Slit-Robo信号通路在心血管发育中的作用

张冰，傅怡

（上海交通大学系统生物医学研究院，上海200240）

Slit-Robo信号通路在心血管发育中的作用

张冰，傅怡

（上海交通大学系统生物医学研究院，上海200240）

近期研究表明，Slit-Robo信号通路对心血管系统的发育和再生发挥了重要功能. Slit3作为促血管新生因子，能够与其受体Robo4结合，通过RhoGTPase信号通路调控多个生理和病理过程中的血管新生.Slit3-Robo4信号通路的激活能够促进工程组织中血管网络的形成.硫酸乙酰肝素通过Slit3-Robo4通路能够调节膈肌发育及其血管新生.Slit-Robo信号通路还参与调控心脏系统静脉回流和心包膜的发育.Slit3的缺失会导致小鼠发育过程中的肾脏缺失和输尿管发育不全.因此，进一步研究Slit3-Robo4信号通路对于阐释心血管系统发育和疾病的病因具有重要理论意义，有望为心血管疾病的预防和治疗提供有力的药物作用靶点，促进有效药物的开发.

Slit3-Robo4信号通路；血管新生；发育

Slit是一种大分子分泌蛋白，最初在果蝇中被发现［1］，在线虫和脊椎动物中高度保守［2-5］.哺乳动物存在3种Slit蛋白（Slit1～Slit3）［6-7］，它们都在中枢神经系统中表达.Slit3还在外周组织和器官中表达，例如发育过程中的舌、肾脏、生殖嵴、咽、肺静脉、心房壁、肺以及膈膜，并调控非神经元相关的发育过程［8-10］.Robo（Roundabout）蛋白同样在果蝇中被首次发现，是一种跨膜受体蛋白［11］.哺乳动物存在4种Robo蛋白（Robo1～Robo4），与Robo1～Robo3有5个Ig（immune globulin）和3个FN3（fibronectin TypeⅢ）结构域不同，Robo4的胞外区域仅含有2个Ig结构域和2个FN3结构域［12］.Robo1～Robo3在神经、肺、肝、肾脏和心脏中均有表达［13］，而Robo4的表达只局限于血管内皮细胞［14］.作为一种逆向轴突导向分子，Slit与其受体Robo结合调节神经系统发育，以及与细胞迁移相关的其他发育过程［15］，在心血管系统中的发育机制主要是近几年才得到详细的阐释.

1　Slit3-Robo4信号通路调控血管新生

血管新生是指从已有的毛细血管丛发展而形成新的血管［16-18］.血管新生是生物体内一场精心安排的过程，发育中的血管需要穿过复杂的胞外环境到达目的地，并形成新的血管网络［19］.这个过程包括内皮细胞与细胞外基质的黏附、内皮细胞的增生、迁移和重构等，并受到一系列紧密的导向调控［15-16］.

Slit-Robo的相互作用对血管新生起着重要的调控作用.Slit2被证明能够与内皮细胞上表达的Robo1和Robo4相互作用，从而调控内皮细胞的迁移，并在肿瘤血管新生中发挥作用.作为在外周组织和器官中广泛表达的Slit家族成员，Slit3能有效促进血管新生，从而在胚胎发育的器官生成中起重要作用.Zhang等［15］在体外实验中阐明Slit3在内皮细胞和血管平滑肌细胞中均有高表达，与同样在内皮细胞中高表达的受体Robo4结合后，通过加速内皮细胞的有丝分裂来诱导内皮细胞的增殖，并能够增强内皮细胞的迁移性和趋化性.与Slit2调控内皮细胞趋化性不同的是，Slit3对内皮细胞迁移的调控是Robo4特异性的，Slit3和Robo4的结合激活了RhoA通路中的Ras相关C3肉毒素底物1（Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac1）和细胞分裂周期蛋白42（cell division control protein 42 homolog，Cdc42），并以此来调控内皮细胞的迁移性.Slit3-Robo4还加速了内皮细胞血管腔形成.离体实验结果证明，Slit3能够刺激主动脉环的新生侧枝血管的生成.小鼠角膜和鸡蛋卵黄囊血管新生实验则证实了Slit3能够促进体内新生血管的生长.与之相反，在小鼠发育过程中，基因敲除Slit3后血管新生过程受到了阻断.因此，神经导向分子Slit3作为一个新的血管新生调控因子，能够促进胚胎发育及其他生理和病理过程中的血管新生.

2　Slit3-Robo4通路激活促进工程组织中血管网络的形成

工程组织在体内移植后的长期存活取决于植入物是否能充分血管化.内皮细胞在血管结构形成的过程中是必不可少的，而稳定的具有功能的血管形成还需要周细胞和间充质干细胞. Paul等［20］对人类间充质干细胞的研究结果表明，这些“周细胞”型间充质干细胞分泌的促血管新生导向分子Slit3，能够引导Robo4表达的内皮细胞在工程组织中形成血管网络.相反，“非周细胞”型间充质干细胞则表现出低Slit3-Robo4信号活性，无法支持血管网络的形成.敲除间充质干细胞中的Slit3会导致内皮细胞形态异常，敲除内皮细胞上Slit3的受体Robo4则会抑制体内异种移植中功能性血管的生成.因此，在工程组织中，由间充质干细胞辅助的血管形成需要Slit3-Robo4通路的激活.

3　硫酸乙酰肝素通过Slit3-Robo4通路调节血管新生及其膈肌发育

先天性膈疝是一种常见的畸形病症，影响高达1/3 000的新生儿，是造成围产儿死亡的主要原因之一［21］.Yuan等［10］的小鼠先天性膈疝Slit3基因模型证实了Slit3在膈膜生长发育过程中起重要作用，Slit3的缺失会引起胚胎发育过程中隔膜中心腱缺陷，并最终导致先天性膈疝.Zhang等［22］深入研究发现，Slit3-Robo4在促进膈膜血管的形成中起重要的调节作用，并受到硫酸乙酰肝素（heparan sulfate，HS）的正向调控.N-去乙酰化酶/磺基转移酶1（N-deacetylase/sulfotransferase 1，NDST1）是硫酸肝素的N端硫酸盐化的主要催化酶.在内皮细胞中敲除NDST1不仅会影响Slit3-Robo4的信号传导，而且会导致先天性膈疝，这一过程是由HS-Slit3-Robo4通路调控的膈肌血管发育受到阻断所引起的.

4　Slit-Robo信号通路调控心脏系统静脉回流和心包膜的发育

Robo1和Slit3是在心脏中表达最广泛的分子，在心包膜、心脏流出道、心内膜、心肌层以及房室管中都有高表达.Robo2在心脏中的表达则局限得多，在胚胎心肌的整个发育过程中都没有表达.Robo3在心脏组织中不表达.Robo4在血管内皮细胞例如主动脉、肺动脉干和冠状血管中均有表达，但在心内膜中没有发现.Mommersteeg等［23］发现Robo1而非Robo2的缺失会导致心包膜、心包腔、窦角以及腔静脉发育不良.Slit3敲除小鼠同样出现类似心包膜、窦角和腔静脉发育不良以及腔静脉回流障碍.Slit3与受体Robo1结合的减少影响了心脏内神经鞘的存活、黏附和迁移，是引起心包腔易位和心包膜缺陷的主要细胞机制.Robo4作为腔静脉发育早期血管新生过程必需的蛋白分子，与其配体Slit3结合调控腔静脉早期发育过程中的血管新生，并可能影响静脉回流的形成和心包膜的发育，但该可能性在该项研究中未能得到进一步阐述.

5　Slit3的缺失对其他器官发育的影响

除作为促血管生长因子，Slit3还影响着胚胎发育过程中多种器官的形成.文献［9-10，22］在Slit3缺失小鼠模型中观察到明显的先天性膈疝，这是由于紊乱的胶原纤维无法形成紧密的胶原束导致的隔膜中心腱缺失.Slit3缺失小鼠的心脏具有增大的右心室.还有20%的纯合子Slit3缺失小鼠表现出肾脏缺失，例如单边或双边肾脏或输尿管发育不全，以及不同程度的肾脏发育不良［9］.以上研究表明Slit-Robo系统对于多个器官的发育具有重要作用.

6　结束语

近年来，关于Slit-Robo信号通路如何促进血管新生和血管网络的形成、器官发育尤其是膈肌发育等研究取得了一些进展，研究人员对其相关分子调控机制有了一定的了解，但仍需进一步探索.此外，Slit-Robo信号通路在大脑发育、肿瘤、生殖系统、乳腺功能和干细胞等研究中也具有重要意义.未来期望以Slit3-Robo4通路对正常和病理状态下内皮细胞迁移、血管新生和血管网络形成的调控作用为突破口，为预防和治疗心血管疾病及其他血管新生相关疾病提供更多的理论依据和药物作用靶点，从而促进有效药物的开发.

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Slit-Robo signal pathway in cardiovascular development

ZHANG Bing，FU Yi
（Shanghai Center for Systems Biomedicine，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

Slit-Robo pathway has recently been shown to be vital in cardiovascular development and regeneration.Slit3，a proangiogenic factor，regulates angiogenesis and organ formation in embryonic development by binding to its receptor Robo4.Activation of Slit3-Robo4 promotes formation of vascular network in engineered tissues.Heparan sulfate regulates the development of blood vessel and diaphragm through modulating the Slit3-Robo4 signal pathway.Moreover，the Slit-Robo signal pathway plays an essential role in developing cardiac systematic venous return and pericardium.Deficiency of Slit3 leads to developmental defect of other organs such as kidney and ureter.Therefore，further understanding of the Slit3-Robo4 signal pathway in the future may provide a theoretical foundation and therapeutic targets for prevention and therapy of cardiovascular and related diseases.

Slit3-Robo4 signal pathway；angiogenesis；development

R 363

A

1007-2861（2016）03-0331-05

10.3969/j.issn.1007-2861.2016.03.009

2016-04-19

国家自然科学基金重大研究计划资助项目（91539109）；国家自然科学青年基金资助项目（11302129）

张冰（1977—），男，教授，博士生导师，博士，研究方向为心血管发育和相关疾病分子机制.

E-mail：bingzhang@sjtu.edu.cn