Notch 信号通路在风湿性心脏病炎症相关发病机制中的研究进展

秦亚录 综述 刘天虎 审校

(郫县人民医院心内科，四川 郫县 611730)

Notch 基因最早于果蝇体内发现，因其部分功能缺失会导致果蝇翅缘缺刻(Notch)而得名。后来的研究发现，从无脊椎动物到脊椎动物多个物种中，Notch基因均有表达，其家族成员的结构高度保守。Notch信号通路涉及许多细胞的增殖和分化，在调节细胞分化和增殖等一系列生理、病理过程中都起非常重要的作用［1］。Notch 信号通路在风湿性心脏病(rheumatic heart disease，RHD)的发生、发展中的作用目前罕有报道，现就近年来的研究进展做一综述。

1 RHD 发病的炎性机制

RHD 是心血管内科常见病，以瓣膜进行性、永久性损害为主要特征。2006 年北京阜外心血管病医院调查显示我国成人RHD 的发病率为2‰，据推测我国至少有200 万例RHD 患者［2］。2007 年Guilherme等［3］通过研究发现全球至少有1 560 万例RHD 患者，据估计全球每年约有23.3 万例患者因RHD 死亡。

经研究发现，RHD 的发病与体液和细胞免疫、遗传易感性、毒理学、宿主与病原体的相互作用、环境因素相关。

经研究发现，RHD 的发病可能包括以下两个主要步骤:(1)自身抗体的产生，当链球菌感染人体后，人体发生RHD 的危险性与针对链球菌过强的免疫反应相关，其主要学说是分子模拟学说［4］。人体感染链球菌后，人体产生大量的自身抗体及活化的自身反应性T 淋巴细胞。(2)上述的自身抗体、炎症因子和心脏瓣膜内皮细胞发生免疫反应，内皮细胞被激活，表达血管-细胞黏附分子-1 上调，并与活化淋巴细胞表面很晚出现的抗原(very late antigen-4，VLA-4)相互作用，导致活化的T 细胞(包括CD4+和CD8+T 细胞)通过内皮细胞渗透到无血管生长的心瓣膜，形成阿少夫小体或内皮下形成包含巨噬细胞和T 细胞的肉芽肿病灶，心瓣膜内皮细胞连续性受到破坏，暴露了内皮下的结构导致瓣膜损害的“链式反应”，一旦瓣叶通过瓣膜表面的内皮细胞发生炎症，新的血管就发生了，新形成的微血管导致T 细胞浸润，同时分泌大量的趋化因子和炎症因子，导致大量的T 细胞通过受损的瓣膜表面内皮细胞进入瓣膜内，并使瓣膜损害形成恶性循环。在炎症细胞因子的影响下，瓣膜间质细胞和其他瓣膜构成成分持续存在异常修复，最终由于新生血管的形成及病情的进展，心瓣膜变成瘢痕样的慢性病变，形成RHD。

2 炎性机制与RHD 其他发病机制的相互关系

虽然心脏和链球菌M 蛋白之间交叉反应抗体已被证实，但心脏组织损害似乎是T 细胞依赖的，从RHD 病人心脏浸润的T 细胞克隆能识别链球菌和心脏蛋白，提示T 细胞直接参与RHD 的发生和发展［5］。

链球菌感染后可产生多种抗心肌抗体和致敏淋巴细胞，进而对心脏产生损害。超抗原(M 蛋白的非特异性片段)与T 细胞受体结合可产生强大的作用，打断自身免疫耐受性，加强了交叉抗体和T 细胞对心脏及其瓣膜的损害。有研究发现这个过程受到HLADRB1 基因的类型和抗原表达情况的严格控制，Notch信号通路是否参与了HLA-DRB1 基因的调控目前还不清楚。

链球菌产生的多种产物包括毒素和相关酶，如链球菌溶血素O 和链球菌激酶可直接造成心脏和瓣膜的损害，在免疫损伤的基础上进一步加重心脏和瓣膜的损害。

链球菌对宿主的感染开始于细菌的表面配体与宿主细胞表面的特异性受体结合，继而包括了特殊的黏附过程、增殖和入侵。链球菌磷脂壁酸和M 蛋白在细胞黏附中起了主要作用，宿主对链球菌感染的反应包括了特异性抗体的产生、调理和吞噬作用。

在过去的半个世纪，影响RHD 发病的长期趋势的因素主要集中在条件恶劣、拥挤、医疗服务条件差的地区，发病季节性主要与链球菌生长活跃有关。但随着医疗条件和生活条件的改善，RHD 仍是我国南方地区的主要心脏病。

3 Notch 信号通路

3.1 Notch 信号通路的组成及作用机制

3.1.1 Notch 信号通路的组成

Notch 信号通路由受体、配体、DNA 结合蛋白及下游分子构成。Notch 受体是一种由异二聚体组成的单次跨膜蛋白，其基本结构分为细胞外区、跨膜区和细胞内区(Notch intracellular domain，NICD)。哺乳动物中Notch 信号通路由4种Notch 受体(Notch 1～4)、两类配体［Delta 样配体(Dll l，Dll 3，Dll 4)和Serrate 样配体(Jagged-l，Jagged-2)］及细胞内效应分子组成。

3.1.2 Notch 信号通路的激活及其下游效应物

有关Notch 信号通路的激活，目前得到广泛认可的是3 步酶裂解法:在Notch 成熟过程中，furin 样转化酶作用于第1 个裂解位点(位于细胞外异二聚体化区域)，产生的胞外区和跨膜区以二硫键相接而形成Notch 受体。当受体与配体结合后，在局部胞膜内吞产生的机械力作用下受体暴露出第2 个裂解位点，由金属蛋白酶催化使受体裂解成两个片段。其中碳端裂解片段进一步在跨膜区第3 个位点裂解，经γ-分泌酶复合物酶解，释放出Notch 蛋白的活性形式NICD进入细胞核中。NICD 进入细胞核后，Notch 通路通过不同的反应模式激活下游的靶基因。Notch 信号通路可与广泛参与炎症反应的其他细胞内信号通路相互作用，如C-Jun N 端蛋白质激酶、胞外信号调节激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶及核转录因子κB 等，共同参与疾病的发生［6］，从而影响其功能的发挥，影响细胞的发育、增殖、分化、凋亡，影响疾病的发生、发展。

3.2 Notch 在部分心血管疾病发生中的作用

Notch 信号通路的异常表达与很多心血管疾病的发生发展相关。Zhao 等［7］通过研究斑马鱼发现Notch过度激活会抑制心肌细胞增殖。Wolf 等［8］通过研究发现Notch 的突变与先天性心脏病如二叶式主动脉瓣、心瓣膜钙化以及室间隔缺损等的发生相关，Garside 等［9］通过研究发现Notch、骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)和 转化生长因子-β 信号通路共同参与心脏瓣膜的发育。有研究发现通过向斑马鱼体内注入活化的Notch-ICD 基因持续激活Notch 信号会刺激心内膜细胞进行有丝分裂，并产生异常肥大的瓣膜组织［10］。Alagille 综合征(Alagille syndrome，AGS)是一种常染色体显性遗传疾病，大多数患者有新生儿黄疸和肝内胆管发育受阻，还常常合并心脏、眼、肾脏和骨骼发育异常。大多数心血管发育异常主要是周围肺动脉狭窄［11］。还有研究发现94%的AGS 患者都有Jagged-1 基因突变，基因分析发现，有一些Jagged-1 突变患者的Jagged-1 完全缺失;另外一些患者基因突变的失活导致Jagged-1 蛋白表达的缺失或改变［12］。还有学者推断Notch 信号通路可能通过促进炎症反应来参与高血压的发生和发展［13］。Liu 等［14］通过对大鼠及人类主动脉粥样硬化斑块的Notch 信号通路组分的研究发现，Notch 信号激活导致内皮细胞衰老和促进炎症反应，指出Notch 信号与动脉粥样硬化相关。有研究发现Notch-Hey-BMP2 通过相互作用导致成人心脏瓣膜病的发生，Notch 可能与心律失常及预激综合征有关［15］。

3.3 Notch 参与RHD 形成相关机制的探讨

大量研究表明Notch 及其配体组成的信号途径不但在各类组织细胞发育中发挥作用，参与了免疫细胞发育命运的选择。这一过程受到多种因素的精细调控，其中Notch 信号在免疫细胞尤其是T 细胞发育的多个环节中起关键的调控作用。

胎肝或骨髓中的多能造血干细胞(hemopoietic stem cell，HSC)分化为淋巴样干细胞(lymphoid stem cell，LSC)和髓样干细胞(myeloid stem cell，MSC)。LSC 继续分化为T 细胞、B 细胞、自然杀伤细胞(NK细胞);髓样干细胞分化为单核细胞、红细胞等。研究发现，在LSC 分化成T 细胞的过程中，Notch 信号必不可少。通过研究发现，Jagged-1 能抑制胸腺细胞向B细胞分化，Jagged-1 则诱导其向NK 细胞分化。Notch-1 决定T、B 细胞的命运，促进LSC 向T 细胞分化，抑制其向B 细胞分化。

除了对T、B 细胞定向分化的影响外，Notch 信号还对胸腺内的其他进程产生明显影响，包括αβT 和γδT 细胞系定向分化以及CD4+和CD8+细胞的发育。LSC 随血流迁入胸腺，把T 细胞的成熟阶段分为双阴性期(DN)、双阳性期(DP)及单阳性期(SP)，其中DN阶段又可分为DN1～DN4 四个不同的阶段，绝大多数LSC 对Jagged-1 信号无反应，而只在发育DN1～DN3之间的阶段对Jagged-1 信号起反应，此阶段Jagged-1还能影响未成熟胸腺细胞分化为NK 细胞及γδT 细胞系。在双阳性期(DP)向单阳性期(SP)分化过程中(也就是阳性选择)，实验发现阻断Notch-1 信号转导可抑制CD8+细胞的发育［16］。

LSC 在向T 细胞系定向分化后，即形成原T(proT)细胞，并进行TCRγδ 基因的表达与重排。ProT细胞表达γδTCR 后即形成γδT 细胞，而TCRβ 基因的重排导致形成PreTCR，随后发育为αβT 细胞［17］，Notch-1 信号能促进T 细胞向αβT 细胞发育，抑制其向γδT 细胞发育［18］。

在阳性选择过程中，有实验发现阻断Notch-1 信号转导可抑制CD8+细胞的发育［19］;Notch-1 阻断抗体降低T 细胞Notch-1 的信号强度后，CD8+T 细胞减少而CD4+T 细胞增多。

由胸腺迁移到外周的T 细胞具有多种分化潜能，抗原刺激下的CD4+T 在细胞因子的作用下分化为Th1、Th2、调节性T 细胞(Tr)及Th17。有研究者分析Notch 分子在Th1/Th2 分化中的作用，发现以Deltalike l 刺激初始CD4+T 细胞将促进它向Th1 分化。同时还证明在活化的CD4+T 细胞高表达Notch-3 胞内域可促进其向Th1 分化，并伴随T-bet 表达增加［20］，有研究证实Th1/Th2 细胞因子的平衡在心肌炎症恢复中的作用及诱导瓣膜进行性永久性损害。

有文献报道，炎症反应可促进成纤维母细胞分裂，成纤维细胞合成、分泌胶原增多，胶原代谢增强，炎症加重了瓣膜损伤［21］。还有研究发现和心脏组织交叉反应的抗体结合到瓣膜内皮表面使大量的CD4+T 细胞浸润［22-24］。有学者通过研究发现从RHD 患者克隆的外周T 细胞可以和重组A 组M6 蛋白、心肌肌球蛋白、原肌球蛋白和层黏连蛋白、瓣膜蛋白发生交叉反应［25］。有人通过研究证实心脏组织浸润T 细胞所有成分可能由外周前T 细胞迁移而来［26］。

因此可推测Notch 信号通路激活后可能在骨髓中促进LSC 向T 细胞分化，抑制其向B 细胞分化;LSC进入胸腺后能促进T 细胞向αβT 细胞发育，抑制其向γδT 细胞发育;同时促进CD4+细胞的发育，抑制CD8+细胞的发育;由胸腺迁移到外周的T 细胞在Notch 信号作用下初始CD4+T 细胞将促进它向Th1分化，外周血中CD4+Th1 细胞增多后，可能导致大量CD4+Th1 通过内皮细胞渗透到无血管生长的心瓣膜，形成阿少夫小体或内皮下形成包含巨噬细胞和T 细胞的肉芽肿病灶，心瓣膜内皮细胞连续性受到破坏，暴露了内皮下的结构导致瓣膜损害的“链式反应”，一旦瓣叶通过瓣膜表面的内皮细胞发生炎症，新的血管就形成了，新形成的微血管导致T 细胞浸润，T 细胞分泌大量的炎症因子，其中肿瘤坏死因子-α 引起内皮细胞Notch 信号失调，Notch-4 表达降低，Notch-2 表达升高，分别由核转录因子κB 和磷脂酰肌醇3-激酶通路调节，并促进了内皮细胞凋亡，使瓣膜损害形成恶性循环，最终导致RHD 的发生发展。还有研究发现，在Notch(+/-)鼠愈合过程中，Notch-1 的缺失使肿瘤坏死因子-α、白介素-6 等炎症因子表达减少，使炎症减轻。综上所述，RHD 的发生和发展可能和Notch 信号通路密切相关。

4 结语

自从成功克隆Notch 基因以来，对Notch 信号通路的深入研究使得该条信号途径中更多详细的机制得以阐明，其和RHD 关系的研究也使得人们对RHD的发病机制有了更深层次的理解，对于信号途径各环节的干预为疾病的治疗提供了新思路。如上所述，RHD 的发生和发展与Notch 通路关系密切，但在心脏的发育及RHD 的发生和发展中，Notch 通路在不同阶段有不同的作用。因此，对二者的关系仍需更进一步的探究。特别是Notch 信号通路在RHD 发生、发展中具体详细的作用机制有待更深入的研究。Notch 通路对RHD 的发生和进展等许多方面的调控在体内是如何相互联系的，Notch 信号通路和其他信号通路间复杂的相互作用对于RHD 发生、发展的影响如何等问题有待于进一步解决。

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