Notch信号通路在皮肤病的研究进展

毛秋霞 贾苇雪 肖学敏 李诚让

Notch信号通路在皮肤病的研究进展

毛秋霞 贾苇雪 肖学敏 李诚让

Notch信号通路是一条进化上十分保守的信号转导系统。Notch受体与相邻细胞的配体相互作用转导细胞信号，从而影响细胞的增殖、分化和凋亡。较多文献表明，Notch信号通路在维持皮肤正常生理功能以及炎症性皮肤病、自身免疫性皮肤病、皮肤肿瘤、色素性皮肤病等多种皮肤病中发挥重要作用。尽管目前临床应用尚不成熟，Notch信号抑制剂和激活剂有希望为皮肤病的治疗提供新思路。

皮肤疾病；受体，Notch；信号通路；反常性痤疮；自身免疫疾病；皮肤肿瘤

研究表明，Notch受体广泛表达于从无脊椎动物到脊椎动物等多个物种，是结构上十分保守的信号受体蛋白家族，Notch受体与相邻细胞的配体相互作用转导细胞信号，精确调控各谱系细胞的分化。随着对Notch信号通路研究的深入，Notch信号通路在维持皮肤正常生理功能及皮肤病中的作用引起了重视。

1 概述

1.1 组成：Notch信号通路由Notch受体、Notch配体和DNA结合蛋白CSL三部分组成。哺乳动物中共发现4种Notch受体（Notch1-4），5种Notch配体（DLLl、3、4 和 Jaggedl、2）。Notch 受体均为Ⅰ型跨膜蛋白，由胞内区、跨膜区和胞外区组成。Notch配体也是Ⅰ型跨膜蛋白，保守的N端为Notch受体结合和活化所必需的DSL基序。

1.2 信号传导及功能：Notch受体在内质网合成，在高尔基体内被Furin样转化酶第1次裂解成两个片段，两者通过Ca2+依赖性的非共价键结合为异源二聚体，然后被转运到细胞膜，当Notch受体与相邻细胞表面的配体结合后，在胞外区发生第2次裂解，金属蛋白酶家族（ADAM/TACE）将受体切割为2个片段，胞外区被配体细胞内吞，在跨膜区发生第3次裂解，由PS、Nicastrin、APH1和PEN2四个亚基组成的γ分泌酶切割Notch受体并释放其胞内结构域NICD转入细胞核内，NICD与转录因子CSL结合，活化发状分裂相关增强子等分化拮抗基因的转录，阻碍细胞特异性分化效应基因的表达，最终影响细胞的分化、增殖和凋亡［1］。Notch受体和配体在皮肤中的分布局限于表皮和附属器，在细胞处于分化阶段的棘层和颗粒层中高表达，Notch信号抑制表皮祖细胞增殖，诱导角质形成细胞生长停滞，增加早期分化标记物，如角蛋白1、内披蛋白，上调p21、半胱天冬酶3，促进角质形成细胞分化［1-2］。Notch信号调节c-Fos活化，控制表皮细胞因子的产生如胸腺基质淋巴细胞生成素、IL-17等，维持皮肤的屏障免疫功能［3］。

作者单位：210042 南京，中国医学科学院 北京协和医学院 皮肤病研究所皮肤科

2 Notch与炎症性皮肤病

2.1 反常性痤疮：又称化脓性汗腺炎（HS），是一种慢性化脓性毛囊炎症，多发于腋窝、腹股沟、肛周、会阴和乳房下等皱褶部位。临床表现为炎症性结节和无菌性脓肿继发引起窦道、瘘管和增生性瘢痕的形成。约40%的患者有家族史，属常染体显性遗传。2010年，Wang等［4］对6个中国反常性痤疮家系进行全基因组连锁扫描结合单倍型分析，发现编码γ分泌酶不同亚单位的基因发生功能缺失突变，引起家族性反常性痤疮，其中1个家族中出现PS1基因的移码突变，2个家族中出现了PEN2基因的移码突变，3个家族中分别出现了Nicastrin基因的无义、移码和剪接突变。Nomura等［5］对1个日本家系进行研究，发现携带Nicastrin基因突变的3例患者中，发病的2例有＞30年的吸烟史，而另外无吸烟史的1例未发病，因此认为，HS发病不仅与γ分泌酶基因突变导致Notch信号通路的破坏有关，而且与其他因素如吸烟抑制Notch信号有关。γ分泌酶抑制剂抑制毛乳头细胞Notch信号的激活，导致毛乳头细胞失去凝集性生长的特性；敲除小鼠胚胎毛乳头细胞的CSL基因，摧毁Notch信号后，小鼠毛囊结构被破坏［6］。Notch信号受损导致毛囊角化过度，毛囊形成囊肿，抑制毛发生长周期，抑制皮脂腺分化；影响T细胞免疫功能导致白细胞介素（IL）22分泌缺乏和抗微生物肽的合成受阻，导致巨噬细胞产生过多促炎症细胞因子IL-1β、IL-23和肿瘤坏死因子（TNF）α，促进Th17细胞驱动的自身炎症反应；吸烟、肥胖等危险因素进一步抑制Notch信号，从而促进HS慢性持久的自身炎症反应［7］。

2.2 银屑病：Rooney 等［8］发现，银屑病皮损中Notch1、DLL4表达增加，血清淀粉样蛋白A增加，Notch1 siRNA可抑制血清淀粉样蛋白A诱导的新生血管形成和内皮细胞入侵，因此认为，Notch信号上调可介导血管功能障碍，促进炎症并参与银屑病的发病。

2.3 特应性皮炎：特应性皮炎患者的表皮Notch受体明显缺乏，Notch信号受抑制的小鼠也表现出与人类特应性皮炎极为相似的皮肤干燥、搔抓、皮肤屏障异常、经皮水分流失增加和Th2型细胞介导的免疫学变化，Notch信号参与调节性T细胞的分化，抑制活化的先天免疫，抑制活化蛋白1，调节晚期表皮分化等［9］。因此，Notch信号下调可促进特应性皮炎的发病。

3 Notch与自身免疫性疾病

3.1 SLE：Sodsai等［10］发现，活动性 SLE 患者的 T淋巴细胞中Notch1受体、Hes1、CD25表达减少，表明T淋巴细胞中Notch信号上调缺陷，可能表示SLE活动并参与SLE的免疫失调。Tournoy等［11］发现，小鼠敲除早老素1+/-早老素2-/-基因后，出现了类似人类SLE的表现，如皮炎、肾小球肾炎、角膜炎和血管炎，还出现了皮损中B细胞为主的浸润、高丙种球蛋白血症伴组织中免疫复合物沉积、高滴度的抗核抗体和CD4+/CD8+淋巴细胞比率上升等。Teachey等［12］对SLE小鼠模型应用Notch信号抑制剂，如γ分泌酶抑制剂，可减少淋巴结肿大、自身抗体、肾炎等的发生，有效地治疗SLE，推测抑制Notch信号可减少异常非典型外周T细胞群的产生，防止异常T细胞活化，下调B细胞活性，抑制自身免疫反应。

3.2 系统性硬化症（SSC）：Dees等［13］研究发现，在SSc患者的皮损中，成纤维细胞中有大量NICD聚集，浸润性T细胞中配体Jaggedl大量表达，应用重组人类Jag-1-Fc嵌合体刺激健康皮肤的成纤维细胞，可促进成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，释放过量的胶原蛋白，出现类似SSc的表型，而使用DAPT或siRNA抑制Notch信号可选择性地减少SSc患者成纤维细胞的胶原合成，但不影响健康人成纤维细胞的胶原合成。Notch信号如何在分子水平上影响成纤维细胞分化和胶原释放尚需进一步研究。Kavian等［14］发现，γ分泌酶抑制可减少SSc小鼠皮肤和肺纤维化的发展，减少皮肤成纤维细胞的增殖，并明显减少抗DNA拓扑异构酶Ⅰ抗体的生成。

4 Notch与皮肤肿瘤

4.1 鳞状细胞癌：在头颈部鳞状细胞癌中的28个Notch1受体基因突变中，发现近40%截断了基因产物［15］。RhoE是Notch结合的下游效应器，可确保NICD正确转入细胞核内，并通过正反馈调节Notch信号。在鳞状细胞癌中，RhoE明显减少，抑制并改变Notch 信号，引起异常的分化表型［16］。Li等［17］发现 γ分泌酶基因缺陷的小鼠，部分出现了浸润性鳞状细胞癌，可能与γ分泌酶减少导致Notch信号下调，表皮生长因子受体激活有关。上述结果表明，Notch信号通路在鳞状细胞癌中具有肿瘤抑制作用。然而Panelos等［18］研究发现，Notchl受体依据解剖部位有不同的表达，在光暴露部位的鳞状细胞癌Notch1受体下调，而蔽光部位的鳞状细胞癌Notch1受体上调。

4.2 黑素瘤：Notch信号对于维持黑素母细胞未成熟状态，促进黑素母细胞正确定位和防止已分化的黑素细胞迁移至毛基质以外的异常区域有重要作用。在黑素瘤中，Notch受体表达增加，Notch1受体活化可促使β联蛋白信号上调，介导早期黑素瘤的发生；Notch1受体活化可增强黑素瘤细胞的黏附性，增强黑素瘤细胞的生存力和转移潜能；活化的Notchl受体信号协同丝裂原活化蛋白激酶和Akt途径共同促进肿瘤细胞的存活［19］。Zhang 等［20］研究发现，Notch配体DLL1可通过上调N钙黏蛋白，增强黑素瘤细胞的黏附和转移。在黑素瘤中，活化的Notch1受体在肿瘤细胞中和微血管内皮中过度表达，可促进肿瘤血管生成［21］。

4.3 基底细胞癌：Nicolas等［22］研究发现，小鼠皮肤敲除Notchl受体基因后可引起Gli2表达增强和持续表达，导致基底细胞样癌的发生。研究发现，ZNF396可能会抑制Notch-Hes1信号轴，导致基底细胞癌的发生，因此认为，Notch信号通路在基底细胞癌中具有肿瘤抑制作用［23］。Panelos 等［18］研究发现，在结节型和表浅型基底细胞癌中，Notch1受体弥漫染色，而侵袭型和基底鳞状细胞癌中Notch1受体缺乏。

5 Notch与色素性皮肤病

5.1 白癜风：白癜风皮损中Notch1受体减少，Notch信号失活导致表皮和毛囊分化活跃的黑素细胞丢失，异常的Notch信号可能是白癜风白发和肢端、节段性白癜风治疗抵抗的原因［24］。

5.2 屈侧网状色素异常（Dowling-Degos病）：是一种少见的皮肤遗传病，以网状色素沉着过度为特征，初发于腋窝和腹股沟，后累及身体及其他皱褶部位。Basmanav等［25］通过基因测序，发现9例屈侧网状色素异常患者出现编码O型葡萄糖基转移酶1的POGLUT1基因突变，O型葡萄糖基转移酶1参与Notch受体在内质网的合成，认为POGLUT1基因突变导致Notch信号缺乏，从而导致黑素母细胞的异常迁移和黑素细胞异位，出现屈侧网状色素异常。Li等［26］发现2例屈侧网状色素异常患者出现编码O型岩藻糖转移酶1的POFUT1基因突变，导致Notch1，Notch2，Hes1减少，O型岩藻糖转移酶 1也参与Notch受体在内质网的合成，进一步证明Notch信号通路的异常可导致屈侧网状色素异常。

5.3 Kitamura网状肢端色素沉着症：是一种罕见的皮肤遗传病，青春期前表现为手足背面的网状色素沉着斑，随后扩大到肢体近端和躯干。Kono等［27］对Kitamura网状肢端色素沉着症患者进行基因测序，发现了5种ADAM10基因突变。而ADAM10基因编码裂解Notch受体的ADAM金属蛋白酶，ADAM10基因突变导致Kitamura网状肢端色素沉着症是否与Notch信号通路异常有关尚待进一步研究。

6 结语

Notch信号通路在炎症皮肤病、自身免疫性疾病、皮肤肿瘤、色素性皮肤病等疾病的发病中发挥重要作用。随着研究的进展，可为皮肤病的病理生理机制及早期诊断提供新思路，Notch信号激活剂及抑制剂有望为相关皮肤病的预防及治疗提供新靶点。

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Notch signaling pathway in skin diseases

Mao Qiuxia,Jia Weixue,Xiao Xuemin,Li Chengrang.Department of Dermatology,Institute of Dermatology,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College,Nanjing 210042,China

The Notch signaling pathway is an evolutionarily conserved signal transduction system.Notch receptors interact with ligands on adjacent cells to transduce cell signals and affect cell proliferation,differentiation and apoptosis.It has been reported in much literature that the Notch signaling pathway plays an important role in maintaining normal physiological functions of the skin,as well as in various skin diseases including inflammatory,autoimmune or pigmentary skin disorders,skin neoplasms,and so on.Although there is little experience in clinical application of Notch signaling inhibitors and activators,they are expected to provide new ideas for the treatment of skin diseases.

Skin diseases;Receptors,Notch;Signaling pathway;Acne inversa;Autoimmune diseases;Skin neoplasms

Li Chengrang,Email:nylcr72@163.com

2015-03-30）

国家自然科学基金（81472872、81472905）；北京协和医学院青年研究基金（33320140048）

Fund programs:National Natural Science Foundation of China （81472872， 81472905）;PUMC Youth Fund（33320140048）

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2016.02.013

李诚让，Email:nylcr72@163.com