Notch信号和核因子-κB信号通路与心肌梗死后心室重构之间关系的研究进展

晋金兰综述，韦建瑞审校

Notch信号和核因子-κB信号通路与心肌梗死后心室重构之间关系的研究进展

晋金兰综述，韦建瑞审校

心室重构是急性心肌梗死进展为心力衰竭的重要原因，如何预防和（或）逆转心肌梗死后心室重构是心力衰竭防治的热点问题，但目前心室重构发病机制仍未彻底阐明。Notch信号和核因子-κB信号与心肌梗死后心室重构关系密切。本文就这两个信号通路与心室重构之间关系的研究进展做一综述。

Notch信号；核因子-κB信号；心室重构

急性心肌梗死后发生的心室重构是导致该类患者进展为心力衰竭（心衰）的重要原因，心衰患者的5年死亡率接近50%。寻找有效预防和（或）逆转心室重构的方法对于心衰的防治具有十分重要的意义，并且成为近年来心血管研究领域的热点问题[1,2]。Notch信号通路在心血管系统的发生、发育、生理和病理过程中发挥重要作用。近年研究发现，这一信号通路在心室重构过程中发挥调控作用。核因子-κB（NF-κB）是一种具有转录调节作用的序列特异性脱氧核糖核酸结合蛋白，它有多向调节功能，广泛参与多个基因的转录调控。最近研究提示，NF-κB信号通路也在心室重构过程中起重要作用。本文就Notch信号和NF-κB信号通路在心肌梗死后心室重构中的作用及相互关系的研究进展做一综述。

1 Notch信号通路简述

1917年Morgan报道了一个果蝇突变体，因其翅膀边缘出现缺刻而得名“notch”[3]。20世纪80年代，Young[4]和Wharton[5]实验室各自独立发现了Notch基因及其编码的蛋白质。随后的研究表明，Notch基因从无脊椎动物到哺乳动物等多个物种广泛表达，是一个进化上高度保守的跨膜受体蛋白家族。

Notch信号通路由Notch受体、Notch配体和核效应物三部分组成。在哺乳动物中共发现4类Notch受体，分别是Notch1、Notch2、Notch3和Notch4，配体有Jagged1、Jagged2、Delta-like 1、Delta-like 3和Delta-like 4五种。当配体与Notch胞外区结合以后，释放可溶性的Notch信号胞内部分（NICD）。NICD被转移至细胞核内，活化Notch信号的初级效应分子CSL[即脊椎动物中的CBF1、果蝇中的Su（H）及线虫中的Lag-1等转录因子的缩写]，进而激活相关基因的表达。

2 Notch信号通路与心肌梗死后心室重构之间关系的研究

Notch受体在心血管系统有表达[6]。小鼠胚胎发育第11天时Notch1已在心脏开始表达，这种表达在胚胎12周时达到高峰。Notch2和Notch3表达与Notch1相似。Notch4在心脏中的表达在胚胎2周时达到最高峰。JAG1的表达相对比较恒定。Notch1在流出道、房室管、室壁小梁以及心外膜表达，在心房和心室肌致密层不表达。Notch2在小鼠交配后12.5天不表达，但是在房室管、肺动脉和主动脉表达。Notch3在肺动脉和主动脉表达，Notch4在主动脉内皮层表达。Notch信号对于室壁小梁心肌细胞的增殖和分化起着非常关键的作用[7]。

我们对于Notch信号下游的效应基因（靶基因）所知甚少[8]，众所周知的靶基因包括Hes和Hey家族的转录因子[9]。在Hes家族中，目前知道只有Hes1、Hes5、Hes7受到Notch信号通路的调节。在Hey家族中，目前只有Hey1、Hey2和HeyL受到Notch信号通路的调节。原位杂交表明，Hey2主要在心肌致密层表达。

最近研究发现，Notch信号在心衰的发生过程中也起着重要作用。研究表明，乳鼠心肌细胞上表达有Notch信号受体Notch1和配体Jagged1，随着年龄增长，Notch1的表达逐渐减弱[10]。在小鼠心衰模型心肌细胞上Notch1及Jagged1 的表达水平增加，而敲除了Notch1基因的小鼠心衰模型心脏肥大反应加剧、心肌细胞纤维化程度增加、心功能下降、心肌细胞死亡率增加，提示Notch1信号对小鼠心衰模型的心脏具有保护作用。在心肌梗死组织上，Notch信号通路下游效应物Hes1表达升高，研究表明心肌梗死后注射携带有Notch1

受体胞内段基因（NICD1）的腺病毒可改善心脏的血液动力学，提示心肌损伤后Notch基因的重新表达是继发于心肌损伤后的一种适应性反应，Notch1限制了非心肌梗死区域心肌细胞肥大反应，并且与存活心肌细胞修复再生密切相关[11]。

为了进一步揭示Notch1信号通路在心肌梗死后心衰发病机制中的作用，有学者进行了深入研究。2008年Gude等[11]的研究显示，用心肌梗死组织或肝细胞生长因子处理体外培养的心肌细胞可上调心肌细胞上Hes1和Akt的表达。2011年Li等[12]发现，半合缺失Notch1基因（N1±）的小鼠心肌梗死面积较对照组大，心脏功能恶化。将N1±小鼠的骨髓间充质细胞移植给野生型小鼠，与将野生型小鼠的骨髓间充质细胞进行自身移植相比，心肌梗死面积增大，心脏功能恶化，心肌梗死边缘区新生血管的数量减少，而将野生小鼠的骨髓间充质细胞移植给N1±小鼠会改善心脏损伤；与野生型小鼠的骨髓间充质细胞相比，注射N1±小鼠的间充质细胞进入心肌梗死区心肌组织会导致损伤心肌增加，而注射过表达NICD的间充质细胞则可减少心肌梗死面积和改善心脏功能。2013年You等[13]发现，通过激活DLL4/ Notch1信号通路，奥美沙坦可改善主动脉缩窄术所致慢性压力负荷过重小鼠模型的心室重构，从而改善其心功能。2014年Merino等[14]发现，移植多能干细胞可通过上调Notch1、Hes1的表达改善阿霉素在治疗过程中引起的心室重构副作用，从而改善心功能。上述研究从不同角度证实了Notch信号在心肌梗死后心室重构过程中起重要作用，并推测Notch1信号的激活可能是心肌细胞对损伤的一种适应性反应，在心肌梗死后心室重构过程中起保护心脏的作用，具体机制有待进一步研究。

人们除了对Notch1信号进行了深入研究外，还对Notch信号的其他成员在心衰过程中的表达变化也进行了研究。2010年Øie等[15]在实验中检测到大鼠心肌细胞上主要表达Notch3受体和Notch4受体，在大鼠慢性心衰模型心肌细胞上，Notch3、Notch4、NICD3及NICD4的表达水平均升高，说明心衰时Notch信号被激活。此实验结果也提示，Notch信号可能在心肌梗死后心室重构过程中起重要作用，但该研究并未阐明Notch3和Notch4在心衰时心肌细胞中表达的意义。目前关于其他Notch信号受体及配体是否也在心肌梗死后心室重构过程中起作用尚不清楚。此外，2011年Sassoli等[16]将离体乳鼠心肌细胞与间充质干细胞共培养发现，心肌细胞上Notch1受体被邻近间充质干细胞上的Jagged1配体激活后，心肌细胞的增殖能力增强。

3 核因子-κB信号通路简述

NF-κB是广泛存在于细胞内的一种具有多向性调节作用的转录因子，广泛参与多个基因的转录调控。NF-κB 家族中有5个成员，包括NF-κB1（P50/P105）、NF-κB2（P52/ P100）、RelA（P65）、RelB和c-Rel。P50和P65亚基在细胞中广泛存在，RelB仅在胸腺和淋巴结中表达，而c-Rel仅在造血细胞和淋巴细胞中表达。NF-κB以二聚体形式广泛存在于各种组织细胞浆中。通常所说的NF-κB蛋白是指P65和P50亚基形成的NF-κB1二聚体蛋白及RelB和P52亚基形成的NF-κB2二聚体蛋白。静息状态下，NF-κB以同源或异源二聚体形式与其天然的阻遏蛋白IκB结合，以无活性状态存在于细胞浆。当细胞受到外源性刺激如肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-1等细胞因子刺激时，引起一系列酶促反应，导致IκB经磷酸化、泛素化和蛋白酶途径降解，导致NF-κB-IκB复合物解体，此时NF-κB得以活化，借助于被暴露出来的核定位信号发生“核易位”进入细胞核，在细胞核内与靶基因的特异序列相结合，发挥其转录调节作用。目前已发现它可调节200多种靶基因的表达，大多数参与宿主的免疫和炎症反应。

4 核因子-κB信号通路与心肌梗死后心室重构之间关系的研究

近年来研究表明，NF-κB信号通路参与心血管病的病理生理过程。1996年，人动脉粥样硬化斑块中首次被证实存在 NF-κB的激活，说明NF-κB 在动脉粥样硬化的炎症反应、免疫应答及细胞增生中起重要作用。此后大量研究表明，NF-κB信号与心脏的多种病理状态有关[17]，包括缺血再灌注损伤、细胞凋亡等病理生理过程。

最近研究发现，NF-κB信号通路在心室重构过程中起重要作用。研究发现，在因心肌缺血或扩张型心肌病导致心衰的患者移植换下来的心脏和大鼠心衰模型的心肌细胞上，NF-κB都明显被激活[18]。Frantz等[19]发现，敲除NF-κB亚单位P50/NF-κB1的小鼠在心肌梗死后8周时，心室膨胀程度较对照组轻，并且保留了心室的收缩性能，心脏的胶原含量、基质金属蛋白酶（MMP）-9的表达均较低，据此他们认为，NF-κB亚单位P50的缺乏可改善心肌梗死后心衰。Onai等[20]在实验中给大鼠心肌梗死模型腹腔注射新型IκB磷酸化抑制剂IMD-0354来抑制NF-κB信号通路，28天后，与对照组相比，腹腔注射了IMD-0354的大鼠组心肌梗死面积与对照组相比虽无明显差异，但其心室重构和左室舒张功能得到改善，非心肌梗死区心肌纤维化、巨噬细胞聚集和β1转化生长因子、单核细胞趋化蛋白1、MMP-9、MMP-2受到显著抑制。此研究结果提示，NF-κB受抑制时，可能通过减轻前炎症反应以及调节细胞外基质阻止心肌梗死后心室重构的恶化。Trescher等[21]也发现，抑制NF-κB信号通路可减轻心肌梗死后细胞外基质重塑，其机制可能与MMP-2、MMP-9表达降低及基质金属蛋白酶组织抑制剂（TIMP）-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4表达升高有关。另有研究发现，阻断NF-κB信号通路可降低小鼠心肌梗死模型心脏破裂发生率，改善心功能从而提高存活率[22]。Sarman等[17]发现，当NF-κB信号通路受到抑制时，因血管紧张素Ⅱ诱导而增加的SD大鼠左心室重量/体重比值、平均左心室壁厚度和心肌细胞横断面积均显著降低，同时NF-κB信号通路抑制剂吡咯烷二硫代氨基甲酸盐可对抗血管紧张素Ⅱ诱导的心肌细胞凋亡和间质细胞纤维化，降低心脏胶原蛋白Ⅰ基因的表达。上述研究结果均提示，NF-κB信号通路在心肌梗死后心室重构过程中确实起重要作用，抑制NF-κB信号通路有望成为心衰防治的新靶点。

5 Notch信号通路与核因子-κB信号通路的相互关系

研究表明，Notch信号通路与NF-κB信号通路之间存在密切关系[23]。一方面，Notch信号对NF-κB信号存在调节作用。Notch1可上调鼠骨髓造血前体细胞中P50、P65、RelB、c-Rel等亚基的表达[24]。通过这一效应，Notch1调控脂多糖诱导的B细胞增殖及粒细胞—巨噬细胞集落刺激因子诱导的树突状细胞增殖。在人宫颈癌细胞上，Notch1可

与IKK信号复合体相互作用刺激NF-κB活化[25]。Oakley等[26]在肝脏星形细胞中发现，未与NICD结合的CSL作为IκB a的表达抑制物而存在，因此，NICD进入细胞核并与CSL结合后对IκB a的表达抑制作用降低，从而起到降低NF-κB活性的作用。Curry等[27]的研究结果亦提示，Notch信号对NF-κB活性具有抑制作用。另一方面，NF-κB信号对Notch信号亦存在调节作用。在B细胞中，NF-κB可上调Notch信号配体Jagged1的转录[19]，在发育中的B细胞上，NF-κB可刺激Notch信号作用靶基因Hes5和Deltex-1的表达[28]。近期Quillard等[29]发现，肿瘤坏死因子-α可下调动脉内皮细胞上Notch2受体和Notch4受体的表达，当NF-κB信号通路受到抑制时，这一效应不再出现。由此可见，Notch信号通路和NF-κB信号通路存在多个水平上的串话关系，在不同的组织器官中，两个信号通路的相互作用亦不相同。

6 存在的问题及展望

虽然已有实验研究提示，Notch信号通路和NF-κB信号通路在心肌梗死后心室重构过程中起重要作用，但具体作用机制目前尚未完全阐明。根据前人的研究成果，我们知道Notch信号通路和NF-κB信号通路在多个水平上存在密切关系，而关于心衰时心肌细胞上这两个信号通路之间相互关系的研究罕有报道。从Notch信号通路和NF-κB信号通路之间的相互作用为切入点，研究它们在心肌梗死后心室重构中的作用及机制，探索它们在预测心肌梗死后心衰和心衰干预治疗的临床和基础研究中的作用，有望为预防和（或）逆转心室重构提供一个潜在的新靶点。

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2015-03-02）

（编辑：朱柳媛）

广东省建设中医药强省科研课题（20141217）；广东省医学科研基金项目（B2012034）；广州市医药卫生科技项目（20151A011015）；广州市医药卫生科技项目（20141A011019）

510220 广东省广州市，暨南大学医学院第四附属医院 广州市红十字会医院

晋金兰 副主任医师 博士 研究方向为心室重构发病机制研究 Email：jinjinlan@163.com 通讯作者：韦建瑞 Email：jianruiw@163.com

R54

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1000-3614（2015）07-0718-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.07.026