Notch信号通路在脂肪源性间充质干细胞向血管内皮细胞分化中的作用研究进展

黄清江 综述，王 波 审校

Notch信号通路在脂肪源性间充质干细胞向血管内皮细胞分化中的作用研究进展

黄清江 综述，王 波 审校

（遵义医学院附属医院整形外科 贵州 遵义 563000）

脂肪源性间充质干细胞（Adipose derived mesenchymal stem cells，ADMSC）具有干细胞的特性，能在体内及体外分化成血管内皮细胞并参与血管形成，在内皮细胞形成血管的过程中，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）通过VEGF信号通路起着重要的调控作用，Notch信号通路是VEGF信号通路的下游通路，研究显示Notch信号通路在血管形成过程中发挥着至关重要的调控作用。本文对Notch信号通路在ADMSC向血管内皮细胞分化中的研究做一综述。

脂肪源性间充质干细胞；血管内皮细胞；Notch信号通路；血管新生

新的血管生成及血液循环的重建是组织移植成功的关键因素之一。国内外有关研究表明间充质干细胞在适当的条件下可被诱导分化成内皮细胞，可以在体外及体内参与血管的生成[1-3]。在种类众多的间充质干细胞中，脂肪源性间充质干细胞具有脂肪来源丰富、分离方式简单、易于培养的特点，并具有分化潜能多向、传代后性能稳定等优势[4-6]，目前与ADMSC密切相关的移植技术已应用于临床，因此ADMSC具有重大的临床价值和应用前景[7-8]。

1 脂肪源性间充质干细胞与血管内皮细胞的关系

脂肪源性间充质干细胞(ADMSC)是来源于中胚层并广泛存在于脂肪组织中的干细胞[9]，这一类型的干细胞原代具有异质性，原代干细胞大部分来于源间叶细胞，只有极少数来源于外周细胞、内皮细胞以及平滑肌细胞。经过多次传代以后，细胞得到纯化变为同质性，并具有干细胞的特性。在适当的条件下可被诱导分化成为血管内皮细胞、脂肪细胞、肌细胞、软骨细胞、神经细胞和牙周细胞等，其分化潜能具有多向性[10-11]。

国外学者Planat-Benard等通过在体外加入血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和干细胞生长因子（stem cell growth factr，SCGF）培养ADMSC，实验表明ADMSC可分化为具有血管内皮细胞表型细胞，并可形成类血管网结构的能力[12]。Cao等研究显示ADMSC在VEGF与成纤维细胞增长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）诱导下也能够分化成有功能的血管内皮细胞[13]，两者均在动物实验中取得良好的效果。管利东[14]等进一步证实，人脂肪间充质干细胞(human adipose-derived mesenchymal stem cells,hADSCs)同样具有向血管内皮细胞分化的能力。同时，人脂肪间充质干细胞还能够分泌多种促血管生成的因子, 如：VEGF（血管内皮生长因子）、TGF-β（转化生长因子β)、HGF（肝细胞生长因子）、EGF（表皮生长因子）等，具有促进血管形成的作用。

2 血管新生的基本过程

血管的新生依据血管形成中内皮细胞来源的不同可分为两种：其一为血管的发生（Vasculogenesis），这一现象主要出现在胚胎发育时期，内皮祖细胞分化为血管内皮细胞，进而增殖形成有功能的管腔，新生内皮管腔与周细胞、血管平滑肌细胞相互作用而共同形成新血管[15]，这种血管的形成是由中胚层的成血管细胞发育而来，其二为血管的生成（Angiogenesis），这种方式的血管形成是建立在己经存在的微血管基础上，血管内皮细胞通过出芽、套叠、重塑等方式而形成新的血管。血管生成以出芽方式最为常见,血管内皮细胞原代基底膜经蛋白酶水解降解后,内皮细胞通过趋化、迁移,进而增殖形成有功能的管腔，通过对基质重塑以及对血管平滑肌细胞的包绕，新生血管间相互吻合最终形成血管网[16]。血管形成的调控机制内容庞大且复杂，但VEGF与之受体即VEGFR在血管的新生中所起的关键作用已得到普遍认同。越来越多的研究表明，在VEGF和VEGFR调控新生血管的过程中，Notch信号通路起着重要的调控作用[17]。

3 Notch信号通路的概述

最早发现Notch基因是在果蝇体内，该基因部分功能的缺陷可导致在其翅膀的边缘形成缺口。针对这一现象人们在后续的研究中对其受影响的相关信号通路称为Notch信号通路。Notch信号通路广泛存在于动物体中，在细胞生理或病理情况下的分化、增殖以及凋亡等一系列过程中有着至关重要的作用[18-19]。哺乳动物具有Notchl、Notch2、Notch3、Notch4 此4种Notch受体,哺乳动物中具有5个Notch配体:Dleta-like配体3个即D111、D113、Dll4,Serrate-like配体2个即Jagged1、Jagged2。相关研究显示Notch1在Notch信号通路中调控血管形成和新生的过程中较其他3种Notch受体更具有重要意义[20-21]。在5种Notch配体中,有研究发现Dll4具有内皮细胞的唯一特异性表达[22],它是血管生长发育中重要的调节因子之一，其主要存在于胚胎和成熟组织的血管内皮细胞内，通过与相邻细胞上的相关受体（Notch1或Notch4）相互作用而启动细胞内信号的传递，从而达到对血管新生过程的调节[23]。由此可见Notch1 和Dll4 与血管新生的关系极为密切。

4 Notch信号通路与血管新生的机制

在血管的生成与血管发生的过程中，除受VEGF、PDGF（血小板衍生生长因子）等促血管生成的细胞因子影响外，Notch等信号通路亦担当十分重要的角色[24]。Koo[25]等研究发现当Notch信号通路发生突变时，可导致动脉血管特异性缺失, 灭活鼠类Rbpsuh基因或转录因子Hey1、Hey2, 亦可严重破坏动脉重塑能力、引起血管破裂以及动脉标记的明显减少；Fischer[26]等在等在基因敲除Notch1或Notch4 的小鼠与Jagged1、Notch1 基因缺失的研究中，也观察到动脉标记表达缺失、大动脉缺损等与上述相似的结[27]。相关的研究结果提示，由配体DLL4所介导的Notch信号通路在动脉内皮细胞的表达上体现出特异性,与静脉系统相比较,Notch信号通路影响动脉系统分化的作用或许更明显[28-29]；在动脉发育过程中,Notch信号通道可抑制动脉向静脉表型的逆转分化。EphrinB2（一种小分子跨膜蛋白）是动脉的一种特异性标志物,其受体EphB4仅表达于静脉系统中[30]。在有关斑马鱼的研究中发现mindbomb基因突变导致Notch信号破坏，可使ephrinB2等动脉特异性标记的丢失，同时，该突变还导致EphB4在发生突变的动脉细胞上表达；相反,当Notch信号通路被异常激活时可抑制EphB4，可导致静脉血管增加了更多的动脉样分子特征[31,21]。在血管发育过程中，内皮细胞在Notch等信号通路调控下有序的分化形成合适数量及大小的动静脉血管，Notch信号通路的异常改变将使血管向动脉和静脉病理表型分化，导致动脉和静脉畸形的发生[32]。

有研究显示DLL1配体是调节成体内皮细胞分化成动脉过程中最关键的因子之一，其调节作用主要局限在动脉内皮细胞上。在缺血环境下的血管新生中,Dll1的表达显著增加,Dll1等位基因丢失会导致Notch信号通路的激活受阻，并能观察到动脉内皮细胞特异性标志ephrinB2的表达减少；在细胞培养中,Dll1因VEGF-A和FGF-2的作用表达上调,可由ephrin-B2来控制血管内皮细胞的生长[33]。在视网膜及其他组织的动脉内皮细胞内Notch配体Dll4表达显著[34]。敲除Dll4基因得小鼠将出现动脉标记表达缺失、大动脉缺损, 可推断Notch 配体DLL1参与了这些血管的形态形成[27]。综上所述，Notch信号通路对血管的新生、血管平滑肌细胞分化、动脉以及静脉的分化等方面均具有重要的调控功能[18,24]。

5 Notch/D114信号通路与VEGF在血管新生的关系

在血管新生过程中，血管内皮细胞在VEGF等促血管发生因子诱导下向其迁移，然后血管内皮萌发分支形成管腔。若所有的内皮细胞全向促血管发生因子迁移，那么新生血管将会因无管腔而成为无效血管。若要生成有效血管，那么部分内皮细胞需转化为顶端细胞，不发生转化的内皮细胞则为茎细胞。由顶端细胞引领茎细胞而形成血管腔，成为有效血管以实现功能[35]。相关研究显示[36-38]血管新生的过程是由Notch/D114信号通路与VEGF共同参与和调控而完成的。VEGF可以诱导动脉内皮细胞中D114 和其受体Notch1表达，但内皮细胞中D114的过度表达可以减弱VEGF诱导细胞增殖迁移的效力[18,36]。由此可见VEGF 对D114是正向调节因素，而D114对VEGF 信号是负向调节因素。Suchting S[39]等研究发现顶端细胞的形成由Notch/D114信号通路调控，减弱Notch信号将导致顶端细胞数目增加、丝状伪足延长以及血管分支数量增加。反之，通过对VEGF功能的抑制将会减弱Dll4的表达与血管的萌发。总之，VEGF为血管新生过程中的正向调控因子，诱导Dll4表达而启动Notch/D114信号通道作为负反馈调控因素，通过其相互调节能够有效的控制血管分支过量形成[40]，从而保证了正常的血管萌芽和血管网络的构建。

6 小结与展望

ADMSC具有干细胞的特性，已成为血管等组织工程的种子细胞。由于ADMSC来源丰富、易于分离及培养、分化潜能多向且性能稳定，受到国内外学者的关注，大量关于ADMSC与疾病治疗的动物实验及临床实验都在不断进行，并取得了一定成果。在ADMSC分化成内皮细胞并形成血管的过程中，Notch信号通路起着重要的调控作用,尤其是D114/ Notch信号与VEGF在血管生成过程中的作用是目前研究的热点,但研究主要是针对动物胚胎时期及肿瘤血管形成方面，相对而言组织移植血管再生方面报道较少。尽管肿瘤血管生成与组织移植血管再生的过程中有着众多相似之处,但根本的区别在于：肿瘤血管的生成是血管的异化使局部环境产生恶性变化，Notch信号通路在肿瘤血管形成过程中的激活通常是异常的，可导致肿瘤内部无效血管网密度持续增大，不能直接增加血液灌注；而组织移植血管的再生则是在Notch等信号通路的调控下，内皮细胞有序的增殖、分化、迁移及动静脉正确的选择表达，生成有功能的血管，有利于改善组织移植后局部血供情况。通过进一步对脂肪源性间充质干细胞向血管内皮细胞分化的研究，相信在组织移植、缺血性疾病的治疗及自体脂肪填充等美容整形方面能取得重大进展。

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编辑/张惠娟

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本刊编辑部

Research Progress of Notch Signaling Pathway in Differentiation of Adipose Derived Mesenchymal Stem Cells into Vascular Endothelial Cells

HUANG Qing-jiang,WANG Bo
(Department of Plastic Surgery,Aff i liated Hospital of Zunyi Medical College,Zunyi 563000,Guizhou,China)

Adipose derived mesenchymal stem cells (Adipose derived mesenchymal stem cells, ADMSC) have the characteristics of stem cells, Which can differentiate into vascular endothelial cells to participate in angiogenesis in vivo and in vitro, vascular endothelial growth factor (vascular endothelial, growth factor, VEGF) via VEGF pathway plays an important role in the process of vascular endothelial cells forming blood vessel, the notch signaling pathway is downstream of the VEGF signaling pathway, studies show that notch pathway plays a crucial role in the process in the formation of blood vessels. In this paper, we reviewed the research of Notch signaling pathway in the differentiation of ADMSC into vascular endothelial cells.

adipose derived mesenchymal stem cells;vascular endothelial cells;Notch signaling pathway;angiogenesis

R331.2

A

1008-6455（2017）05-0126-04

2017-01-15

2017-04-02

王波，男，遵义医学院附属医院整形外科，主任医师，教授，硕士生导师；主要研究方向：创伤修复； E-mail:wb1964200@sina.com