中药调控干细胞Notch信号通路的研究进展※

杜楠楠 汪引芳 张 鹏 刘宗军

(上海中医药大学附属普陀医院心内科，上海 200062)

干细胞是一类具有自我复制、自我更新并且能够保持未分化状态的多潜能细胞，主要受Notch、Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)、骨形态蛋白(BMP)、促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)等在内的多条信号通路的调控。近年来，中药对Notch信号通路的调控已成为中医药领域的研究热点，多种中药通过调节Notch通路，对骨髓间充质干细胞(BMSCs)、肿瘤干细胞(CSCs)、神经干细胞(NSCs)等多种干细胞的增殖、分化、凋亡产生重要影响。兹将中药调控干细胞Notch信号通路的研究进展综述如下。

1 Notch信号通路的构成

Notch通路是一条传导途径高度保守的信号通路，由Notch基因调控。Notch信号通路由Notch受体、Notch配体即Delta-Serrate-Lag(DSL)蛋白、DNA结合蛋白、Notch的调节分子和其他效应物等组成。在哺乳动物中，Notch通路涉及4个异寡聚单通道Ⅰ型跨膜受体Notch1～Notch4，以及5个DSL家族配体:Jagged1(JAG1)和Jagged2(JAG2)，Deltalike1(DLL1)、Deltalike3(DLL3)和Deltalike 4(DLL4)，这5个DSL家族配体均属于Serrate配体家族[1]。配体和受体结合后，经过2次蛋白水解切割，释放出Notch细胞外结构域，然后与配体一起，被配体表达细胞内吞，并被γ-分泌酶复合物切割，产生活性片段，即Notch细胞内结构域(NICD)。短寿命的NICD被释放到细胞质中，易位到细胞核中，并与转录抑制因子CSL结合以代替辅阻遏复合物。核受体辅阻遏物(N-CoR)和组蛋白脱乙酰酶(HDAC)在复合物中被共激活因子(Maml)和组蛋白乙酰转移酶(HAT，p300)取代。p300的HAT功能使染色质松弛，导致RNA聚合酶Ⅱ复合物的募集，以启动Notch下游靶基因发状分裂相关增强子(HES)、发状分裂相关增强子相关抑制蛋白(HERP)等碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)转录抑制因子家族的转录，从而发挥生物学作用[2-3]。

2 中药基于Notch信号通路对BMSCs的调控

BMSCs是一种具有多向分化潜能的成体干细胞，可分化为软骨细胞、成骨细胞、神经细胞、心肌细胞等。近几年报道指出，Notch通路在BMSCs的分化和增殖中发挥着重要作用[4-6]。中药通过调控Notch通路来影响BMSCs的增殖和分化主要有以下方式：某些中药通过激活Notch通路，促进BMSCs向成骨细胞、神经细胞、软骨细胞等分化，或抑制BMSCs来源的软骨细胞的肥大和增生；有些中药通过抑制Notch通路，促进BMSCs向神经细胞、心肌细胞等分化。

2.1 中药激活Notch通路调控BMSCs的增殖和分化 有研究表明，双氢青蒿素抑制间充质干细胞(MSCs)分化的软骨细胞标志物[包括核转录因子SOX9和Ⅱ型胶原纤维α1基因(Col2A1)]的表达，下调包括核心结合因子α1或多瘤病毒增强子结合蛋白及急性骨髓性白血病因子(Runx2)的肥大标志物，与激活核转录因子红细胞系-2p45相关因子-2(Nrf2)和Notch信号通路有关[7]。淫羊藿苷通过上调HES1、Runx2 mRNA表达及增加Notch1、转录阻遏物C启动子结合因子-1(CBF1)、JAG1蛋白表达来促进BMSCs增殖向成骨细胞分化，其促进分化的作用与上调Notch信号通路有关[8]。葛根素诱导BMSCs 2～4周后，测定碱性磷酸酶(ALP)、骨钙素(BGP)和Notch配体之一DLL4含量增加，提示葛根素能有效诱导BMSCs向成骨方向分化，其作用机制可能与Notch信号通路上调有关[9]。研究发现，姜黄素不影响BMSCs向软骨细胞分化，但会通过Notch信号通路的传导抑制软骨细胞的肥大[10]。虫草素可促进BMSCs向软骨方向分化，同时下调Runx2和X型胶原蛋白在内的肥大标志物，通过磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/同源结构域蛋白(Bapx1)途径和Notch信号传导抑制软骨细胞肥大[11]。补骨脂素能逆转骨质疏松症患者BMSCs内已降低的Notch信号通路活性，提高HES1的表达水平，促进成骨分化，同时抑制成脂分化和Notch信号通路活化[12]。周灵通[13]研究表明，使用固本增骨方(药物组成:炙黄芪、党参、当归、炙淫羊藿、烫狗脊、盐补骨脂)含药血清体外培养BMSCs，可促进BMSCs的增殖及成骨分化，同时抑制其向成脂方向分化，固本增骨方含药血清能够促进Ⅰ型胶原蛋白(Col-Ⅰ)、BGP、Runx2蛋白表达，这可能与其上调Notch通路中Notch1 mRNA、下调Notch通路中CBF1 mRNA有关。温智稀等[14]认为，鳖甲煎丸能促进BMSCs分化为肝样细胞，在使用鳖甲煎丸14 d后Notch1 mRNA水平达到峰值且高于对照组，其作用机制可能与调节BMSCs的Notch信号通路中Notch1蛋白及Notch1 mRNA表达水平有关。邢少娜[15]应用补阳还五汤联合BMSCs治疗脑缺血大鼠，观察大鼠脑缺血预后，发现脑缺血部位神经损伤症状得到明显改善，其机制可能与Notch信号通路中Notch1、HES1、JAG1蛋白表达水平增高，促进神经干细胞增殖有关。齐墩果酸主要提取自青叶胆全草或女贞子果实中的五环三萜类化合物。研究表明，齐墩果酸及其糖苷可通过抑制破骨细胞的形成来预防骨质流失，并在体外刺激BMSCs的成骨分化，这种作用机制可能与激活Notch信号通路有关[16]。

2.2 中药抑制Notch通路调控BMSCs的增殖和分化 黄芪甲苷Ⅳ可诱导快速老化小鼠(SAMR1) BMSCs体外分化为神经细胞，诱导分化过程中β-catenin蛋白和mRNA表达增高，Notch1蛋白和mRNA的表达降低，其机制可能与激活Wnt/β-catenin信号通路、抑制Notch通路有关[17]。红景天苷通过抑制Notch信号通路、激活BMP信号通路促进BMSCs增殖，诱导BMSCs向神经元细胞定向分化[18-19]。谢娟[20]研究表明，益气活血中药可以诱导BMSCs向缺血心肌趋化迁移，上调趋化因子受体4(CXCR4)表达，同时下调HES1 mRNA及HES5 mRNA的表达，其作用机制可能为通过抑制BMSCs的Notch信号通路来上调CXCR4的表达，从而发挥促迁移作用。杜红阳等[21]研究认为，地黄具有滋阴补血、益精填髓功效，地黄多糖为地黄的主要成分之一，在诱导BMSCs向神经样细胞分化过程中抑制了Notch1、JAG1蛋白和NICD蛋白的表达，Notch信号通路相关分子的mRNA水平均下降，地黄多糖可能通过抑制Notch通路活性从而促进BMSCs向神经样细胞分化。

3 中药基于Notch信号通路对CSCs的调控

CSCs可以自我更新、分化，但同时对化疗和抗癌药物具有很强的耐药性，这些特征导致肿瘤治疗过程中容易复发和转移。研究发现，Notch1表达水平与CSCs标记物乙醛脱氢酶1(ALDH1)显著相关，Notch信号通路可能与CSCs的增殖、分化、转移和复发有关[22]。

槲皮素-3-甲基醚是一种存在于各种植物中的天然化合物，已被证明具有有效的抗癌活性。槲皮素-3-甲基醚能抑制细胞中球囊形成及干性相关基因(Sox2)和永生基因(Nanog)的表达，槲皮素能抑制CSCs生长，诱导细胞凋亡，并抑制人乳腺癌细胞的侵袭和迁移，其机制与抑制Notch1的表达，诱导PI3K和Akt的磷酸化有关[23]。杨秦梅等[24]发现，用姜黄素处理后的肺癌干细胞凋亡率显著升高，Notch1和HES1蛋白的表达明显下降，说明姜黄素能抑制肺癌干细胞的增殖，诱导其凋亡，机制可能与下调Notch信号通路传导有关。有报道显示马齿苋提取物能够显著下调结肠癌细胞和癌症干细胞中Notch1和β-catenin基因的表达，并呈剂量依赖性抑制结肠癌干细胞的生长，表明其可通过介导Notch信号传导途径和调节靶基因发挥作用[25]。异甘草素是从甘草中分离的黄酮类化合物。研究发现，异甘草素可抑制胶质瘤干细胞的生长并减少肿瘤球的形成，诱导胶质瘤干细胞分化为星形胶质细胞和神经元，并下调Notch1和HES1 mRNA和蛋白水平，其机制可能与Notch1信号传导途径的下调有关[26]。山姜被证实可以抑制胶质瘤干细胞的增殖和侵袭，同时诱导其凋亡，免疫印迹分析和荧光素酶测定显示，Notch信号传导被山姜抑制，可见山姜通过下调Notch通路来抑制神经胶质瘤干细胞的增殖分化[27]。白藜芦醇是一种多酚植物抗毒素，具有显著的药理特性和调节不同癌症中的多种靶标的能力[28]。研究发现，白藜芦醇显著激活胶质母细胞瘤细胞内Notch1通路，并呈时间依赖性恢复野生型p53表达，此外白藜芦醇和Notch1抑制剂MRK-003同时治疗会部分减弱细胞凋亡，并完全阻断Notch1的活化和野生型p53的增加，证实了白藜芦醇对胶质母细胞瘤细胞的抗增殖和促凋亡作用是通过上调Notch1信号通路实现的[29]。

4 中药基于Notch信号通路对NSCs的调控

NSCs具有干细胞的特征，在给予诱导剂的条件下，能够分化为成神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞。许多中药对NSCs的增殖和分化起着综合调节作用[30]。其分化作用受多条信号通路的调控，其中Notch通路与NSCs的调节作用相关。

赵克非等[31]研究显示，健脾益智胶囊(药物组成：白术、黄芪、制何首乌、人参、石菖蒲、水蛭)能够提高大脑中动脉栓塞大鼠海马HES1 mRNA和蛋白表达，其促进缺血后神经干细胞的增殖、分化的功能可能与上调大鼠海马中Notch1信号通路有关。蛇床子素可以促进NSCs向神经元和少突胶质细胞分化，减少Notch1的基因表达量，其机制可能与蛇床子素抑制Notch信号通路有关[32]。还有报道称，蛇床子素促进NSCs增殖，从而有效挽救了海马受损小鼠的神经元，并改善了认知功能障碍，发生机制与激活Notch途径上调NSCs中自我更新基因Notch1和HES1 mRNA的表达有关[33]。六味地黄汤是中医经典方剂，具有补肾滋阴、益精填髓功效，研究发现用六味地黄汤灌胃快速衰老小鼠一段时间后，能改善其认知功能，且小鼠脑组织中Notch1、HES1、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)表达增高，推测其作用机制可能与激活Notch1通路、促进NSCs增殖、分化有关[34]。脑泰方(药物组成：川芎、黄芪、地龙、僵蚕)提取物能促进大鼠内源性NSCs增殖，提高Notch1蛋白表达水平，作用机制可能与激活Notch1信号传导有关[35]。刘柏炎等[36]研究表明，齐墩果酸能显著促进胎鼠NSCs增殖，并呈剂量依赖性增加，但达到一定剂量后有细胞毒性，增殖过程中JAG1 mRNA高表达，由于JAG1为Notch信号通路的主要配体之一，提示齐墩果酸促进NSCs的增殖可能与激活Notch信号通路有关[36]。

5 对其他干细胞的调控

丹参酚酸B(Sal B)通过下调细胞周期蛋白D1和c-Myc，同时抑制Notch1、Notch3、JAG2和下游靶基因HES1、HES5来增强胚胎干细胞向肝细胞分化，表明Sal B通过激活Wnt通路和抑制Notch途径来实现对胚胎干细胞的调控[37]。有研究表明，扶正化瘀中药(如丹参、绞股蓝、冬虫夏草等)似乎可以预防肝纤维化进展，改善肝功能，促进人胚胎干细胞向肝细胞分化，这一作用机制是通过激活Wnt、调节蛋白激酶(ERK)通路，抑制Notch途径来介导[38]。实验证实，苦参碱含药血清可下调肝祖细胞JAG1和HES1 mRNA，上调肝细胞标记物白蛋白(Alb)的表达，表明苦参碱可诱导肝祖细胞向肝细胞分化。而这种效应可被含有0.1 mol/L甲状旁腺激素(Notch信号通路激活剂)补充培养基逆转，表明苦参碱可能通过抑制JAG 1/HES1信号通路诱导肝祖细胞的肝细胞分化[39]。消痰散结汤(药物组成：半夏、天南星、茯苓、枳实、陈皮、全蝎、蜈蚣、鸡内金、浙贝母、芥子、甘草)可以抑制胃癌干细胞增殖，通过下调Notch通路的传导，部分减轻肿瘤血管生成[40]。

6 问题与展望

关于中药通过Notch通路来调控干细胞的研究，国内外不乏相关报道，其中有几个问题比较突出：①中药品种多样，数量丰富，但被纳入研究领域的中药并不多，缺乏探索精神和创新性；②许多中药复方药物数目众多，成分复杂，单一分析一味汤剂的疗效，不能精准定位具体的有效组分，某种程度上也是资源浪费；③被研究的干细胞种类较为单一，除BMSCs、CSCs、NSCs外，其他类型的干细胞如胚胎干细胞、造血干细胞、上皮干细胞等研究甚少；④有些中药通过激活Notch通路发挥作用，而有些中药则是抑制Notch通路来调控干细胞。总之，中药是中医学的瑰宝，将中药与分子生物学、生理学、药理学等学科联系起来，是把中药推向现代化的重要手段，也为中药药效机制的阐明提供了有效依据。