Notch信号通路对缺血心肌的保护作用

何砚如，陈立娟，2，马根山，2

(1.东南大学 医学院，江苏 南京　210009； 2.东南大学附属中大医院 心血管内科，江苏 南京　210009)



Notch信号通路对缺血心肌的保护作用

何砚如1，陈立娟1，2，马根山1，2

(1.东南大学 医学院，江苏 南京210009； 2.东南大学附属中大医院 心血管内科，江苏 南京210009)

[摘要]目前全球心肌梗死的疾病负担逐渐增加，而今我们主要通过药物、介入治疗及外科搭桥手术来缓解病因，无法从根本上逆转后续的心室重构以及心力衰竭。如何修复损伤心肌、改善心功能是目前临床面临的主要问题。Notch信号通路是一条进化上高度保守的跨膜受体蛋白家族。近年有许多研究发现 Notch信号具有诱导干细胞分化、促进新生血管形成、缓解心肌纤维化、调节炎症等多重作用，可以介导心肌缺血损伤的修复，改善心功能。在本文中作者就Notch信号通路在心肌缺血损伤后的调控作用作一综述。

[关键词]Notch信号通路； 心肌缺血; 文献综述

近期研究表明虽然目前大部分地区心肌梗死的发病率及致死率较前降低，但由于人口增长和老龄化的影响，目前全球心肌梗死的疾病负担增加[1- 2]。而今我们主要通过药物、介入治疗及外科搭桥手术来缓解病因，无法从根本上逆转后续的心室重构以及心力衰竭。如何修复损伤心肌，改善心功能，避免或缓解心梗后的心室重塑及心力衰竭是目前临床面临的主要问题。细胞的发育、分化、增殖、凋亡等过程受到多条信号通路的调控 ，其中细胞间的相互通讯在以上过程中发挥重要作用。在调控细胞的若干信号通路中，Notch信号通路是相邻细胞之间互相通讯进而调控细胞的典型例子[3]。近年还有许多研究发现 Notch信号具有诱导干细胞分化、促进新生血管形成、缓解心肌纤维化、调节炎症等多重作用，可以介导心肌缺血损伤的修复，改善心功能。在本文中作者就Notch信号通路在心肌缺血损伤后的调控作用作如下综述。

1Notch信号系统的概述

Notch信号通路广泛表达于无脊椎动物到哺乳动物等多个物种，是一条进化上高度保守的跨膜受体蛋白家族。在多细胞动物的发育、分化、增殖、凋亡、黏附、更新等过程中起着极其重要的作用。Notch信号通路在哺乳动物内有4种受体( Notch l～4)，当与配体Jagged/Delta结合后Notch受体被蛋白酶切割，释放具有核定位信号的Notch胞内结构域(NICD)进入细胞核，与RBP- JK(重组信号结合蛋白- Jκ)结合启动靶基因的表达。

在心血管胚胎发育期，Notch信号参与心肌及血管分化调节，不仅调控心脏房室沟、瓣膜、流出道及肌小梁的形成，还促进动脉分化，抑制向动脉发展中的细胞向静脉分化，调节血管分支形成，其关键分子突变或表达水平的变化可导致系列的先天性心脏病甚至胚胎死亡[4]。而出生后在哺乳动物心脏内的Notch信号逐渐减弱，成体心脏中Notch1、Hes1、Jagged1水平很低，但有研究发现心梗后4 d心肌细胞中的Notch1、Hes1、Jagged1水平明显增高。间接说明Notch信号通路参与心肌损伤的调控。

2Notch信号通路对心肌细胞的保护作用

有研究发现在梗死心肌处注入表达NICD腺病毒载体，心脏血流动力学改善明显，说明Notch信号在出生后的重新被激活是成体心肌面对病理损伤的一种适应性反应，Notch信号通路参与了成体心脏内稳态平衡的调节[5]。目前已发现多种物质或途径参与保护受损心肌均与Notch信号通路相关：缓激肽[6]、肿瘤坏死因子(TNF)阻滞剂、二十二碳六烯酸(DHA)等均可以缩小梗死面积、增加心肌的存活率、减少细胞凋亡，而以上过程均通过激活Notch信号通路从而发挥作用[7- 9]，说明Notch信号通路对受损心肌细胞存在保护作用。又有实验指出缺氧预适应及缺氧后处理均可通过激活Notch1信号从而减弱Stat3蛋白发生磷酸化，增加抗凋亡蛋白Bcl- xl生成，减少前凋亡蛋白Bax的产生，从而减少心肌细胞的凋亡。并且可以阻止线粒体去极化，抑制线粒体通透性转换孔(mPTP)开放，减少缺血再灌注时氧自由基的形成，从而改善心功能，减小梗死面积[10]。激活Notch信号通路还可以减少心肌缺氧复氧过程中硝基化产物及过氧化物的形成，进一步减少心肌细胞损伤[9]。

除以上作用外，Notch信号通路还与其他信号通路通过复杂的分子网络互相影响 ，进一步增强心肌保护作用。有实验显示心梗后肝细胞生长因子(HGF)及其受体(c- Met)均出现增高，同时HGF通过增强PI3K/Akt信号通路激活Notch信号通路从而发挥心肌保护作用，而心肌梗死后给予腺病毒转染Notch- 1受体胞内段基因(N1ICD)后又可进一步激活c- Met和Akt，说明心肌损伤后c- Met/HGF及PI3K/Akt信号通路可以激活Notch信号，而Notch1的表达又可以进一步增强PI3K/Akt信号的表达[5]。心肌缺血可激活Notch信号通路，通过表达目的基因Hes1诱导缺氧诱导因子(HIF)的表达，而HIF可阻止线粒体去极化，减少再灌注时活性氧生成，抑制mPTP开放，从而减轻心肌缺血再灌注损伤(IRI)[11]。同时组织中逐渐累积的HIF也可进一步刺激Notch信号通路启动Hesl的转录，以上两种信号通路与Notch信号通路间均形成了一个正反馈挽救机制，从而最大程度挽救受损心肌。

Notch信号通路还可以激活细胞增殖信号，促进休眠心肌细胞进入细胞周期。在胚胎发育过程中心肌细胞增殖活跃，但在出生后不久便脱离细胞周期，停止了分裂过程，进入休眠期。有研究表明，当给予成体心肌细胞腺病毒转染Notch- 2受体胞内段基因(N2ICD)48h后，这些处于休眠期的心肌细胞迅速进入细胞周期，且处于S/G2/M期的细胞数量是起始时的2.4倍[12]。N2ICD还可以促进细胞周期素D1的表达，促进细胞从G1期进入S期，加速DNA合成。

3Notch信号通路对心肌干细胞的诱导作用

传统观点认为心脏为终末分化器官，心肌细胞不能再生，因而心肌损伤后不能得到补偿。近年来有许多研究发现心脏内存在内源性心肌前体细胞，称为心脏干细胞(cradiac stem cells，CSCs),是存在于心脏特殊微环境下的多潜能干细胞，心肌细胞死亡与CSCs之间的动态平衡维持着成体心脏的稳态。目前有大量的动物研究已证实CSCs移植能够改善心梗后的心功能[13- 14]。此外有研究表明，Notch信号不仅在成熟受损心肌中被再次激活，心梗后4 d边缘区的c- kit阳性CSCs也表达出了高水平的NICD[5]。提示心肌受损后Notch信号通路对CSCs同样具有调节作用。

Chen等[15]研究证实，Notchl 信号活化可诱导CSCs分化为平滑肌细胞、血管内皮细胞和心肌细胞，提示Notch活化可以调节CSCs的多向分化。因此可以推断在受损的成年心脏组织中， 再激活Notch信号可以促进CSCs的分化。Boni等[16]研究表明，当激活处于心脏微环境中的CSCs的Notch 1信号时，活化的Notchl信号可诱导心脏祖细胞的特异性标志Nkx2.5，调节CSCs分化为心肌细胞。Urbanek等[17]的实验同样证实了通过c- kit阳性CSCs腺病毒转染N1ICD从而活化其Notchl信号亦可促进其分化为心肌细胞。而使用γ- 分泌酶抑制剂(γ- secretase inhibitor，DAPT)处理后的CSCs分化能力明显减弱，并有发展为扩张型心肌病的可能，而当停止使用DAPT处理时，CSCs的分化功能又得以恢复。Chen等[15]还认为Notch信号可促进CSCs分化为血管平滑肌细胞，可有助于心肌受损后的血管新生，为缺血心肌提供血液供应。

激活Notch信号还可以促进CSCs的增殖，有研究发现相比于对照组，心肌细胞特异性过表达Jagged1小鼠在心脏应激条件下CSCs增殖明显[18]。说明Notch信号系统在成体心脏激活后有助于促进CSCs的增殖。

此外，Notch信号还通过与其他信号的相互作用间接对CSCs发挥调控作用。心梗后Notch信号通路激活CSCs表面的c- Met受体，使CSCs直接向心梗边缘区释放HGF的心肌细胞迁移，直接修复或再生梗死心肌[5]。Notchl信号的激活可以促进B- catenin发生磷酸化，从而抑制CSCs的增殖[19]。同时许多实验证实PI3K/Akt信号对CSCs的迁移、分化、增殖起到了调控作用[20- 23]。因此激活Notch信号通路不仅可以直接促进CSCs的分化、增殖及迁移，还可以通过其他信号途径参与CSCs的分化、增殖、迁移及直接修复，促进损伤心肌的修复，从而维持心脏组织稳态。

4Notch信号通路诱导新生血管生成

心肌梗死区脉管系统的受损不利于心肌损伤的修复。重建心梗区的脉管系统使心脏重新获得氧和营养物质，是维持心脏活性的最为关键的一步。Notch信号分子在血管内皮细胞中均有表达，它们诱导内皮细胞发生、分化[24]。Chen等[15]研究证实，RBP- J介导的Notch信号可促进CSCs分化为血管平滑肌细胞，抑制大鼠CSCs的RBP- J基因表达，可显著降低CSCs向平滑肌分化；而体内植入过表达N1ICD的CSCs，CSCs向平滑肌分化的数量明显增多，提示Notchl信号活化可促进CSCs参与心梗后血管新生。Ceng等[25]证实激活Jagged1/Notcp可以促进新生血管生成，提高缺血区域的血流灌注，从而改善心梗后心功能情况。Huang等[26]研究表明激活Dll4同样可以促进缺血区的血管生成。而Harrington等[27]认为血管内皮生长因子(VEGF)一方面在组织缺血缺氧时促进血管新生，另一方面促进内皮细胞Dll4配体表达，从而使VEGF受体2(VEGFR2)下调，抑制新生血管形成，形成一个负反馈机制，调节心肌受损后血管新生过程。目前针对Notch信号通路是否可以促进新生血管形成还存在争议，因此深入探讨Notch信号对血管新生的作用还有很大的意义。

5Notch信号通路与纤维化

心肌损伤后心脏成纤维细胞(CFs)增殖并分化为肌成纤维细胞(MFB)，表达α- 平滑肌肌动蛋白(α- smooth muscle actin，α- SMA)分泌胶原，参与组织修复。然而进行性的成纤维细胞过度增殖及分化，导致胶原合成分泌过多，最终导致心肌纤维化。心肌纤维化后易引起心脏的舒缩功能异常，心电传导脱偶联，极易并发心力衰竭、恶性心律失常等疾病。 一些研究报道，Notch信号通路参与多种纤维化疾病。Li等[28]发现阻断Notch信号通路后成年鼠早期即可出现瓣膜严重纤维化。Nus等[29]用高脂饲料饲养RBP- J单倍体小鼠后发现小鼠主动脉瓣出现了巨噬细胞浸润，胶原纤维过度沉积。而对于心肌纤维化，目前研究发现Notchl- 4在心脏成纤维细胞中均有表达。激活Notch1信号通路可以阻止转化生长因子-β(TGF-β)诱导心肌成纤维细胞向成肌纤维细胞转化[7]，减少心肌纤维化的面积[30]。而敲除Notch1信号通路的小鼠较正常小鼠在心肌受损后更容易导致心肌纤维化[31]。增强Notcp活性可抑制纤维细胞转化为成肌纤维细胞，而运用DAPT可使Notch1、3、4信号下调，促进TGF-β生成，上调α- SMA产生，诱导成肌纤维细胞形成，提示Notch信号激活可以减轻损伤后心肌的纤维化。总之目前大部分文献认为Notch信号通路的激活可减轻组织纤维化的程度。因此，深入理解Notch信号通路对心肌纤维化的调控机制，对于损伤心肌的功能修复具有重要意义。

6Notch信号通路参与炎症反应

炎症是机体的一种保护性免疫反应， 近年来多项研究发现Notch信号参与了炎症反应的调节。He等[32]发现阻断Notch信号通路可以通过减弱NF-κB信号通路、上调肿瘤抑制因子来抑制炎症反应。有研究发现在人类内皮细胞中上调Notch信号通路可以上调IL- 6、IL- 8、IL- 1α、RANTES、ICAM- 1等炎症因子[33]。而Xu等[34]指出Notch信号通路可以诱导巨噬细胞向M1型极化，从而促进炎症反应。在Notch信号系统与脑缺血的研究中，Notchl可通过其他信号调控刺激促炎症白细胞的浸润，从而对神经元生存构成威胁[35]。而心梗后受损区释放大量炎症趋化因子，炎症细胞迅速浸润到梗死区，释放大量基质金属蛋白酶降解梗死区域的细胞外基质(ECM)，同时巨噬细胞吞噬坏死的心肌细胞。随后，这些炎症细胞再次释放细胞因子、趋化因子、生长因子和血管生成因子从而影响心肌梗死后的心脏修复。因而广泛抑制炎症或完全阻断炎症可能会对心肌组织修复带来障碍， 但对于心肌缺血再灌注损伤研究中发现任何炎症反应对损伤区域的心肌都是有害的，中性粒细胞和单核细胞释放大量的活性氧可加剧存活心肌的损伤。因而如何调控心梗后炎症反应和抗炎反应的平衡尚需要进一步研究。

7结语

目前越来越多的研究发现Notch信号通路在心梗后存在多重效应，不仅可以保护受损心肌细胞，减少其凋亡，促进其激活及修复，还具有诱导干细胞分化、促进新生血管形成、缓解心肌纤维化、调控炎症反应等多重作用，介导心肌缺血损伤的修复，改善心功能。目前关于Notch信号通路在心梗后作用的研究还在不断进行，终有一天Notch信号系统修复损伤心肌的机制会逐渐明朗，这样便可以为临床治疗急性心肌梗死提供治疗的新策略。

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doi:10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.01．032

[中图分类号]R541; R329.28

[文献标识码]A

[文章编号]1671- 6264(2016)01- 0139- 05

[通信作者]马根山E- mail：magenshan@hotmail.com

[作者简介]何砚如(1990-)，女，江苏昆山人，在读硕士研究生。E- mail：eleanoreh@qq.com

[基金项目]国家自然科学基金资助项目(6590000108)

[收稿日期]2015- 06- 09[修回日期] 2015- 11- 19

[引文格式] 何砚如，陈立娟，马根山.Notch信号通路对缺血心肌的保护作用 [J].东南大学学报:医学版,2016,35(1)：139- 143.

·综述·