Notch信号通路在血管发生中的作用

刘　琪(综述)，戚基萍，吴　鹤(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院病理科，哈尔滨 150001)



Notch信号通路在血管发生中的作用

刘琪△(综述)，戚基萍※，吴鹤(审校)

(哈尔滨医科大学附属第一医院病理科，哈尔滨 150001)

摘要：Notch信号通路几乎参与多细胞机体的所有生物学过程，包括细胞增殖、凋亡、侵袭和转移以及血管发生。近年来，Notch信号在血管发生中的作用逐渐得到广泛的认识，其在胚胎、视网膜血管疾病、动静脉畸形、缺血性疾病和肿瘤等多方面的血管发生中均发挥关键性作用，但Notch信号的具体作用机制比较复杂，目前还不是很明确。因此，深入了解Notch信号在血管发生中的作用及其作用机制将为临床多种疾病的治疗提供一定的理论依据。

关键词：血管发生；Notch；信号通路

Notch信号通路在生物进化过程中高度保守，参与包括细胞增殖、存活、凋亡、迁移、血管发生和侵袭在内的多种生物学过程[1-3]。研究发现,Notch信号通路在视网膜色素上皮细胞中表达，阻断Notch信号将会抑制视网膜色素上皮细胞的迁移和增殖[3]。有报道，应用γ分泌酶抑制剂能减少缺血性神经元细胞的死亡，进而减少梗死面积并改善神经功能预后，表明Notch信号参与神经元细胞的凋亡过程[4]。另外，已经证实Notch信号在许多癌症中处于失调状态，能调节上皮向间质的转化，促进肿瘤的侵袭和转移[5]。在炎症方面，Notch1可能与细胞核因子κB通路共同参与炎症反应，加重组织损伤[6]。

在哺乳动物中已经发现4种Notch受体(Notch1、2、3、4)以及5种Notch配体(Delta like1、3、4和Jagged1、2)[2，7]。其中受体Notch1、Notch4与配体Dll1、Dll4和Jagged1主要在血管内皮细胞中表达并发挥重要的生物学功能[8]。一般血管发生至少需要两个过程：内源性内皮细胞的出芽；血管的稳定[5]。血管新生是从已存在的血管中产生新血管的过程。顶端细胞向前方伸出丝状伪足，指示血管出芽的方向；柄细胞负责形成管腔，作为最终的血流通道。最后由周细胞/平滑肌细胞覆盖，形成成熟的、有功能的新生血管。近来，Notch信号通路在肿瘤中的作用得到越来越多的关注，但其在血管发生中的作用尚不完全清楚。现就Notch信号通路在血管发生中的生物学功能研究作一综述。

1Notch信号在胚胎血管发生中的作用

已经证实Notch通路调节血管生长和成熟。Dll4是Notch的一种高亲和配体，其介导的Notch信号主要表达于动脉内皮，在正常血管重构中非常重要[9]。新生血管出芽过程中，Dll4主要表达于内皮顶细胞，与邻近柄细胞上的Notch受体结合而抑制柄细胞对血管内皮生长因子A的敏感性，最终导致血管沿着一个方向生长,促进管腔形成。Jagged1可抑制顶端细胞中Dll4的表达，并增加顶端细胞对血管内皮生长因子A的敏感性，促进血管萌芽。Jagged1是顶细胞形成和出芽的正向调节剂，Jagged1和Dll4在组织中的表达模式不同，所以在血管发生中具有互补的作用。在胚胎发育期，Dll4的缺乏会因严重的血管缺陷而造成致死性胚胎[10]。Bridge等[11]证实，miR-30作为一种保守的微小RNA家族，能够靶向作用Dll4。将miR-30经显微操作注射到斑马鱼胚胎中抑制Dll4，引起段间血管过度发生和背主动脉直径减小，初步证实Dll4-Notch信号在血管发生中具有维持管腔形成的重要作用。文献报道[12]，在胚胎心内膜中Notch能活化NO信号，两者在成人动脉生成中均非常重要，侧支血管重构需要Notch信号，同时对缺血产生应答的血管舒张需要NO。NF-E2相关因子2(NF-E2-related factor 2,Nrf2)在血管发育期间活化，Nrf2的缺失能够导致血管密度降低和内皮出芽的减少，同时内皮细胞中Nrf2的缺失导致Dll4表达和Notch活性的增加，有文献证实Nrf2通过Dll4-Notch信号调节血管形成，并且Dll4-Notch信号的增加能减少血管分支的形成[13]。

2Notch信号在视网膜血管发生中的作用

已知Dll4是一种特异的Notch配体，在病理和生理过程中参与血管发生的调节。Dll4/Notch的抑制能上调血管扩张剂肾上腺髓素的表达并抑制血管收缩素血管紧张素原的表达，因此在高氧诱导的视网膜病变模型和正常发育的视网膜中Dll4/Notch的抑制能够减少血流的非灌注并有效地防止毛细血管的消退[14]。低氧情况下Dll4-Notch信号能通过抑制血管分支和促进血管成熟来避免过度的血管发生。脉络膜新生血管化(choroid neovascularization, CNV)是一种病理性血管发生的疾病，其主要致病因素为缺氧和缺血，在缺氧情况下能诱导RF/6A细胞中Dll4表达的上调[15]。Dong等[16]发现，在RF/6A细胞中Dll4表达的增强能触发其快速的增殖和更强的管腔形成能力，并发现Dll4可能通过低氧诱导因子1α-血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)通路在脉络膜新生血管发生中发挥重要作用。同时，Ahmad等[17]证实，经典Notch通路的活化能通过减少出生后视网膜脉管系统的发育而缩小CNV损害的面积，相反Notch通路的抑制能增加CNV的损害。因此，Notch通路作为CNV的治疗靶点，为今后临床提供一定的理论依据。

3Notch信号在动静脉畸形中的作用

大脑动静脉畸形是导致脑出血和神经功能缺损的原因之一。Notch信号在发育时期动静脉畸形中的作用已经证实，但在大脑动静脉畸形中发挥的作用还不是非常完善。EphB4/ephrin B2参与胚胎血管发育，血管重构以及成人病理性血管形成。Bai等[18]报道，EphB4和ephrin B2在新生血管形成和动静脉分化/重构中发挥重要作用。在大脑动静脉畸形标本中，EphB4表达于静脉而ephrin B2表达于动脉；而正常颞浅动脉中两者均不表达。ZhuGe等[19]应用手术切除的大脑动静脉畸形标本进行免疫组织化学染色发现，相比正常大脑血管标本，Notch1信号在损伤组织的血管平滑肌细胞和内皮细胞中表达，Western Blot检测发现Notch1及其配体Jagged1和Dll4以及Notch下游靶基因Hes1的表达都有增加，并证实Notch1信号的活化是大脑动静脉畸形的标志。活化素受体样激酶1是转化生长因子β/骨形态生成蛋白受体家族的一种内皮特异成员，Larrivée等[20]研究发现，活化素受体样激酶1和Notch信号在血管形态发生期间存在直接联系。Yao等[21]发现，γ羧基谷氨酸蛋白作为骨形态生成蛋白的一种抑制剂，其缺失导致骨形态生成蛋白活性增加，进而诱导活化素受体样激酶1在大脑血管内皮中的表达，后者的活化能增强Notch配体Jagged1和2的表达，活化的Notch信号改变ephrin B2和ephrin受体B4的表达，最终引发大脑动静脉畸形。

4Notch信号通路在缺血性疾病血管发生中的作用

内皮细胞和平滑肌细胞/周细胞之间的相互作用在功能性新生血管形成中非常重要，脑缺血后神经发生和成神经细胞向缺血周围的迁移依赖成熟血管网的形成[22]。尽管Notch信号能在缺血组织中调节血管发生，但其在卒中后缺血诱导的血管发生中的作用还不是很明确。卒中后缺血诱导的血管发生促使大脑形成毛细血管网，这对于神经系统功能的完全恢复是不足的。在大鼠中风模型中，静脉注射骨髓间质细胞后在梗死周围可观察到内皮细胞显著增多，并且增加的内皮细胞主要是内源性的。注射骨髓间质细胞后在缺血皮质中观察到内皮细胞中Notch1的表达水平显著增加[1]。这些数据证实卒中后骨髓间质细胞可能通过活化Notch信号通路而增强大脑血管发生。Dll4的抑制存在相互矛盾的作用，即增加血管密度的同时降低新生血管的成熟度和血流灌注[23]。与野生型成年小鼠相比，选择性剔除Dll4的成年小鼠软膜侧枝数目增加，但并没有减少大脑中动脉闭塞引起的梗死面积，同样，选择性敲除Dll4能减少小鼠股动脉闭塞后的血流，组织缺血更加严重[24]。Liu等[23]应用下肢缺血和皮瓣两种模型发现，部分或间断抑制Dll4能增加血管性应答并促进血管成熟，能很快恢复组织灌注，从而快速改善缺血或组织损伤。在股动脉结扎模型中，阻滞Notch1和Dll1能导致动脉生成的缺如。因此，Notch的活化在缺血/再灌注中具有一定作用，包括立即的血管舒张应答和长久的血管重构。

5Notch信号通路在肿瘤血管发生中的作用

肿瘤血管发生是一个复杂的过程，Notch信号在肿瘤新生血管发育中发挥重要作用，已经证实Dll4的剔除能通过触发无功能血管的过度出芽而延缓肿瘤生长[25]。以往临床单独应用VEGF抑制剂贝伐单抗来治疗肿瘤，但其存在一定的药物抵抗作用。Li等[10]发现，Dll4-Notch信号介导了肿瘤对贝伐单抗的抵抗，应用γ分泌酶抑制剂后能破坏大血管并消除肿瘤对贝伐单抗的抵抗。基于Notch信号与VEGF的相互作用关系，Hernandez等[26]推测，相比单独抑制VEGF而言，两者的共同抑制更能促使血管消退，增加内皮细胞凋亡并减少周细胞的覆盖，最终证实这一假说并发现两者在肿瘤血管发生中有互补的作用。同样Leslie等[9]发现，在斑马鱼模型中VEGF和Dll4-Notch信号共同阻滞后，内皮细胞则保持静止状态。这些研究结果均表明，在肿瘤中联合抑制VEGF和Dll4-Notch信号具有极大的治疗意义。另外，已经证实Hey1是一种Notch信号通路的重要下游效应器，在血管发育中具有重要的作用。卡波西肉瘤是一种血管增生性肿瘤，Wang等[27]发现Dll4、Hey1和HeyL在卡波西肉瘤中的表达显著上调。同时体外基质胶实验发现，Hey1的下调和γ分泌酶抑制剂的应用能显著减少新生血管的形成。另外Zhang 等[28]在鼻咽癌中发现Dll4与VEGF具有正相关性，Dll4的高表达可作为鼻咽癌患者预后不良的独立指标。这些发现表明，Notch信号通路参与肿瘤血管发生，并为临床抗肿瘤治疗提供一定的理论基础。

6展望

Notch信号通路在胚胎血管发育、视网膜血管疾病、动静脉畸形、缺血性疾病和肿瘤等血管发生中发挥重要的生物学作用，参与机体的多种生物学过程，但其具体的作用机制比较复杂，Notch信号可以与其他通路或因子相互作用而发挥一系列生物学效应。在肿瘤与非肿瘤血管发生中，Dll4的参与比较广泛，而且是非常有前景的一个治疗靶点，其主要表达在新生血管出芽的顶端，与血管管腔形成和成熟密切相关，这为今后临床多种疾病的治疗提供一定的理论基础。另外，Jagged1、Notch1、Dll1以及Notch的下游靶基因Hes1等都参与了疾病的血管发生，发挥不可或缺的作用。目前Notch信号通路在血管发生中的机制尚无系统、明确的阐述，还需进一步研究。在肿瘤中，抑制Notch信号能够促进血管分支，但其新生血管为无功能血管，从而减少血流灌注，最终导致肿瘤细胞缺血坏死。因此，在肿瘤患者中，抑制Notch信号通路成为一种治疗方向。在缺血性疾病中，Notch信号究竟是怎样影响血管发生，其作用机制又是如何还不是非常清楚，存在许多争议。此外，Notch信号抑制剂在血管发生中的应用是目前研究的热点之一，可能为今后临床靶向治疗和用药提供一定的理论依据。

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Study on the Effect of Notch Signaling Pathway on Angiogenesis

LIUQi，QIJi-ping，WUHe.

(DepartmentofPathology，theFirstAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity，Harbin150001，China)

Abstract:Notch signaling pathway involved in almost all biological processes in multicellular organism,including cell proliferation,apoptosis,invasion,metastasis and angiogenesis.In recent years,the role of Notch signaling in angiogenesis has gradually been recognized widely.Notch signaling has a key role in angiogenesis of embryonic and retina vascular diseases,arteriovenous malformation,ischemic diseases and tumor,but the specific mechanism of Notch signaling are relatively complex and not clear by now.Therefore,further understanding of the effect and mechanism of Notch signaling will provide a theoretical basis for many clinical diseases.

Key words:Angiogenesis; Notch; Signaling pathway

收稿日期：2014-05-19修回日期：2014-08-29编辑：伊姗

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.07.015

中图分类号：R363.13

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)07-1189-03