Notch 信号通路与支气管哮喘关系的研究进展

姚意恩 李超乾

广西医科大学第一附属医院呼吸内科（南宁530021）

支气管哮喘简称为哮喘，是一种由多种细胞和细胞组分参与的慢性呼吸道疾病，严重影响着人们的身心健康。主要表现为气道炎症、气道高反应性和气道重塑，大量研究表明，Notch 信号与Th1/Th2 共同参与急慢性哮喘过程的调控，但是其作用机制尚不统一。笔者前期做了较多哮喘防治的研究，目前Notch 信号在哮喘的研究中受到极大的关注，其可能成为未来支气管哮喘诊治研究的又一突破口。本文以Th1/Th2 为切入点，对Notch 信号通路在支气管哮喘中的调控机制作一综述。

1 Notch 信号通路的组成结构与激活途径

1913年MORGAN 发现的Notch［1］是一个非常保守的信号系统。

Notch 信号活化和转导的分子机制是多种多样的，主要表现为在配体结合之后，γ-分泌酶裂解释放NICD，NICD 易位至细胞核，NICD 与DNA 结合转录阻遏物（CBF-1/RBP-jk）相互作用并将其转化为诱导靶基因转录的转录激活复合物（NICD-CBF-1/RBPjk-MAML）。Notch 信号通路参与分化、发育、增殖和凋亡的调节［2］。 Notch 信号通路由Notch 受体、Notch 配体、细胞效应分子、效应物及其调节分子组成。在哺乳动物中存在4 种Notch 受体（Notch-1，Notch-2，Notch-3 和Notch-4）和5 种主要配体（3 种Delta家族配体（Delta 样配体：Dll-1，Dll-3 和Dll-4）和2 种Serrate 家族配体（Jagged：Jag-1 和Jag-2）。这些Notch 受体有相同的结构，但是它们的蛋白质结构域有着显著的差异。Notch 配体通过DLS 蛋白与细胞表面的Notch 受体相互调节，从而激活Notch 信号通路途径。然而，Notch 信号的激活和转导机制极其复杂，目前广泛认同的是，激活的过程中，由相邻细胞间的配体-受体间相互作用激活经典的Notch 信号，然后发生两次连续的受体溶蛋白裂解。Notch信号通路的靶基因是bHLH 家族转录因子［3］，包括HSE（hairy/enhancer of split）及HERP（HES-related repressor protein）。Notch 信号通路激活后，调控细胞在转录水平的发育和分化，并参与细胞免疫功能的调节。研究［4-5］发现Notch-1 可参与肿瘤细胞的增值和凋亡。 Notch 信号通路还与其他信号通路存在相互交错的网络机制，共同发挥细胞的调控作用，参与淋巴细胞的发育、血管重塑、神经系统疾病发生和发展等，但其中的调控机制目前尚无定论。

2 Notch 信号通路与Th1/Th2 的关系

Notch 信号是调节淋巴细胞活化和分化的主要因素，Notch 受体-配体的相互作用可能促进Th 细胞的极化和细胞因子的产生。Notch 信号促进T 细胞的增殖和凋亡，重组信号序列结合蛋白-Jk（RBP-Jk）是Notch 信号通路中的关键分子，Notch 信号通路可以通过RBP-Jk 调控CD4+T细胞的增殖。Notch 配体Jagged1 分子可以抑制T 细胞的增殖反应，DLL1 可以抑制CD4+T 细胞增殖，而Notch3 可以抑制T 细胞在抗原刺激后的增殖能力。涉及T 细胞受体（TCR）信号传导的细胞内递送的Notch 信号传导分子与活化的T 细胞凋亡相关，不过，Notch 信号在TCR 信号传导中起促进作用还是抑制作用尚无定论。Notch 信号通路还参与调节T 细胞的分化和细胞因子的分泌。据报道［6］，RBP-Jk 缺陷小鼠可以促进T 细胞分化为Th1 细胞。Notch 信号通路抑制T 细胞向Th1/ Tc1 方向的分化，不同的Notch 配体有不同的作用，而且Th2 细胞分化可能不依赖于IL-4/ STAT-6。此外，Notch 借助于RBP-Jk 在IL-4 基因中的结合位点，通过诱导GATA-3 的表达以及直接调节IL-4 基因，诱导Th2 细胞分化。据此，Notch 信号通路与T细胞的分化、增殖有密切联系，但其具体调控机制仍需要进一步深入研究。

CD4+T 细胞根据不同的调控转录因子和标志性细胞因子分为T 辅助类型Th1，Th2，Th9，Th17 和调节性T 细胞（Treg）等亚型。其中，Th1 细胞表达转录因子T-bet，并分泌细胞因子IFN-γ和TNF-α，对病毒、细菌的细胞免疫调节发挥主要作用；而Th2 细胞表达转录因子GATA-3 并分泌细胞因子IL-4，IL-5 和IL-13 等，促进病原体感染后的体液免疫。Notch 信号通路可以调节各种免疫细胞类型的谱系选择，其中包括T 细胞、边缘区B 细胞和树突细胞（DC）等。在5 种Notch 配体中的两个保守家族，Delta（D1-4）和Jagged（J1-2），它们在Th 细胞分化中起辅助作用。Delta配体与Th1 细胞的发育密切相关，而Jagged 配体的参与有利于Th2 细胞的发育。Delta 4 或Delta1 可以通过APC 或DC 的上调导致Th 细胞分化为Th1 表型，而Jagged 蛋白可诱导Th2 细胞分化。寄生虫、过敏原等感染时，DCs 表达Jagged 以响应Th2 极化的条件，初始T 细胞分化为Th2 表型。另外，DC 对Notch 配体的差异表达指示不同CD4+T 辅助细胞命运的额外极化信号促进Th1 或Th2 分化。 Th1 和Th2 亚群从CD4+T 细胞发展而来，Th1 和Th2之间的动态平衡调节免疫反应。IFN-γ 抑制Th2 细胞的分化和功能，相反，IL-4 和IL-10 抑制Th1 细胞的分化和功能。Notch-1 信号通路可促进GATA-3 和Bcl-2 的表达和Th2 相关细胞因子，并增强T-bet 和Th1 相关细胞因子的产生。然而，哮喘发病的主要特征为Th2 过表达，Th1 细胞减少，和Th1/ Th2 失衡，包括气道炎症、粘蛋白分泌过多、气道高反应性和气道重塑。Notch 信号参与了Th1 细胞和Th2 细胞的分化和功能。有数据表明Notch 信号通过抑制Th2 极化和增强Th1 细胞分化来抑制食物过敏，改善了Th1/Th2 在小鼠中平衡［7］。近来发现，通过DAPT 阻断Notch 信号可恢复结核病患者的Th1/Th2 平衡［8］。研究结果显示，阿魏酸通过调节哮喘小鼠模型中的DC 功能诱导Th1 应答同时改善Th2 介导的小鼠过敏性气道炎症，恢复Th1/Th2 失衡而呈现抗过敏效应。研究者发现Notch-1 通过树突状细胞调节TH2 免疫应答反应［9］。研究第一次提供了证据表明GCs 和GSI 可能通过抑制Notch1 信号转导来逆转Th1/Th2 失衡并减少过敏性肺部炎症［12］。此外，研究表明DLL1 DCS 促进Th1 细胞发育，改变Th1/Th2 比值并改善Th2 介导的小鼠过敏性哮喘。研究还发现，可以通过降低Th2 和Th17 细胞因子的水平并提高IFN-γ水平，下调Notch-1 受体及其配体Jagged 1 和2 的表达，对过敏性哮喘进行治疗［10］。这些发现揭示了Notch 在体内调节Th1 和Th2 细胞分化中起关键作用。

3 Notch 信号通路在支气管哮喘中的作用

3.1 Notch 信号通路在哮喘炎症中的作用 嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T 淋巴细胞等细胞参与哮喘的气道慢性炎症过程。其中，T 淋巴细胞在哮喘的发病机制中有重要的作用，通过释放细胞因子导致气道炎症反应。机体受到各种变应原感染时，会诱发机体产生特异性免疫反应，抗原呈递细胞（APC）将信息呈递给外周T 淋巴细胞，诱导外周CD4+T 细胞分化为Th1、Th2、Th17 或Treg 细胞，从而产生适应性免疫反应以清除病原体，而T 细胞中的信号传递过程由Notch 信号通路来完成，且Notch 均能指导Th1 分化和Th2 分化［2］。

Notch 是由T 细胞表达的单通道跨膜受体蛋白，通过调节T 细胞的发育和分化来促进哮喘的发生、发展。有研究发现，Notch 基因的抑制因子DAPT 能够以一种时间和剂量依赖模式抑制CD4+T 淋巴细胞的增殖，这一发现证实了Notch 信号通路在哮喘中Th1/Th2 的平衡调控中起到重要的作用。研究表明环境超细颗粒通过促进巨噬细胞和过敏原特异性T 细胞之间Jagged1-Notch4 依赖的相互作用而导致Th 细胞分化增强，加重过敏性气道炎症［11］。数据显示主脑样蛋白1（SAHM1）通过Notch 信号下调支气管肺泡灌洗液T 细胞中关键TH2 转录因子GATA3 和细胞内IL-4 的表达，干预抑制哮喘小鼠气道炎症［12］。一项研究中，建立了OVA 诱导的气道炎症小鼠模型，使用MW167阻断Notch 信号传导，与对照组相比，施用MW167 后活化的肺T 细胞中IL-4 和IL-5 的表达降低，IFNγ的表达显著增加，并且促炎性转录因子的蛋白质表达水平降低。研究认为MW167 治疗预防OVA 诱导的气道炎症和组织学改变。用MW167 处理的OVA 致敏的小鼠与用PBA 处理的OVA致敏小鼠相比血清及支气管肺泡灌洗液中的IL-4 和IL-5水平显著下调，Notch 信号在哮喘的发病机制中发挥重要作用，可能通过抑制哮喘中的Th2 细胞过表达，从而减轻哮喘性气道炎症。

3.2 Notch 信号在哮喘气道高反应性中的作用 气道高反应性（AHR）是哮喘区别于其他嗜酸性粒细胞增多性气道炎症的特征性表现，而CD4+T 细胞和CD8+T 细胞参与了AHR 的诱发过程。Notch 在CD4+T 细胞和CD8+T 细胞诱发AHR 过程中发挥了重要的作用。Notch 分子被其配体激活后，结合于转录因子GATA3 基因上游外显子1a 位点，直接调节Th2 型核转录因子的表达，并协同增强IL-4的产生，参与哮喘气道高反应性的形成。调节性T 细胞则通过上调DLL4-Notch 信号，减轻哮喘气道高反应。垂体肿瘤转化1 相互作用蛋白（PTTG1IP）和主脑样蛋白（MAML3）通过Notch 信号转导与成人哮喘的气道高反应性（BHR）严重程度相关［13］。研究通过使用哮喘模型小鼠比较尘螨（HDM）驱动下Jagged1 和Jagged2 缺陷的小鼠DC诱导心房抑制型起搏（AAI）的能力，体内实验显示HDM 暴露促进了DC 上Jagged 1 的表达，体外实验显示Jagged 1 和Jagged 2 缺陷小鼠DC 不能诱导AAI，然而在HDM 干预鼻内致敏后，DC 特异性Jagged 1 或Jagged 2 缺陷小鼠具有嗜酸性粒细胞性气道炎症和Th2 细胞活化表型，其与对照同窝小鼠中没有差异。相比之下，缺乏Notch 信号传导的下游效应物（RBPJ k）的小鼠没有经历AAI 和气道高反应性。表明Notch 信号通过介导房尘螨诱导Th2 应答，从而导致嗜酸性粒细胞增多，出现气道反应性增高现象。

3.3 Notch 信号通路在哮喘气道重塑中的作用 Notch 信号调节的异常表达和失调与各种肺部疾病的发病关系密切相关，特别是肺纤维化，肺动脉高压和哮喘气道重塑等。在哮喘的发病机制中，CD4+T 细胞发挥着重要作用，同时Th 细胞向Th1 和Th2 细胞类型活化，Th1/Th2 失衡，Th2 水平升高。许多介质参与了哮喘的气道重塑，Th2 反应释放的IL-4、IL-5、IL-13 和IL-20 等白细胞介素（IL）通过与气道平滑肌细胞和上皮细胞相互作用促成哮喘气道重塑。Notch 参与CD4+T 细胞分化成Th1/Th2，而且CD4+T 细胞中的Notch/RBP-JK 在诱导变应性哮喘中显示出关键作用，γ-分泌酶抑制剂通过减弱Th2 细胞因子的产生来减少杯状细胞化生，减轻过敏性哮喘症状。转录因子GATA-3 在诱导Th2 细胞中起关键作用。Notch 直接调控GATA-3 的表达，阻断Notch 信号通路，可降低GATA3 的水平［14］。近来一项研究［15］中报道了Notch3 的表达与GATA-3呈正相关。Dll-4 水平的增强，可以降低GATA-3 水平和Jag-1 的表达，从而抑制Th2 反应，以改善过敏性哮喘的症状。此外，Notch 和磷酸肌醇3-激酶（PI3K）可以下调CD4+T 淋巴细胞的p27kip1 并上调淋巴细胞的细胞周期蛋白D-1，促进T 淋巴细胞的活化和分化，Notch 信号通路在哮喘气道重塑的调节中发挥着关键作用。

研究显示，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）刺激嗜酸性粒细胞，激活Notch 受体，随后HES-1 发生转录。这提示Notch 可能通过诱导嗜酸性粒细胞分泌细胞因子而加重哮喘气道重塑。研究报道，Notch 信号可以通过HES-1 依赖性机制直接下调Muc5AC，Muc5AC 可以加重哮喘气道重塑。这些发现提示了Notch 信号通路对哮喘中杯状细胞化生和黏液生成有抑制作用，从而减缓哮喘的气道重塑。研究表明拮抗Notch 逆转IL-13 和过敏原驱动的杯状细胞化生，可以调节气道上皮细胞紊乱，有力地证明Notch 信号参与杯状细胞化生和哮喘气道重塑。有关Notch 在哮喘气道重塑中的作用机制尚无定论。哮喘小鼠模型的体内研究揭示KyoT2（Notch 信号传导的负调节剂）通过HES-1 依赖性机制缓解了上皮下纤维化［16］。SARKAR 等［17］证明整合素α2β1 可能是TN-C 和Notch 信号之间的直接联系。提示Notch 可能通过参与EMC 及其组分的生成，促进哮喘患者气道上皮细胞的上皮下纤维化，参与哮喘气道重塑的调控。此外，Notch 的持续激活阻碍了纤毛发生并且支持基底细胞向分泌细胞的分化，Notch1可能通过直接调节IL-6/ STAT-3 的纤维生成参与哮喘气道重塑［18］。这些研究，都阐明了Notch 信号通路可能通过介导一系列细胞及细胞因子对哮喘的气道重塑机制调节发挥重要作用。

哮喘是支气管气道慢性炎症性疾病，T 淋巴细胞起着不可或缺的作用［19］。以Th2 细胞因子水平增加和Th1 细胞因子水平降低为特征的Th2 极化和Th1/Th2 失衡起关键作用。因此，Th1/Th2 失衡是哮喘治疗的重要目标。近年来，哮喘治疗的关注点更趋于哮喘发病的起始阶段，针对哮喘中出现的Th1/Th2 免疫失衡，Th2 细胞优势分化的特性，纠正Th1/Th2 免疫失衡，能够减轻气道炎症，减少哮喘发作。因而，研究Th 细胞亚群的分化和Th1/Th2 细胞因子的调节以及Th1/Th2 比例失衡的改善，可以为哮喘的诊治提供指导作用。Notch 通路可以恢复Th1/Th2 平衡，但其机制仍有待明确，具体通过Notch 通路的受体还是配体作用，以及作用于Th1/Th2 参与哮喘的发生发展过程仍需进一步深入研究，为哮喘的防治提供更充分的理论依据。