Notch3 在心血管系统疾病中的研究进展

冯旭辉，方义文

1.江西省妇幼保健院，江西 南昌 330006；2.江西省肿瘤医院，江西 南昌 330029

《中国心血管健康与疾病报告（2021 版）》指出，2019 年城市和农村心血管疾病分别占死因的44.26%和46.74%。我国正面临人口老龄化和代谢危险因素持续流行的双重压力，心血管疾病的负担将持续增加。Notch 最早是Morgan 及其同事在突变的果蝇中发现的［1］，在漫长的演化过程中，这类蛋白极为保守。Notch3 是四种Notch 蛋白的其中一种，参与了心血管系统疾病的发生和发展，深入研究Notch3 介入的机制，探索潜在的治疗靶点，为心血管系统疾病的治疗提供新的途径。

1 Notch 信号通路

1.1 Notch 信号通路的组成

Notch 信号通路是由Notch 受体，Notch 配体，CSL（CBF-1、Suppressor of hairless、Lag 的合称）DNA 结合蛋白，其他的调节分子和效应物等组成的［2］。哺乳动物Notch 受体有四种，即Notch1～4；Notch 配体有五种，即Jagged 1、Jagged 2、Delta-like 1、Delta-like 3、Delta-like 4［3］。

1.2 Notch 信号通路的作用机制

1.2.1 CBF-1/RBP-Jκ 依赖途径 又称经典的Notch信号通路，通过两个相邻细胞的受体与配体相结合，共经历三次酶剪切来激活此条途径。第一次酶剪切是由类弗林转化酶完成的；第二次酶剪切是由去整合素-金属蛋白酶（ADAM）完成的；第三次酶剪切是由γ-分泌酶完成的。它催化蛋白水解，释放Notch 胞内片段（Notch intracellular domain,NICD）进入到胞质，并且进入到细胞核，NICD 通过与CSL和Mastermind 样蛋白（MAML）等蛋白相结合，形成了NICD/CSL/MAML 转录激活复合体，从而通过该复合体激活下游靶基因的转录，发挥典型Notch信号通路的生物学作用［4］。

1.2.2 非CBF-1/RBP-Jκ 依赖途径 又称非经典的Notch 信号通路，经典的Notch 信号通路是在Notch受体与配体结合后被激活，而非经典的Notch 信号通路是在与E3 泛素连接酶Deltex 结合后被激活。Notch 受体被Deltex 激活后，通过内吞作用进入细胞内。Notch 受体在细胞内的多泡体中进行S3 裂解，释放NICD 进入细胞质，并进入细胞核，之后的激活过程与经典的Notch 信号激活途径相同［5］。

1.3 Notch3 信号通路

Notch3 表达于平滑肌细胞［6］。与具有更明显多效性作用的Notch 家族的其他成员相比，Notch3 的研究可能没有那么深入。然而，Notch3 对人类健康的重要性正变得越来越明显，与其他Notch 蛋白一样，Notch3 通过突变、改变表达或者活性或转化失调与人类疾病有许多联系［7］。已有研究发现，血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）衍生的Notch3 信号通路是主动脉高肌化和血管开放丧失的关键中介［8］。Notch3 特异性治疗或靶向下游分子通路的治疗可能提供最小化VSMCs 生长的机会，并以最小的副作用治疗心血管疾病［8］。本文通过查阅大量文献主要就Notch3 在心血管系统疾病中的研究进展进行综述。

2 Notch3 在心血管系统疾病中的作用

2.1 Notch3 在心肌纤维化中的作用

心肌纤维化（MF）是多种心脏疾病发展到一定阶段都会发生的病理改变，例如：心力衰竭、高血压以及心肌梗死等；还会导致多种心脏功能失调性疾病，例如：冠状动脉储备下降、心律失常、心肌电生理紊乱，甚至会导致猝死等［9］。由于心肌纤维化的严重不良后果，寻找病因一直是科学家多年来关注的热点。

Notch 参与了多种组织的纤维化疾病，最早研究的组织包括肺、肝、肾等［10-12］。Liu 等［10］通过实验发现，过表达小鼠肺成纤维细胞Notch1 蛋白后，肺成纤维细胞转化成肌成纤维细胞有所增加；Bielesz 等［11］通过药理学、遗传、体内和体外实验表明，肾小管间质纤维化（TIF）患者和小鼠模型中肾小管上皮细胞（TECs）中 Notch 通路的激活在TIF 发育中起作用；Chen 等［12］研究发现，Notch3 能调节肝星状细胞的活性，从而可大大降低肝纤维化的发生率。而后，Notch3 在心肌纤维化中的作用逐渐进入大家的视野。心肌纤维化过程中的一个重要机制是心肌成纤维细胞（cardiac fibroblasts，CFs）向肌成纤维细胞（myofibroblasts,MFs）的方向进行分化［13］。邹倩等［14］通过抑制Notch3 表达后的结果证实，CFs 向MFs 转化明显有所增强，α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin,α-SMA）表达增加；黄玉霞等［15］通过检测CFs 过表达Notch3 后的细胞上清液，结果其中α-SMA 的表达和羟脯氨酸的含量均显著减少，从而证明了过表达Notch3 能够抑制CFs 向MFs 发生表型转化。上述实验全面阐释了Notch3 在心肌成纤维细胞表型转化中的作用，证明减少Notch3 的表达，可能在抑制心肌纤维化的过程中起到重要作用。Zhang 等［16］研究表明，Notch3 能够通过抑制TGF-β1/Smad3 信号通路，改善心肌梗死后心肌纤维化，从而也证明了Notch3 是抗心肌纤维化的保护因素，但其保护机制尚不完全明确，需进一步研究。而最新研究结果表明，Notch3 通过负向调控RhoA/ROCK/Hif1α 轴，对心脏成纤维细胞的增殖、凋亡及向肌成纤维细胞的表型转化起到重要的调节作用，从而能够有效地改善心肌梗死后心功能和心肌纤维化的严重程度［17］。这些发现对于进一步了解心肌纤维化的发病机制和为将来治疗提供新的思路具有重要意义。

2.2 Notch3 在肺动脉高压中的作用

肺动脉高压（pulmonary arterial hypertension，PAH）是指由多种病因以及不同发病机制所导致的肺血管结构或肺血管功能的改变，引起肺血管阻力和肺动脉压力升高的临床和病理生理综合征［18］。PAH 的病因包括基因变异、家族史、表观遗传变化、性激素水平、危险因素（剪应力、年龄、药物）、心血管疾病、环境（缺氧、病毒感染）和营养因素［19-20］。

研究显示，肺小动脉平滑肌细胞内Notch3 的过度表达是人类肺动脉高压的主要特点；而无论是在人类还是鼠类，肺动脉高压的严重程度都与肺内Notch 3 蛋白的数量有着密切的关系［21］。γ-促分泌酶阻断平滑肌细胞的Notch 3 活性可以成功地治疗小鼠肺高血压［22］。这些结果都表明，Notch 3 信号通路参与调节了肺动脉高压的形成。无论是由于何种病因所导致的PAH，其基本病理基础均为肺血管重构，而且PAH 维持并迅速进展的共同机制也是肺血管重构［23］。肺血管重构的两个主要特征为肺血管细胞增殖和肺血管细胞外基质（extracellular matrix，ECM）重塑［24］。ECM 的主要降解酶为MMP-2/9，参与肺血管ECM 的重塑，在维持肺血管ECM 的合成和降解的动态平衡中起到重要的作用［25］。张永红等［24］实验证明，Notch3 可以提高野百合碱诱导的肺动脉高压大鼠肺血管ECM 重塑中MMP-2/9 的活性。Shimizu 等［26］采用细胞结合分析的方法，通过实验得出结论：Jagged 2 是Notch3 的配体，可以激活Notch3；常成等［27］研究证实，在野百合碱诱导的PAH 大鼠模型肺血管重构中，Jagged 2/Notch3-Hes5 信号通路可能具有重要的作用。已证实Jagged 2 有激活Notch3 的作用［26］，但在此过程中，是否有其他的受体如：Notch1、Notch2、Notch4，其他的配体如：Delta1、3、4、Jagged 1，与Notch3 有交叉联系，仍不清楚，尚需进一步研究。最近，研究证实了这一交叉联系的存在，在研究中发现，人类PAH 的特征是小肺动脉平滑肌细胞中Notch 配体JAGGED-1（jagge 1）的过表达，jagge1 以自分泌的方式选择性地控制Notch3 信号通路和细胞增殖。相反，Notch配体DELTA-LIKE4 在PAH 个体的小肺动脉平滑肌细胞中呈最低程度表达，抑制Notch3 的裂解和信号传导，延缓血管平滑肌细胞的增殖［26］。在两种啮齿动物疾病模型中，抑制jagge1 诱导的Notch3 信号通路可逆转临床和病理性肺动脉高压，且无与非特异性Notch 抑制剂相关的毒副作用［26］。肺动脉高压是一种致命性的无法治愈的疾病，长期氧疗对PAH患者低氧血症的治疗具有重大的意义，但由于慢性缺氧所导致的肺血管阻力进行性升高和肺血管重构仍是无法逆转，患者预后仍然较差，选择性靶向Notch3 的jagge1 激活可能是治疗PAH 的一种有效、安全的策略［28］。

2.3 Notch3 在伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病（CADASIL）中的作用

CADASIL 是一种常染色体显性遗传的小血管疾病［29-32］，多数呈家族性，少数呈散发性［33］。CADASIL 主要症状包括情感障碍、痴呆、偏头痛等，少部分患者还会出现神经系统症状［34］。

CADASIL 于1955 年首次以家族性Binswanger脑病被报道，1993 年被正式命名［35］，1996 年致病因素被确定为Notch3 基因突变［36］，2000 年国内首个CADASIL 家系被报道出来［37］。Notch3 基因由33 个外显子构成，而已发现的CADASIL 的突变基因均出现在2～24 号外显子中［38］，我国最常见的突变基因位于第3 号和第4 号外显子，其次位于第11、12、13、14、18 号外显子［39-40］。Notch3 受体蛋白结构由胞内域、跨膜域和胞外域（extracellular domains，ECD）三部分组成。包外域包含34 个富含半胱氨酸残基的表皮生长因子样重复序列（epidermal growth factor like-repeat，EGFR），目前已报道的Notch3 基因突变有200 多个，其中多数造成了EGFR 中出现奇数个半胱氨酸残基，进而影响蛋白质的功能，导致小动脉的病变［41］；同时改变半胱氨酸残基的表达，还会导致细胞外间隙的嗜锇颗粒（granular osomiophilic material，GOM）沉积，GOM 的沉积可通过皮肤活检检测出来［30］。因此，确诊本病的金标准为Notch3 基因检测和皮肤活检［30,42］。迄今为止世界上共报道来自500 多个家系的200 多个突变［39］，随着基因检测技术的发展和推广，越来越多导致CADASIL 的Notch3 基因新突变被发现［43］。目前尚无有效的治疗CADASIL 的方法，但如果能尽早地明确诊断，从而采取合理而且有效的治疗和干预手段，可有助于提高患者生活质量。因此，现在临床上已经开始通过Notch3 基因检测对高度怀疑CADASIL 的患者及其家系成员进行筛查，这无形中为患者及其家人带去了福音，减轻了社会负担。

3 总结

Notch3 有可能参与了某些心血管系统疾病的发生和发展的过程，并且在此过程中还扮演着举足轻重的地位。但目前为止其具体的作用机制尚不完全明确，与其他信号通路的交叉联系究竟是否存在，尚需深入研究。一方面，Notch3 基因突变导致了CADASIL，因此Notch3 可应用于疾病的诊断；另一方面，Notch3 信号通路特异性药物联合靶向给药可能会给心血管疾病的治疗带来革命性的变化，且副作用最小，这对于心血管系统疾病患者无疑是个巨大的好消息，需要科研工作者深入研究，为患者提供一个新的治疗思路和更好的治疗办法。