Notch 信号通路与肺脏疾病关系的研究进展

裴宁宁，张雯佳，郑善斌，常晴晴，胡葳蕤，廖晓*

(1.青海大学，青海 西宁 810016；2.牡丹江医学院，黑龙江 牡丹江 157000）

0 引言

Notch信号通路初始发现于果蝇的翅膀，被认定是一种特定的突变形式，于20世纪80年代被克隆得出，其作为进化过程保守的跨膜蛋白家族代表，普遍存在于脊椎与无脊椎动物当中。Notch作为极少数调控细胞增殖、分化和凋亡的信息转导通路，对大多数细胞的发育都至关重要。Notch基因在细胞分化过程中主要有参与胚胎发育和T细胞的发育、维持造血干细胞的自我更新、调节血管生成等功能。近年来，大量研究表明，Notch信息通路与肺纤维化、肺结核、急性呼吸窘迫综合征（COPD）、肺癌等肺系疾病的发生发展存在必然联系。

1 Notch信息通路与肺脏

Notch信号通路精准调控着细胞的生殖发育过程，扮演着决定细胞分化的角色。因此，它在肺的发育过程中是不可或缺的存在。该通路主要由Notch受体家族、配体家族、细胞内效应分子以及相关转录因子四部分组成[1-2]。现阶段已在哺乳动物中发现5种Notch同源配体(Jagged1、Jagged2、Delta-likel、Deltalike3和Delta-like4)[3]、4种Notch同源受体(Notch1、Notch2、Notch3和Notch4)、细胞核内蛋白效应器以及Notch下游靶基因编码的转录因子Hesl、Hey等蛋白分子[4]。Notch受体是单链跨膜蛋白的一种，主要由胞外段、跨细胞膜域、胞内段三部分组成[5]。研究表明，Notchl受体会在孕期胎肺发育过程中长时间表达，当胎儿出生后，肺泡上皮细胞中表达Notchl受体，而血管内皮细胞中表达Notch3受体，Notch配体Jaggedl、Jagged2则在肺间质中表达[6]。另一研究表明[7]，当小鼠发育时,会出现Notch受体与Jaggedl配体表达持续增加的现象。只有Notch3受体会在小鼠新生时表达最高，其余大多数受体及配体都是在个体发育成熟时才表达最高。POST等[8]的研究也证实Notch的4种受体及5种配体会在正常肺内发生一系列的表达，Notch信号通路参与了肺的生长发育过程，并在其中发挥着不可估量的作用。

2 Notch信号通路与肺纤维化

肺部纤维化是间质性肺疾病（ILD）的终末期肺脏病理变化，该疾病可由多种原因引起，如成纤维细胞(FB)的大量生成、细胞外基质（ECM）的大量沉积、肺部损伤等，是一个极其复杂的病理生理过程。其主要临床表现为干咳以及进行性加重的呼吸困难。近年来，一旦被确诊为肺间质纤维化（IPF），患者的生存期仅有2～3年[9]，这严重威胁着全人类的健康。且该病还具有慢性、进行性及病因不明的特性，现阶段临床针对该病并无有效的治疗手段，因此IPF已成为疾病中的疑难绝症之一[10]。为此，深入探究该病发生的分子机制与疾病发展进程已迫在眉睫，这也将对临床治疗以及患者的预后产生深远的影响。现今，越来越多的研究表明，通过特异性抑制Notch信号通道可以明显抑制肺纤维化的发生及发展，这反映出Notch通路与肺纤维化的发生发展是密不可分的。TGF-β因子既属于生长因子又是炎症因子，其作为导致肺纤维化的重要物质，对细胞表型转化、基质的分泌等发挥着重要的调控作用。研究表明[11]，TGF-βmRNA与ECM在肌成纤维细胞(MF）中的表达在病理状态下会持续明显升高，同时NotchlmRNA的表达量也会增加；反之当使用γ-分泌酶阻断Notch信号后，两者又较正常上皮细胞无明显的变化。由此可见，在MF堆积的病灶中Notch1受体与TGF-β含量均有升高，且Notch1受体还可通过TGF-β来介导肺纤维早期的生理变化,进而促进ECM的分泌增加，最终形成肺纤维。实验表明[12]，FB在TGF-β1的作用下可以向MF转化，因此认为TGF-β1是所有细胞因子中导致纤维化作用力最强的，当该细胞因子与对应受体结合时，会促使FB的增殖和MF发生转化,同时也可增加ECMmRNA的表达，最终抑制ECM的降解，促进纤维化疾病的发生。以上可以看出，TGF-β家族可以促进ECM的分泌，最终促进器官纤维化的发生与发展，而Notch信号通路又能通过作用于TGF-β家族来干预肺纤维化的进程。

3 Notch信号通路与肺结核

肺结核又称肺痨，是一种慢性呼吸系统疾病，好发于肺部、气管、支气管等，因其致病细菌传播路径较为广泛，故具有很强的传染性。在我国所有传染类疾病中，肺结核发病率及死亡率均位居前列，其病变常累及各年龄段和不同国家的人群，尤其好发于HIV及糖尿病患者。最新研究表明，Notch信号通路与肺结核疾病密切相关，其中起关键性作用的便是Notch1受体与Notch2受体。李奇凤等[13]收集了76例患者的外周血，其中40例为活动性肺结核患者，18例为非活动性肺结核患者，剩余18例为潜伏感染者，应用了实时荧光定量PCR法测定Notch1 mRNA的表达情况，结果表明活动性肺结核组中Notch1的表达量明显高于其余两组（P ＜0.001），差异具有统计学意义。随后又运用Perason相关性分析发现，Notch1受体与Th1没有相关性，但与Th2呈正相关。由此得出结论，Notch1受体可能通过升高Th2来参与外周血中Th1/Th2比例的变化，但由于该实验中并没有深入探究Notch1受体与Th1细胞不相关的原因，因此猜测其可能与其他配体或受体有关。王光辉等[14]选取了440名肺结核患者，其中选取153例为耐药肺结核患者，再将这153例分为112例的耐多药组和41例的广耐药组，同时选取167例非耐药肺结核患者，其余120例为肺部检查无异常的对照组，然后采用实时荧光PCR技术检测Notch 2的表达。结果表明，与对照组相比，非耐药组与耐药组支气管肺泡灌洗液中Notch 2的表达均较低，与非耐药组相比较，耐药组支气管肺泡灌洗液中Notch 2的表达偏低，而与耐药组相比，广耐药组支气管肺泡灌洗液中Notch 2表达偏低（P ＜0.05），均具有统计学意义。用spearman分析，耐药组支气管肺泡灌洗液中Notch 2表达呈负相关。多因素logistic回归分析结果显示，Notch2高表达是肺结核患者发生耐药性的独立保护因素，由此推断，Notch2受体可能参与肺结核耐药性的形成过程。综上所述，Notch1受体可能通过升高Th2来参与外周血中Th1/Th2平衡的变化，使得机体免疫系统发生紊乱而导致肺结核疾病的发生。相比于其他传染性疾病，肺结核预后良好，但该疾病的治疗是大多是通过口服药物进行治疗的，对于活动性肺结核患者，其服用的具体药物与服药时间的长短均取决于患者的体质、年龄以及耐药性，因此临床疗效欠佳。最新研究表明，Notch 2受体的表达量影响着肺结核患者的耐药性，这不仅为临床治疗肺结核提供了新的思路和指南，也为今后研究药物的吸收代谢开辟了新的途径。

4 Notch信号通路与慢性阻塞性肺疾病

近年来，COPD的发生率与死亡率逐步上升，严重威胁着我国居民的身体健康。2018年相关研究[15]报道，我国慢阻肺患者已接近1亿，估计到2020年慢阻肺将位居全球死亡原因第3[19-21]。目前很多研究发现，免疫系统的紊乱与慢阻肺疾病的发生发展存在联系[16-17]。研究者认为Notch信号通路在T淋巴细胞的分化过程中发挥着作用[18]，De Obaldia等[6]论述了Notch信号通路是借助Th1、Th2、Treg和Th17的平衡漂移，从而引发了慢阻肺的免疫系统紊乱，最终导致慢阻肺病情的加重。

据报道，当树突状细胞中的髓样分化因子88(Myeloid differentiation factor88,MyD88)被脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)激活后会引起Notch配体Delta4的表达，使得T细胞向Th1类型分化[22]。亦有研究证实，Notch蛋白在诱导Th1型反应中起主要作用，病原相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterms,PAMP)会结合Toll样受体(Tolllikereceptor,TLR)而达到上调Delta4的效果，最终使得幼稚T细胞向Th1型细胞分化，但此过程必须在MyD88存在的条件下才能完成[23,26]。此外，当Delta配体在抗原提呈细胞中过度表达或者作为融合蛋白时，也可以促使Th1细胞进行分化[27]。Notch1可以调节Tbx21，形成Tbx21启动子复合体，在Th1细胞分化过程中发挥重要的作用，用抑制酶抑制Notch信号通路后异位表达激活的Notchl还可修复Th1细胞[28]。有研究证实[29-30]，Notch信号是通过影响Th2细胞的转录基因来参与Th2细胞分化的。当T细胞去除RBP-J的泛Notch抑制及缺乏Notch1和Notch2的表达时，会导致Th2的功能反应严重降低,这表明Notch信号是Th2细胞发生分化的必要物质。Amsen等[23]表明，抗原提呈细胞表面所表达的Notch配体不同，则可使不同的Th细胞分化，Delta一族可促使Thl细胞分化，抑制Th2细胞的分化，而Jagged一族则是促使Th2细胞分化。相关研究表明，[31]Notch信号配体Delta4可以调节原始Th细胞向Th17细胞分化以及上调Th17特异性转录因子。也有研究者通过发现，当中枢神经系统产生致病的Thl和Th17细胞因子时就会发生自身免疫性疾病，反之若在此模型中抑制Notch信号通路便可以减少Thl和Th17细胞因子的生成[28-33]。Foxp3主要参与到免疫耐受和免疫稳态当中，TGF-β因子可促使Foxp3基因的表达以及调节外周T细胞[32]。研究显示，在体外Notch信号通路对Treg细胞的分化有增强和促进的作用[34-35]。综上所述，Notch信号通路对Th1、Th2、Treg和Th17等细胞分化作用显著，该通路主要通过影响四种细胞因子的分化过程来干预COPD的发生，并且激活Notch信号通路可以防治COPD的发生。

5 Notch信号通路与肺癌

肺癌是最常见的、危害最大的恶性肿瘤之一，临床将其分为非小细胞癌和小细胞癌两大类。近年通过对肺癌发病机制的研究,发现肿瘤的类型不同其作用亦不同，在非小细胞肺癌(non-smallcelllungcancer,NSCLC)细胞中，包括肺腺癌、鳞状细胞癌、细支气管肺泡癌等肿瘤中Notch1、Notch3HES-1表达常见,而很少在小细胞肺癌(smallcelllungcancer,SCLC)细胞中表达[36-37]。hASH1 (humanachaetescutehomologue-1)在神经内分泌SCLC中表达升高，而在NSCLC中几乎不表达[38]。周敏等[39]研究证实，Notchl在成人肺腺癌、鳞癌中均呈高表达，在SCLC中则呈低表达。Sriuranpong等[40]证实，Notchl、Noteh2的过量表达使SCLC细胞周期阻滞在G1期，从而抑制细胞生长。由此可见，Notch信号通路与肺癌的发病有着密切的关系，在不同类型肺癌中表现出促癌或抑癌的作用。

小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)属肺癌中恶性程度较高的一类肿瘤，其存在分化低、易转移等病理特征[39]。Notch1、Notch2、Notcch3受体均与SCLC有关，但Notch2在其中的机尚不明确。有研究[41,42]发现，当在小细胞肺癌中表达Notch1信号会抑制肿瘤的增殖。Notch3受体在小细胞肺癌中仅发挥其抗癌作用，但是没有基因的表达。Hassan等[43]深入研究发现，在SCLC细胞系的H1688细胞中Notch3表达为阴性，胞内段可促使细胞发生凋亡。还有研究者[44-45]下调SCLC中Notch1受体的表达，发现Notch1受体可以控制细胞的增殖和凋亡。由此得出，在SCLC中Notchl受体的上调会对细胞的生长过程产生阻碍。

非小细胞肺癌(non-smallcell carcinoma,NSCLC)是我国常见的恶性肿瘤[46]，致死率极高。目前认为Notch1、Notch2与NSCLC关系密切[47-48]，但也存在Notch3在肿瘤细胞中增殖的现象。姜昕等[49]在NSCLC中检测到Notch1、Notch1 mRNA、表皮细胞生长因子等表达增多，因此推断Notch1可能在肺癌的发生、发展过程中产生了重要的作用。Chang等[50]证实，在NSCLC中Notch3表达较高，肿瘤敏感基因101蛋白的下调可能会增加Notch3受体，从而参与致癌过程。

6 讨论与展望

人体肺脏是主要的与免疫反应相关的器官，非常容易受到病毒及细菌等的干扰。越来越多的研究表明，Notch信号通路的激活与抑制、上调与下调影响着肺脏疾病的发生及发展，其受体、配体乃至信号通路连接器均在肺脏生理过程中广泛表达。特异性抑制Notch信号在肺脏中的表达可以明显抑制肺纤维化的发生及发展，相反激活Notch信号通路则可以防治COPD的发生。此外，免疫系统紊乱时，激活的Notch信号通路会使得Th2细胞含量升高，从而破坏Th1/Th2的平衡，参与肺结核的病理生理过程。Notch信号通路对肺癌的影响则根据肿瘤的类型而不相同，在SCLC中，Notch信号通路的激活可以抑制其发展，与此相反，在NSCLC中通路的激活可以促进肿瘤的发展。

综上所述，Notch信号通路与肺脏疾病息息相关，这对今后肺脏疾病的诊治与预防拓宽了新的思路。此外，近年来关于Notch信号通路的研究热度居高不下，其在很多学科领域都有涉及，有大量研究表示Notch信号通路与人体其他脏器之间亦存在关系，而该通路与其他信号通路之间的联系以及对疾病的影响仍有待进一步探究。