Notch3 在心血管系統疾病中的研究進展

馮旭輝，方義文

1.江西省婦幼保健院，江西 南昌 330006；2.江西省腫瘤醫院，江西 南昌 330029

《中國心血管健康與疾病報告（2021 版）》指出，2019 年城市和農村心血管疾病分別占死因的44.26%和46.74%。我國正面臨人口老齡化和代謝危險因素持續流行的雙重壓力，心血管疾病的負擔將持續增加。Notch 最早是Morgan 及其同事在突變的果蠅中發現的［1］，在漫長的演化過程中，這類蛋白極為保守。Notch3 是四種Notch 蛋白的其中一種，參與了心血管系統疾病的發生和發展，深入研究Notch3 介入的機制，探索潛在的治療靶點，為心血管系統疾病的治療提供新的途徑。

1 Notch 信號通路

1.1 Notch 信號通路的組成

Notch 信號通路是由Notch 受體，Notch 配體，CSL（CBF-1、Suppressor of hairless、Lag 的合稱）DNA 結合蛋白，其他的調節分子和效應物等組成的［2］。哺乳動物Notch 受體有四種，即Notch1～4；Notch 配體有五種，即Jagged 1、Jagged 2、Delta-like 1、Delta-like 3、Delta-like 4［3］。

1.2 Notch 信號通路的作用機制

1.2.1 CBF-1/RBP-Jκ 依賴途徑 又稱經典的Notch信號通路，通過兩個相鄰細胞的受體與配體相結合，共經歷三次酶剪切來激活此條途徑。第一次酶剪切是由類弗林轉化酶完成的；第二次酶剪切是由去整合素-金屬蛋白酶（ADAM）完成的；第三次酶剪切是由γ-分泌酶完成的。它催化蛋白水解，釋放Notch 胞內片段（Notch intracellular domain,NICD）進入到胞質，并且進入到細胞核，NICD 通過與CSL和Mastermind 樣蛋白（MAML）等蛋白相結合，形成了NICD/CSL/MAML 轉錄激活復合體，從而通過該復合體激活下游靶基因的轉錄，發揮典型Notch信號通路的生物學作用［4］。

1.2.2 非CBF-1/RBP-Jκ 依賴途徑 又稱非經典的Notch 信號通路，經典的Notch 信號通路是在Notch受體與配體結合后被激活，而非經典的Notch 信號通路是在與E3 泛素連接酶Deltex 結合后被激活。Notch 受體被Deltex 激活后，通過內吞作用進入細胞內。Notch 受體在細胞內的多泡體中進行S3 裂解，釋放NICD 進入細胞質，并進入細胞核，之后的激活過程與經典的Notch 信號激活途徑相同［5］。

1.3 Notch3 信號通路

Notch3 表達于平滑肌細胞［6］。與具有更明顯多效性作用的Notch 家族的其他成員相比，Notch3 的研究可能沒有那么深入。然而，Notch3 對人類健康的重要性正變得越來越明顯，與其他Notch 蛋白一樣，Notch3 通過突變、改變表達或者活性或轉化失調與人類疾病有許多聯系［7］。已有研究發現，血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）衍生的Notch3 信號通路是主動脈高肌化和血管開放喪失的關鍵中介［8］。Notch3 特異性治療或靶向下游分子通路的治療可能提供最小化VSMCs 生長的機會，并以最小的副作用治療心血管疾病［8］。本文通過查閱大量文獻主要就Notch3 在心血管系統疾病中的研究進展進行綜述。

2 Notch3 在心血管系統疾病中的作用

2.1 Notch3 在心肌纖維化中的作用

心肌纖維化（MF）是多種心臟疾病發展到一定階段都會發生的病理改變，例如：心力衰竭、高血壓以及心肌梗死等；還會導致多種心臟功能失調性疾病，例如：冠狀動脈儲備下降、心律失常、心肌電生理紊亂，甚至會導致猝死等［9］。由于心肌纖維化的嚴重不良后果，尋找病因一直是科學家多年來關注的熱點。

Notch 參與了多種組織的纖維化疾病，最早研究的組織包括肺、肝、腎等［10-12］。Liu 等［10］通過實驗發現，過表達小鼠肺成纖維細胞Notch1 蛋白后，肺成纖維細胞轉化成肌成纖維細胞有所增加；Bielesz 等［11］通過藥理學、遺傳、體內和體外實驗表明，腎小管間質纖維化（TIF）患者和小鼠模型中腎小管上皮細胞（TECs）中 Notch 通路的激活在TIF 發育中起作用；Chen 等［12］研究發現，Notch3 能調節肝星狀細胞的活性，從而可大大降低肝纖維化的發生率。而后，Notch3 在心肌纖維化中的作用逐漸進入大家的視野。心肌纖維化過程中的一個重要機制是心肌成纖維細胞（cardiac fibroblasts，CFs）向肌成纖維細胞（myofibroblasts,MFs）的方向進行分化［13］。鄒倩等［14］通過抑制Notch3 表達后的結果證實，CFs 向MFs 轉化明顯有所增強，α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin,α-SMA）表達增加；黃玉霞等［15］通過檢測CFs 過表達Notch3 后的細胞上清液，結果其中α-SMA 的表達和羥脯氨酸的含量均顯著減少，從而證明了過表達Notch3 能夠抑制CFs 向MFs 發生表型轉化。上述實驗全面闡釋了Notch3 在心肌成纖維細胞表型轉化中的作用，證明減少Notch3 的表達，可能在抑制心肌纖維化的過程中起到重要作用。Zhang 等［16］研究表明，Notch3 能夠通過抑制TGF-β1/Smad3 信號通路，改善心肌梗死后心肌纖維化，從而也證明了Notch3 是抗心肌纖維化的保護因素，但其保護機制尚不完全明確，需進一步研究。而最新研究結果表明，Notch3 通過負向調控RhoA/ROCK/Hif1α 軸，對心臟成纖維細胞的增殖、凋亡及向肌成纖維細胞的表型轉化起到重要的調節作用，從而能夠有效地改善心肌梗死后心功能和心肌纖維化的嚴重程度［17］。這些發現對于進一步了解心肌纖維化的發病機制和為將來治療提供新的思路具有重要意義。

2.2 Notch3 在肺動脈高壓中的作用

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是指由多種病因以及不同發病機制所導致的肺血管結構或肺血管功能的改變，引起肺血管阻力和肺動脈壓力升高的臨床和病理生理綜合征［18］。PAH 的病因包括基因變異、家族史、表觀遺傳變化、性激素水平、危險因素（剪應力、年齡、藥物）、心血管疾病、環境（缺氧、病毒感染）和營養因素［19-20］。

研究顯示，肺小動脈平滑肌細胞內Notch3 的過度表達是人類肺動脈高壓的主要特點；而無論是在人類還是鼠類，肺動脈高壓的嚴重程度都與肺內Notch 3 蛋白的數量有著密切的關系［21］。γ-促分泌酶阻斷平滑肌細胞的Notch 3 活性可以成功地治療小鼠肺高血壓［22］。這些結果都表明，Notch 3 信號通路參與調節了肺動脈高壓的形成。無論是由于何種病因所導致的PAH，其基本病理基礎均為肺血管重構，而且PAH 維持并迅速進展的共同機制也是肺血管重構［23］。肺血管重構的兩個主要特征為肺血管細胞增殖和肺血管細胞外基質（extracellular matrix，ECM）重塑［24］。ECM 的主要降解酶為MMP-2/9，參與肺血管ECM 的重塑，在維持肺血管ECM 的合成和降解的動態平衡中起到重要的作用［25］。張永紅等［24］實驗證明，Notch3 可以提高野百合堿誘導的肺動脈高壓大鼠肺血管ECM 重塑中MMP-2/9 的活性。Shimizu 等［26］采用細胞結合分析的方法，通過實驗得出結論：Jagged 2 是Notch3 的配體，可以激活Notch3；常成等［27］研究證實，在野百合堿誘導的PAH 大鼠模型肺血管重構中，Jagged 2/Notch3-Hes5 信號通路可能具有重要的作用。已證實Jagged 2 有激活Notch3 的作用［26］，但在此過程中，是否有其他的受體如：Notch1、Notch2、Notch4，其他的配體如：Delta1、3、4、Jagged 1，與Notch3 有交叉聯系，仍不清楚，尚需進一步研究。最近，研究證實了這一交叉聯系的存在，在研究中發現，人類PAH 的特征是小肺動脈平滑肌細胞中Notch 配體JAGGED-1（jagge 1）的過表達，jagge1 以自分泌的方式選擇性地控制Notch3 信號通路和細胞增殖。相反，Notch配體DELTA-LIKE4 在PAH 個體的小肺動脈平滑肌細胞中呈最低程度表達，抑制Notch3 的裂解和信號傳導，延緩血管平滑肌細胞的增殖［26］。在兩種嚙齒動物疾病模型中，抑制jagge1 誘導的Notch3 信號通路可逆轉臨床和病理性肺動脈高壓，且無與非特異性Notch 抑制劑相關的毒副作用［26］。肺動脈高壓是一種致命性的無法治愈的疾病，長期氧療對PAH患者低氧血癥的治療具有重大的意義，但由于慢性缺氧所導致的肺血管阻力進行性升高和肺血管重構仍是無法逆轉，患者預后仍然較差，選擇性靶向Notch3 的jagge1 激活可能是治療PAH 的一種有效、安全的策略［28］。

2.3 Notch3 在伴有皮質下梗死和白質腦病的常染色體顯性遺傳性腦動脈病（CADASIL）中的作用

CADASIL 是一種常染色體顯性遺傳的小血管疾病［29-32］，多數呈家族性，少數呈散發性［33］。CADASIL 主要癥狀包括情感障礙、癡呆、偏頭痛等，少部分患者還會出現神經系統癥狀［34］。

CADASIL 于1955 年首次以家族性Binswanger腦病被報道，1993 年被正式命名［35］，1996 年致病因素被確定為Notch3 基因突變［36］，2000 年國內首個CADASIL 家系被報道出來［37］。Notch3 基因由33 個外顯子構成，而已發現的CADASIL 的突變基因均出現在2～24 號外顯子中［38］，我國最常見的突變基因位于第3 號和第4 號外顯子，其次位于第11、12、13、14、18 號外顯子［39-40］。Notch3 受體蛋白結構由胞內域、跨膜域和胞外域（extracellular domains，ECD）三部分組成。包外域包含34 個富含半胱氨酸殘基的表皮生長因子樣重復序列（epidermal growth factor like-repeat，EGFR），目前已報道的Notch3 基因突變有200 多個，其中多數造成了EGFR 中出現奇數個半胱氨酸殘基，進而影響蛋白質的功能，導致小動脈的病變［41］；同時改變半胱氨酸殘基的表達，還會導致細胞外間隙的嗜鋨顆粒（granular osomiophilic material，GOM）沉積，GOM 的沉積可通過皮膚活檢檢測出來［30］。因此，確診本病的金標準為Notch3 基因檢測和皮膚活檢［30,42］。迄今為止世界上共報道來自500 多個家系的200 多個突變［39］，隨著基因檢測技術的發展和推廣，越來越多導致CADASIL 的Notch3 基因新突變被發現［43］。目前尚無有效的治療CADASIL 的方法，但如果能盡早地明確診斷，從而采取合理而且有效的治療和干預手段，可有助于提高患者生活質量。因此，現在臨床上已經開始通過Notch3 基因檢測對高度懷疑CADASIL 的患者及其家系成員進行篩查，這無形中為患者及其家人帶去了福音，減輕了社會負擔。

3 總結

Notch3 有可能參與了某些心血管系統疾病的發生和發展的過程，并且在此過程中還扮演著舉足輕重的地位。但目前為止其具體的作用機制尚不完全明確，與其他信號通路的交叉聯系究竟是否存在，尚需深入研究。一方面，Notch3 基因突變導致了CADASIL，因此Notch3 可應用于疾病的診斷；另一方面，Notch3 信號通路特異性藥物聯合靶向給藥可能會給心血管疾病的治療帶來革命性的變化，且副作用最小，這對于心血管系統疾病患者無疑是個巨大的好消息，需要科研工作者深入研究，為患者提供一個新的治療思路和更好的治療辦法。