Notch1 信号途径与血管损伤修复

朱光旭 潘兴华 宋明宝 庞荣清

动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)等血管损伤性疾病病理变化主要表现为血管损伤处内皮再生延迟及平滑肌细胞(smooth muscle cell，SMC)过度增生，导致新生内膜形成，引起血管的管腔狭窄，是造成心肌梗死、卒中等疾病的重要原因。探索有效促进损伤血管内皮再生和抑制新内膜增生措施，并深入认识其调节机制一直是血管损伤性疾病研究的热点。血管损伤修复调节是一极为复杂的生命活动过程，迄今有关详细机制的认识尚不够系统深入。近年来的研究表明，Notch 信号在血管损伤后修复过程中发挥了重要调节作用［1］，相对于该信号系统中的其他途径，文献对于Notch1 信号通路调节作用的认识相对较为深入。基于近年的文献报道，我们对Notch1 信号调节损伤血管修复作用进行一初步总结。

一、Notch 信号通路概述及其在损伤血管的部分表达特点

Notch 信号是进化上高度保守、存在于多种组织，控制细胞增殖、分化和迁移等细胞命运的信号转导系统。Notch 受体为跨膜蛋白受体，通过邻分泌的Jagged 和Delta-like(Dll)家族配体作用而激活。哺乳动物细胞主要表达Notch1、2、3、4 和五种配体Jag-1、2，Dll-1、3、4，文献显示这些配、受体的表达分布可能具有组织或细胞类型特异性，如Villa 等［2］认为Notch 信号分子仅表达于动脉，在静脉血管并不表达。Notch途径配、受体相互作用引起受体构象改变，暴露裂解酶作用的关键部位，随后发生Notch 受体裂解，产生细胞内结构域(intracellular domain，ICD)释放和转位到细胞核。在细胞核，Notch ICD 的RAM 结构域与转录抑制子CBF1 结合，导致伴随的辅助抑制子撤换及其他辅助激活子募集，从而启动Notch/CBF1 调节的下游基因转录。分布于血管的Notch 信号分子主要包括Notch1、2、3、4，配体Delta-4、Jagged1、2 和效应器Hes-1、Hey-2，效应器蛋白作为转录抑制子抑制其他基因转录。该信号系统与血管发育和重构密切相关，Jagged1是目前检测到的既表达于内皮细胞(Endothelial，EC)，又表达于SMC 唯一的Notch 信号分子配体［3］。对于损伤血管修复调控方面，文献对Notch1 信号途径的作用研究相对较为深入。

正常情况下冠状动脉和颈动脉等的内皮和平滑肌均表达一定量的Notch 信号分子，血管损伤后这些信号分子在损伤局部表达发生明显改变。Lindner 等［4］应用大鼠颈动脉研究发现，正常血管内皮可检测到Jagged1、2 和Notch1 低表达，但是在血管损伤后这三种信号分子表达均显著增高，并且发现Jagged1、2 在EC 表达增强仅见于血管损伤处再生的EC;Jagged1、2 也表达于SMC，但是血管损伤后Jagged 2 表达上调较Jagged1 更为显著。在正常EC 几乎检测不到Notch2、3 及4 表达，但是三者在血管损伤修复时再生EC 中表达显著增加，邻近再生内皮的SMC 内Notch 3、4 表达也见显著增强。Notch 信号分子在损伤血管表达特点还与个体年龄相关。Wu 等［3］分析不同年龄段大鼠血管损伤后损伤局部Notch 信号分子表达情况发现，与幼年个体相比，血管损伤后老年大鼠内皮Jagged1 上调延迟、峰值低、维持时间短。此外，已经明确Notch 信号分子的血管表达限于动脉，而在静脉血管并不表达［2］。这些研究表明，Notch 信号分子表达与血管类别、血管损伤后修复进程和个体年龄紧密关联。

二、Notch1 信号通路与血管损伤修复的相关性

Notch1 信号对损伤血管修复调节主要表现在该信号途径调节了血管SMC、EC 及内皮祖细胞(endothelial progenitor cell，EPC)增殖、迁移和分化等细胞生物学活性，同时还可能通过调节这些血管细胞间相互作用，从而影响损伤血管修复。虽然已经明确Notch1 信号对损伤血管的修复具有重要调控功能，但是现有文献对于该信号系统的具体调节作用尚存在一些较为矛盾的认识。

1. 调节EPC 及EC 活性:自Asahara 等［5］1997 年 在Science 发表有关EPC 的研究以来，作为损伤血管较有潜力的防治措施，EPC 迅速成为该研究领域的热点。EPC 由造血干细胞(haemopoietic stem cell，HSC)分化而来，主要存在于骨髓和外周血等组织器官，血管损伤时被动员并归巢到血管损伤处分化为成熟EC，促进损伤血管内膜修复。新近研究表明，Jagged1 在EPC 生物学活性调节上发挥了重要作用。Kwon 等［6］用Jagged1 基因敲除小鼠研究证实，Jagged1 缺乏导致EPC 迁移、增殖和向内皮分化等能力减弱，并且使EPC参与缺血组织血管再生能力降低。通过移植EPC 治疗脊髓损伤的研究表明，Jagged(+ / +)EPC 较Jagged(-/-)EPC 更能够促进脊髓功能恢复，Jagged(+ / +)EPC 不仅显示较强的促血管再生效应，且能促进形态学上正常血管的稳定性［1］。Notch1 信号分子表达于EPC，在EPC 向内皮分化过程中该信号分子表达也随分化状态不同而改变［7-8］。孟晓等［8］发现Notch 信号活化与于EPC 向EC 分化有关。这些研究提示Notch1 信号在EPC 修复损伤血管过程中可能发挥了重要调节作用。

但是现有文献报道中尚存在一些不同认识。Ii 等［9］研究发现胆固醇可剂量依赖性促EPC 表达血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial cell growth factor，VEGF)，并促进EPC 的增殖和迁移，然而观察到Notch1 表达显著降低;在针对Notch1 信号调节EC 活性的研究中，Liu 等［10］发现Notch1信号活化抑制EC 增殖和迁移;Noseda 等［11］也证实通过Jagged1 激活Notch1 后会抑制p21Cip1 表达，从而阻抑EC 增殖。基于这些研究结论，我们会发现一个问题，即Notch1 信号活化后抑制EC 增殖和迁移等活性，而Jagged1 表达于EPC 又有利于其增殖迁移及向内皮分化［7-8］，那么EPC 在向EC 分化修复损伤血管的过程中，Jagged1 表达于EPC 是促进还是抑制EPC 修复损伤血管内膜?Notch1 信号途径在EPC和成熟EC 是否发挥了不同生物学功能，在EPC 向EC 分化过程中该通路是否实现以及如何实现功能转换，要明确回答这些问题尚需做大量细致深入的工作。

2. 调节SMC 细胞活性:文献证实Notch1 信号对SMC 增殖、迁移、分化以及表型转化也有重要调节作用。Boucher 等研究认为由Jagged1 激活Notch1 信号可以促进血管SMC 由收缩型向合成型转变［12］;适量乙醇可抑制血管SMC 增殖，而过表达Notch1 可有效防止乙醇导致的SMC 增殖抑制，表明Notch1 信号活化有利于促进SMC 增殖和迁移［13］;Li等［14］应用Notch1 基因敲除小鼠研究发现在血管损伤后新内膜增生程度显著降低，特异性缺乏Notch1 表达的SMC 其增殖和迁移等能力也显著下降。Hes1、5 为Notch1 下游靶基因，在调节核蛋白CBF-1/RBP-Jk 功能中起重要作用，Sweeney 等［15］通过离体研究证实持续表达活性Notch1 可以导致CBF-1/RBP-Jk 依赖性启动子活性增强，促进SMC 增殖，抑制其迁移及凋亡，阻断这一途径则显著抑制其增殖并促进凋亡和迁移。

对于Notch1 信号分子对SMC 活性调节作用也有不同的报道。Wu 等［3］分析不同年龄段大鼠损伤血管局部Notch 相关信号分子表达，发现与幼年个体相比，血管损伤后老年大鼠内皮Jagged1 上调延迟、峰值低、维持时间短，但是损伤处平滑肌增殖细胞核抗原上调早、峰值高、新生内膜加重，由于Jagged1 能激活Notch1 信号，该研究进一步的实验证实这是由于内皮Jagged1 表达不足导致SMC Notch1 信号激活障碍，引起血管损伤处SMC 过度增生，这一结论与Notch1 活化促进SMC 增殖迁移相关文献认识不一致，这种差异是否提示Notch1 信号在老龄和年轻大鼠动脉SMC 可能具有不同的生物学调控作用及机制，也需进行进一步的研究工作加以阐明。

3. 调节内皮与平滑肌间相互作用:细胞间相互作用是组织和细胞生命活动重要的调节方式［16］，Notch1 信号调节内皮和SMC 间相互作用也影响到损伤血管修复。High等［17］研究中发现，特异的内皮Jagged1 基因敲出会导致心血管缺陷，进一步的研究揭示这是由于内皮Jagged1 表达异常导致SMC 表型异常，因此认为内皮Jagged1 表达是血管发生过程中邻近SMC 正常发育所必需的;表达于内皮Jagged1 可以激活血管SMC 前体细胞的Notch 信号，从而促进血管平滑肌层的形成［18］;老龄大鼠动脉EC Jagged1 表达较年轻大鼠动脉EC 弱，在共培养时这一因素促进了血小板源性生长因子(Platelet-derived growth factor ，PDGF)介导的SMC 增殖和迁移;通过小RNA 干扰技术抑制EC Jagged1 表达可使共培养SMC alpha-SMA 表达受抑，并促进PDGF 刺激的共培养SMC 增殖迁移［19］。另一方面，血管SMC Notch1 信号也调节了EC 生物学特性。Yang 等［20］通过EC 和SMC 共培养研究发现，通过SMC Jagged1 可以高效地激活EC Notch1 信号，使EC 增殖能力显著增强。这些研究表明Notch1 信号在内皮和平滑肌之间相互作用中也发挥重要调节作用，因此极有可能影响到血管损伤后修复进程。

4. 其他调节作用:Notch1 信号其他一些调节作用也影响到血管损伤修复。文献研究显示细胞基质微环境也是影响血管损伤修复的重要因素。Lindner 等［4］报道可溶性Jagged1 可导致细胞-基质黏附能力和细胞迁移能力减弱，并且发现钙黏蛋白调节的细胞间结合部也是Jagged1/Notch1途径作用重要靶点;某些类型干细胞、祖细胞如间充质干细胞(mesenchymal stem cell，MSC)，可分化为EC 和SMC 参与损伤血管修复［21-22］，然而尚不清楚Notch1 信号通路在其向内皮或平滑肌分化参与损伤血管修复时的调节作用如何;Notch1 信号不仅直接调节血管细胞活性参与损伤血管修复，且还可能与MAPK、PI-3K/Akt 及Wnt/TCF 等信号系统对话调节［13，23］，调控血管相关细胞因子表达等，直接或间接影响血管损伤修复。

血管损伤修复是一极为复杂的病理生理过程，血管细胞及其干细胞、祖细胞、细胞基质及个体环境等均参与了这一过程。基于已有研究结果，可以明确Notch1 信号途径在血管损伤修复中发挥了重要的调节功能，然而目前的文献研究对于该信号系统调节损伤血管修复的认识远不够系统全面，结论上多有矛盾之处，因此尚需做大量细致深入的工作。只有在血管损伤修复调节的详细机制被准确和深入揭示后，临床才可能在寻找血管损伤有效防治靶点和措施方面获得较新的突破。

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