Notch 信号通路与动脉粥样硬化的研究进展

崔梅花 综述，关立克 审校 (延边大学附属医院心内科，吉林 延吉 133200)

动脉粥样硬化(As)是多因素诱导血管壁发生局部炎性级联反应的慢性进展性病理过程。在As 的发生、发展过程中，免疫反应发挥着重要的作用，免疫反应涉及As 发展的各个环节［1］。近年来研究表明，Notch 信号通路在As 发生、发展过程中起着重要作用。简单综述一下关于Notch 信号通路与As 研究进展。

1 Notch 信号通路简介

1.1 Notch 信号通路构成及活化过程:Notch 信号通路是在进化上高度保守的一类通路，广泛参与器官、组织细胞的发育分化。Notch 信号通路由Notch 受体、配体、细胞内效应分子、调节分子及其他的效应物等组成。

1.2 Notch 信号通路的发现和来源:1919 年，Mohr 发现果蝇翅膀边缘出现缺口跟其体内某种基因功能障碍有关，他将这种起关键作用的基因命名为Notch 基因。研究发现，Notch 基因位点突变会导致果蝇胚胎期死亡，上皮组织会被神经组织取代，神经组织迅速增多，导致雌性杂合子的翅膀出现各种各样的缺口。果蝇Notch 基因在1983 年被成功克隆。随后研究发现，Notch 基因在无脊椎动物和脊椎动的多个物种中均有表达。

人的Notch 受体有4 中，分别为Notch1、Notch2、Notch3、Notch4。Notch 配体有五种，分别为Jagged1、Jagged2 和Delta1、Delta3、Delta4［2－3］。

1.3 Notch 信号通路的激活:Notch 受体的胞外区主要功能是和配体结合，激活Notch 信号通路产生效应。但也有研究发现，非配体依赖的Notch 受体的激活也可以启动Notch 信号通路［4〛。Notch 信号通路受体蛋白的分子量为300 KD 左右，由180 KD 的胞外区和120KD 胞内区组成。其受体胞外区与配体结合被激活后，受体在γ－secretAse 蛋白酶和ADAM 家族酶联合作用下，胞内区发生水解释放出胞内区活性形式，即胞内域(NICD)。哺乳动物的NICD 进入核内与重组信号结合蛋白Jk(RBP－Jk)结合。RBP－Jk 是Notch 信号通路中关键的转录因子，在一些转录激活分子的作用下，NICD 和RBP－Jk结合在一起激活下游靶基因的转录。Notch 信号通路的下游分子都具有碱性螺旋－环－螺旋(bAsic helix－loop－helix，bHLH)特征性结构，在哺乳动物中包括俩类:一是HES(hairy/enhancer of split，Hes)家族，二是HRT(hairy－related transcription factor，HRT)家族。在哺乳动物中，Hes 家族中有七种基因Hes1－7，只有Hes1、5 及7 受Notch 调控，而Hey 家族中Hey1、2 和HeyL 受Notch 信号通路的调控［5］。因此NICD 和RBP－Jk 结合在一起启动靶基因Hes 与HRT 的表达［6］。近年也有新型的bHLH 家族分子HERP(HES－related repressor protein，HERP)被发现，它可以形成同型二聚体，bHLH 和HERP 分别可通过不同的方式激活下游基因的表达［7］。

Notch 信号的激活参与了机体众多的生理病理调控，如胚胎发育、肿瘤发生、神经退行性病变、免疫系统功能调控以及心脏及血管发育等生理病理过程［8－9］。近年来，研究发现Notch 信号与心血管疾病的发生、进展及预后有重大关系，作为常见疾病的AS 得到了较好的研究［10］。除此之外，Notch 信号具有诱导新生血管形成、促进干细胞向心肌的分化、抑制心脏成纤维细胞－成肌纤维细胞转化(CMT)、保护缺血心肌等作用［11－14］。

2 Notch 信号通路与As

As 是动脉血管壁对损伤和刺激的慢性炎症和免疫反应。在As 形成的早期单核细胞在损伤部位聚集、黏附、迁移和穿过血管内皮，进而活化并分化成为巨噬细胞，巨噬细胞在动脉粥样硬化(As)起始、发展的全过程扮演着中心角色。巨噬细胞脂质化后形成泡沫细胞是粥样硬化发生的始动因素。巨噬细胞吞噬脂质成为泡沫细胞，形成As 的早期病变脂纹、脂斑的主要成分;动脉中膜的血管平滑肌细胞(VSMC)迁入内膜，吞噬脂质形成肌源性泡沫细胞，增生迁移形成纤维帽，进而形成纤维斑块;氧化修饰低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein ox－LDL)使上述两种泡沫细胞坏死崩解，形成糜粥样坏死物，粥样斑块形成。在此过程中Notch 信号通路起多方面的作用。Notch 信号与炎症之间的关系是复杂精密的。据报道，炎症过程中产生的细胞因子如:肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)，干扰素－γ(interferonγ，IFN－γ)等，可以调控细胞中Notch 受体、配体的表达及激活。但是细胞因子不同，具体调控的Notch 信号也不同。反过来，Notch 信号也可调控体内的炎性反应。Notch 信号通路广泛参与炎症细胞的分化，并且该通路的组成部分在慢性炎症病灶上调［15］。据报道Notch 信号在整个免疫系统细胞发育选择中广泛存在，特别是在淋巴细胞和单核细胞的发育、分化及调节成熟免疫细胞的功能中有重要作用［16－19］。

2.1 Notch 信号通路与巨噬细胞:Notch 信号通路与巨噬细胞是相互作用的。研究表明，激活的巨噬细胞通过介导Notch1及其下游目标基因和炎症效应因子而参与促炎反应，从而具有促进As 发生的作用［20］。LPS 诱导M1 型巨噬细胞活化的过程也依赖Notch 信号通路的作用，封闭RBP－Jk 介导的Notch 信号通路会导致巨噬细胞M1 型活化障碍［21］。Notch 信号通路可以调控巨噬细胞表面重要标记CD11b 的表达来调节巨噬细胞发育及其由LPS 刺激引发的免疫应答，Notch1 及其靶基因Hes1 和Deltex 激活会促进巨噬细胞的激活［22］。还有研究发现，无论在体内还是体外，使用γ 分泌酶抑制剂DAPT来干扰脂多糖(LPS)刺激激活的Notch 信号通路都能抑制巨噬细胞分泌IL－1β 和IL－6，但TNF－α 的含量不变［23］。此外，用γ 分泌酶抑制剂IL－CHO 来封闭Notch 信号通路，可以减少巨噬细胞IL－6 的分泌，增加IL－10 基因的表达［23］。Notch 配体Delta1 和Delta4 都可以诱导巨噬细胞的产生［24］。总体上来说，一定范围内，Notch 信号与巨噬细胞是相互促进的:巨噬细胞激活，通过释放炎症介质或自身Notch 信号通路激活，使Notch 受体、配体表达增多;反过来，Notch 通路激活促进巨噬细胞合成分泌更多的炎症介质，加重炎性反应。此外，大量实验证明:Notch 信号在免疫细胞的激活能够加剧As病变，尤其是巨噬细胞中Notch 途径，对于炎症及As 的发展起着重要作用［25］。抑制Notch 信号通路有抑制炎性反应，抗As的作用。

2.2 Notch 信号通路与平滑肌细胞:血管内皮损伤后局部释放大量促增殖因子刺激平滑肌细胞过度增殖。此时Notch 通路维持平滑肌收缩表型、抑制平滑肌细胞过度增殖。Noseda等［26］发现α－SMA 基因启动子区域包含了与CSL 一致的结合序列TGGGAA，激活CSL 就能诱导内皮和成纤维细胞α－SMA 表达，而用CSL 小干扰RNA 转染细胞就能抑制NICD 诱导的α－SMA 表达。因此，血管损伤后内皮再生过程中激活CSL 可能是机体的一种内源性保护机制。但有研究表明增强Notch3 活性，可抑制转化生长因子(TGF) －β1 将纤维细胞转化为成肌纤维细胞［27］。最近研究发现Notch1 ～4 在CF(心脏成纤维细胞)中均有表达，运用DAPT(γ 分泌酶抑制剂)可促进TGF－β1 诱导的CMT，同时伴随Notch1、Notch3 和Notch4表达下调、胶原合成增加［28］，因此Notch 通路也有抑制平滑肌细胞过度增殖作用。

2.3 Notch 信号通路与新生血管:Notch 信号通路调节血管发生对斑块的进展及稳定性起着重要的影响。不稳定型斑块形成与斑块肩部新生小血管数量增多有关，数量越多斑块也就越容易破裂。Lawson 等［29］的研究表明斑马鱼gridlock 基因与哺乳动物Notch 通路中hey2 同源，gridlock 的功能缺失或突变抑制动静脉分化，动脉内皮细胞缺失。Notch 信号通路在尖端细胞的选择中起重要作用［30］，Delta4 在新生血管尖端有较高活性，应用重组可溶性Delta4/Fc 蛋白或Delta4mAb 封闭Delta4 分子，或应用γ－secretAse 抑制剂DAPT(Notch 信号通路特异性抑制剂)抑制NICD 形成也可以产生类似结果。上述研究提示抑制Notch 信号通路，斑块内部血管分支及内皮细胞增生减少，有助于斑块的稳定性。

2.4 Notch 信号通路与心肌损伤:心肌损伤时伴有Notch 信号通路的激活，心肌缺血缺氧时缺氧诱导因子(HIF) －1α 表达的上调，通过减少活性氧，抑制线粒体通透性转换孔(mPTP)开放，减轻心肌缺血再灌注损伤(IRI)。研究发现Notch 信号利用Hesl/Stat3 的传导激活缺氧通路，使HIF－1α表达升高［31］;与此同时，缺血组织逐渐累积的HIF－1α 不但启动Hesl 的转录，而且与NICD 结合，维持其稳定［32］，因此，积极调控Notch 信号有望减轻组织IRI。

3 展望

Notch 信号通路在动脉粥样硬化的形成发展和稳定中起着重要的作用，因此研究Notch 信号通路成为预防As 潜在的治疗靶点，Notch 信号通路能防止或减慢As 的发展。因此，如何将Notch 信号通路作为药物靶点的基因疗法和化学疗法应用于预防As 成为新亮点。

［1］ Shen L，Matsunami Y，Quan N，et al.In vivo oxidation，platelet activation and simultaneous occurrence of natural immunity in atherosclerosis－prone mice［J］.Isr Med Assoc J，2011，13(5):278.

［2］ Kopan R，Ilagan MX.The canonical Notch signaling pathway:unfolding the activation mechanism［J］.Cell，2009，137(2):216.

［3］ D'Souza B，Meloty－Kapella L，Weinmaster G.Canonical and non－canonical Notch ligands［J］.Curr Top Dev Biol，2010，92:73.

［4］ Hori K，Sen A，Kirchhausen T，et al.Synergy between the ESCRT－III complex and Deltex defines a ligand－independent Notch signal［J］.J Cell Biol，2011，195(6):1005.

［5］ Fischer A，Gessler M.Delta－Notch－and then?Protein interactions and proposed modes of repression by Hes and Hey bHLH factors［J］.Nucleic Acids Res，2007，35(14):4583.

［6］ Schwanbeck R，Martini S，Bemoth K，et al.The Notch signalingpathway:molecular basis of cell context dependency［J］.Eur J Cell Biol，2011，90(6－7):572.

［7］ Wang X，Fu Y，Chen X，et al.The expressions of bHLH gene HES1 and HES5 in advanced ovarian serous adenocarcinomas and their prognostic significance:a retrospective clinical study［J］.J Cancer Res Clin Oncol，2010，136(7):989.

［8］ FUNG E，TANG S M，CANNER J P，et al.Delta like 4 induces notch signaling in macro phages:implications for inflammation［J］.Circulation，2007，115(23):2948.

［9］ QUILLARD T，DEVALLIERE J，COUPEL S，et al.Inflammation dysregulates Notch Signaling in endothelial cells:implication of Notch2 and Notch4 to endothelial dysfunction［J］.Biochem Pharmacol，2010，80(12):2032.

［10］ Liu ZJ，Tan Y，Beecham GW，et al.Notch activation induces endothelial cell senescence and pro－inflammatory response:implication of Notch signaling in atherosclerosis［J］.Atherosclerosis，2012，225(2):296.

［11］ Kume T.Ligand－dependent Notch signaling in vascular formation［J］.Adv Exp Med Biol，2012.727:210.

［12］ Boni A，Urbanek K，Nascimbene A，et al.Notch1 regulates thefate of cardiac progenitor cells［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2008，105(40):15529.

［13］ Fan YH，Dong H，Pan Q，et al.Notch signaling may negativelyregulate neonatal rat cardiac fibroblast－myofibroblast transformation［J］.Physiol Res，2011，60(5):739.

［14］ Gude N，Sussman M.Notch signaling and cardiac repair［J］.J Mol Cell Cardiol，2012，52(6):1226.

［15］ Khokha R，Murthy A，Weiss A.Metalloproteinases and their natural inhibitors in inflammation and immunity［J］.Nat Rev Immunol，2013，13(9):649.

［16］ Kemper C，K¨ohl J.Novel roles for complement receptors in T cell regulation and beyond［J］.Mol Immunol，2013，56(3):181.

［17］ Radtke F，MacDonald HR，Tacchini－Cottier F.Regulation of innate and adaptive immunity by Notch［J］.Nat Rev Immunol，2013，13(6):427.

［18］ Gentle ME，Rose A，Bugeon L，et al.Noncanonical Notch signaling modulates cytokine responses of dendritic cells to inflammatory stimuli［J］.J Immunol，2012，189(3):1274.

［19］ Bigas A，D'Altri T，Espinosa L.The Notch pathway in hematopoietic stem cells［J］.Curr Top Microbiol Immunol，2012，360:1.

［20］ Bansal K，Kapoor N，Narayana Y，et al.PIM2 Indneed COX－2 and MMP－9 expression in macrophages requires PI3K and Notchi1 signaling［J］.PLoS One，2009，4(3):e4911.

［21］ Wang YC，He F，Feng F，et al.Notch signaling determines the M1 versus M2 polarization of macrophages in antitumor immune responses［J］.Cancer Res，2010，70(12):4840.

［22］ Palaga T，Buranaruk C，Rengpipat S，et al.Notch signaling is activated by TLR stimulation and regulates macrophage functions［J］.Eur J Immunol，2007，38(1):174.

［23］ Tsao P N，Wei S C，Huang M T，et al.Lipopolysaccharideinduced Notch signaling activation through JNK－dependentpathway regulates inflammatory response［J］.J Biomed Sci，2011，18(1):56.

［24］ Camelo S，Raoul W，Lavalette S，et al.Delta－like 4 inhibits choroidal neovascularization despite opposing effects on vascular endothelium and macrophages［J］.Angiogenesis，2012，15(4):609.

［25］ Quillard T，Charreau B.Impact of notch signaling on inflammatoryresponses in cardiovAscular disorders［J］.Int J Mol Sci，2013，14(4):6863.

［26］ Noscda M，Fu YX，Niessen K，et al.Smooth muscle dactin is a direct target of Notch/CSL［J］.Circ Res，2006，98(12):1468.

［27］ Kennard S，Liu H，Lilly B.Transforming growth factorbeta(TGF－31)down－regulates Notch3 in fibroblasts to promote smooth muscle gene expression［J］.J Biol Chem，2008，283(3):1324.

［28］ Fan YH，Dong H，Pan Q，et al.Notch signaling may negatively regulate neonatal rat cardiac fibroblast－myofibroblast transformation［J］.Physiol Res，2011，60(5):739.

［29］ Rutenberg JB，Fischer A，Jia H，et al.Developmental patterning of the cardiac atrioventricular canal by Notch and Hairyrelated transcription factors［J］.Development，2006，133(21):4381.

［30］ Kume T.Novel insights into the differential functions of Notch ligands in vAscular formation［J］.J Angiogenes Res，2009，1:8.

［31］ Lee JH，Suk J，Park J，et al.Notch signal activates hypoxia pathway through HESl－dependent SRC/signal transducers and activators of transcription 3 pathway［J］.Mol Cancer Res，2009，7(10):1663.

［32］ Qiang L，wu T，Zhang Hw，et al.HIF－1 alpha is critical for hypoxia－mediated maintenance of glioblAstoma stem cells by activating Notch signaling pathway［J］.Cell Death Differ，2012，19(2):284.