Notch 信號通路與肺臟疾病關系的研究進展

裴寧寧，張雯佳，鄭善斌，常晴晴，胡葳蕤，廖曉*

(1.青海大學，青海 西寧 810016；2.牡丹江醫學院，黑龍江 牡丹江 157000）

0 引言

Notch信號通路初始發現于果蠅的翅膀，被認定是一種特定的突變形式，于20世紀80年代被克隆得出，其作為進化過程保守的跨膜蛋白家族代表，普遍存在于脊椎與無脊椎動物當中。Notch作為極少數調控細胞增殖、分化和凋亡的信息轉導通路，對大多數細胞的發育都至關重要。Notch基因在細胞分化過程中主要有參與胚胎發育和T細胞的發育、維持造血干細胞的自我更新、調節血管生成等功能。近年來，大量研究表明，Notch信息通路與肺纖維化、肺結核、急性呼吸窘迫綜合征（COPD）、肺癌等肺系疾病的發生發展存在必然聯系。

1 Notch信息通路與肺臟

Notch信號通路精準調控著細胞的生殖發育過程，扮演著決定細胞分化的角色。因此，它在肺的發育過程中是不可或缺的存在。該通路主要由Notch受體家族、配體家族、細胞內效應分子以及相關轉錄因子四部分組成[1-2]。現階段已在哺乳動物中發現5種Notch同源配體(Jagged1、Jagged2、Delta-likel、Deltalike3和Delta-like4)[3]、4種Notch同源受體(Notch1、Notch2、Notch3和Notch4)、細胞核內蛋白效應器以及Notch下游靶基因編碼的轉錄因子Hesl、Hey等蛋白分子[4]。Notch受體是單鏈跨膜蛋白的一種，主要由胞外段、跨細胞膜域、胞內段三部分組成[5]。研究表明，Notchl受體會在孕期胎肺發育過程中長時間表達，當胎兒出生后，肺泡上皮細胞中表達Notchl受體，而血管內皮細胞中表達Notch3受體，Notch配體Jaggedl、Jagged2則在肺間質中表達[6]。另一研究表明[7]，當小鼠發育時,會出現Notch受體與Jaggedl配體表達持續增加的現象。只有Notch3受體會在小鼠新生時表達最高，其余大多數受體及配體都是在個體發育成熟時才表達最高。POST等[8]的研究也證實Notch的4種受體及5種配體會在正常肺內發生一系列的表達，Notch信號通路參與了肺的生長發育過程，并在其中發揮著不可估量的作用。

2 Notch信號通路與肺纖維化

肺部纖維化是間質性肺疾病（ILD）的終末期肺臟病理變化，該疾病可由多種原因引起，如成纖維細胞(FB)的大量生成、細胞外基質（ECM）的大量沉積、肺部損傷等，是一個極其復雜的病理生理過程。其主要臨床表現為干咳以及進行性加重的呼吸困難。近年來，一旦被確診為肺間質纖維化（IPF），患者的生存期僅有2～3年[9]，這嚴重威脅著全人類的健康。且該病還具有慢性、進行性及病因不明的特性，現階段臨床針對該病并無有效的治療手段，因此IPF已成為疾病中的疑難絕癥之一[10]。為此，深入探究該病發生的分子機制與疾病發展進程已迫在眉睫，這也將對臨床治療以及患者的預后產生深遠的影響。現今，越來越多的研究表明，通過特異性抑制Notch信號通道可以明顯抑制肺纖維化的發生及發展，這反映出Notch通路與肺纖維化的發生發展是密不可分的。TGF-β因子既屬于生長因子又是炎癥因子，其作為導致肺纖維化的重要物質，對細胞表型轉化、基質的分泌等發揮著重要的調控作用。研究表明[11]，TGF-βmRNA與ECM在肌成纖維細胞(MF）中的表達在病理狀態下會持續明顯升高，同時NotchlmRNA的表達量也會增加；反之當使用γ-分泌酶阻斷Notch信號后，兩者又較正常上皮細胞無明顯的變化。由此可見，在MF堆積的病灶中Notch1受體與TGF-β含量均有升高，且Notch1受體還可通過TGF-β來介導肺纖維早期的生理變化,進而促進ECM的分泌增加，最終形成肺纖維。實驗表明[12]，FB在TGF-β1的作用下可以向MF轉化，因此認為TGF-β1是所有細胞因子中導致纖維化作用力最強的，當該細胞因子與對應受體結合時，會促使FB的增殖和MF發生轉化,同時也可增加ECMmRNA的表達，最終抑制ECM的降解，促進纖維化疾病的發生。以上可以看出，TGF-β家族可以促進ECM的分泌，最終促進器官纖維化的發生與發展，而Notch信號通路又能通過作用于TGF-β家族來干預肺纖維化的進程。

3 Notch信號通路與肺結核

肺結核又稱肺癆，是一種慢性呼吸系統疾病，好發于肺部、氣管、支氣管等，因其致病細菌傳播路徑較為廣泛，故具有很強的傳染性。在我國所有傳染類疾病中，肺結核發病率及死亡率均位居前列，其病變常累及各年齡段和不同國家的人群，尤其好發于HIV及糖尿病患者。最新研究表明，Notch信號通路與肺結核疾病密切相關，其中起關鍵性作用的便是Notch1受體與Notch2受體。李奇鳳等[13]收集了76例患者的外周血，其中40例為活動性肺結核患者，18例為非活動性肺結核患者，剩余18例為潛伏感染者，應用了實時熒光定量PCR法測定Notch1 mRNA的表達情況，結果表明活動性肺結核組中Notch1的表達量明顯高于其余兩組（P ＜0.001），差異具有統計學意義。隨后又運用Perason相關性分析發現，Notch1受體與Th1沒有相關性，但與Th2呈正相關。由此得出結論，Notch1受體可能通過升高Th2來參與外周血中Th1/Th2比例的變化，但由于該實驗中并沒有深入探究Notch1受體與Th1細胞不相關的原因，因此猜測其可能與其他配體或受體有關。王光輝等[14]選取了440名肺結核患者，其中選取153例為耐藥肺結核患者，再將這153例分為112例的耐多藥組和41例的廣耐藥組，同時選取167例非耐藥肺結核患者，其余120例為肺部檢查無異常的對照組，然后采用實時熒光PCR技術檢測Notch 2的表達。結果表明，與對照組相比，非耐藥組與耐藥組支氣管肺泡灌洗液中Notch 2的表達均較低，與非耐藥組相比較，耐藥組支氣管肺泡灌洗液中Notch 2的表達偏低，而與耐藥組相比，廣耐藥組支氣管肺泡灌洗液中Notch 2表達偏低（P ＜0.05），均具有統計學意義。用spearman分析，耐藥組支氣管肺泡灌洗液中Notch 2表達呈負相關。多因素logistic回歸分析結果顯示，Notch2高表達是肺結核患者發生耐藥性的獨立保護因素，由此推斷，Notch2受體可能參與肺結核耐藥性的形成過程。綜上所述，Notch1受體可能通過升高Th2來參與外周血中Th1/Th2平衡的變化，使得機體免疫系統發生紊亂而導致肺結核疾病的發生。相比于其他傳染性疾病，肺結核預后良好，但該疾病的治療是大多是通過口服藥物進行治療的，對于活動性肺結核患者，其服用的具體藥物與服藥時間的長短均取決于患者的體質、年齡以及耐藥性，因此臨床療效欠佳。最新研究表明，Notch 2受體的表達量影響著肺結核患者的耐藥性，這不僅為臨床治療肺結核提供了新的思路和指南，也為今后研究藥物的吸收代謝開辟了新的途徑。

4 Notch信號通路與慢性阻塞性肺疾病

近年來，COPD的發生率與死亡率逐步上升，嚴重威脅著我國居民的身體健康。2018年相關研究[15]報道，我國慢阻肺患者已接近1億，估計到2020年慢阻肺將位居全球死亡原因第3[19-21]。目前很多研究發現，免疫系統的紊亂與慢阻肺疾病的發生發展存在聯系[16-17]。研究者認為Notch信號通路在T淋巴細胞的分化過程中發揮著作用[18]，De Obaldia等[6]論述了Notch信號通路是借助Th1、Th2、Treg和Th17的平衡漂移，從而引發了慢阻肺的免疫系統紊亂，最終導致慢阻肺病情的加重。

據報道，當樹突狀細胞中的髓樣分化因子88(Myeloid differentiation factor88,MyD88)被脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)激活后會引起Notch配體Delta4的表達，使得T細胞向Th1類型分化[22]。亦有研究證實，Notch蛋白在誘導Th1型反應中起主要作用，病原相關分子模式(Pathogen-associated molecular patterms,PAMP)會結合Toll樣受體(Tolllikereceptor,TLR)而達到上調Delta4的效果，最終使得幼稚T細胞向Th1型細胞分化，但此過程必須在MyD88存在的條件下才能完成[23,26]。此外，當Delta配體在抗原提呈細胞中過度表達或者作為融合蛋白時，也可以促使Th1細胞進行分化[27]。Notch1可以調節Tbx21，形成Tbx21啟動子復合體，在Th1細胞分化過程中發揮重要的作用，用抑制酶抑制Notch信號通路后異位表達激活的Notchl還可修復Th1細胞[28]。有研究證實[29-30]，Notch信號是通過影響Th2細胞的轉錄基因來參與Th2細胞分化的。當T細胞去除RBP-J的泛Notch抑制及缺乏Notch1和Notch2的表達時，會導致Th2的功能反應嚴重降低,這表明Notch信號是Th2細胞發生分化的必要物質。Amsen等[23]表明，抗原提呈細胞表面所表達的Notch配體不同，則可使不同的Th細胞分化，Delta一族可促使Thl細胞分化，抑制Th2細胞的分化，而Jagged一族則是促使Th2細胞分化。相關研究表明，[31]Notch信號配體Delta4可以調節原始Th細胞向Th17細胞分化以及上調Th17特異性轉錄因子。也有研究者通過發現，當中樞神經系統產生致病的Thl和Th17細胞因子時就會發生自身免疫性疾病，反之若在此模型中抑制Notch信號通路便可以減少Thl和Th17細胞因子的生成[28-33]。Foxp3主要參與到免疫耐受和免疫穩態當中，TGF-β因子可促使Foxp3基因的表達以及調節外周T細胞[32]。研究顯示，在體外Notch信號通路對Treg細胞的分化有增強和促進的作用[34-35]。綜上所述，Notch信號通路對Th1、Th2、Treg和Th17等細胞分化作用顯著，該通路主要通過影響四種細胞因子的分化過程來干預COPD的發生，并且激活Notch信號通路可以防治COPD的發生。

5 Notch信號通路與肺癌

肺癌是最常見的、危害最大的惡性腫瘤之一，臨床將其分為非小細胞癌和小細胞癌兩大類。近年通過對肺癌發病機制的研究,發現腫瘤的類型不同其作用亦不同，在非小細胞肺癌(non-smallcelllungcancer,NSCLC)細胞中，包括肺腺癌、鱗狀細胞癌、細支氣管肺泡癌等腫瘤中Notch1、Notch3HES-1表達常見,而很少在小細胞肺癌(smallcelllungcancer,SCLC)細胞中表達[36-37]。hASH1 (humanachaetescutehomologue-1)在神經內分泌SCLC中表達升高，而在NSCLC中幾乎不表達[38]。周敏等[39]研究證實，Notchl在成人肺腺癌、鱗癌中均呈高表達，在SCLC中則呈低表達。Sriuranpong等[40]證實，Notchl、Noteh2的過量表達使SCLC細胞周期阻滯在G1期，從而抑制細胞生長。由此可見，Notch信號通路與肺癌的發病有著密切的關系，在不同類型肺癌中表現出促癌或抑癌的作用。

小細胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)屬肺癌中惡性程度較高的一類腫瘤，其存在分化低、易轉移等病理特征[39]。Notch1、Notch2、Notcch3受體均與SCLC有關，但Notch2在其中的機尚不明確。有研究[41,42]發現，當在小細胞肺癌中表達Notch1信號會抑制腫瘤的增殖。Notch3受體在小細胞肺癌中僅發揮其抗癌作用，但是沒有基因的表達。Hassan等[43]深入研究發現，在SCLC細胞系的H1688細胞中Notch3表達為陰性，胞內段可促使細胞發生凋亡。還有研究者[44-45]下調SCLC中Notch1受體的表達，發現Notch1受體可以控制細胞的增殖和凋亡。由此得出，在SCLC中Notchl受體的上調會對細胞的生長過程產生阻礙。

非小細胞肺癌(non-smallcell carcinoma,NSCLC)是我國常見的惡性腫瘤[46]，致死率極高。目前認為Notch1、Notch2與NSCLC關系密切[47-48]，但也存在Notch3在腫瘤細胞中增殖的現象。姜昕等[49]在NSCLC中檢測到Notch1、Notch1 mRNA、表皮細胞生長因子等表達增多，因此推斷Notch1可能在肺癌的發生、發展過程中產生了重要的作用。Chang等[50]證實，在NSCLC中Notch3表達較高，腫瘤敏感基因101蛋白的下調可能會增加Notch3受體，從而參與致癌過程。

6 討論與展望

人體肺臟是主要的與免疫反應相關的器官，非常容易受到病毒及細菌等的干擾。越來越多的研究表明，Notch信號通路的激活與抑制、上調與下調影響著肺臟疾病的發生及發展，其受體、配體乃至信號通路連接器均在肺臟生理過程中廣泛表達。特異性抑制Notch信號在肺臟中的表達可以明顯抑制肺纖維化的發生及發展，相反激活Notch信號通路則可以防治COPD的發生。此外，免疫系統紊亂時，激活的Notch信號通路會使得Th2細胞含量升高，從而破壞Th1/Th2的平衡，參與肺結核的病理生理過程。Notch信號通路對肺癌的影響則根據腫瘤的類型而不相同，在SCLC中，Notch信號通路的激活可以抑制其發展，與此相反，在NSCLC中通路的激活可以促進腫瘤的發展。

綜上所述，Notch信號通路與肺臟疾病息息相關，這對今后肺臟疾病的診治與預防拓寬了新的思路。此外，近年來關于Notch信號通路的研究熱度居高不下，其在很多學科領域都有涉及，有大量研究表示Notch信號通路與人體其他臟器之間亦存在關系，而該通路與其他信號通路之間的聯系以及對疾病的影響仍有待進一步探究。