Notch信號通路與潰瘍性結(jié)腸炎的相關(guān)研究進展*

閆曙光，惠 毅，李京濤 綜述，周永學(xué) 審校

(1.陜西中醫(yī)學(xué)院方劑學(xué)教研室，陜西咸陽 712046；2.陜西省胃腸病證方藥省級重點研究室，陜西咸陽 712046)

·綜 述·

Notch信號通路與潰瘍性結(jié)腸炎的相關(guān)研究進展*

閆曙光1,2，惠 毅1，李京濤1綜述，周永學(xué)1,2審校

(1.陜西中醫(yī)學(xué)院方劑學(xué)教研室，陜西咸陽 712046；2.陜西省胃腸病證方藥省級重點研究室，陜西咸陽 712046)

Notch信號通路；結(jié)腸炎，潰瘍性；研究進展

潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)是以結(jié)腸上皮黏膜的持續(xù)性損傷為主要病理改變的臨床難治性疾病[1-2]。大量證據(jù)表明腸道上皮細(xì)胞的增殖和分化在結(jié)腸上皮黏膜的維護和修復(fù)方面發(fā)揮著重要的作用，當(dāng)腸道上皮細(xì)胞系統(tǒng)的增殖和分化失常時會誘發(fā)多種腸道疾病(如潰瘍性結(jié)腸炎、克羅恩病，甚至結(jié)腸癌等)[3-5]。腸道上皮細(xì)胞的增殖和分化主要受Notch、Wnt和BMP等細(xì)胞內(nèi)信號通路的調(diào)節(jié)[6-8]，其中Notch信號通路是黏膜層再生過程中的決定性因素，是調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞增殖和分化以及參與腸道上皮細(xì)胞的維護，保持腸道上皮細(xì)胞抗菌活性的關(guān)鍵通路[3,9]。此外，Notch信號通路在淋巴前體細(xì)胞向T淋巴細(xì)胞的分化以及T淋巴細(xì)胞向Th1或Th2效應(yīng)淋巴細(xì)胞的分化過程中起重要作用[10-11]，而Th1和Th2效應(yīng)淋巴細(xì)胞在潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病中起重要作用，其分化控制調(diào)節(jié)的炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(IL)-2、腫瘤壞死因子-γ(IFN-γ)、IL-4、IL-10表達(dá)失衡可能是潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病的主要機制之一。

1 Notch信號通路

Notch信號通路由Notch受體、Notch配體和DNA結(jié)合蛋白組成。在哺乳動物體內(nèi)，有4種Notch受體(Notch1～4)，廣泛分布于人體的淋巴細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞中，其中Notch-1主要分布在腸道中。Notch具有多種配體，在哺乳動物中有5種，命名為Jagged1-2、Delta-like 1、Delta-like3和Delta-like4[12]。Notch配體與受體結(jié)合后，在腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)化酶(tumor necrosis factor alpha converting enzyme,TACE)作用下，Notch受體于細(xì)胞膜外被酶切，釋放出和Notch配體連接的胞外部分，隨后在γ-分泌酶的作用下，胞內(nèi)段被酶切，形成可溶性的notch胞內(nèi)區(qū)域(notch intracellular domain,NICD)轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，與轉(zhuǎn)錄抑制因子RBP-J(recombination signal binding protein for Ig k J region，RBP-J)結(jié)合，調(diào)節(jié)靶基因表達(dá)，最終影響細(xì)胞的分化、增殖和凋亡[13]。Notch信號的靶基因多為堿式螺旋-環(huán)-螺旋家族轉(zhuǎn)錄因子，其中Hes1和Hath1是調(diào)節(jié)人類腸道上皮細(xì)胞分化的主要靶基因[14]，Hes1基因的表達(dá)能促使腸上皮細(xì)胞向吸收細(xì)胞系分化。而Hath1是腸上皮細(xì)胞向分泌細(xì)胞系分化的靶基因。Notch信號通路活化后通過促使Hes1在腸道上皮的細(xì)胞的表達(dá)來抑制Hath1的表達(dá)，使腸上皮細(xì)胞朝著吸收細(xì)胞系分化，對腸上細(xì)胞的命運起決定作用。當(dāng)敲除小鼠的Hes1基因后，腸上皮細(xì)胞中可見到以腸分泌細(xì)胞、潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞(分泌細(xì)胞)增多，腸細(xì)胞(吸收細(xì)胞)減少[15]。當(dāng)敲除Math1基因(與人類Hath1基因等同)后腸上皮細(xì)胞表現(xiàn)則與之相反[7]。嗅蛋白4(Olfactomedin-4，OLFM4)是促進腸上皮細(xì)胞增殖的靶基因，Obata等[5]研究發(fā)現(xiàn)Notch信號通路是通過促進干細(xì)胞內(nèi)OLFM4的表達(dá)來促進腸道干細(xì)胞增殖的。

2 Notch信號通路的活化對結(jié)腸上皮細(xì)胞增殖的影響

Notch信號通路的活化在腸道上皮細(xì)胞中主要有兩方面的作用：一是促進腸道上皮細(xì)胞的增殖；二是決定腸道上皮細(xì)胞中分泌和吸收細(xì)胞的命運，在杯狀細(xì)胞的分化過程中至關(guān)重要[16-17]。在生理狀態(tài)下，腸道上皮細(xì)胞通過不斷地增殖和凋亡維持著腸道上皮的穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)腸道上皮受損后，更需要大量增殖的上皮細(xì)胞對受損部位進行修復(fù)和重建，因此，從促進上皮細(xì)胞增殖的角度來分析Notch信號通路的活化對UC的結(jié)腸黏膜損傷的修復(fù)是有益的。Obata等[5]給正常小鼠使用Notch信號通路抑制劑后，形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)腸道上皮隱窩底部柱狀干細(xì)胞數(shù)量明顯減少，同時凋亡細(xì)胞的死亡明顯增多，20周左右小鼠會自發(fā)地形成潰瘍性結(jié)腸炎。Okamoto等[3]對已經(jīng)形成潰瘍性結(jié)腸炎的小鼠應(yīng)用Notch信號通路抑制劑后，可見嚴(yán)重的結(jié)腸上皮層的丟失和炎性細(xì)胞的浸潤，也幾乎觀察不到上皮細(xì)胞再生的跡象。此外，Notch信號通路還可以促進腸道祖細(xì)胞的增殖，促使潘氏細(xì)胞分泌PLA2G2A抗菌素從而調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞免疫功能，保持腸道內(nèi)環(huán)境的平衡，這些作用均能促進腸道上皮細(xì)胞再生，對UC起到治療作用[3,7,16]。

3 Notch信號通路的活化對結(jié)腸上皮細(xì)胞分化的影響

增殖的上皮細(xì)胞需要通過分化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)換成不同類型的腸上皮細(xì)胞，共同構(gòu)成腸道的上皮結(jié)構(gòu)。Notch信號通路主要作用于腸道祖細(xì)胞有絲分裂后期，通過促進腸上皮細(xì)胞向吸收細(xì)胞轉(zhuǎn)換，從而減少分泌細(xì)胞特別是杯狀細(xì)胞的數(shù)量[18]。杯狀細(xì)胞是構(gòu)成結(jié)腸上皮的主要細(xì)胞，約占結(jié)腸上皮細(xì)胞總數(shù)的50%，它能產(chǎn)生和分泌大多數(shù)的粘蛋白(MUC2)、大量生物活性分子如上皮膜結(jié)合蛋白、三葉因子多肽、抵抗素樣因子β、Fc-γ結(jié)合蛋白等，這些物質(zhì)構(gòu)成了腸道的黏液層，在腸道和上皮之間起著重要的防御作用，使上皮細(xì)胞免受腸道內(nèi)微生物的侵害[19]。在活動性UC患者的損傷部位，可以見到大量的杯狀細(xì)胞丟失及其分泌的粘蛋白的減少，造成黏液層的丟失，擾亂了黏膜屏障的正常防御功能，導(dǎo)致微生物侵入誘發(fā)炎癥反應(yīng)[20-21]。在正常人的結(jié)腸黏膜中，幾乎所有的腸道上皮細(xì)胞都表達(dá)Hath1，相比之下Hes1主要在絨毛的下半部以下位置的上皮細(xì)胞中表達(dá)。而UC患者的結(jié)腸黏膜中，表達(dá)Hath1的細(xì)胞消失了，而表達(dá)Hes1的陽性細(xì)胞則延伸到了絨毛的頂端，杯狀細(xì)胞明顯減少，這表明Notch信號通路的活化增強，過度激活的Notch信號通路促進大量的結(jié)腸上皮細(xì)胞向吸收細(xì)胞系分化，影響了上皮細(xì)胞的分化平衡，導(dǎo)致大量杯狀細(xì)胞消失[22]。在正常小鼠的結(jié)腸組織中，Hes1主要在隱窩最底部的腸上皮細(xì)胞中表達(dá)，而DSS誘導(dǎo)的UC小鼠結(jié)腸的炎性黏膜中杯狀細(xì)胞和其分泌的粘蛋白顯著減少，表達(dá)Hes1的結(jié)腸上皮細(xì)胞數(shù)量明顯增加，分布部位也遍及整個隱窩，這表明Notch信號通路的過度活化導(dǎo)致了杯狀細(xì)胞和其分泌的粘蛋白減少[3,22]。因此，從調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞分化的角度來分析，Notch信號通路的適度活化保持著吸收細(xì)胞系和分泌細(xì)胞系之間的平衡，而過度活化導(dǎo)致了分泌細(xì)胞系的減少(特別是杯狀細(xì)胞的減少)，對UC的治療又是不利的。

4 Notch信號通路通過影響T淋巴細(xì)胞的活化和分化參與腸道的炎癥反應(yīng)

現(xiàn)代研究表明，腸道免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)異常在潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要的作用。T淋巴細(xì)胞在腸道免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，在T淋巴細(xì)胞的增殖和分化過程中會釋放大量的細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子根據(jù)功能不同可分為促炎因子和致炎因子，而促炎因子和抗炎因子之間的平衡失調(diào)最終引起免疫反應(yīng)被認(rèn)為是導(dǎo)致UC發(fā)病的重要原因。如促炎細(xì)胞因子IL-1、IL-6、IL-8、TNF、IFN-γ等是介導(dǎo)UC發(fā)病的細(xì)胞因子，而一些具有抗炎作用的細(xì)胞因子，如IL-4、IL-10、TGF-β等則在維持腸道正常的免疫功能中起重要作用。而Notch信號通路則可以影響T淋巴細(xì)胞的活性以及分化，Notch信號通路在T淋巴細(xì)胞的活性調(diào)控中發(fā)揮重要作用，T細(xì)胞抗原受體(T cell receptor，TCR)是影響T淋巴細(xì)胞活性的主要物質(zhì)，Notch信號通路激活后可阻斷促凋亡核受體蛋白Nur77的活性，從而抑制TCR激活后引起的T淋巴細(xì)胞的凋亡，而激活周圍CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞TCR受體的同時阻斷Notch受體的激活則會抑制T淋巴細(xì)胞的增殖以及IFN-γ的分泌。在CD4+T淋巴細(xì)胞中，CD4+T TCR受體激活后促進CD4+T淋巴細(xì)胞分泌IL-10，但阻斷Notch受體激活后IL-10分泌被抑制[23]。此外，Notch受體還可調(diào)控激活的T淋巴細(xì)胞向Th1、Th2方向分化。Notch3受體可促進激活的CD4+T淋巴細(xì)胞向Th1方向進行分化，而Notch受體在CD4+T淋巴細(xì)胞的Th2方向分化中同樣起著調(diào)控作用[24-25]，Th1細(xì)胞能合成IL-2、IFN-γ、LT、IL-3、TNF-α等細(xì)胞因子，Th2能合成TNF-α、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10等細(xì)胞因子，而這些細(xì)胞因子之間的網(wǎng)狀平衡被打破，則是導(dǎo)致潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)生和發(fā)展的重要原因。

綜上所述，在生理狀態(tài)下，Notch信號通路的活化在促進結(jié)腸上皮細(xì)胞增殖和調(diào)節(jié)分化方面保持著平衡協(xié)調(diào)的關(guān)系，Notch信號通路的適度活化既能有效促進結(jié)腸上皮細(xì)胞的更新，又保持著吸收細(xì)胞和分泌細(xì)胞之間正常的分化平衡，同時Notch信號通路又通過調(diào)節(jié)T細(xì)胞的增殖和分化控制著細(xì)胞因子間的網(wǎng)狀平衡，調(diào)節(jié)著腸道免疫系統(tǒng)。而在UC的發(fā)病過程中，這一平衡被打破，表現(xiàn)為Notch信號通路在結(jié)腸黏膜中的活化程度和活化區(qū)域的改變以及腸道免疫平衡的破壞，因此，調(diào)節(jié)Notch信號通路在促進增殖和調(diào)節(jié)分化方面保持著平衡是治療潰瘍性結(jié)腸炎的關(guān)鍵。目前，對Notch信號通路和潰瘍性結(jié)腸炎的相關(guān)研究主要以基礎(chǔ)研究為主，還未發(fā)現(xiàn)能有效干預(yù)Notch信號通路的手段和藥物，但越來越多的研究結(jié)果表明調(diào)節(jié)Notch信號通路可能為治療UC提供新的思路和藥物作用靶點。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.35.047

國家自然科學(xué)基金資助項目(81403320)；陜西省教育廳基金資助項目(2013JK0824)；陜西省科技廳基金資助項目(2013JQ4006)。

：閆曙光(1981-)，講師，博士，主要從事中醫(yī)藥治療消化系統(tǒng)疾病的臨床及實驗研究。

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1671-8348(2015)35-5033-03

2015-05-12

2015-07-10)