Notch信号通路对血管内皮损伤后引起血管再狭窄的作用

段 硕，徐 辉，孙筱媛，赵明明 综述 李永红 审校

人类寿命日益延长，老龄人群不断增多，加之不健康的饮食习惯和不规律的生活方式导致血管相关疾病，心血管疾病的发病人数与日俱增，尤以冠心病患者为著[1]。大多数冠心病被诊断时已有严重的动脉损害，目前主要治疗方法包括血管成形术(PTCA)及支架置入术(PCI)等。但由于这些治疗方法会对血管内皮造成损伤，以至于发生血管再狭窄事件，故需要长期服药以预防或减少此类事件的发生。虽然对于预防血管再狭窄事件现在存在多种方案，但由于其发生率仍然很高，我们需要确定新的靶点及治疗途径。目前有研究发现，Notch信号传导通路通过对血管细胞生物活动的直接影响，参与了血管的生长与成熟[2]。笔者主要对进化上高度保守的Notch信号通路在血管内皮损伤后血管内皮细胞和平滑肌细胞的增殖、迁移等细胞活动以及血管炎性反应在新内膜增生引起血管再狭窄这一病理过程中的作用进行综述。

1 在血管内膜损伤后的作用

在血管内皮损伤后，血管通过新内膜增生对损伤做出反应从而导致血管再狭窄的发生。新内膜增生的发展是由内皮细胞(EC)的损伤和血管平滑肌细胞(VSMC)暴露于循环血液引发的复杂过程[3]。该过程的特征在于血管细胞增殖、炎性反应及血管屏障功能的改变。最后，在损伤病变处发生新内膜的增生。目前的研究表明，Notch信号广泛表达于血管细胞，并参与调控细胞功能和炎性反应过程。包括EC的增殖、再生、凋亡、表型转换，通过直接接触或分泌的分子与其他细胞相互作用；VSMC的增殖和迁移，以及炎性反应的激活，如血小板聚集，白细胞募集和细胞外基质(ECM)沉积[4]。

2 Notch信号通路的分子途径

2.1 Notch信号通路的激活 Notch基因最早于1919年对果蝇基因的研究中被发现，该基因的部分功能丧失会在果蝇羽翼的边缘造成一些缺口。研究表明，相邻的细胞可以通过Notch配体与受体的结合传递Notch信号，从而扩大并固化细胞间的分子差异，最终决定细胞命运[5]。

Notch信号通路主要由4种Notch受体(Notch1- 4)、5种Notch配体(Jagged-1、Jagged-2，Delta-like 1、3和4)、CSL结合蛋白、Notch的调节因子和其他效应物构成，其中包括人类在内的多数哺乳动物可以表达以上所有受体、配体。Notch信号途径主要是通过相互接触细胞之间Notch配体和受体的作用而激活的，简而言之，其激活过程主要分3步：(1)胞内段(NICD)的生成并释放进入细胞质；(2)NICD进入细胞核结合转录因子(CSL结合蛋白), 形成NICD/CSL转录激活聚合体；(3)激活HES、HEY等转录抑制因子家族的目的基因，发挥调控作用[6]。

具体而言，Notch信号通路激活途径2条，即经典途径(CBF-1/RBP-Jκ依赖途径)和非经典途径(非CSL依赖途径)。其中非经典途径是指Notch受体的锚蛋白重复序列(ANK)区与细胞内的锌指蛋白Dehex结合发挥生物学作用，抑制转录因子编码，进而影响下游基因表达和细胞的增殖分化。此途径研究较少，目前主要以研究经典激活途径居多[7]。经典途径主要包括：(1)3次蛋白裂解，位于细胞膜表面的Notch受体的形成，通过furin样转化酶的作用，在高尔基内裂解产生胞外区(NEC)和跨膜片段(NTM)，NEC与NTM形成聚合体形式的Notch受体；产生胞内区，受体与相邻细胞的配体结合后，在金属蛋白酶/肿瘤坏死因子-α转换酶的作用下裂解为2个片段，即N端裂解产物(胞外区)和C端裂解产物(胞内区)；生成胞内段(NICD)，胞外区被配体表达细胞吞噬，胞内区在跨膜区经多蛋白联合体(其中主要包括γ-分泌酶，突变型早老素和各种的调节因子)所裂解，释放胞内段，即Notch蛋白的活化形式NICD(ICN)。(2)Notch信号通路的激活，NICD(ICN)进入细胞核结合转录因子(CSL结合蛋白)；召集核转录激活蛋白家族MAML，形成转录活化复合物(NICD-CSL-MAML)；Notch靶基因启动转录程序并编码HES和HEY在内的转录因子；转录因子促进或抑制目的基因的表达，从而促进或抑制细胞的增殖和分化[8]。

2.2 血管细胞中Notch信号分子表达 目前研究发现，血管平滑肌细胞表达Notch1、2、3受体，而内皮细胞主要表达Jagged-1、DII-4，并在一定程度上表达DII-1。血管平滑肌细胞中Notch受体水平的变化和相邻内皮细胞的配体表达的相互作用，使血管细胞可以对某些生理刺激进行适当的反应[9]。临近细胞之间的通讯主要是通过内皮细胞表达的配体激活Notch受体。当然，除此之外，血管平滑肌细胞表达的Jagged-1也可激活Notch1。配体、受体之间的相互作用激活了Notch信号传导通路，从而影响了血管细胞的增殖和分化，其中以Jagged-1、Notch1表达变化最为显著[10]。

Notch信号影响血管重塑过程中细胞增殖等关键细胞功能。在原代EC中，Notch4和Notch1的激活，通过NICD转染或通过Jagged-1或Delta4呈递，抑制增殖。新血管的生成需要通过Notch1，Notch4和Dll4激活Notch信号。在VSMC中，Notch1和Notch3细胞内结构域的组成型表达导致迁移的显著抑制。Notch1和Notch3激活促进对细胞凋亡的抗性，这是特征性的损伤反应并且调节随后的新内膜形成和血管的再生[11]。在血管损伤后，Notch信号通路在新生内膜增生中主要发挥调节内皮细胞生物学功能(增殖、再生、凋亡、分化、细胞之间的相互作用)的作用。了解内皮细胞生物学功能发挥的方式方法，从而可以调节细胞的增殖、分化，防止细胞凋亡和功能障碍，进而预防或阻止新生内膜的增生和血管损伤后的狭窄[12]。

3 Jagged-1、Notch1在血管内皮损伤后的作用

内皮损伤后，EC对皮下成分的破坏和暴露会引发新生内膜的形成。内皮细胞不仅是一种具有高度选择性的屏障，可以防止新生内膜增生的早期病理变化，而且还能合成和释放分子来维持血管内稳态[13]。目前，Notch信号通路中多数配体、受体的功能已基本明确，但关于Jagged-1、Notch1在血管细胞中发挥的作用尚存在争论。内皮祖细胞(EPC)由造血干细胞(HSC) 分化而来，血管损伤时被动员到血管损伤处分化为成熟EC，促进损伤血管内膜修复。新近研究表明，Jagged1在EPC生物学活性调节上发挥了重要作用， Jagged1缺乏导致EPC 迁移、增殖和向内皮分化等能力减弱，并且使EPC参与缺血组织血管再生能力降低，即说明Jagged-1促进了EC的增殖[14]。在针对Notch1 信号调节EC活性的研究中，Noseda等[15]证实通过Jagged1激活Notch1后会抑制p21Cip1表达，从而阻抑EC增殖。那么EPC在向EC分化修复损伤血管的过程中， Jagged1表达于EPC 是促进还是抑制EPC修复损伤血管内膜? Notch1 信号途径在EPC和成熟EC是否发挥了不同生物学功能仍有待进一步研究。

3.1 Notch1与血管损伤修复的相关性 Notch信号与血管内皮的损伤修复、血管再生等紧密相关。有研究表明，哺乳动物血管中Notch信号分子的表达仅仅存在于动脉血管，其主要表达的有受体Notch1-4，配体DII-4、Jagged-1、2和效应器Hes-1、Hey-2，其中作为转录抑制因子的效应器蛋白的主要作用是抑制其他基因转录[16]。血管内皮损伤后，Notch1信号活化，调节血管VSMC、EC、EPC、迁移和分化等细胞生物学活性，同时调节这些血管细胞间相互作用从而影响损伤血管修复。虽然已经明确Notch1信号对损伤血管的修复具有重要调控功能，但现有研究对于Notch1信号激活后对血管损伤修复的具体调节作用，是增强修复亦或是抑制修复，仍存在较大分歧[17]。

在EPC向内皮分化过程中，Notch1信号分子的表达随分化状态不同而改变。在调节VSMC的细胞活性方面，已有文献[18]证实Notch1信号对VSMC的增殖、迁移、分化及表型转化也有重要调节作用。通过激活Notch信号传导可以在VSMC或肌成纤维细胞中启动增殖信号，而在EC中具有相反的作用，其中Notch1抑制细胞增殖和血管生成发芽。在原代EC中，Notch1的激活，通过NICD转染或通过Jagged-1呈递，抑制细胞增殖，通过抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)/ PI3K信号传导和p21Cip1的介导使EC生长停滞[15]。总而言之，通过调节血管内皮祖细胞的分化发育，即可影响血管EC的增殖、分化。

3.2 Jagged-1在血管生成中的作用 Jagged-1是目前已知的唯一的同时表达于EC和VSMC的Notch信号分子配体。血管生成由缺氧和血管生长因子诱导，最显著的是VEGF，其激活静息内皮细胞。这些细胞突出丝状伪足并变得迁移以诱导新血管分支的生长。这种新血管的发芽是由尖端细胞引导，而尾部茎细胞形成血管腔[19]。Notch信号传导是新血管发芽生成的中心协调者。最新研究发现,血管网的生长或损伤血管的修复过程是由两种蛋白质决定的，被Jagged-1 和Delta-4称为“生长开关”[20]。Notch“开关”处于开的状态是受Jagged-1 蛋白的调节,处于关的状态时是受Dll-4和VEGF的影响。通过表达Jagged-1可以使细胞分泌的VEGF因子增高[21]。有细胞实验证明，用反转录病毒介导Jagged-1过度表达，与人内皮细胞共培养可使血管出芽增多[22]。体内实验证实，过表达 Jagged-1促进血管形成，并且Jagged-1表达量与血管数量呈正相关[23]。其主要机制是细胞生长因子能够诱导Jagged-l的表达，引发相邻内皮细胞中Notch信号的活化，引起内皮细胞分化，并促进新血管的形成。

最新研究表明，Jagged-1在内皮祖细胞的生物活性调节上发挥了重要作用[24]。Jagged-1的缺乏会降低内皮祖细胞迁移、增殖和向内皮分化等能力，使内皮祖细胞参与损伤血管组织再生的能力下降。同时，Jagged-1和Notch1 结合所激活的Notch信号可以促进收缩型血管平滑肌细胞转变为合成型血管平滑肌细胞，表明 Notch1信号活化有利于促进血管平滑肌细胞的增殖和迁移，进而参与血管损伤后新内皮的增殖最终导致血管再狭窄的发生[25]。

4 在血管内皮损伤后炎性反应中的作用

Notch信号是炎性介质或血管细胞的靶点。所有Notch家族成员在EC、VSMC中具有特异性表达，也在巨噬细胞等炎性反应细胞上表达并影响血管功能和炎性反应作用。血管损伤后炎性反应因子的激活引发EC表达的Notch分子模式的变化，从而导致内皮细胞的增殖[26]。

Notch信号是免疫反应的重要调节因子，尤其是在控制巨噬细胞功能方面。巨噬细胞在一系列疾病中促进病理性炎症和血管生成。巨噬细胞中的Notch信号传导是通过Notch1和Notch3激活释放更多的炎性因子来促进炎性反应。相反，在EC中，Notch4通过减少炎性反应因子而表现出抗炎功能，其在免疫细胞的募集中起关键作用。根据环境的不同，巨噬细胞可以显示不同状态，包括M1炎性反应激活和M2炎性反应消退。Notch信号是控制M1和M2巨噬细胞极化之间平衡的调节途径[26]。

5 小结与展望

新生内膜的增生是在血管壁损伤后发生的一种特殊的伤口愈合过程，是许多血管疾病的主要形态特征。尤以心血管疾病为著，其严重威胁人类的健康，在心血管疾病中，经皮腔内血管成形术是主要的治疗手段，但其术后血管内皮损伤所致的血管再狭窄却很难避免，如何抑制EC的过度增殖，减少血管再狭窄是目前心血管介入治疗后要面临的主要问题。众所周知，在心血管领域，Notch信号通路与内皮损伤后的血管修复及血管的再生紧密相关，但其具体的分子机制却有待进一步阐明。随着Notch信号研究的不断深入，其促进细胞增殖分化的机制必将逐渐明朗，若以此为前提，基于Notch信号通路中相关因子表达变化与血管细胞增殖、血管损伤后再狭窄关系的研究，开发用于抑制新生内膜增生的药物，应用于临床预防或减少血管再狭窄的发生，也将开创包括PTCA、PCI在内的血管内膜损伤后导致血管再狭窄等相关血管疾病现代治疗的新格局。