Notch信号转导通路在缺血性心脏病中的作用

秦 迪 黄丽红 (吉林大学中日联谊医院老年病科，吉林 长春 130033)

Notch是一种结构及功能在进化上高度保守的跨膜受体蛋白家族，广泛表达于果蝇、脊椎动物、哺乳动物等多个物种。目前在哺乳动物中发现4种受体Notch 1～4，以及Jagged 1、Jagged 2、Delta-like 1(Dll 1)、Delta-like 3(Dll 3)和 Delta-like 4(Dll 4)五种配体。Notch信号通路受细胞间多种网络信号的调控，由两个邻近细胞的Notch受体与配体结合而激活，介导下游信号元件、靶基因及各种辅助蛋白相互作用，从而调节细胞的增殖、分化、迁移及凋亡〔1〕。在胚胎发育及出生早期，Notch受体和配体均有不同程度的表达，Notch信号参与了心肌细胞的分化、房室管和瓣膜的发育、心室小梁的形成以及心室流出道的重塑〔2〕。研究发现〔3〕，心脏缺血改变激活了许多胚胎基因程序。在梗死初期，Notch信号活化，其下游基因表达量升高，这为心肌梗死的研究提供了新的方向。本文就Notch信号通路及其介导的细胞间通讯对缺血性心脏病的影响做以综述。

1 Notch信号通路与动脉粥样硬化

炎症是动脉粥样硬化斑块不稳定发生的主要机制，而巨噬细胞参与了斑块炎症的扩大级联反应，并引发结构不稳定性和血栓的形成。Tung等〔4〕研究表明Notch信号通路在动脉粥样硬化性疾病的巨噬细胞激活中占有重要地位，Dll 4-Notch途径可通过巨噬细胞的活化参与炎性反应。在人动脉粥样硬化斑块所富含的巨噬细胞中发现了多种Notch受体及配体的表达，如Dll 4、Notch 3;体外实验观察发现，促炎症刺激因子，如脂多糖(LPS)、白细胞介素1β(IL-1β)、弱氧化修饰低密度脂蛋白(mmLDL)能诱导人巨噬细胞中Dll 4的高表达，在动脉粥样硬化斑块中可以检测到免疫反应性Dll 4;LPS、mmLDL为Toll蛋白样受体(Toll-like receptor 4，TLR4)的配体，TLR4参与了动脉粥样硬化和急性冠状动脉事件的发生，应用RNA干扰技术(RNAi)证实TLR4和核因子(NF-κB)可以调节LPS介导的Dll 4的表达;Dll 4使巨噬细胞靶向结合Notch信号，诱导巨噬细胞促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶B(PKB，Akt)和NF-κB通路的活化;同时，Dll 4还介导了诱导型氮氧化物合酶(iNOS)、五聚素3(PTX3)、分化抑制因子1(ID1)和Dll 4自身的转录。Dll 4除了能够活化巨噬细胞外，还在血管形成、树突细胞的细胞间相互作用及促炎症反应异型因子相互作用中有重要作用。

除此之外，Notch还可通过缺氧诱导因子(HIF)依赖性信号传导通路来调节动脉缺血损伤引起的炎症反应。HIF-α脯氨酸和天冬酰胺酰(Asn)羟基化提供了细胞内信号与氧有效结合促HIF转录反应的一种新方式。HIF抑制因子(FIH)可催化HIF-1α的C末端激活区(CAD)，阻断HIF-p300/CBP相互作用而抑制HIF介导的转录反应。Asn残基作为锚蛋白通用序列的一部分高度保守，含有锚蛋白复制(AR)区(ARD)的多种蛋白可被 FIH酶催化〔5〕。Cockmen等〔6〕研究表明，HIF天冬酰胺酰羟化酶及FIH均可催化内源性Notch受体ARD高度保守的天冬酰胺酰残基的羟基化。AR羟基化减少了ARD结合FIH的长度，但不影响Notch通路正常的信号传导。ARD蛋白可有效地与HIF竞争FIH依赖性的羟基化作用，该作用潜在性扩大了HIF转录活化的氧依赖性调节以及缺氧信号的生理性调整，进而调节炎症反应。

2 Notch信号通路与血管新生

在动脉粥样硬化所致缺血损伤时，Notch和HIF依赖性信号传导通路互相协同，共同调节炎症反应的同时还调节新生血管形成。缺氧时氧供与氧耗不平衡，激活了促氧运输及缺氧细胞代谢的通路〔7～9〕。研究证实〔10〕，Notch 信号对缺氧敏感，在Notch信号与HIF信号通路存在多种直接和间接的相互作用。低氧诱导Notch配体Dll 4和靶基因Hey 1和Hey 2的表达，激活Dll 4-Notch-Hey 2信号通路，它们的活化依赖于HIF-1α和Notch的激活。在内皮祖细胞中表达升高的Dll 4和Hey 2抑制了静脉调节器(Chicken Ovalbumin Upstream Promoter Transcription FactorⅡ，COUP-TFⅡ)为细胞核激素受体家族中的孤儿受体的表达，而调节了动脉的产生。Hey因子反而可抑制HIF-1α诱导基因的表达，表明了存在一个负反馈以阻止缺氧诱导基因的过度表达〔10，11〕。Gustafsson 等〔12〕发现缺氧抑制了肌性细胞的分化，而Notch受体的裂解对这种抑制是必要的。缺氧条件下，激活外源性胞内结构域(NICD)启动子的表达合成，同时协调了HIF-1α诱导因子的表达，增强Notch信号通路下游基因转录活化反应，促进Notch下游基因 Hes 1和 Hey 2的表达。HIF-1α可能与CSL/NICD/MAML(mastermind-like)的三聚复合体结合;或是拮抗MAML与CSL/NICD结合，而激活Notch信号通路〔13〕。

在平滑肌细胞中富含平滑肌α肌动蛋白(SMA)，对于平滑肌细胞和成肌纤维细胞力传导和牵引力的产生具有重要作用。Notch可通过内皮细胞和血管平滑肌细胞中主要的效应器-CSL的活化，直接调节平滑肌细胞标记物-SMA的表达。CSL/Notch活化在内皮向间质细胞的转化过程中诱导了SMA的表达，同时SMA启动子保守的共有序列顺式作用元件通过Notch介导的SMA诱导作用直接与CSL连接，使血管平滑肌细胞中SMA的表达成为Notch活化的必要〔14〕。

3 Notch信号通路与心肌收缩力的改变

目前认为，心梗后心脏收缩力的适应不良性改变与病理刺激胚胎基因程序激活有关〔3〕。心肌缺血时，Notch受体及配体水平均有不程度地升高，其下游基因的表达亦随之升高。研究证实〔15，16〕，Notch信号下游基因转录蛋白(HRT)与心肌富含的心肌转录因子(GATA)相结合，可抑制GATA介导的心肌基因转录，调节心脏基因的表达。GATA-4是目前研究最多的心脏发育密切相关的转录调控因子之一，是胚胎发育过程中心脏细胞的早期标志。研究发现〔15，17，18〕，GATA-4 直接影响心脏结构基因的表达，包括α-肌球蛋白重链(α-MHC)、肌钙蛋白C(cT-nC)、心房利钠肽(ANP)、脑利钠肽(BNP)等，以及通过其锌指结构与其他心脏特异性的转录因子如Nkx2-5、TBX5、胚胎成纤维细胞(MEF2)等相互作用形成复合物发挥转录调控作用，从而调节心脏发育，对于心脏收缩起到关键作用。

4 Notch信号通路与心肌细胞的重构

心肌细胞的重构主要表现为心肌细胞凋亡、心肌细胞肥大、成纤维细胞增生。心肌肥大最本质的特征是核内基因表达的改变，其后一些作为胚胎标志基因如β-肌球蛋白重链(βmyosin heavy chains，β-MHC)、ANP等表达上调。Notch信号可抑制GATA介导的心肌基因转录，从而降低ANP的表达，降低了成纤维细胞的增生和心肌肥大。Gude等〔16〕在对心肌梗死的研究中提出，Notch信号途径对心肌细胞具有保护作用，该作用是Notch/Hey上调磷酸化AKt的表达，激活了磷酸肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKt/PKB)传导途径而实现的。这可能是肿瘤细胞研究的结果〔19〕:PI3K/AKt信号通路可激活Notch信号传导途径，抗细胞凋亡，促细胞增殖相一致。而在AKt 1调节信号刺激心肌细胞的肥大的机制中〔15〕，AKt 1可减弱HRT对GATA依赖性基因表达的抑制。此外，Notch 1可抑制NF-κB与DNA结合，从而对抑制细胞凋亡及肥大、增强细胞存活起负向调节〔20〕。Notch 1还可抑制一些抗凋亡蛋白和与增殖有关蛋白的表达，如细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)及Bcl-2〔21〕。上述研究提示，Notch信号对缺血性心肌细胞的调控机制并不简单，Notch信号及下游基因可能在心肌梗死的不同时期表达，并受到多种细胞信号的调节，从而对心肌细胞的存活、凋亡及肥大发挥作用。

5 展望

Notch信号通路及其下游各种靶基因对缺血性心脏病的调控机制是多样而复杂的。在动脉粥样硬化形成过程中，Notch信号加重了斑块的不稳定性;而当冠状动脉狭窄或闭塞引发心肌缺血时，它又可促进血管重构、增加心肌收缩力而保护心脏。近些年来，采用促血管新生及心肌再生机制挽救早期梗死缺血的心肌损伤成为潜在的治疗热点，Notch信号通路的上述研究为此提供了新的方向。此外，其对心肌细胞凋亡及肥大发挥的双向调节作用仍需进一步探讨。通过激活或阻断Notch信号通路能够为临床上缺血性心脏病的治疗性干预提供新的思路。

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