，Notch3的作用尚且存在爭議性。學者Kennard及其同事在研究中發(fā)現，Notch3表達過多，對肌成纖維細胞的生理性過程具有阻斷作用。根據這些研究，在肌成纖維細胞分化中，Notch3可以產生刺激性或者抑制性，而這作用與其來源的細胞、誘導因子、特異性Notch受體等具有必然性關系。

3Notch信號通路與肺纖維化的發(fā)病機制

在成人肺中，慢性阻塞性肺病（COPD）、特發(fā)性肺動脈高壓和特發(fā)性肺纖維化（IPF）患者報告了Notch通路的激活。動物模型研究證實肺纖維化中Notch信號激活，與特發(fā)性間質性肺炎或IPF患者的肺標本中的類似報道一致。大多數己知的Notch相關基因表達于人小氣道上皮，有證據表明在博萊霉素誘導的肺纖維化模型中肺肌成纖維細胞和特發(fā)性間質性肺炎患者的肺標本中Notch表達升高。慢性阻塞性肺疾病、特發(fā)性肺動脈高壓或IPF患者的粘液細胞表達Notch下游轉錄因子HESl。在受傷的肺中異常持續(xù)的Notch活性導致肺泡囊腫結構，該結構指示纖維化表型。此外，與健康對照相比，靶向Notch信號通路的miRNA的差異表達與快速或緩慢進行的IPF患者相比，進一步暗示了Notch信號在IPF發(fā)病機制中的作用。支持通過Notch1通過HESl依賴性機制上調1型膠原啟動子活性的證據提供。此外，在博來霉素模型中，Jagged1/Notch信號被上調，并發(fā)現對于FIZZ-1誘導的肌成纖維細胞分化是必不可少的，主要是在IL-4/IL-13激活的肺泡上皮細胞中表達的促纖維化因子。FXKO小鼠受損的巖藻糖基化導致的Notch信號的損傷抑制肌成纖維細胞分化和博萊霉素誘導的纖維化。此外，間質特異性條件Notch1缺陷小鼠在相同的博來霉素模型中表現出顯著的肺纖維化減少。除了調節(jié)間充質室成纖維細胞向肌成纖維細胞的分化外，Notch還調節(jié)肺中的EMT。Notch信號通路的藥理抑制顯著抑制TGF-B誘導的ACTA2表達。此外，Notch還誘導TGF-β家族成員的表達以及Smad3的磷酸化，Smad3是TGFβ信號的重要介質。己知誘導ILD的來氟米特活性代謝產物A771726以劑量依賴性方式刺激核提取物中Jagged-1、2、Dll-1和Notch-1、3、4mRNA的表達，同時增加NICD。γ-分泌酶抑制劑N-[N-（3，5-二氟苯基乙酰-L-丙酰基）I-苯甘氨酸叔丁酯（DAPT）可降低這種效應。除了直接調節(jié)肌成纖維細胞分化和EMT外，Notch還可以與其他信號通路相互作用來調節(jié)肺纖維化。在動物模型研究中，肺損傷伴隨CXCR7表達的抑制和表達血管周圍巨噬細胞的血管內皮生長因子受體1（VEGFRl）的募集。這種募集刺激Wnt/β一連環(huán)素依賴的肺毛細血管內皮細胞Jaggedl表達的增加，這反過來刺激成纖維細胞中的Notch信號轉導并增強纖維化。肺損傷后用CXCR7激動劑或靶向Jag1shRNA的肺毛細血管內皮細胞治療可促進肺泡修復并減少纖維化。Notch信號轉導還可以刺激IGFlR表達誘導AKT磷酸化，并與HIFla協同促進肺纖維化。

4結語及展望

根據細胞和組織環(huán)境以及生理和病理狀態(tài)，觀察到Notch活化的不同作用。此外，Notch與其他信號傳導途徑密切相互作用，表明可能需要針對其他信號傳導途徑的組合療法來有效治療IPF。對Notch信號調控機制的深入研究，將有助于進一步揭示肺纖維化發(fā)病的分子機制，從而為臨床延緩或阻止肺纖維化提供新的靶點。