Notch1 与 心 肌 重 构 关 系 的 研 究 进 展▲

袁雨培 唐其柱

(武汉大学人民医院心内科，湖北省武汉市 430060，电子邮箱：yyp1992123@163.com)

【提要】 心肌重构是多种心脏疾病的最终共同通路，寻找有效的措施干预心肌重构具有重要的意义。Notch受体家族是一种高度保守的膜蛋白受体，广泛表达于心脏组织，对心脏的发育具有重要作用。Notch受体家族中关于Notch1的研究最为广泛，且已被证实可通过抗氧化、抗凋亡等多种方式参与心肌重构的发生发展。本文就Notch1与心肌重构关系的研究进展进行综述，为临床干预心肌重构提供方向。

心肌重构是指在内源或外源性因素影响下，正常心肌结构和功能的不断调整。高血压、心肌缺血、瓣膜病和心肌疾病等多种心血管疾病均可引起心肌重构，现已公认心肌重构是许多严重心血管疾病发展为心力衰竭的最后共同通路。《中国心血管病报告2018》[1]显示，我国心血管疾病现患人数2.9亿，其中高血压病2.45亿，心力衰竭450万，且心力衰竭的发病率或将随着中国社会人口老龄化进程的加快而持续增加。因此，研究心肌重构的发病基础，寻找有效的干预措施遏制心肌重构，具有重大的意义。

心肌重构在功能学水平上表现为心肌舒张和收缩功能受损，在组织水平上表现为肌丝断裂、排列紊乱，心肌胶原堆积增加，在细胞水平上表现为心肌细胞凋亡或肥大，成纤维细胞向肌成纤维细胞转变等。目前，尽管已有学者围绕着心肌重构进行了大量研究，但其具体机制仍不明确；细胞凋亡、炎症、氧化应激、纤维化以及血管生成等过程被证明与心肌重构的发生密不可分[2-4]。近期有研究显示，Notch家族蛋白可参与调节上述过程，可能对心肌重构的产生具有抑制作用[5]；而Notch1被证明是Notch受体家族中在心脏表达最多的受体[6]。本文就Notch1与心肌重构关系的研究进展进行综述。

1 Notch家族概述

Notch受体家族是一种高度保守的膜蛋白受体，哺乳动物Notch家族包括4个成员：Notch1、Notch2、Notch3、Notch4。Notch由胞外亚基和跨膜亚基组成。胞外亚基包含39个串联排列的表皮生长因子样重复序列和3个Lin/Notch重复序列，负责Notch与配体的结合[7]。Notch前体蛋白被剪切后，转运到细胞膜形成异二聚体成为成熟的Notch受体；当配体与Notch结合后，Notch蛋白再次被切割，释放胞内结构域，胞内结构域转入核内，与CSL转录因子相互作用，调控靶基因的表达，发挥生物学作用。此外，Notch受体家族还可通过非CSL依赖的方式激活多种信号通路。目前对Notch信号通路的研究涉及胚胎的发育、免疫系统功能调控、肿瘤的发生、神经退行性变以及炎症等病理生理过程。在心血管方面，Notch家族被证明对于心脏的发育至关重要，Notch信号的突变会导致心脏瓣膜、传导系统甚至心室腔的发育异常，与多种先天性心脏病密切相关[8]。Notch在心脏发育中的重要性已被广泛证明，但其对成人心脏的作用尚未被广泛探讨。

2 Notch1的表达与心肌重构

Notch1在新生儿的心脏中表达最高，随着年龄的增长而逐渐降低。正常生理情况下，成年人心脏中Notch1表达较少[9]，而在缺血缺氧等应激条件下其表达量会相对增加[10]。也有研究显示，在心肌梗死导致的心衰患者的心脏组织中，Notch1的表达在早期无明显改变，但慢性期心肌缺血区的表达上升[11]。Notch1的改变在各种心肌重构动物模型中也被广泛探究，其中大量研究显示，压力负荷、缺血、高糖、细胞毒性等造成的心肌重构模型中，相对于对照组动物，实验组动物心肌中Notch1的表达明显升高[9,12]。但也有研究观察到不同结果：Yu等[13]构建的小鼠缺血/再灌注(ischemia-reperfusion，I/R)模型中，心脏中Notch1及其活性成分Notch1胞内结构域(Notch 1 intracellular domain,N1ICD)的表达均未见明显上升；Zhang等[14]发现在高糖诱导的H9C2细胞的损伤过程中，N1ICD的表达降低；Thabassum等[15]在阿霉素介导的H9C2细胞损伤过程中，甚至观察到随着干预时间改变，Notch1出现先激活后抑制的情况。上述不同研究中Notch1的表达情况不同，原因可能是受不同的疾病模型的影响，同时也提示Notch1可能发挥了不同的作用，但其具体作用及机制还有待进一步探究。

3 Notch1在心肌重构中的作用

3.1 Notch1与细胞凋亡 心肌细胞凋亡是心肌重构的重要过程，可由机械应力、炎症、氧化应激等原因引起；抑制炎症细胞因子及活性氧的产生，进一步减少心肌细胞的凋亡已被证明可在一定程度上缓解心肌重构的进展。

研究显示，激活Notch1可抑制I/R造成的大鼠心肌损害，减小心肌梗死面积，促进心功能好转；在外源性给予Notch1裂解及活化关键酶γ-分泌酶的抑制剂DAPT后，Notch1活化被抑制，对抗I/R的作用消失；在H9C2细胞中，激活Notch1可提高细胞存活率，即Notch1通过减少细胞凋亡对心肌重构产生保护作用[16]。Du等[17]研究发现，在构建小鼠心肌梗死模型3 d后，Notch1的活性成分N1ICD的表达较假手术组明显增加；进一步激活Notch1后，心肌梗死引起的氧化应激被抑制，具体表现为心肌组织中的氧化应激标志物一氧化氮合酶及丙二醛表达降低，但抗氧化的超氧化物歧化酶及谷胱甘肽过氧化物酶表达升高；同时脱氧核苷酸末端转移酶介导的dUTP 缺口末端标记(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling，TUNEL)阳性细胞减少，凋亡标志分子半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)3转录及表达水平降低；心肌梗死面积减少，心肌损伤标志物表达下降，心功能明显好转，且在使用抑制剂阻断Notch1的激活后，氧化应激及细胞凋亡水平均升高，梗死面积增加。同样地，Yu等[13]和Pei等[18]分别证明，激活的Notch1可通过降低心肌内氧化应激的水平和心肌细胞凋亡，抑制I/R损伤后心肌重构的发生。另外，Notch1还被证明可作为多种微小RNA激活的靶点，如微小RNA-29b和微小RNA-208a，它们均可通过激活Notch1，抑制I/R小鼠心脏氧化应激及凋亡的水平[19-20]。以上研究结果证明，Notch1可通过抑制氧化应激和细胞凋亡，发挥对抗心肌重构的作用，保护心功能。

另一方面，Yang等[21]研究发现，小鼠心肌梗死后Notch1的表达明显增加，且抑制Notch1的表达后，心肌梗死引起的心功能异常程度加重，梗死面积增加，巨噬细胞浸润增加，促炎因子如白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、单核细胞趋化蛋白1及肿瘤坏死因子α转录水平增加，心肌细胞凋亡增加；进一步探讨其作用机制发现，N1ICD可与LKB1结合，并进一步激活腺苷酸活化蛋白激酶，且在敲除腺苷酸活化蛋白激酶基因后Notch1抑制心脏炎症和凋亡的作用均被抵消。即Notch1还可通过抑制心脏的炎症，进一步减少心肌细胞凋亡，抑制心肌重构的发生。

3.2 Notch1与心肌纤维化 心肌纤维化已被公认是心肌重构发生的关键过程，心肌成纤维细胞增殖或分化成肌成纤维细胞，其可增加胶原蛋白合成，促使细胞外基质过度沉积导致的心肌纤维化，使心脏顺应性降低，进一步影响心功能。

转化生长因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)是心肌纤维化的重要调节因子，其水平升高会促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，抑制其表达即可有效抑制纤维化的发生，改善心功能[22]。Zhou等[23]研究发现，TGF-β1明显增加了肌成纤维细胞标志物的表达，促进成纤维细胞的增殖及I型胶原的分泌；但过表达N1ICD后这些过程均被抑制；进一步探讨其作用机制发现，N1ICD可拮抗TGF-β1诱导的Smad3磷酸化，且N1ICD可直接与Smad3结合而发挥抑制纤维化的作用。由此证明，Notch1可通过拮抗TGF-β1/Smad信号通路抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞转化。Notch1还被证明可被小檗碱和橙皮苷激活，抑制TGF-β1引起的平滑肌肌动蛋白、基质金属蛋白酶1和基质金属蛋白酶9的表达以及胶原的合成[24]。另外，在阿霉素诱导的斑马鱼心肌损伤重构模型中，给予Notch1激活剂丹皮酚后，可明显减少阿霉素引起的胶原沉积，抑制心肌细胞肥大。体外凋亡研究中纤维化标志物纤维连接蛋白、结缔组织生长因子、TGF-β1、肥厚标志物肌球蛋白重链7和凋亡标志物Caspase3/7的转录及表达可减少心肌重构的发生[15]。这提示Notch1可通过抑制心肌纤维化、心肌细胞肥大及凋亡来抑制阿霉素引起的心肌损伤，对心肌重构发挥保护作用。由此证明，Notch1激活可有效抑制成纤维细胞的增殖和分化，以及心肌纤维化相关标志物的表达，并通过减少心肌纤维化的发生来抑制心肌重构。

3.3 Notch1与血管生成 心脏在受到各种刺激后出现心肌重构的过程中，心肌组织需氧量增加，机体为维持供氧及心脏功能，须生成新的血管以增加局部血液循环，因此影响心脏内血管生成的因素也对心肌重构的发生具有重要影响。最新研究显示，Notch1也具有促进心脏血管生成的作用。例如，Liu等[25]发现，Notch1激活后，心肌梗死大鼠缺血心肌灌注水平上升，缺血心肌体积减小，同时侧支循环的血流量明显增加；冠状动脉侧支微循环储备血管数目减少，管腔直径增大；心肌梗死面积减小，纤维化减少，射血分数及左室短轴缩短率增加。同样地，Zhao等[11]的研究结果显示Notch1激活可促进心脏组织中血管生成相关蛋白的表达增加，如碱性成纤维细胞生长因子和血管内皮生长因子，且与血管成熟密切相关的内皮细胞标志物CD31及血管平滑肌细胞标志物平滑肌肌动蛋白的表达同样升高，即成熟血管密度升高。进一步利用正电子发射计算机断层扫描检测局部心肌血流发现，除血管生成增加外，心脏血流灌注也增加。以上研究证明，Notch1的激活还可能通过调节心脏内血管生成来对抗心肌重构。

Li等[26]研究发现，在同型半胱氨酸刺激的心脏微血管内皮细胞损伤模型中，微小RNA-34a通过抑制Notch1的表达来增加微血管内皮细胞的凋亡，促进炎性细胞因子如IL-1β、IL-6的表达，降低与血管生成相关的血管内皮生长因子、碱性成纤维细胞生长因子以及人生长因子的表达。而Notch1的激活可抵消上述作用，这验证了Notch1对血管形成的重要作用。

3.4 其他 Zhang等[27]研究发现，小鼠激活的Notch1抑制凋亡相关基因的表达，可改善I/R引起的心功能下降；进一步探究发现，Notch1降低了蛋白激酶R样内质网激酶和α亚基的真核起始因子2的磷酸化水平以及CCAAT增强子结合蛋白(CCAAT enhancer binding protein,C/EBP)同源蛋白的表达。它们都是内质网应激过程的关键酶，在纠正和重建内质网稳态过程中发挥关键作用。既往研究已证实，内质网应激是I/R损伤引起心肌重构的主要机制之一[28]，且C/EBP同源蛋白的激活是内质网应激诱导凋亡的主要途径[29]。由此可见，Notch1的激活抑制了内质网应激的发生，减少了C/EBP同源蛋白通路诱导的心肌细胞的凋亡。在细胞实验中得到相似的结果，Notch1过表达抑制了H9C2细胞的内质网应激反应，减少细胞凋亡；抑制剂阻断Notch1的激活后，Notch1对I/R造成的H9C2细胞损伤的保护作用消失。即Notch1可通过抑制内质网应激的发生，减少细胞凋亡，改善心功能，对抗I/R引起的心肌重构[27]。Yu等[30]还发现Notch1/Hes1/蛋白激酶可降低心肌中硫氧还蛋白互作蛋白的表达，激活硫氧还蛋白系统，缓解高血糖及I/R引起的心肌细胞凋亡及氧化应激，进而缓解心肌损害及重构。另外，Notch1还可以通过影响线粒体发挥抑制心肌重构的作用。Zhou等[31]研究发现，在原代大鼠心肌细胞中Notch1过表达可增加细胞的ATP生成和线粒体融合，减少线粒体分裂，抑制I/R导致的线粒体自噬，而敲除Notch1得到完全相反的结果。进一步研究证明，Notch1的这一作用是通过抑制Pink1/Mfn2/Parkin信号通路实现的。

4 小 结

Notch1作为心脏发育的重要成分，广泛地参与体内多种生物活动，可通过抗氧化、抗炎、抗凋亡、抗纤维化、促血管生成等多种方式抑制各种原因导致的心肌重构。目前虽然有大量研究显示其在抑制心肌重构中具有积极作用，但其具体作用和机制仍不十分清楚。临床实践中，其激动剂的有效性和安全性依然需要进一步研究评估。因此深入探究Notch1与心肌重构的关系，探寻相关的分子作用机制，早日发现组织选择性或靶基因选择性的Notch1激动剂对心血管疾病的防治具有深远意义。