Notch信号通路与胸腺T细胞分化发育

Notch信号通路与胸腺T细胞分化发育

冯小兵1，李月敏1

综述；李杨2审校

(1.解放军第309医院肿瘤放疗科，北京 100091；2.军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京 100850)

[关键词]Notch信号通路；T细胞；胸腺细胞；分化发育

DOI:10.3969/j.issn.1673-5412.2015.01.035

[中图分类号]R392.2；R730.3

收稿日期：(2014-05-13)

Notch于1917年被发现，1985年果蝇Notch基因被克隆。目前，Notch家族成员及其传导机制也逐渐被阐明。Notch信号广泛参与胚胎分化发育、组织更新以及多个成人组织器官的稳定运行。近年来的研究[1-5]表明，Notch信号通路在组织形成和胚胎正常发育、急性淋巴细胞白血病和各种恶性肿瘤的发生发展、胸腺前体细胞向胸腺募集以及T细胞发育的阴性和阳性选择等病理生理过程中发挥重要作用。阐明T细胞分化发育的机制以及Notch信号所发挥的作用，对于治疗因T细胞分化发育异常引起的疾病具有指导作用。本文重点对Notch信号通路结构特点及其在T细胞分化发育调控中作用的研究进展综述如下。

1Notch信号通路

Notch信号通路由跨膜的受体、配体和核内结合蛋白及靶基因组成。目前，哺乳动物体内共发现4种Notch受体，即Notch-1、Notch-2、Notch-3和Notch-4。Notch受体广泛分布于造血细胞和淋巴细胞等多种细胞的细胞膜表面，是一个相对分子质量为300 000的单链跨膜蛋白，具有细胞表面受体和核内转录调控双重功能。Notch受体由胞外结构域(Notch extracellular domain，NEC)、跨膜区(Notch transmembrane subunit，NTM)和胞内结构域(Notch intracellular domain，NICD)3个部分组成。所有Notch受体的NEC都包含29～36个相邻的表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)样重复序列和一个独特的抑制激活区域(negative regulatory region，NRR)，NRR包含3个富含半胧氨酸的Lin-12-Notch重复区和异源二聚化结构域。Notch受体的NICD包括RAM结构域、ANK结构域，即7个锚蛋白重复序列TAD结构域以及脯氨酸-谷氨酸-丝氨酸-苏氨富集结构区[6-7]。

Notch配体也是表达于细胞表面的单链跨膜蛋白，Notch配体包括2个家族，即Jagged家族和Delta样家族。Jagged家族包括Jagged-l和Jagged-2，Delta样家族包括DLL-l、DLL-3和DLL-4[8-9]。5种配体与相邻细胞Notch受体结合，导致Notch受体活化，进而在转录因子的作用下对下游靶基因产生调控作用。Notch配体具有3个相关特征性结构：一个带有N末端DSL结构区、DOS结构域和EGF样重复序列[10]。

在哺乳动物中，Notch信号通路激活的过程是一系列蛋白水解的过程。首先，Notch配体与Notch受体结合，引起ADAM蛋白水解酶在S2部位(包含NRR区域)将其裂解。Notch裂解形成胞外断端部分NEXT，其被γ分泌物酶裂解后，Notch胞内部分NICD结构域发生内吞。这个过程最初通过RAM结构域中DNA结合蛋白CSL的相互作用，还需要ANK结构域联合CSL募集共激活分子Mastermind/lag-3。DSL配体的内吞及运输在提高信号通路激活中发挥关键作用，其发生泛素化才可引发后续传导，这一过程由可以识别Delta和Serrate/jagged配体的E3泛素连接酶Neuralized介导。活化的NICD进入细胞核与CSL蛋白结合形成复合体，在细胞核内MAM、MAML-1等转录因子的协助下，最终调控靶基因表达[10-11]。

2Notch信号通路对T细胞分化发育的影响

2.1T细胞分化发育过程T细胞是在胸腺内分化并发育成熟的，因此也称之为胸腺依赖淋巴细胞。胸腺为T细胞分化发育提供了适宜的微环境，如胸腺基质细胞(胸腺上皮细胞、树突状细胞、巨噬细胞、成纤维细胞等)和细胞外基质(胶原蛋白、弹性蛋白和糖蛋白等)。骨髓起源的多能前体细胞进入胸腺，在胸腺微环境的作用下分裂、增殖、发育,并从皮质迁移入髓质,成为成熟的T细胞。在胸腺内T细胞分化是一个连续的过程，但被人为划分为双阴性(CD4-CD8-)、双阳性(CD4+CD8+)和单阳性(CD4-CD8+或CD4+CD8-)3个阶段[12]。胸腺细胞的分化和成熟过程实质上是一种选择过程，经胸腺的阳性选择和阴性选择作用后,成熟的胸腺细胞CD4-CD8+或 CD4+CD8-对自身抗原耐受,同时对自身主要组织相溶性复合物具有限制性识别作用,输出胸腺后到外周组织执行免疫功能[13]。

2.2Notch信号通路调节早期T系祖细胞分化来源于骨髓的前体细胞进入胸腺，最终发育成具有免疫功能的成熟T细胞。早期T系祖细胞典型的表型类似于骨髓多能前体细胞。Notch信号通路在早期T系祖细胞发育过程中发挥重要作用[14-16]。

Han等[17]的研究发现敲除Notch-1或者Rbp-j基因后可以导致T细胞发育停滞，同时也发现在胸腺内出现B细胞。Bell等[18]和Feyerabend等[19]进一步研究发现Notch-1不仅能够阻止髓样细胞和B细胞在胸腺内发育，还可阻止浆细胞样树突状细胞的潜能，以保证T细胞的有效发育。有研究[8,20-21]通过现代生物技术实现某种基因表达增加或缺失，认为Notch-1信号通路是通过抑制B细胞、髓系树突状细胞和NK细胞群，从而促进胸腺前体细胞分化发育。Hozumi等[22]和Koch等[23]通过对Notch配体DLL-1和DLL-4的研究，发现在仅抑制胸腺上皮细胞中DLL-4表达就能完全阻滞T细胞发育，同时伴随异位B细胞发育。值得注意的是，近年的研究[24]发现，Notch信号通路能够诱导转录因子1(transcription factor 1,TCF1)的表达，而TCF1又能够上调与早期T细胞分化发育息息相关的其他转录因子的表达。

可见Notch-1表达于胸腺前体细胞，是T细胞分化发育的关键受体。同时，皮质胸腺上皮细胞与胸腺细胞之间存在交互调节作用，皮质胸腺上皮细胞可能下调DLL-4的表达而介导胸腺细胞的阴性和阳性选择过程。另外，Notch信号通路能够诱导TCF1的表达，从而影响T细胞分化发育。

2.3Notch信号通路调节αβT细胞和γδT细胞发育T细胞发育分化过程也是功能性T细胞受体(T cell receptor，TCR)形成的过程，同时也存在其他信号参与这一过程[25]。胸腺前体细胞在向T细胞定向分化后，即形成原T细胞，并进行TCRγ、δ、β基因的表达与重排。TCR为所有T细胞表面的特征性标志，是由2条不同肽链构成的异二聚体。根据所含肽链的不同，TCR分为TCRαβ和TCRγδ，大多数T细胞表达前者(αβT细胞)，仅少数T细胞表达后者(γδT细胞)。研究[26-28]证实，αβT细胞的发育需要持续的Notch信号，Notch信号通路在pre-TCRβ选择及胸腺细胞进一步发育过程中发挥关键作用。同时，也有研究表明γδT细胞的发育并不依赖于Notch信号通路，但需要ID2分子的诱导。

通过基因敲除实验发现，Notch信号在早期胸腺细胞发育阶段是不可缺少的[18-19,22-23]。不过仅有Notch信号而无pre-TCR信号，胸腺细胞无法发育至双阳性阶段[29-30]。后续研究[31]发现，Notch-1和(或)Notch-3可以直接激活pTα基因转录，还可间接调控pTα基因的表达。当胸腺细胞完成β选择后，发现Notch信号受抑制，可能不仅仅是因为Notch表达减少，还可能涉及其他负调控因子，如Ikaros等[32]。

Notch信号通路调节胸腺细胞β选择机制较为复杂，可能不仅仅与pre-TCR信号共同调节，还存在其他通路或分子参与，需要更多的实验去研究发现。

2.4Notch信号通路调节CD8+细胞发育早期实验研究[33-34]表明，在胸腺细胞发育为单阳性细胞的阶段，若胸腺细胞接受了Notch信号则发育成CD8+细胞，而未接受Notch信号则发育成CD4+细胞，也就是说Notch信号通路可能抑制CD4+细胞发育。而近年的一些研究[35]结果表明激活Notch信号通路并不能改变CD4+和CD8+细胞发育过程中的选择，认为Notch信号通路能够影响CD4+和CD8+细胞的生存，但没有直接的证据表明Notch能够决定CD4+和CD8+细胞的定向发育，这还需要更多的实验去进一步阐明。还有研究[36]表明Notch信号通路能够调节CD8+T细胞表达Eomes、穿孔素和颗粒酶B，而这些与T细胞发挥免疫作用相关,该实验认为幼稚CD+细胞发育分化为效应T细胞需要Notch信号。研究[37]表明，Notch可能通过调节程序性死亡受体1(programmed cell death 1，PD-1)介导这一过程，PD-1是一种抑制受体，参与T细胞激活和耐受等过程。

3结语

Notch信号通路对T细胞发育的各个阶段均有调控作用。Notch信号通路发生异常，可导致各种免疫疾病以及肿瘤的发生。Notch信号通路与血液、消化系统疾病和各种恶性肿瘤等的发生发展有着密切的联系。因此，Notch信号通路的研究成为当前医学研究的热点问题，尤其是对未来各种恶性肿瘤的靶向治疗提供新的方向，对于肿瘤的根治具有深远的意义。然而不同信号通路之间具有相互调节作用，信号通路研究较为复杂，需要更多的实验去阐述其机制。

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