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(fù)中起著關(guān)鍵作用。N0tch信號的調(diào)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?。–OPD）、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(guān)。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(guān)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(zhì)性疾病的終末階段，并且或多或少地是間質(zhì)性肺疾病的標志。其特點是細胞外基質(zhì)蛋白過度沉積在肺間質(zhì)內(nèi)，導(dǎo)致功能肺泡單位的閉塞，在許多情況下導(dǎo)致呼吸衰竭。雖然少數(shù)間質(zhì)性肺疾病己知病因，但大多數(shù)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(yù)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(diào)節(jié)失調(diào)的上皮一間充質(zhì)相互作用，促進持續(xù)上皮細胞損傷和成纖維細胞激活導(dǎo)致進行性纖維化的循環(huán)。在影響炎癥和創(chuàng)傷修復(fù)的多種生物途徑中，可能存在多種異常，包括基質(zhì)調(diào)節(jié)、上皮重建、凝血級聯(lián)、新生血管和抗氧化途徑，從而調(diào)節(jié)這種有缺陷的串?dāng)_和促進作用。

1lPF的發(fā)病機制

IPF的病因尚不清楚，雖然己經(jīng)確定了一些危險因素。例如，吸煙與發(fā)生IPF的風(fēng)險增加有關(guān)，某些潛在的病毒感染也與此有關(guān)，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(zhuǎn)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(fēng)險。然而，由于只有少數(shù)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(xué)類型是常見的間質(zhì)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(zhì)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(dǎo)致肺結(jié)構(gòu)和蜂窩狀結(jié)構(gòu)的顯著變形。纖維性病灶通常見于受損和修復(fù)性上皮下的微小蜂窩狀病灶的壁內(nèi)，以及間質(zhì)內(nèi)，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(nèi)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(qū)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(diào)節(jié)細胞的高度進化保守的細胞信號系統(tǒng)。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(dǎo)的腎小管上皮細胞中的EMT。近年來的研究表明，Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(dǎo)的α-SMA表達，腎小管上皮細胞中也發(fā)現(xiàn)這現(xiàn)象。此外，Notchl與α-SMA在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化和肺纖維化患者中共定位。這些令人興奮的數(shù)據(jù)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(guān)系，上皮細胞功能出現(xiàn)異常、成纖維細胞及其肌成纖維細胞大量累積、細胞外基質(zhì)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(dǎo)致特發(fā)性肺纖維化。Notch的過度表達，容易導(dǎo)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(zhuǎn)化過程中，會出現(xiàn)上皮一間充質(zhì)轉(zhuǎn)變（EMT），在病理學(xué)中，將該過程看做是肺纖維化的主要誘因。在最新的科學(xué)研究報道中，Notch1信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，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(nèi)Notch2-/-/Notch3-/-復(fù)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(guān)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(xué)者Kennard及其同事在研究中發(fā)現(xiàn)，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(jù)這些研究，在肌成纖維細胞分化中，Notch3可以產(chǎn)生刺激性或者抑制性，而這作用與其來源的細胞、誘導(dǎo)因子、特異性Notch受體等具有必然性關(guān)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?。–OPD）、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(zhì)性肺炎或IPF患者的肺標本中的類似報道一致。大多數(shù)己知的Notch相關(guān)基因表達于人小氣道上皮，有證據(jù)表明在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中肺肌成纖維細胞和特發(fā)性間質(zhì)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(zhuǎn)錄因子HESl。在受傷的肺中異常持續(xù)的Notch活性導(dǎo)致肺泡囊腫結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)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(diào)1型膠原啟動子活性的證據(jù)提供。此外，在博來霉素模型中，Jagged1/Notch信號被上調(diào)，并發(fā)現(xiàn)對于FIZZ-1誘導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)的纖維化。此外，間質(zhì)特異性條件Notch1缺陷小鼠在相同的博來霉素模型中表現(xiàn)出顯著的肺纖維化減少。除了調(diào)節(jié)間充質(zhì)室成纖維細胞向肌成纖維細胞的分化外，Notch還調(diào)節(jié)肺中的EMT。Notch信號通路的藥理抑制顯著抑制TGF-B誘導(dǎo)的ACTA2表達。此外，Notch還誘導(dǎo)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(zhì)。己知誘導(dǎo)ILD的來氟米特活性代謝產(chǎn)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?；㊣-苯甘氨酸叔丁酯（DAPT）可降低這種效應(yīng)。除了直接調(diào)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(diào)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)導(dǎo)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(nèi)皮細胞治療可促進肺泡修復(fù)并減少纖維化。Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)還可以刺激IGFlR表達誘導(dǎo)AKT磷酸化，并與HIFla協(xié)同促進肺纖維化。

4結(jié)語及展望

根據(jù)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(dǎo)途徑密切相互作用，表明可能需要針對其他信號傳導(dǎo)途徑的組合療法來有效治療IPF。對Notch信號調(diào)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。