Notch信號通路對血管內(nèi)皮損傷后引起血管再狹窄的作用

段 碩，徐 輝，孫筱媛，趙明明 綜述 李永紅 審校

人類壽命日益延長，老齡人群不斷增多，加之不健康的飲食習慣和不規(guī)律的生活方式導致血管相關(guān)疾病，心血管疾病的發(fā)病人數(shù)與日俱增，尤以冠心病患者為著[1]。大多數(shù)冠心病被診斷時已有嚴重的動脈損害，目前主要治療方法包括血管成形術(shù)(PTCA)及支架置入術(shù)(PCI)等。但由于這些治療方法會對血管內(nèi)皮造成損傷，以至于發(fā)生血管再狹窄事件，故需要長期服藥以預防或減少此類事件的發(fā)生。雖然對于預防血管再狹窄事件現(xiàn)在存在多種方案，但由于其發(fā)生率仍然很高，我們需要確定新的靶點及治療途徑。目前有研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號傳導通路通過對血管細胞生物活動的直接影響，參與了血管的生長與成熟[2]。筆者主要對進化上高度保守的Notch信號通路在血管內(nèi)皮損傷后血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞的增殖、遷移等細胞活動以及血管炎性反應在新內(nèi)膜增生引起血管再狹窄這一病理過程中的作用進行綜述。

1 在血管內(nèi)膜損傷后的作用

在血管內(nèi)皮損傷后，血管通過新內(nèi)膜增生對損傷做出反應從而導致血管再狹窄的發(fā)生。新內(nèi)膜增生的發(fā)展是由內(nèi)皮細胞(EC)的損傷和血管平滑肌細胞(VSMC)暴露于循環(huán)血液引發(fā)的復雜過程[3]。該過程的特征在于血管細胞增殖、炎性反應及血管屏障功能的改變。最后，在損傷病變處發(fā)生新內(nèi)膜的增生。目前的研究表明，Notch信號廣泛表達于血管細胞，并參與調(diào)控細胞功能和炎性反應過程。包括EC的增殖、再生、凋亡、表型轉(zhuǎn)換，通過直接接觸或分泌的分子與其他細胞相互作用；VSMC的增殖和遷移，以及炎性反應的激活，如血小板聚集，白細胞募集和細胞外基質(zhì)(ECM)沉積[4]。

2 Notch信號通路的分子途徑

2.1 Notch信號通路的激活 Notch基因最早于1919年對果蠅基因的研究中被發(fā)現(xiàn)，該基因的部分功能喪失會在果蠅羽翼的邊緣造成一些缺口。研究表明，相鄰的細胞可以通過Notch配體與受體的結(jié)合傳遞Notch信號，從而擴大并固化細胞間的分子差異，最終決定細胞命運[5]。

Notch信號通路主要由4種Notch受體(Notch1- 4)、5種Notch配體(Jagged-1、Jagged-2，Delta-like 1、3和4)、CSL結(jié)合蛋白、Notch的調(diào)節(jié)因子和其他效應物構(gòu)成，其中包括人類在內(nèi)的多數(shù)哺乳動物可以表達以上所有受體、配體。Notch信號途徑主要是通過相互接觸細胞之間Notch配體和受體的作用而激活的，簡而言之，其激活過程主要分3步：(1)胞內(nèi)段(NICD)的生成并釋放進入細胞質(zhì)；(2)NICD進入細胞核結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子(CSL結(jié)合蛋白), 形成NICD/CSL轉(zhuǎn)錄激活聚合體；(3)激活HES、HEY等轉(zhuǎn)錄抑制因子家族的目的基因，發(fā)揮調(diào)控作用[6]。

具體而言，Notch信號通路激活途徑2條，即經(jīng)典途徑(CBF-1/RBP-Jκ依賴途徑)和非經(jīng)典途徑(非CSL依賴途徑)。其中非經(jīng)典途徑是指Notch受體的錨蛋白重復序列(ANK)區(qū)與細胞內(nèi)的鋅指蛋白Dehex結(jié)合發(fā)揮生物學作用，抑制轉(zhuǎn)錄因子編碼，進而影響下游基因表達和細胞的增殖分化。此途徑研究較少，目前主要以研究經(jīng)典激活途徑居多[7]。經(jīng)典途徑主要包括：(1)3次蛋白裂解，位于細胞膜表面的Notch受體的形成，通過furin樣轉(zhuǎn)化酶的作用，在高爾基內(nèi)裂解產(chǎn)生胞外區(qū)(NEC)和跨膜片段(NTM)，NEC與NTM形成聚合體形式的Notch受體；產(chǎn)生胞內(nèi)區(qū)，受體與相鄰細胞的配體結(jié)合后，在金屬蛋白酶/腫瘤壞死因子-α轉(zhuǎn)換酶的作用下裂解為2個片段，即N端裂解產(chǎn)物(胞外區(qū))和C端裂解產(chǎn)物(胞內(nèi)區(qū))；生成胞內(nèi)段(NICD)，胞外區(qū)被配體表達細胞吞噬，胞內(nèi)區(qū)在跨膜區(qū)經(jīng)多蛋白聯(lián)合體(其中主要包括γ-分泌酶，突變型早老素和各種的調(diào)節(jié)因子)所裂解，釋放胞內(nèi)段，即Notch蛋白的活化形式NICD(ICN)。(2)Notch信號通路的激活，NICD(ICN)進入細胞核結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子(CSL結(jié)合蛋白)；召集核轉(zhuǎn)錄激活蛋白家族MAML，形成轉(zhuǎn)錄活化復合物(NICD-CSL-MAML)；Notch靶基因啟動轉(zhuǎn)錄程序并編碼HES和HEY在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子；轉(zhuǎn)錄因子促進或抑制目的基因的表達，從而促進或抑制細胞的增殖和分化[8]。

2.2 血管細胞中Notch信號分子表達 目前研究發(fā)現(xiàn)，血管平滑肌細胞表達Notch1、2、3受體，而內(nèi)皮細胞主要表達Jagged-1、DII-4，并在一定程度上表達DII-1。血管平滑肌細胞中Notch受體水平的變化和相鄰內(nèi)皮細胞的配體表達的相互作用，使血管細胞可以對某些生理刺激進行適當?shù)姆磻猍9]。臨近細胞之間的通訊主要是通過內(nèi)皮細胞表達的配體激活Notch受體。當然，除此之外，血管平滑肌細胞表達的Jagged-1也可激活Notch1。配體、受體之間的相互作用激活了Notch信號傳導通路，從而影響了血管細胞的增殖和分化，其中以Jagged-1、Notch1表達變化最為顯著[10]。

Notch信號影響血管重塑過程中細胞增殖等關(guān)鍵細胞功能。在原代EC中，Notch4和Notch1的激活，通過NICD轉(zhuǎn)染或通過Jagged-1或Delta4呈遞，抑制增殖。新血管的生成需要通過Notch1，Notch4和Dll4激活Notch信號。在VSMC中，Notch1和Notch3細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的組成型表達導致遷移的顯著抑制。Notch1和Notch3激活促進對細胞凋亡的抗性，這是特征性的損傷反應并且調(diào)節(jié)隨后的新內(nèi)膜形成和血管的再生[11]。在血管損傷后，Notch信號通路在新生內(nèi)膜增生中主要發(fā)揮調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞生物學功能(增殖、再生、凋亡、分化、細胞之間的相互作用)的作用。了解內(nèi)皮細胞生物學功能發(fā)揮的方式方法，從而可以調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化，防止細胞凋亡和功能障礙，進而預防或阻止新生內(nèi)膜的增生和血管損傷后的狹窄[12]。

3 Jagged-1、Notch1在血管內(nèi)皮損傷后的作用

內(nèi)皮損傷后，EC對皮下成分的破壞和暴露會引發(fā)新生內(nèi)膜的形成。內(nèi)皮細胞不僅是一種具有高度選擇性的屏障，可以防止新生內(nèi)膜增生的早期病理變化，而且還能合成和釋放分子來維持血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)[13]。目前，Notch信號通路中多數(shù)配體、受體的功能已基本明確，但關(guān)于Jagged-1、Notch1在血管細胞中發(fā)揮的作用尚存在爭論。內(nèi)皮祖細胞(EPC)由造血干細胞(HSC) 分化而來，血管損傷時被動員到血管損傷處分化為成熟EC，促進損傷血管內(nèi)膜修復。新近研究表明，Jagged1在EPC生物學活性調(diào)節(jié)上發(fā)揮了重要作用， Jagged1缺乏導致EPC 遷移、增殖和向內(nèi)皮分化等能力減弱，并且使EPC參與缺血組織血管再生能力降低，即說明Jagged-1促進了EC的增殖[14]。在針對Notch1 信號調(diào)節(jié)EC活性的研究中，Noseda等[15]證實通過Jagged1激活Notch1后會抑制p21Cip1表達，從而阻抑EC增殖。那么EPC在向EC分化修復損傷血管的過程中， Jagged1表達于EPC 是促進還是抑制EPC修復損傷血管內(nèi)膜? Notch1 信號途徑在EPC和成熟EC是否發(fā)揮了不同生物學功能仍有待進一步研究。

3.1 Notch1與血管損傷修復的相關(guān)性 Notch信號與血管內(nèi)皮的損傷修復、血管再生等緊密相關(guān)。有研究表明，哺乳動物血管中Notch信號分子的表達僅僅存在于動脈血管，其主要表達的有受體Notch1-4，配體DII-4、Jagged-1、2和效應器Hes-1、Hey-2，其中作為轉(zhuǎn)錄抑制因子的效應器蛋白的主要作用是抑制其他基因轉(zhuǎn)錄[16]。血管內(nèi)皮損傷后，Notch1信號活化，調(diào)節(jié)血管VSMC、EC、EPC、遷移和分化等細胞生物學活性，同時調(diào)節(jié)這些血管細胞間相互作用從而影響損傷血管修復。雖然已經(jīng)明確Notch1信號對損傷血管的修復具有重要調(diào)控功能，但現(xiàn)有研究對于Notch1信號激活后對血管損傷修復的具體調(diào)節(jié)作用，是增強修復亦或是抑制修復，仍存在較大分歧[17]。

在EPC向內(nèi)皮分化過程中，Notch1信號分子的表達隨分化狀態(tài)不同而改變。在調(diào)節(jié)VSMC的細胞活性方面，已有文獻[18]證實Notch1信號對VSMC的增殖、遷移、分化及表型轉(zhuǎn)化也有重要調(diào)節(jié)作用。通過激活Notch信號傳導可以在VSMC或肌成纖維細胞中啟動增殖信號，而在EC中具有相反的作用，其中Notch1抑制細胞增殖和血管生成發(fā)芽。在原代EC中，Notch1的激活，通過NICD轉(zhuǎn)染或通過Jagged-1呈遞，抑制細胞增殖，通過抑制絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/ PI3K信號傳導和p21Cip1的介導使EC生長停滯[15]?？偠灾ㄟ^調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮祖細胞的分化發(fā)育，即可影響血管EC的增殖、分化。

3.2 Jagged-1在血管生成中的作用 Jagged-1是目前已知的唯一的同時表達于EC和VSMC的Notch信號分子配體。血管生成由缺氧和血管生長因子誘導，最顯著的是VEGF，其激活靜息內(nèi)皮細胞。這些細胞突出絲狀偽足并變得遷移以誘導新血管分支的生長。這種新血管的發(fā)芽是由尖端細胞引導，而尾部莖細胞形成血管腔[19]。Notch信號傳導是新血管發(fā)芽生成的中心協(xié)調(diào)者。最新研究發(fā)現(xiàn),血管網(wǎng)的生長或損傷血管的修復過程是由兩種蛋白質(zhì)決定的，被Jagged-1 和Delta-4稱為“生長開關(guān)”[20]。Notch“開關(guān)”處于開的狀態(tài)是受Jagged-1 蛋白的調(diào)節(jié),處于關(guān)的狀態(tài)時是受Dll-4和VEGF的影響。通過表達Jagged-1可以使細胞分泌的VEGF因子增高[21]。有細胞實驗證明，用反轉(zhuǎn)錄病毒介導Jagged-1過度表達，與人內(nèi)皮細胞共培養(yǎng)可使血管出芽增多[22]。體內(nèi)實驗證實，過表達 Jagged-1促進血管形成，并且Jagged-1表達量與血管數(shù)量呈正相關(guān)[23]。其主要機制是細胞生長因子能夠誘導Jagged-l的表達，引發(fā)相鄰內(nèi)皮細胞中Notch信號的活化，引起內(nèi)皮細胞分化，并促進新血管的形成。

最新研究表明，Jagged-1在內(nèi)皮祖細胞的生物活性調(diào)節(jié)上發(fā)揮了重要作用[24]。Jagged-1的缺乏會降低內(nèi)皮祖細胞遷移、增殖和向內(nèi)皮分化等能力，使內(nèi)皮祖細胞參與損傷血管組織再生的能力下降。同時，Jagged-1和Notch1 結(jié)合所激活的Notch信號可以促進收縮型血管平滑肌細胞轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣尚脱芷交〖毎?，表?Notch1信號活化有利于促進血管平滑肌細胞的增殖和遷移，進而參與血管損傷后新內(nèi)皮的增殖最終導致血管再狹窄的發(fā)生[25]。

4 在血管內(nèi)皮損傷后炎性反應中的作用

Notch信號是炎性介質(zhì)或血管細胞的靶點。所有Notch家族成員在EC、VSMC中具有特異性表達，也在巨噬細胞等炎性反應細胞上表達并影響血管功能和炎性反應作用。血管損傷后炎性反應因子的激活引發(fā)EC表達的Notch分子模式的變化，從而導致內(nèi)皮細胞的增殖[26]。

Notch信號是免疫反應的重要調(diào)節(jié)因子，尤其是在控制巨噬細胞功能方面。巨噬細胞在一系列疾病中促進病理性炎癥和血管生成。巨噬細胞中的Notch信號傳導是通過Notch1和Notch3激活釋放更多的炎性因子來促進炎性反應。相反，在EC中，Notch4通過減少炎性反應因子而表現(xiàn)出抗炎功能，其在免疫細胞的募集中起關(guān)鍵作用。根據(jù)環(huán)境的不同，巨噬細胞可以顯示不同狀態(tài)，包括M1炎性反應激活和M2炎性反應消退。Notch信號是控制M1和M2巨噬細胞極化之間平衡的調(diào)節(jié)途徑[26]。

5 小結(jié)與展望

新生內(nèi)膜的增生是在血管壁損傷后發(fā)生的一種特殊的傷口愈合過程，是許多血管疾病的主要形態(tài)特征。尤以心血管疾病為著，其嚴重威脅人類的健康，在心血管疾病中，經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)是主要的治療手段，但其術(shù)后血管內(nèi)皮損傷所致的血管再狹窄卻很難避免，如何抑制EC的過度增殖，減少血管再狹窄是目前心血管介入治療后要面臨的主要問題。眾所周知，在心血管領(lǐng)域，Notch信號通路與內(nèi)皮損傷后的血管修復及血管的再生緊密相關(guān)，但其具體的分子機制卻有待進一步闡明。隨著Notch信號研究的不斷深入，其促進細胞增殖分化的機制必將逐漸明朗，若以此為前提，基于Notch信號通路中相關(guān)因子表達變化與血管細胞增殖、血管損傷后再狹窄關(guān)系的研究，開發(fā)用于抑制新生內(nèi)膜增生的藥物，應用于臨床預防或減少血管再狹窄的發(fā)生，也將開創(chuàng)包括PTCA、PCI在內(nèi)的血管內(nèi)膜損傷后導致血管再狹窄等相關(guān)血管疾病現(xiàn)代治療的新格局。