Notch 信號通路在風(fēng)濕性心臟病炎癥相關(guān)發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

秦亞錄 綜述 劉天虎 審校

(郫縣人民醫(yī)院心內(nèi)科，四川 郫縣 611730)

Notch 基因最早于果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，因其部分功能缺失會導(dǎo)致果蠅翅緣缺刻(Notch)而得名。后來的研究發(fā)現(xiàn)，從無脊椎動物到脊椎動物多個(gè)物種中，Notch基因均有表達(dá)，其家族成員的結(jié)構(gòu)高度保守。Notch信號通路涉及許多細(xì)胞的增殖和分化，在調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和增殖等一系列生理、病理過程中都起非常重要的作用［1］。Notch 信號通路在風(fēng)濕性心臟病(rheumatic heart disease，RHD)的發(fā)生、發(fā)展中的作用目前罕有報(bào)道，現(xiàn)就近年來的研究進(jìn)展做一綜述。

1 RHD 發(fā)病的炎性機(jī)制

RHD 是心血管內(nèi)科常見病，以瓣膜進(jìn)行性、永久性損害為主要特征。2006 年北京阜外心血管病醫(yī)院調(diào)查顯示我國成人RHD 的發(fā)病率為2‰，據(jù)推測我國至少有200 萬例RHD 患者［2］。2007 年Guilherme等［3］通過研究發(fā)現(xiàn)全球至少有1 560 萬例RHD 患者，據(jù)估計(jì)全球每年約有23.3 萬例患者因RHD 死亡。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，RHD 的發(fā)病與體液和細(xì)胞免疫、遺傳易感性、毒理學(xué)、宿主與病原體的相互作用、環(huán)境因素相關(guān)。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，RHD 的發(fā)病可能包括以下兩個(gè)主要步驟:(1)自身抗體的產(chǎn)生，當(dāng)鏈球菌感染人體后，人體發(fā)生RHD 的危險(xiǎn)性與針對鏈球菌過強(qiáng)的免疫反應(yīng)相關(guān)，其主要學(xué)說是分子模擬學(xué)說［4］。人體感染鏈球菌后，人體產(chǎn)生大量的自身抗體及活化的自身反應(yīng)性T 淋巴細(xì)胞。(2)上述的自身抗體、炎癥因子和心臟瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生免疫反應(yīng)，內(nèi)皮細(xì)胞被激活，表達(dá)血管-細(xì)胞黏附分子-1 上調(diào)，并與活化淋巴細(xì)胞表面很晚出現(xiàn)的抗原(very late antigen-4，VLA-4)相互作用，導(dǎo)致活化的T 細(xì)胞(包括CD4+和CD8+T 細(xì)胞)通過內(nèi)皮細(xì)胞滲透到無血管生長的心瓣膜，形成阿少夫小體或內(nèi)皮下形成包含巨噬細(xì)胞和T 細(xì)胞的肉芽腫病灶，心瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞連續(xù)性受到破壞，暴露了內(nèi)皮下的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致瓣膜損害的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，一旦瓣葉通過瓣膜表面的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生炎癥，新的血管就發(fā)生了，新形成的微血管導(dǎo)致T 細(xì)胞浸潤，同時(shí)分泌大量的趨化因子和炎癥因子，導(dǎo)致大量的T 細(xì)胞通過受損的瓣膜表面內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入瓣膜內(nèi)，并使瓣膜損害形成惡性循環(huán)。在炎癥細(xì)胞因子的影響下，瓣膜間質(zhì)細(xì)胞和其他瓣膜構(gòu)成成分持續(xù)存在異常修復(fù)，最終由于新生血管的形成及病情的進(jìn)展，心瓣膜變成瘢痕樣的慢性病變，形成RHD。

2 炎性機(jī)制與RHD 其他發(fā)病機(jī)制的相互關(guān)系

雖然心臟和鏈球菌M 蛋白之間交叉反應(yīng)抗體已被證實(shí)，但心臟組織損害似乎是T 細(xì)胞依賴的，從RHD 病人心臟浸潤的T 細(xì)胞克隆能識別鏈球菌和心臟蛋白，提示T 細(xì)胞直接參與RHD 的發(fā)生和發(fā)展［5］。

鏈球菌感染后可產(chǎn)生多種抗心肌抗體和致敏淋巴細(xì)胞，進(jìn)而對心臟產(chǎn)生損害。超抗原(M 蛋白的非特異性片段)與T 細(xì)胞受體結(jié)合可產(chǎn)生強(qiáng)大的作用，打斷自身免疫耐受性，加強(qiáng)了交叉抗體和T 細(xì)胞對心臟及其瓣膜的損害。有研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)過程受到HLADRB1 基因的類型和抗原表達(dá)情況的嚴(yán)格控制，Notch信號通路是否參與了HLA-DRB1 基因的調(diào)控目前還不清楚。

鏈球菌產(chǎn)生的多種產(chǎn)物包括毒素和相關(guān)酶，如鏈球菌溶血素O 和鏈球菌激酶可直接造成心臟和瓣膜的損害，在免疫損傷的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加重心臟和瓣膜的損害。

鏈球菌對宿主的感染開始于細(xì)菌的表面配體與宿主細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)合，繼而包括了特殊的黏附過程、增殖和入侵。鏈球菌磷脂壁酸和M 蛋白在細(xì)胞黏附中起了主要作用，宿主對鏈球菌感染的反應(yīng)包括了特異性抗體的產(chǎn)生、調(diào)理和吞噬作用。

在過去的半個(gè)世紀(jì)，影響RHD 發(fā)病的長期趨勢的因素主要集中在條件惡劣、擁擠、醫(yī)療服務(wù)條件差的地區(qū)，發(fā)病季節(jié)性主要與鏈球菌生長活躍有關(guān)。但隨著醫(yī)療條件和生活條件的改善，RHD 仍是我國南方地區(qū)的主要心臟病。

3 Notch 信號通路

3.1 Notch 信號通路的組成及作用機(jī)制

3.1.1 Notch 信號通路的組成

Notch 信號通路由受體、配體、DNA 結(jié)合蛋白及下游分子構(gòu)成。Notch 受體是一種由異二聚體組成的單次跨膜蛋白，其基本結(jié)構(gòu)分為細(xì)胞外區(qū)、跨膜區(qū)和細(xì)胞內(nèi)區(qū)(Notch intracellular domain，NICD)。哺乳動物中Notch 信號通路由4種Notch 受體(Notch 1～4)、兩類配體［Delta 樣配體(Dll l，Dll 3，Dll 4)和Serrate 樣配體(Jagged-l，Jagged-2)］及細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)分子組成。

3.1.2 Notch 信號通路的激活及其下游效應(yīng)物

有關(guān)Notch 信號通路的激活，目前得到廣泛認(rèn)可的是3 步酶裂解法:在Notch 成熟過程中，furin 樣轉(zhuǎn)化酶作用于第1 個(gè)裂解位點(diǎn)(位于細(xì)胞外異二聚體化區(qū)域)，產(chǎn)生的胞外區(qū)和跨膜區(qū)以二硫鍵相接而形成Notch 受體。當(dāng)受體與配體結(jié)合后，在局部胞膜內(nèi)吞產(chǎn)生的機(jī)械力作用下受體暴露出第2 個(gè)裂解位點(diǎn)，由金屬蛋白酶催化使受體裂解成兩個(gè)片段。其中碳端裂解片段進(jìn)一步在跨膜區(qū)第3 個(gè)位點(diǎn)裂解，經(jīng)γ-分泌酶復(fù)合物酶解，釋放出Notch 蛋白的活性形式NICD進(jìn)入細(xì)胞核中。NICD 進(jìn)入細(xì)胞核后，Notch 通路通過不同的反應(yīng)模式激活下游的靶基因。Notch 信號通路可與廣泛參與炎癥反應(yīng)的其他細(xì)胞內(nèi)信號通路相互作用，如C-Jun N 端蛋白質(zhì)激酶、胞外信號調(diào)節(jié)激酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶及核轉(zhuǎn)錄因子κB 等，共同參與疾病的發(fā)生［6］，從而影響其功能的發(fā)揮，影響細(xì)胞的發(fā)育、增殖、分化、凋亡，影響疾病的發(fā)生、發(fā)展。

3.2 Notch 在部分心血管疾病發(fā)生中的作用

Notch 信號通路的異常表達(dá)與很多心血管疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。Zhao 等［7］通過研究斑馬魚發(fā)現(xiàn)Notch過度激活會抑制心肌細(xì)胞增殖。Wolf 等［8］通過研究發(fā)現(xiàn)Notch 的突變與先天性心臟病如二葉式主動脈瓣、心瓣膜鈣化以及室間隔缺損等的發(fā)生相關(guān)，Garside 等［9］通過研究發(fā)現(xiàn)Notch、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)和 轉(zhuǎn)化生長因子-β 信號通路共同參與心臟瓣膜的發(fā)育。有研究發(fā)現(xiàn)通過向斑馬魚體內(nèi)注入活化的Notch-ICD 基因持續(xù)激活Notch 信號會刺激心內(nèi)膜細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，并產(chǎn)生異常肥大的瓣膜組織［10］。Alagille 綜合征(Alagille syndrome，AGS)是一種常染色體顯性遺傳疾病，大多數(shù)患者有新生兒黃疸和肝內(nèi)膽管發(fā)育受阻，還常常合并心臟、眼、腎臟和骨骼發(fā)育異常。大多數(shù)心血管發(fā)育異常主要是周圍肺動脈狹窄［11］。還有研究發(fā)現(xiàn)94%的AGS 患者都有Jagged-1 基因突變，基因分析發(fā)現(xiàn)，有一些Jagged-1 突變患者的Jagged-1 完全缺失;另外一些患者基因突變的失活導(dǎo)致Jagged-1 蛋白表達(dá)的缺失或改變［12］。還有學(xué)者推斷Notch 信號通路可能通過促進(jìn)炎癥反應(yīng)來參與高血壓的發(fā)生和發(fā)展［13］。Liu 等［14］通過對大鼠及人類主動脈粥樣硬化斑塊的Notch 信號通路組分的研究發(fā)現(xiàn)，Notch 信號激活導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞衰老和促進(jìn)炎癥反應(yīng)，指出Notch 信號與動脈粥樣硬化相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)Notch-Hey-BMP2 通過相互作用導(dǎo)致成人心臟瓣膜病的發(fā)生，Notch 可能與心律失常及預(yù)激綜合征有關(guān)［15］。

3.3 Notch 參與RHD 形成相關(guān)機(jī)制的探討

大量研究表明Notch 及其配體組成的信號途徑不但在各類組織細(xì)胞發(fā)育中發(fā)揮作用，參與了免疫細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)的選擇。這一過程受到多種因素的精細(xì)調(diào)控，其中Notch 信號在免疫細(xì)胞尤其是T 細(xì)胞發(fā)育的多個(gè)環(huán)節(jié)中起關(guān)鍵的調(diào)控作用。

胎肝或骨髓中的多能造血干細(xì)胞(hemopoietic stem cell，HSC)分化為淋巴樣干細(xì)胞(lymphoid stem cell，LSC)和髓樣干細(xì)胞(myeloid stem cell，MSC)。LSC 繼續(xù)分化為T 細(xì)胞、B 細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞);髓樣干細(xì)胞分化為單核細(xì)胞、紅細(xì)胞等。研究發(fā)現(xiàn)，在LSC 分化成T 細(xì)胞的過程中，Notch 信號必不可少。通過研究發(fā)現(xiàn)，Jagged-1 能抑制胸腺細(xì)胞向B細(xì)胞分化，Jagged-1 則誘導(dǎo)其向NK 細(xì)胞分化。Notch-1 決定T、B 細(xì)胞的命運(yùn)，促進(jìn)LSC 向T 細(xì)胞分化，抑制其向B 細(xì)胞分化。

除了對T、B 細(xì)胞定向分化的影響外，Notch 信號還對胸腺內(nèi)的其他進(jìn)程產(chǎn)生明顯影響，包括αβT 和γδT 細(xì)胞系定向分化以及CD4+和CD8+細(xì)胞的發(fā)育。LSC 隨血流遷入胸腺，把T 細(xì)胞的成熟階段分為雙陰性期(DN)、雙陽性期(DP)及單陽性期(SP)，其中DN階段又可分為DN1～DN4 四個(gè)不同的階段，絕大多數(shù)LSC 對Jagged-1 信號無反應(yīng)，而只在發(fā)育DN1～DN3之間的階段對Jagged-1 信號起反應(yīng)，此階段Jagged-1還能影響未成熟胸腺細(xì)胞分化為NK 細(xì)胞及γδT 細(xì)胞系。在雙陽性期(DP)向單陽性期(SP)分化過程中(也就是陽性選擇)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)阻斷Notch-1 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可抑制CD8+細(xì)胞的發(fā)育［16］。

LSC 在向T 細(xì)胞系定向分化后，即形成原T(proT)細(xì)胞，并進(jìn)行TCRγδ 基因的表達(dá)與重排。ProT細(xì)胞表達(dá)γδTCR 后即形成γδT 細(xì)胞，而TCRβ 基因的重排導(dǎo)致形成PreTCR，隨后發(fā)育為αβT 細(xì)胞［17］，Notch-1 信號能促進(jìn)T 細(xì)胞向αβT 細(xì)胞發(fā)育，抑制其向γδT 細(xì)胞發(fā)育［18］。

在陽性選擇過程中，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)阻斷Notch-1 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可抑制CD8+細(xì)胞的發(fā)育［19］;Notch-1 阻斷抗體降低T 細(xì)胞Notch-1 的信號強(qiáng)度后，CD8+T 細(xì)胞減少而CD4+T 細(xì)胞增多。

由胸腺遷移到外周的T 細(xì)胞具有多種分化潛能，抗原刺激下的CD4+T 在細(xì)胞因子的作用下分化為Th1、Th2、調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(Tr)及Th17。有研究者分析Notch 分子在Th1/Th2 分化中的作用，發(fā)現(xiàn)以Deltalike l 刺激初始CD4+T 細(xì)胞將促進(jìn)它向Th1 分化。同時(shí)還證明在活化的CD4+T 細(xì)胞高表達(dá)Notch-3 胞內(nèi)域可促進(jìn)其向Th1 分化，并伴隨T-bet 表達(dá)增加［20］，有研究證實(shí)Th1/Th2 細(xì)胞因子的平衡在心肌炎癥恢復(fù)中的作用及誘導(dǎo)瓣膜進(jìn)行性永久性損害。

有文獻(xiàn)報(bào)道，炎癥反應(yīng)可促進(jìn)成纖維母細(xì)胞分裂，成纖維細(xì)胞合成、分泌膠原增多，膠原代謝增強(qiáng)，炎癥加重了瓣膜損傷［21］。還有研究發(fā)現(xiàn)和心臟組織交叉反應(yīng)的抗體結(jié)合到瓣膜內(nèi)皮表面使大量的CD4+T 細(xì)胞浸潤［22-24］。有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)從RHD 患者克隆的外周T 細(xì)胞可以和重組A 組M6 蛋白、心肌肌球蛋白、原肌球蛋白和層黏連蛋白、瓣膜蛋白發(fā)生交叉反應(yīng)［25］。有人通過研究證實(shí)心臟組織浸潤T 細(xì)胞所有成分可能由外周前T 細(xì)胞遷移而來［26］。

因此可推測Notch 信號通路激活后可能在骨髓中促進(jìn)LSC 向T 細(xì)胞分化，抑制其向B 細(xì)胞分化;LSC進(jìn)入胸腺后能促進(jìn)T 細(xì)胞向αβT 細(xì)胞發(fā)育，抑制其向γδT 細(xì)胞發(fā)育;同時(shí)促進(jìn)CD4+細(xì)胞的發(fā)育，抑制CD8+細(xì)胞的發(fā)育;由胸腺遷移到外周的T 細(xì)胞在Notch 信號作用下初始CD4+T 細(xì)胞將促進(jìn)它向Th1分化，外周血中CD4+Th1 細(xì)胞增多后，可能導(dǎo)致大量CD4+Th1 通過內(nèi)皮細(xì)胞滲透到無血管生長的心瓣膜，形成阿少夫小體或內(nèi)皮下形成包含巨噬細(xì)胞和T 細(xì)胞的肉芽腫病灶，心瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞連續(xù)性受到破壞，暴露了內(nèi)皮下的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致瓣膜損害的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，一旦瓣葉通過瓣膜表面的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生炎癥，新的血管就形成了，新形成的微血管導(dǎo)致T 細(xì)胞浸潤，T 細(xì)胞分泌大量的炎癥因子，其中腫瘤壞死因子-α 引起內(nèi)皮細(xì)胞Notch 信號失調(diào)，Notch-4 表達(dá)降低，Notch-2 表達(dá)升高，分別由核轉(zhuǎn)錄因子κB 和磷脂酰肌醇3-激酶通路調(diào)節(jié)，并促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，使瓣膜損害形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致RHD 的發(fā)生發(fā)展。還有研究發(fā)現(xiàn)，在Notch(+/-)鼠愈合過程中，Notch-1 的缺失使腫瘤壞死因子-α、白介素-6 等炎癥因子表達(dá)減少，使炎癥減輕。綜上所述，RHD 的發(fā)生和發(fā)展可能和Notch 信號通路密切相關(guān)。

4 結(jié)語

自從成功克隆Notch 基因以來，對Notch 信號通路的深入研究使得該條信號途徑中更多詳細(xì)的機(jī)制得以闡明，其和RHD 關(guān)系的研究也使得人們對RHD的發(fā)病機(jī)制有了更深層次的理解，對于信號途徑各環(huán)節(jié)的干預(yù)為疾病的治療提供了新思路。如上所述，RHD 的發(fā)生和發(fā)展與Notch 通路關(guān)系密切，但在心臟的發(fā)育及RHD 的發(fā)生和發(fā)展中，Notch 通路在不同階段有不同的作用。因此，對二者的關(guān)系仍需更進(jìn)一步的探究。特別是Notch 信號通路在RHD 發(fā)生、發(fā)展中具體詳細(xì)的作用機(jī)制有待更深入的研究。Notch 通路對RHD 的發(fā)生和進(jìn)展等許多方面的調(diào)控在體內(nèi)是如何相互聯(lián)系的，Notch 信號通路和其他信號通路間復(fù)雜的相互作用對于RHD 發(fā)生、發(fā)展的影響如何等問題有待于進(jìn)一步解決。

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