NOTCH信號(hào)通路與肺纖維化發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

符策富 仕麗 胡少丹 李娜

【摘要】N0tch信號(hào)是一種進(jìn)化保守的細(xì)胞與細(xì)胞之間通訊機(jī)制，在肺的穩(wěn)態(tài)、損傷和修復(fù)中起著關(guān)鍵作用。N0tch信號(hào)的調(diào)節(jié)缺失，最近與一些先天性疾病的重要肺部疾病，特別是慢性阻塞性肺病（COPD）、哮喘、肺纖維化、肺動(dòng)脈高壓（PAH）、肺癌和肺部病變的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。本文綜述了近年來N0tch信號(hào)通路與肺纖維化發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展。我們對(duì)這一信號(hào)通路的理解越來越深入，這給我們提供了很大的希望，即控制N0tch信號(hào)可能是未來一種有希望的替代性補(bǔ)充治療策略。

【關(guān)鍵詞】Notch信號(hào)通路;肺纖維化;發(fā)病機(jī)制;研究進(jìn)展

肺纖維化代表許多異質(zhì)性疾病的終末階段，并且或多或少地是間質(zhì)性肺疾病的標(biāo)志。其特點(diǎn)是細(xì)胞外基質(zhì)蛋白過度沉積在肺間質(zhì)內(nèi)，導(dǎo)致功能肺泡單位的閉塞，在許多情況下導(dǎo)致呼吸衰竭。雖然少數(shù)間質(zhì)性肺疾病己知病因，但大多數(shù)是特發(fā)性的，在這些疾病中，特發(fā)性肺纖維化是最常見的，并且伴隨有驚人的預(yù)后——從診斷時(shí)起中位生存期不到3年。這反映了缺乏有效的治療方法來改變疾病的進(jìn)程，表明我們對(duì)這種疾病的發(fā)病機(jī)制不完全清楚。目前研究的假說集中在調(diào)節(jié)失調(diào)的上皮一間充質(zhì)相互作用，促進(jìn)持續(xù)上皮細(xì)胞損傷和成纖維細(xì)胞激活導(dǎo)致進(jìn)行性纖維化的循環(huán)。在影響炎癥和創(chuàng)傷修復(fù)的多種生物途徑中，可能存在多種異常，包括基質(zhì)調(diào)節(jié)、上皮重建、凝血級(jí)聯(lián)、新生血管和抗氧化途徑，從而調(diào)節(jié)這種有缺陷的串?dāng)_和促進(jìn)作用。

1lPF的發(fā)病機(jī)制

IPF的病因尚不清楚，雖然己經(jīng)確定了一些危險(xiǎn)因素。例如，吸煙與發(fā)生IPF的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，某些潛在的病毒感染也與此有關(guān)，包括Epstein-Barr病毒和皰疹病毒。3%的IPF患者似乎具有家族形式，腫瘤壞死因子（TNF）-α和轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β1的基因多態(tài)性以及表面活性劑蛋白c的突變似乎增加了發(fā)生IPF的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于只有少數(shù)暴露于已知危險(xiǎn)因素的個(gè)體發(fā)展為IPF，其病因可能是多因素的。IPF的典型組織病理學(xué)類型是常見的間質(zhì)性肺炎之一，其特點(diǎn)是上皮細(xì)胞有斑片狀損傷，包括Ⅱ型肺細(xì)胞增生，同時(shí)間充質(zhì)細(xì)胞增殖異常，不同程度的纖維化，過度生成和紊亂。膠原蛋白和ECM的沉積，導(dǎo)致肺結(jié)構(gòu)和蜂窩狀結(jié)構(gòu)的顯著變形。纖維性病灶通常見于受損和修復(fù)性上皮下的微小蜂窩狀病灶的壁內(nèi)，以及間質(zhì)內(nèi)，這些纖維性（或成纖維細(xì)胞性病灶）代表成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞在組織ECM及其前壁內(nèi)的堆積。

2Notch的作用

2.1Jagged/Notch在肺纖維化中的作用

在促纖維生成細(xì)胞因子環(huán)境中，EMT可促進(jìn)顯著促進(jìn)纖維生成的肌成纖維細(xì)胞群的發(fā)展。雖然TGF-B被認(rèn)為是EMT的主要驅(qū)動(dòng)力，但最近的研究表明TGF-B和Jagged配體/Notch受體信號(hào)通路整合在EMT中的潛在重要性，這些信號(hào)通路是調(diào)節(jié)細(xì)胞的高度進(jìn)化保守的細(xì)胞信號(hào)系統(tǒng)。命運(yùn)規(guī)范和Notch途徑組分的siRNA靶向先前己顯示可阻斷TGF-B誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞中的EMT。近年來的研究表明，Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在體外培養(yǎng)的大鼠AEC中TGF-β的上游和下游的EMT中發(fā)揮作用，并且Notch受體激活的抑制減弱了TGF-β誘導(dǎo)的α-SMA表達(dá)，腎小管上皮細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)這現(xiàn)象。此外，Notchl與α-SMA在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化和肺纖維化患者中共定位。這些令人興奮的數(shù)據(jù)表明，抑制Notch信號(hào)通路可能為解決肺纖維化提供進(jìn)一步的治療機(jī)會(huì)，這可能繞過更全面的抗TGF-β策略的潛在問題。

2.2Notch1/Notch3在肺纖維化中的作用

Notchl與肺纖維化具有密切相連的關(guān)系，上皮細(xì)胞功能出現(xiàn)異常、成纖維細(xì)胞及其肌成纖維細(xì)胞大量累積、細(xì)胞外基質(zhì)沉積，這是肺纖維化的主要特征。成纖維細(xì)胞朝向α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）發(fā)生分化，會(huì)導(dǎo)致特發(fā)性肺纖維化。Notch的過度表達(dá)，容易導(dǎo)致肺成纖維細(xì)胞發(fā)生分化，最終形成肌成纖維細(xì)胞，在這個(gè)過程中，Notch1具有一定的可能性作用。而在上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程中，會(huì)出現(xiàn)上皮一間充質(zhì)轉(zhuǎn)變（EMT），在病理學(xué)中，將該過程看做是肺纖維化的主要誘因。在最新的科學(xué)研究報(bào)道中，Notch1信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)，會(huì)激活EMT。Notch3在采用小干擾RNA（siRNA）敲除Notch3有效降低SMA表達(dá)的研究中，Notch3與肌成纖維細(xì)胞分化可能存在一定的作用。C2C12細(xì)胞在分化成肌成纖維細(xì)胞過程中，Notch3具有一定的增強(qiáng)效果。體內(nèi)Notch2-/-/Notch3-/-復(fù)合突變胚胎中，肌成纖維細(xì)胞發(fā)生受損，然而在單個(gè)突變胚胎過程中，該細(xì)胞不受損，由此可得，肌成纖維細(xì)胞分化過程與受體功能存在一定的關(guān)系。與Notch1的作用機(jī)理相似，在肌成纖維細(xì)胞分化過程中，Notch3的作用尚且存在爭議性。學(xué)者Kennard及其同事在研究中發(fā)現(xiàn)，Notch3表達(dá)過多，對(duì)肌成纖維細(xì)胞的生理性過程具有阻斷作用。根據(jù)這些研究，在肌成纖維細(xì)胞分化中，Notch3可以產(chǎn)生刺激性或者抑制性，而這作用與其來源的細(xì)胞、誘導(dǎo)因子、特異性Notch受體等具有必然性關(guān)系。

3Notch信號(hào)通路與肺纖維化的發(fā)病機(jī)制

在成人肺中，慢性阻塞性肺病（COPD）、特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓和特發(fā)性肺纖維化（IPF）患者報(bào)告了Notch通路的激活。動(dòng)物模型研究證實(shí)肺纖維化中Notch信號(hào)激活，與特發(fā)性間質(zhì)性肺炎或IPF患者的肺標(biāo)本中的類似報(bào)道一致。大多數(shù)己知的Notch相關(guān)基因表達(dá)于人小氣道上皮，有證據(jù)表明在博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中肺肌成纖維細(xì)胞和特發(fā)性間質(zhì)性肺炎患者的肺標(biāo)本中Notch表達(dá)升高。慢性阻塞性肺疾病、特發(fā)性肺動(dòng)脈高壓或IPF患者的粘液細(xì)胞表達(dá)Notch下游轉(zhuǎn)錄因子HESl。在受傷的肺中異常持續(xù)的Notch活性導(dǎo)致肺泡囊腫結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)指示纖維化表型。此外，與健康對(duì)照相比，靶向Notch信號(hào)通路的miRNA的差異表達(dá)與快速或緩慢進(jìn)行的IPF患者相比，進(jìn)一步暗示了Notch信號(hào)在IPF發(fā)病機(jī)制中的作用。支持通過Notch1通過HESl依賴性機(jī)制上調(diào)1型膠原啟動(dòng)子活性的證據(jù)提供。此外，在博來霉素模型中，Jagged1/Notch信號(hào)被上調(diào)，并發(fā)現(xiàn)對(duì)于FIZZ-1誘導(dǎo)的肌成纖維細(xì)胞分化是必不可少的，主要是在IL-4/IL-13激活的肺泡上皮細(xì)胞中表達(dá)的促纖維化因子。FXKO小鼠受損的巖藻糖基化導(dǎo)致的Notch信號(hào)的損傷抑制肌成纖維細(xì)胞分化和博萊霉素誘導(dǎo)的纖維化。此外，間質(zhì)特異性條件Notch1缺陷小鼠在相同的博來霉素模型中表現(xiàn)出顯著的肺纖維化減少。除了調(diào)節(jié)間充質(zhì)室成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的分化外，Notch還調(diào)節(jié)肺中的EMT。Notch信號(hào)通路的藥理抑制顯著抑制TGF-B誘導(dǎo)的ACTA2表達(dá)。此外，Notch還誘導(dǎo)TGF-β家族成員的表達(dá)以及Smad3的磷酸化，Smad3是TGFβ信號(hào)的重要介質(zhì)。己知誘導(dǎo)ILD的來氟米特活性代謝產(chǎn)物A771726以劑量依賴性方式刺激核提取物中Jagged-1、2、Dll-1和Notch-1、3、4mRNA的表達(dá)，同時(shí)增加NICD。γ-分泌酶抑制劑N-[N-（3，5-二氟苯基乙酰-L-丙酰基）I-苯甘氨酸叔丁酯（DAPT）可降低這種效應(yīng)。除了直接調(diào)節(jié)肌成纖維細(xì)胞分化和EMT外，Notch還可以與其他信號(hào)通路相互作用來調(diào)節(jié)肺纖維化。在動(dòng)物模型研究中，肺損傷伴隨CXCR7表達(dá)的抑制和表達(dá)血管周圍巨噬細(xì)胞的血管內(nèi)皮生長因子受體1（VEGFRl）的募集。這種募集刺激Wnt/β一連環(huán)素依賴的肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞Jaggedl表達(dá)的增加，這反過來刺激成纖維細(xì)胞中的Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并增強(qiáng)纖維化。肺損傷后用CXCR7激動(dòng)劑或靶向Jag1shRNA的肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞治療可促進(jìn)肺泡修復(fù)并減少纖維化。Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)還可以刺激IGFlR表達(dá)誘導(dǎo)AKT磷酸化，并與HIFla協(xié)同促進(jìn)肺纖維化。

4結(jié)語及展望

根據(jù)細(xì)胞和組織環(huán)境以及生理和病理狀態(tài)，觀察到Notch活化的不同作用。此外，Notch與其他信號(hào)傳導(dǎo)途徑密切相互作用，表明可能需要針對(duì)其他信號(hào)傳導(dǎo)途徑的組合療法來有效治療IPF。對(duì)Notch信號(hào)調(diào)控機(jī)制的深入研究，將有助于進(jìn)一步揭示肺纖維化發(fā)病的分子機(jī)制，從而為臨床延緩或阻止肺纖維化提供新的靶點(diǎn)。