昆蟲Notch信號通路研究進(jìn)展

楊 曦, 陳 鵬, 蔣 霞, 潘敏慧, 魯 成

(西南大學(xué), 家蠶基因組生物學(xué)國家重點實驗室, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蠶桑生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室, 重慶 400715)

細(xì)胞是生命體構(gòu)成的基本單位，細(xì)胞間通訊是多細(xì)胞生物的基本生命活動，調(diào)節(jié)著細(xì)胞分裂、分化、增殖和凋亡等重要的發(fā)育過程。信號通路往往作為細(xì)胞間通訊的橋梁，在單個細(xì)胞內(nèi)部與相鄰細(xì)胞之間，或是在細(xì)胞群、組織間傳達(dá)信號，進(jìn)而完成一定的生物學(xué)進(jìn)程(Lajtha, 1979)。信號通路最早被稱為信號轉(zhuǎn)換(signal transmission)(Penn and Hagins, 1969)，隨后Rodbell等提出的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction)這個概念被大家熟知并廣泛運(yùn)用(Nielsenetal., 1980)，后來也被稱為信號通路(signal pathway)。當(dāng)今生物學(xué)領(lǐng)域中被人們熟知的信號通路有Notch信號通路、mTOR信號通路、MAPK信號通路、Wnt信號通路、PI3K/AKT信號通路、JAK/STAT信號通路和Hippo信號通路等。其中Notch信號通路憑借其在生物胚胎發(fā)育及細(xì)胞生命周期中的強(qiáng)大作用而備受關(guān)注。

Notch信號通路最先于1917年在果蠅Drosophila中被發(fā)現(xiàn)。研究表明，Notch信號通路的功能非常廣泛，因為它在脊椎動物和無脊椎動物體內(nèi)發(fā)育的組織和器官的細(xì)胞命運(yùn)決定中起著基礎(chǔ)性的作用(Guruharshaetal., 2012)。Notch信號通路在大部分生物的形態(tài)發(fā)生過程中都會調(diào)控細(xì)胞的分化。簡單地說，一個細(xì)胞可以通過Notch信號的傳遞影響與其直接相鄰細(xì)胞的命運(yùn)。隨著生命科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，Notch信號通路在現(xiàn)代人類腫瘤醫(yī)學(xué)和分子治療中的作用也得到深入挖掘。

從在果蠅中發(fā)現(xiàn)以來，基于昆蟲的Notch信號通路研究一直十分活躍且收獲頗豐。除了普遍使用的黑腹果蠅Drosophilamelanogaster外，在小紅蛺蝶Vanessacardui、赤擬谷盜Triboliumcastaneum、德國小蠊Blattellagermanica、家蠶Bombyxmori和西方蜜蜂Apismellifera等昆蟲中都進(jìn)行過Notch信號通路研究。研究表明，Notch信號通路在各物種間是相對保守的(Bray, 2016)，而正是由于這種高度保守性，昆蟲Notch信號通路的研究結(jié)果不僅利于昆蟲學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，還可以為其他動物發(fā)育機(jī)制的解析帶來新的方法和思路。本文將對昆蟲Notch信號通路的研究進(jìn)展進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

1 Notch信號通路

Notch基因的第一個突變體是在1914年由Dexter在果蠅中分離出來的，Dexter描述了該基因的致命性和單倍體不足而造成的翅缺刻(notch)，從而將該基因命名為Notch(Fiuza and Arias, 2007)。直至1983年，果蠅的Notch基因才被成功克隆出來。而在人類發(fā)育和疾病中的相關(guān)研究是在1991年隨著Notch1被發(fā)現(xiàn)與T細(xì)胞敏感性淋巴細(xì)胞白血病相關(guān)才開始的(Schroeteretal., 1998)。人們在后續(xù)研究中認(rèn)識到Notch信號可以被數(shù)百個基因影響，這表明該通路的調(diào)控是一個異常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)(Kankeletal., 2007)。這個高度互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)與我們傳統(tǒng)意義上認(rèn)為Notch通路是簡單的線性通路的觀點形成了鮮明對比，它的作用與其他保守的信號通路高度相關(guān)。

1.1 組成

圖1 Notch信號通路模式圖

1.2 特征

Notch蛋白可以同時作為跨膜受體和轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用，這是它最重要的特征。Notch與其配體的相互作用會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)區(qū)域作為轉(zhuǎn)錄因子被激活。然而該通路的配體和受體之間存在順式和反式相互作用的區(qū)別。順式相互作用是在同一細(xì)胞膜上的配體和受體之間的作用，而反式相互作用發(fā)生在一個細(xì)胞上表達(dá)的配體和鄰近細(xì)胞上的受體之間，導(dǎo)致受體活化。這種順反作用的機(jī)制仍有待闡明。其實同一研究對象的所有細(xì)胞最初都同時表達(dá)受體和配體，內(nèi)部細(xì)胞存在的順式-反式相互作用的比例是一個重要的調(diào)控機(jī)制(Kovall and Blacklow, 2010)。在果蠅和線蟲中的研究表明，順式、反式互作反饋機(jī)制可以放大Notch和DSL(Delta, Serrate, Lag2)配體表達(dá)的微小差異，導(dǎo)致不同細(xì)胞中配體或受體的表達(dá)發(fā)生定向變化。因此，兩個相鄰的細(xì)胞中哪一個成為信號發(fā)送細(xì)胞，哪一個作為信號接收細(xì)胞，可能取決于順式和反式相互作用之間的動態(tài)競爭(Fiuza and Arias, 2007)。

Notch蛋白對通路基因有劑量敏感性，這與信號的強(qiáng)度有關(guān)，因此信號過多或過少都會導(dǎo)致基因功能的改變。Notch信號通路不使用第二信使，其信號活性水平完全依賴于NICD的核內(nèi)濃度。使Notch具有靶基因表達(dá)特異性的是CSL轉(zhuǎn)錄因子。與其他的信號通路依賴于酶促級聯(lián)放大信號的特性不同，Notch信號通路缺少這一種特征，而是依賴于該通路各因子特別是受體與配體之間的化學(xué)劑量相互作用(Guruharshaetal., 2012)，這一點與1.1節(jié)中提到的內(nèi)容相符合。

2 昆蟲Notch信號通路的作用機(jī)制

在果蠅的Notch信號通路中，受體-配體相互作用是由Notch受體的特定EGF重復(fù)序列和配體保守的細(xì)胞外區(qū)域介導(dǎo)的。配體的細(xì)胞外DSL結(jié)構(gòu)域在一個細(xì)胞的表面表達(dá)，總是與另一個鄰近細(xì)胞上的Notch胞外結(jié)構(gòu)域(extracellular domain of Norch, NECD)相互作用。Delta是一種跨膜配體，它的作用具有非自主性和短距離性，只影響表達(dá)受體相鄰細(xì)胞的活性(Jiaetal., 2015)。

受體-配體的結(jié)合能夠引起Notch蛋白發(fā)生兩次連續(xù)的蛋白剪切，分別由γ-分泌酶復(fù)合物和Kuzbanian (Kuz)/ADAM10完成。Kuz介導(dǎo)的剪切(S2 cleavage)發(fā)生在細(xì)胞外的近膜區(qū)域，并去除NECD。NECD的脫落通過γ-分泌酶觸發(fā)跨膜區(qū)域內(nèi)的第2次剪切(S3 cleavage)，使NICD得以釋放。NICD進(jìn)入細(xì)胞核，與CSL轉(zhuǎn)錄抑制因子及輔因子共同激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄(Louvi and Artavanis-Tsakonas, 2012)。

CSL包含3個明顯的結(jié)構(gòu)域，N端結(jié)構(gòu)域(N-terminal domain, NTD)、β-折疊結(jié)構(gòu)域(β-trefoil domain, BTD)和C端結(jié)構(gòu)域(C-terminal domain, CTD)。NTD與BTD構(gòu)成序列特異性的DNA結(jié)合位點RAM。NICD均通過RAM結(jié)構(gòu)域和ANK重復(fù)序列與BTD和CTD結(jié)合(Maier, 2019)。CSL之一的Su(H)單獨(dú)存在時是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，NICD與之結(jié)合使其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)錄激活因子，激活Notch誘導(dǎo)基因(Notch-inducible genes)的轉(zhuǎn)錄。NICD-Su(H)復(fù)合物直接誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的靶基因是E(spl)(Enhancerofsplit),E(spl)是堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix, bHIH)類轉(zhuǎn)錄因子，它又調(diào)節(jié)其他與細(xì)胞分化直接相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄(魯茁壯等, 2004)。

Notch介導(dǎo)的細(xì)胞間信號傳遞的強(qiáng)弱本質(zhì)取決于附著在細(xì)胞中的配體和受體的表達(dá)差異。在同時表達(dá)Delta和Notch的細(xì)胞中，一個細(xì)胞中的配體數(shù)量相對于另一個細(xì)胞有少量增加，就可能有利于其發(fā)揮更強(qiáng)的信號作用。在果蠅中的實驗表明，Notch信號存在一種反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，Delta的功能缺失會下調(diào)Notch的表達(dá)，而表達(dá)Notch的激活蛋白又會抑制Delta的表達(dá)。這種現(xiàn)象可能是由Su(H)介導(dǎo)的E(spl)基因上調(diào)造成的(Artavanis-Tsakonasetal., 1999)。

任何影響Notch通路組分?jǐn)?shù)量和活性的機(jī)制都可能調(diào)節(jié)其信號，這暗示著該信號通路可能存在一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。其實影響生物合成、運(yùn)輸、降解和許多其他分子功能的基因已被確定為通路的調(diào)節(jié)因子。特別是受體或配體的翻譯后修飾，如磷酸化、糖基化和泛素化，這些都是調(diào)控Notch信號的關(guān)鍵步驟(Stanley and Okajima, 2010)。例如蛋白質(zhì)降解就是一種非常有效的信號調(diào)節(jié)方法，它被用來保持NICD水平略高于功能閾值。其中一個解釋是，對于連續(xù)信號，需要連續(xù)的增量輸入。然而，還有其他方法來調(diào)控NICD的量，例如內(nèi)吞作用的“吞入流量”也是調(diào)控Notch水平和活性的一個關(guān)鍵因素(Andersenetal., 2012)。

3 Notch信號通路重要分子在昆蟲中的功能

Notch信號通路調(diào)控著一系列對生命至關(guān)重要的發(fā)育過程，如胚胎發(fā)育及器官形成中的細(xì)胞分化、增殖和凋亡(Hunteretal., 2016)。在早期Notch信號通路研究中，人們發(fā)現(xiàn)Notch基因位點突變的雜合體或純合體果蠅在胚胎期死亡，在死亡的胚胎中，神經(jīng)組織取代了上皮組織從而使神經(jīng)組織異常豐富，雌性的雜合體果蠅翅發(fā)生各式各樣的缺失，次剛毛(minor bristle)發(fā)育異常(Allmanetal., 2002)。Notch通路直接參與果蠅背部翅原基邊界的形成以及翅細(xì)胞的增殖分化(Baonza and Garcia-Bellido, 2000)。隨后在哺乳動物中的實驗表明，Notch信號通路對哺乳動物的神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等發(fā)育有重要作用(Jingetal., 2017)。于是更多的實驗結(jié)果揭示出Notch信號通路在昆蟲當(dāng)中的功能多樣性。以下將從Notch, Delta, Fringe和Su(H)等不同的Notch信號通路組成分子出發(fā)，分別闡述它們在昆蟲中行使的功能。

3.1 Notch

Notch基因在哺乳動物中有多種同源體，且各物種間相對保守。Notch蛋白由胞外域可變數(shù)量的EGFR(epidermal growth factor receptor)串聯(lián)序列與物種特異LNR(Lin-12/Notch repeat)序列以及胞內(nèi)多種結(jié)構(gòu)域組成，是個接近300 kD的跨膜蛋白。由于分子量大，全長克隆難度高，人們對Notch基因的研究往往采取重要結(jié)構(gòu)域敲除、RNA干擾、通路抑制劑處理等方法。主要研究重點聚焦在NICD上。

Notch信號通路抑制劑DAPT是通過抑制γ-分泌酶，使Notch蛋白的核內(nèi)區(qū)域不能正常剪切，失去與下游靶基因的結(jié)合，從而抑制通路作用的(Fengetal., 2019)。研究發(fā)現(xiàn)Notch信號通常維持蜜蜂處于一個不活躍的繁殖狀態(tài)中。蜂王上顎腺信息素(queen mandibular gland pheromone, QMP)通過刺激Notch信號通路作用于卵巢中的生殖細(xì)胞而使工蜂處于不育狀態(tài)。使用Notch信號的化學(xué)抑制劑DAPT，抑制Notch信號可以消除蜂后QMP對工蜂卵巢活動的抑制作用。后續(xù)研究則證明在沒有蜂后的情況下，工蜂卵巢中儲存生殖干細(xì)胞和早期卵母細(xì)胞區(qū)域的Notch受體會退化(Duncanetal., 2016)。同樣地，在果蠅雄性精囊中的生殖干細(xì)胞也受到Notch信號通路的影響，在將配體基因Delta干擾后或者敲除Notch會直接導(dǎo)致生殖干細(xì)胞的死亡(Ngetal., 2019)。而在埃及伊蚊Aedesaegypti雌性個體中，沉默其Notch基因會導(dǎo)致卵子核孔減少、抑制受精作用，從而直接影響個體繁殖，并且還會使埃及伊蚊卵子黑化，但黑化機(jī)制有待研究(Changetal., 2018)。

在對德國小蠊的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)NICD的表達(dá)在卵泡細(xì)胞離開生殖細(xì)胞時會消失，直到成熟卵細(xì)胞中才會再次出現(xiàn)(Irlesetal., 2016)。這與果蠅中Notch信號一直伴隨卵子發(fā)生過程是不一樣的。在德國小蠊的卵巢中，Notch信號對于卵泡細(xì)胞維持有絲分裂活性與保持未成熟狀態(tài)是必需的。當(dāng)Notch信號耗竭時，會引起卵泡細(xì)胞有絲分裂停止，組織進(jìn)入核內(nèi)周期，細(xì)胞與細(xì)胞核都變小。卵泡細(xì)胞核內(nèi)周期的進(jìn)入需要Notch信號的減弱，但它在維持細(xì)胞的存活是很重要的，因為它有一定抑制凋亡的作用(Irlesetal., 2016)。而Irles的另外一個研究揭示了在昆蟲卵子發(fā)生過程中，卵泡上皮細(xì)胞同時經(jīng)歷細(xì)胞增殖和凋亡，從而調(diào)節(jié)卵泡的生長(Irles and Piulachs, 2014)。Hippo通路是這些過程中發(fā)揮作用的關(guān)鍵，并且已經(jīng)在果蠅的卵巢中進(jìn)行了深入的研究(Chenetal., 2011)。但是與黑腹果蠅的分生型卵巢不同的是，在德國小蠊泛型卵巢中，Hippo途徑似乎通過作為Notch抑制劑來調(diào)節(jié)卵泡細(xì)胞的增殖，從而觸發(fā)卵泡細(xì)胞中有絲分裂向核內(nèi)周期的轉(zhuǎn)變(Irles and Piulachs, 2014)。其實在果蠅或德國小蠊卵巢中，生殖干細(xì)胞的生長同時受到Hippo信號通路、EGFR信號通路和Notch信號通路的共同調(diào)控，3條通路相互平衡與制約保證了細(xì)胞數(shù)量處于正常值(Elshaer and Piulachs, 2015)。Notch特別是NICD對于組織發(fā)育、細(xì)胞周期調(diào)控都具有重要作用。因為Notch信號通路發(fā)揮作用總是從NICD的產(chǎn)生開始的，所以相關(guān)研究圍繞于此展開，也是這樣才得以成功發(fā)明信號通路抑制劑DAPT，給許多Notch信號通路下游基因的研究打下了基礎(chǔ)。

3.2 Delta

Delta(Dl)是Notch信號通路DSL配體中的一員，其具有MNNL配體保守結(jié)構(gòu)域、不定數(shù)的EGFR重復(fù)序列以及受體-配體結(jié)合區(qū)域DSL結(jié)構(gòu)域，其中DSL結(jié)構(gòu)域各物種間高度保守。Notch信號通路的起始總是從一個細(xì)胞上的Delta結(jié)合上另一個細(xì)胞上的Notch開始的，所以將其稱為該通路的“最上游”也是合理的。Delta要做到通過與細(xì)胞外受體結(jié)合來激活Notch通路這一點，首先需要自己被激活(Le Borgneetal., 2005)。通常Delta需要泛素化來激活它的全部功能。然而在沒有泛素的情況下，Delta仍然可以發(fā)揮它的部分作用。Neur和Delta可以不依賴泛素而共同發(fā)送一些信號，Delta甚至可以自己發(fā)送信號。但如果沒有泛素，Serrate就不能工作。所以Neur被證明能夠以一種與泛素?zé)o關(guān)的方式激活Delta(Berndtetal., 2017)。作為Notch通路中被研究的最多且最深的幾個信號通路組成分子之一，Delta被研究者挖掘出了不少重要功能，內(nèi)容涉及多項生命進(jìn)程，下面舉例說明。

在昆蟲中，Delta的功能大體可以總結(jié)為兩種。其第1種功能是介導(dǎo)體節(jié)的形成與發(fā)育。Notch通路在家蠶、蟑螂等昆蟲中介導(dǎo)分節(jié)發(fā)育，就像脊椎動物中的體細(xì)胞發(fā)生一樣，它是分子震蕩的核心，類似一種前進(jìn)波，推動著細(xì)胞分化及發(fā)生(Chipman and Akam, 2008)。在無脊椎動物中Notch通路在中胚層或內(nèi)胚層誘導(dǎo)和成型中起中心作用，當(dāng)該通路被阻斷時，整個胚層幾乎缺失。而在兩側(cè)對稱動物中，Notch信號幫助建立和細(xì)化中胚層細(xì)胞的組織分化邊界(Appeletal., 2003)。家蠶的體節(jié)形成研究發(fā)現(xiàn)，BmdeltaRNAi后胚胎會產(chǎn)生兩種缺陷型：Ⅰ型的腹部中間對稱足融合，頭部神經(jīng)外露，腦發(fā)育紊亂。Ⅱ型胚胎節(jié)數(shù)被截短，A4后端完全消失，附足融合，階段邊界無法分清。類似現(xiàn)象也發(fā)生在蟑螂中(Pueyoetal., 2008)。Notch信號在果蠅腿關(guān)節(jié)形成和腿部正常發(fā)育中是必要的，這由配體Delta和Serrate在腿關(guān)節(jié)處的精確空間定位決定，并且這一過程還是與Hippo信號通路協(xié)同作用的(Córdoba and Estella, 2020)。

Delta的第2種功能是影響昆蟲體細(xì)胞的細(xì)胞周期進(jìn)程。核內(nèi)有絲分裂是多個物種中存在的一種細(xì)胞周期變體。進(jìn)行這種周期形式的細(xì)胞會部分或完全跳過M期，從而產(chǎn)生細(xì)胞染色質(zhì)倍性升高，細(xì)胞體積變大，胞質(zhì)分裂異常等現(xiàn)象(Edgaretal., 2014)。大量研究證據(jù)表明Notch信號通路在有絲分裂與核內(nèi)有絲分裂的轉(zhuǎn)換中起重要作用。Notch信號控制著上皮細(xì)胞在果蠅背部的細(xì)胞周期進(jìn)程模式，細(xì)胞分裂的延遲導(dǎo)致了不同細(xì)胞命運(yùn)的產(chǎn)生(Cohenetal., 2010)。Notch信號通過控制G2期的進(jìn)入與否完成了這個過程。大量相關(guān)的實驗在果蠅卵巢中進(jìn)行，DeltaRNAi后，卵泡細(xì)胞會提前進(jìn)入核內(nèi)周期，影響卵腔的發(fā)育和模式形成。并且卵泡細(xì)胞的終期細(xì)胞及分裂莖部細(xì)胞消失了，這說明Notch信號通路對于卵泡細(xì)胞群的形成也是至關(guān)重要的(Assa-Kuniketal., 2007)。在赤擬谷盜中有相反的作用，Delta基因是保持卵泡在未成熟狀態(tài)下處于休眠期所必需的。而在大多數(shù)情況下，Notch信號維持未分化或防止特化的細(xì)胞命運(yùn)。因此，Notch在赤擬谷盜中的作用可能反映了Notch信號在昆蟲卵子發(fā)生中的祖先功能(B?umeretal., 2012)。

除此之外，Delta還有一些其他功能，比如在果蠅中腸干細(xì)胞中調(diào)節(jié)Delta表達(dá)水平，可以進(jìn)一步控制Notch轉(zhuǎn)錄調(diào)控的激活，從而可能促進(jìn)干細(xì)胞終末分化選擇(Perdigotoetal., 2011)。后有證據(jù)證明由Delta激活的Notch通路與EGFR信號通路協(xié)同控制果蠅中腸干細(xì)胞的增殖、凋亡或死亡等生理過程(Reiffetal., 2019)。在果蠅眼盤中Delta與轉(zhuǎn)錄因子Dorsocross互作，導(dǎo)致細(xì)胞死亡、錐體細(xì)胞產(chǎn)生缺陷和眼睛變小(Pauletal., 2018)。而過表達(dá)Delta可以挽救鹽誘導(dǎo)蛋白激酶Sik2缺失造成的眼睛發(fā)育異常缺陷(ahinetal., 2020)。在果蠅神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中Delta也充當(dāng)著重要的角色。在幼齡果蠅體內(nèi)敲除Delta會使腹部神經(jīng)干細(xì)胞終止凋亡，從而影響神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育(Desplanetal., 2020)。在果蠅的肌肉由祖細(xì)胞(FCs)和具有融合能力的成肌細(xì)胞(FCMs)組成。通過Notch通路中的Delta與Ras通路中的Argos不同表達(dá)，會誘導(dǎo)等效肌細(xì)胞簇中的細(xì)胞發(fā)育成為祖細(xì)胞或成肌細(xì)胞(Artero, 2003)。

3.3 Su(H)

Su(H)是CSL轉(zhuǎn)錄因子的一員，全名是Suppressor of hairless。和Notch位點一樣，Hairless(H)位點在1923年被Bridges和Morgan發(fā)現(xiàn)，是果蠅的單倍體不足突變形成的(Borggrefe and Oswald, 2016)?；蛳嗷プ饔帽砻鳎琀以劑量依賴的方式拮抗Notch信號。對比所有已知的CSL相互作用因子，H與Su(H)的結(jié)合親和力最高(Kovall and Hendrickson, 2004)。哺乳動物中沒有直接的Hairless同源體，但有研究提出功能性同源物SHARP，可直接與CSL結(jié)合并與其上的CTD相互作用，類似于Hairless。Su(H)通過與抑制因子Hairless(H)形成復(fù)合物來抑制轉(zhuǎn)錄。此復(fù)合物不僅與NICD競爭，還會參與組裝局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)(Yuanetal., 2016)。

從功能上來看，Su(H)基因參與的生命進(jìn)程也不少，且大多與Delta相關(guān)或相近。推測這是由于Delta與Notch結(jié)合后釋放的NICD首先就是與Su(H)結(jié)合發(fā)揮作用的原因。將Su(H)與NICD的結(jié)合位點突變后，果蠅出現(xiàn)了翅原基變小，成蟲翼葉缺失，以及Wingless(Wg)蛋白不表達(dá)等生理缺陷(Praxenthaleretal., 2017)。這反映了Su(H)與NICD的結(jié)合在某些器官發(fā)育中的重要作用。比如果蠅心臟細(xì)胞的分化和發(fā)育過程受到Wnt信號通路、EGFR信號通路、Notch信號通路等通路的共同調(diào)控。其中Notch通路中的Su(H)分別在與NICD結(jié)合的激活狀態(tài)和與抑制因子結(jié)合的抑制狀態(tài)下會造成心肌細(xì)胞不對稱分裂，而產(chǎn)生子代分別成為心肌細(xì)胞和圍心細(xì)胞(Ahmad, 2017)。

另外，在細(xì)胞調(diào)控周期方面，Su(H)也充當(dāng)著不可或缺的角色。Notch基因的缺失，或它的下游轉(zhuǎn)錄因子基因Su(H)，以及它的配體基因Delta的缺失，都會干擾從有絲分裂到核內(nèi)周期的正常轉(zhuǎn)變，會造成細(xì)胞的過度增殖。在果蠅腦亞神經(jīng)膠質(zhì)(subperineurial glia， SPG)細(xì)胞中，對Su(H)進(jìn)行干擾會使細(xì)胞發(fā)生缺陷，血腦屏障破裂。對Su(H),Delta和Notch進(jìn)行干擾均能使SPG細(xì)胞核數(shù)增加，倍性減少，細(xì)胞從核內(nèi)周期轉(zhuǎn)換為核內(nèi)有絲分裂(Von Stetinaetal., 2018)。作為轉(zhuǎn)錄因子，Su(H)的作用一定遠(yuǎn)不止這些，利用轉(zhuǎn)錄因子研究方法，尋找它調(diào)控的靶基因，會是進(jìn)一步研究該基因的重要思路。

3.4 Fringe

Fringe(Fng)是一種糖基轉(zhuǎn)移酶，它會對NECD的EGF-R進(jìn)行糖基化(Kojika and Griffin, 2001)，在Notch信號通路中屬于“修飾分子”。Fringe對Notch的糖基化修飾能改變Notch受體對不同配體的敏感性，例如：果蠅中Fng使神經(jīng)膠質(zhì)上的Notch對神經(jīng)索上Delta的敏感性大于對Serrate的，這將會誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子Pros特異高表達(dá)。這種通過配體受體結(jié)合增強(qiáng)神經(jīng)膠質(zhì)內(nèi)細(xì)胞間的通訊，是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中亞型膠質(zhì)細(xì)胞的分子多樣性所必需的(Thomas and van Meyel, 2007)。

Fng的功能與發(fā)育相關(guān)，但在昆蟲細(xì)胞、胚胎和器官發(fā)育中的作用不盡相同。在家蠶中，fl突變體由于缺失Fng基因而出現(xiàn)成蟲期翅無法正常發(fā)育的情況，表明Fng在家蠶翅的形成過程中起著至關(guān)重要的作用(Satoetal., 2008)；miRNA-2在家蠶中通過維持Bmawd和Bmfng的表達(dá)水平來保證翅的正常發(fā)育，而敲除Bmfng后，Notch信號通路的激活被抑制，翅不能正常發(fā)育(Lingetal., 2015)。在果蠅中，F(xiàn)ng參與翅原基在背部/腹部邊界的形成(Wu and Rao, 1999)，且Fng缺失突變導(dǎo)致胚胎后期死亡(Correiaetal., 2003)。此外，F(xiàn)ng還同時影響著果蠅的眼睛、附肢發(fā)育等，但家蠶Fng功能缺失只影響翅形態(tài)發(fā)生，表明Fng在不同昆蟲組織分化中的作用存在差異(Satoetal., 2008)。

另外，F(xiàn)ng在卵子發(fā)生早期的Notch激活中起著關(guān)鍵作用，并為極性細(xì)胞在生殖細(xì)胞分裂成單個卵泡細(xì)胞的功能方面奠定了基礎(chǔ)(Grammont and Irvine, 2001)。Fng的異常表達(dá)或Notch的異常激活會產(chǎn)生一個額外的極性細(xì)胞。另外，缺乏Fng會破壞Notch蛋白在果蠅眼球赤道系統(tǒng)的表達(dá)，導(dǎo)致眼睛的發(fā)育失常。Fng的特異高表達(dá)以及隨后在赤道系統(tǒng)上的Notch信號對于果蠅組織鏡像對稱性和眼睛形態(tài)的形成至關(guān)重要(Cho and Choi, 1998)。Fng也能影響沙漠蝗Schistocercagregaria的胚胎節(jié)段形態(tài)形成(Deardenetal., 2000)。

3.5 其他分子及功能

除了以上昆蟲Notch信號通路幾個關(guān)鍵基因之外，還有很多相關(guān)研究中涉及到該通路的其他分子。例如，Groucho (gro)作為輔抑制因子與Smart和Hairless等共同抑制CSL活性，從而參與Notch信號通路，并通過與其他配對蛋白的相互作用在發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，包括胚胎分節(jié)、神經(jīng)發(fā)生和性別決定(Liu, 2012)。在家蠶胚胎中，通過RNAi使gro表達(dá)量下調(diào)導(dǎo)致蠶體出現(xiàn)典型的對稱表型，其奇數(shù)段完全缺失，表明Bmgro在家蠶的體節(jié)形成過程中起著直接的作用。然而，對Bmnotch的RNAi產(chǎn)生了腹中線對稱融合的缺陷型，這說明gro行使的功能不是由Notch信號直接介導(dǎo)的。

另外，Notch信號通路在細(xì)胞周期調(diào)控方面，與上述的Notch,Delta和Su(H)的作用都有關(guān)，而Fringe對于Notch聯(lián)合周期轉(zhuǎn)換調(diào)控不是必要的(Dengetal., 2001)。在Notch,Delta和Su(H) 3種基因缺失突變體果蠅中，都觀察到Cut表達(dá)量的上調(diào)以及周期轉(zhuǎn)換異常的現(xiàn)象；為了誘導(dǎo)有絲分裂至核內(nèi)周期的轉(zhuǎn)換，Notch信號不僅通過上調(diào)Fzr促進(jìn)M期退出，還抑制了G2/M進(jìn)展所需的Cdc25同源基因String和G1期Dacapo的下調(diào)，保證了S期的進(jìn)入(Sun and Deng, 2005)。Notch信號通路的功能遠(yuǎn)不止我們所了解的這些，相信在后續(xù)的相關(guān)研究中，能夠繼續(xù)探索擴(kuò)大Notch信號通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，尋找到更多的相關(guān)基因以及其他的生物學(xué)功能。

4 小結(jié)與展望

昆蟲Notch信號通路的研究取得了不少成果，鑒于Notch信號通路在昆蟲的發(fā)育和調(diào)節(jié)中的重要作用，了解其功能以及它如何與細(xì)胞和生命過程相聯(lián)系具有相當(dāng)大的價值。Notch信號通路在昆蟲中已報道的功能給予我們?nèi)缦聠l(fā)：在細(xì)胞分化及去分化，在組織重塑、昆蟲變態(tài)發(fā)育過程中，Notch通路的各種組分是如何分別行使調(diào)控作用的？參考其對果蠅唾液腺細(xì)胞周期的調(diào)控作用，推測Notch信號通路對于泌絲經(jīng)濟(jì)昆蟲家蠶的重要器官——絲腺的細(xì)胞周期，是否也有類似的功能？Notch信號通路的功能探究還不止于此，研究前景還很深遠(yuǎn)。

Notch信號通路在正常發(fā)育的細(xì)胞中具有廣泛的作用，所以它的研究對象也從昆蟲擴(kuò)展到了更多物種。近年來在哺乳動物的研究中表明，Notch信號通路不僅與神經(jīng)病理性疼痛相關(guān)，還與阿茲海默癥等神經(jīng)退行性疾病、腦損傷有關(guān)。Notch受體與配體的異常表達(dá)往往會直接影響腫瘤細(xì)胞的發(fā)生，與其他通路的基因互作使Notch通路在不同情況下行使促癌或抑癌作用(Qinetal., 2019)。這些功能與Notch信號通路參與細(xì)胞、組織的發(fā)育和分化有關(guān)，基于該通路的干細(xì)胞、T細(xì)胞與疾病研究也成為目前醫(yī)學(xué)界的研究熱點。

本文從Notch信號通路的構(gòu)成、特征、作用機(jī)制，以及幾個關(guān)鍵通路組成分子在昆蟲中的生物學(xué)功能等方面介紹了昆蟲Notch信號通路研究進(jìn)展。對Notch信號通路的更深一步研究，有利于我們加強(qiáng)對昆蟲胚胎發(fā)育、器官發(fā)育的了解，幫助尋找靶基因從而提升經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能，協(xié)助經(jīng)濟(jì)昆蟲產(chǎn)業(yè)上的病害防治等。所以昆蟲Notch信號通路的研究，不僅有益于昆蟲學(xué)研究及經(jīng)濟(jì)昆蟲產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，并且還能給予人類Notch信號通路研究提供新的思路和參考。隨著研究的深入，復(fù)雜而精密的Notch信號通路一些待解決的問題也顯現(xiàn)出來，例如: Notch受體在完整的狀態(tài)下以及被剪切后是以何種方式傳遞信號的?完整的Notch是怎樣通過不依賴CSL的信號途徑來發(fā)揮作用的？在意識到Notch信號通路不是一個簡單的線性通路后，它與其他信號通路互作的分子機(jī)制也將成為今后研究人員攻關(guān)的方向。