Notch信號通路在眼科疾病發生發展中的調控作用

周夢賢，李土玲，殷學偉，畢宏生，郭大東

?KEYWORDS:Notch signaling pathway; cataract; uveitis; age-related macular degeneration; regulatory role

0引言

Notch信號是一個動物在進化過程中高度保守的信號轉導通路，廣泛存在于無脊椎動物和脊椎動物中。其中哺乳動物的Notch家族有4個高度保守的不同的Notch受體家族成員，即Notch 1～4，它們分別結合了2個保守的配體家族Jagged(JAG1和JAG2)和Delta-like(DLL1、DLL3和DLL4)。配體的激活參與了γ分泌酶對Notch跨膜區蛋白的水解。γ分泌酶抑制劑能有效地阻止Notch信號的激活[1]。研究證實，Notch信號通路在細胞增殖、分化和凋亡，血管生成以及多種癌癥的發生發展過程中發揮了重要作用[2-4]。越來越多的研究表明，Notch信號通路與眼科疾病發生發展密切相關。本文就Notch信號通路在眼科疾病發生發展過程中的作用進行綜述，為眼科疾病的病理機制研究及治療提供思路。

1 Notch信號通路與白內障疾病

白內障是目前世界上最主要的致盲性眼病，嚴重危害人類視覺健康。晶狀體上皮細胞是位于晶狀體囊膜前表面的單層上皮細胞，與白內障的發生發展密切相關。晶狀體上皮細胞(lens epithelial cells, LECs)通過增殖和遷移并最終轉化為肌成纖維細胞樣細胞，即上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)，是前囊下白內障(anterior subcapsular cataract, ASC)和后囊混濁(posterior capsule opacification, PCO)發生的常見原因[5]。在體外細胞培養中，轉化生長因子-β(TGF-β)可誘導上皮細胞轉化，而且轉化過程由Notch、Wnt/β-catenin和整合素信號通路介導[6]。目前已有研究證實Notch信號通路在控制LEC-EMT的信號網絡中占有重要地位[7]。Chen等[8]在體外細胞培養和體內損傷誘導ASC模型的研究中發現，JAG1/Notch信號在TGF-β刺激的晶狀體上皮細胞轉化中被激活，而阻斷Notch信號可以逆轉LEC-EMT導致的晶狀體纖維化，提示抑制Notch通路能夠在白內障治療過程中發揮作用；通過獲得和喪失功能分析進一步證實，miR-26a和miR-26b可通過直接靶向JAG1和抑制JAG1/Notch信號拮抗EMT。Zhang等[9]研究發現，C-端結合蛋白-2(CtBP2)介導TGF-β誘導的Notch信號活化可調控人晶狀體上皮細胞內膜轉導，同時，CtBP2誘導的EMT可被Notch抑制劑DAPT阻斷。Li等[10]利用ASC小鼠模型首次證實2’, 3’-環核苷酸3’-磷酸二酯酶(CNPase)在LECs中高表達，并與EMT標志物蛋白的表達有關,CNPase通過Notch信號通路促進LECs的EMT，CNPase和藥物靶向Notch通路在預防和治療白內障可能具有一定的應用前景。上述研究成果提示，Notch信號通路活化在EMT中發揮重要作用，從而為預防和治療白內障提供了新的方向。

2 Notch信號通路與葡萄膜疾病

2.1Notch信號通路與葡萄膜炎葡萄膜炎主要是由T淋巴細胞介導的一類自身免疫性眼病，常累及虹膜、睫狀體和脈絡膜，可導致嚴重的視力喪失[11]。研究證實，Notch信號通路可通過調節初始CD4+T細胞向Th17和Treg細胞的分化來影響Th細胞的比例平衡，對EAU的發生發展至關重要。Rong等[12]通過將Notch shRNA導入體外擴增的Treg細胞中，并將Treg細胞轉移到實驗性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis, EAU)小鼠體內，發現notch1基因缺陷的Treg細胞的轉移可顯著減少促炎細胞因子的產生和炎癥細胞的浸潤，證實Notch信號能通過負調節小鼠EAU中浸潤的Treg細胞的免疫抑制功能促進葡萄膜炎的發生發展。Yin等[13-14]研究表明，活化的Notch信號通路可破壞EAU大鼠的CD4+/CD8+和Th17/Treg比例的平衡,而Notch信號抑制劑DAPT能有效逆轉其中Th17/Treg的失衡，從而促進葡萄膜炎的免疫恢復，為臨床應用Notch信號抑制劑治療葡萄膜炎提供了新的思路。Qi等[15]研究發現，活動性白塞氏病(Beh?et’s disease, BD)患者體內Notch通路激活可促進STAT3的磷酸化并進一步觸發BD患者的Th17反應。此外，研究還表明，notch1基因的低甲基化可導致葡萄膜炎患者Notch信號水平升高，從而增強Th17細胞分化水平以及相關細胞因子的表達，導致Th17/Treg平衡紊亂，進而導致葡萄膜炎的發生[16]。Yang等[17]研究證實，巨噬細胞移動抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)是EAU發生過程中的關鍵細胞因子,Notch信號通路與MIF介導的眼內炎癥放大有關,并可進一步加劇視網膜功能的損害。因此，MIF和Notch信號通路活化在葡萄膜炎的發生發展過程中扮演了重要角色，并可能成為治療葡萄膜炎新的干預靶點。

2.2Notch信號通路與葡萄膜血管性疾病脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization, CNV)又稱視網膜下新生血管，是許多眼底疾病共同的病理基礎，因其常累及黃斑區，所以會導致中心視力的嚴重損害。多項研究表明Notch信號通路活化可促進病理性眼組織新生血管的生成，而阻斷Notch信號通路可減輕CNV帶來的損傷[18-19]。Dou等[20]通過使用髓系特異性RBP-J基因敲除小鼠模型和激光誘導的CNV模型，發現抑制巨噬細胞中的Notch信號可減輕激光損傷后的脈絡膜早期炎癥反應，抑制脈絡膜血管內皮生長因子和腫瘤壞死因子-α的產生，從而抑制CNV的生成。這些結果為進一步探索不同條件下Notch信號通路作為治療CNV的新療法提供了理論基礎。

3 Notch信號通路與視網膜疾病

3.1Notch信號通路與增殖性玻璃體視網膜病變增殖性玻璃體視網膜病變(proliferative vitreoretinopathy, PVR)是一種反復發作的易導致患者失明的眼病，常發生于孔源性視網膜脫離和近期接受視網膜脫離術的患眼中[21]。視網膜色素上皮細胞(retinal pigment epithelium, RPE)暴露在玻璃體中，被玻璃體中的生長因子和細胞因子激活，受EMT影響轉化為成纖維細胞，并在視網膜內或外表面形成膜，造成視網膜皺縮和視網膜牽引，這被認為是PVR形成的關鍵因素[22]。既往研究表明Notch信號在眼睛發育和RPE的EMT轉化過程中起關鍵作用，阻斷Notch信號通路可抑制RPE的遷移和增殖，與JAG1/Notch信號調節RPE增殖以及Hey2表達水平的降低有關。Zhang等[23]采用小鼠PVR模型研究發現Notch信號通路可通過調節RPE的EMT在PVR的形成過程中發揮關鍵作用。玻璃體腔內注射LY411575可抑制Notch信號通路，減少RPE細胞誘導的PVR形成，進一步闡釋了PVR的發病機制。Zhang等[24]研究表明ARPE-19細胞增殖有助于小鼠PVR的發育，DAPT可特異性抑制Notch信號通路從而降低視網膜色素上皮細胞的PVR形成并抑制M2型巨噬細胞的浸潤，Notch信號可能通過調節M2型巨噬細胞極化來調節PVR的形成。

3.2Notch信號通路與年齡相關性黃斑變性年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration, ARMD)是一種視網膜退行性疾病，其特征是RPE不可逆性丟失，進而導致相鄰的光感受器退化，是老年人不可逆失明的主要原因[25]。紫外線UVB能增加RPE細胞內活性氧(reactive oxygen species, ROS)的水平并誘導RPE細胞凋亡[26]。Liu等[27]研究發現抑制Notch2而不是Notch1可以減輕UVB誘導的RPE細胞內ROS水平和細胞凋亡，這對我們理解ARMD的發病機制具有重要意義。Shu等[28]研究發現骨髓間充質干細胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BMSCs)的神經營養分泌體可以防止退化的視網膜進一步惡化，同時分化的BMSCs通過補充神經元的數量來改善受損的視網膜的功能。漢黃芩素可能通過抑制Notch1信號加速誘導BMSCs視網膜神經元樣分化進而防止視網膜功能退化。該研究結果為治療ARMD疾病提供了一種潛在的新方法。

3.3Notch信號通路與早產兒視網膜病變早產兒視網膜病變(retinopathy of prematurity, ROP)是一種雙眼疾病，影響低胎齡和低出生體質量的早產兒的視力，高濃度的氧氣會促進早產兒視網膜血管的收縮，隨后視網膜組織的相對缺氧導致一系列血管生成因子的分泌，從而導致以ROP為特征的病理性新生血管[29]。Sun等[30]在大鼠ROP模型中，發現DAPT通過抑制DLL4/Notch-1通路降低了與血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)及其受體相關的視網膜改變，進而抑制高氧誘導的ROP大鼠視網膜新生血管的生成。

3.4Notch信號通路與糖尿病視網膜病變糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy, DR)是2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者主要的眼部微血管并發癥，也是致盲的主要原因之一。Zhu等[31]將人視網膜內皮細胞(human retinal endothelial cells, HRECs)分別置于高糖、高尿酸、高尿酸加高糖的環境下進行研究，發現高尿酸加高糖組Notch信號通路活性顯著升高，炎癥細胞因子明顯增加，提示高尿酸血癥可能通過增加Notch信號通路的活化促進DR的發生。Yoon等[32]研究發現糖尿病可誘導內皮細胞過度表達JAG1并抑制Notch1信號通路，促進小鼠DR的發展。Zhang等[33]通過體外實驗發現，抑制miR-495可上調Notch1的表達進而減輕高糖誘導的視網膜神經節細胞凋亡，提示miR-495/Notch1信號可能成為治療DR的潛在干預靶點。此外，Liu等[34]首次發現Notch3信號、周細胞丟失和糖尿病視網膜病變之間存在關聯。上述研究為以Notch信號相關分子為靶點治療DR提供了新的思路。

3.5Notch信號通路與視網膜母細胞瘤視網膜母細胞瘤(retinoblastoma, RB)是視網膜發育中的惡性腫瘤，是兒童最常見的眼內腫瘤，80%的患者發病時間在3歲之前[35]。Hes1(hairy and enhancer of split 1)基因是Notch信號通路下游的靶基因，將Notch信號下傳，可使多熟細胞維持在未分化狀態，調節細胞對分化誘導因子的反應，維持未分化細胞數量上的穩定使干細胞處于增殖狀態。Asnaghi等[36]應用免疫組化分析了11份人類視網膜母細胞瘤樣本，發現其中有10份樣本Hes1中度或高度表達，提示Notch信號通路活化在視網膜母細胞瘤生長中發揮了重要作用。通過使用γ分泌酶抑制劑或shRNA下調JAG2、DLL4或CBF1來抑制Notch信號通路，可顯著降低WERI Rb1和Y79視網膜母細胞瘤細胞系細胞的生長、增殖和克隆生成能力，提示使用Notch拮抗劑治療RB有可能成為一種更有效的治療新方法。Xiao等[37]采用免疫印跡方法檢測了Notch受體及其配體在人視網膜母細胞瘤細胞系SO-Rb50中的蛋白表達水平，發現Notch1和JAG2蛋白可高水平表達，用DAPT處理后細胞生長阻滯，蛋白激酶B(PKB，也稱絲/蘇氨酸蛋白激酶，AKT)、p38絲裂原活化蛋白激酶和磷酸化Src激酶以及磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)和β-catenin的表達均呈劑量依賴性地降低，提示DAPT抑制Notch通路可能是通過抑制PI3K/Akt、Src、p38/MAPK和Wnt/β-catenin信號通路來抑制RB細胞的增殖。長非編碼RNA(long non-coding RNAs, LncRNAs)是近來發現的一種沒有蛋白編碼功能的RNAs，Dong等[38]研究發現抑制LncRNAs HOTAIR的表達不僅降低了Notch信號受體和配體的生物合成，而且還抑制了Notch下游靶基因的表達，提示HOTAIR可能通過Notch信號通路在RB的發展中發揮了重要作用，并為RB的發生和轉移提供了新的證據。Ke等[39]發現牛蒡素(arctium lappa linnaeus)通過下調JAG1蛋白的表達水平、降低Notch信號通路的活化等途徑抑制RB細胞的增殖和遷移以及誘導RB細胞凋亡的發生，有望開發成為一種治療RB的新型藥物。

3.6Notch信號通路與其他視網膜疾病Müller細胞(特化的視網膜大膠質細胞)的激活和增殖與許多視網膜疾病有關[40]。2型黃斑毛細血管擴張癥是一種雙側黃斑疾病，可通過引起視網膜光受體和血管的特征性改變從而損害中央視力，Müller細胞功能障礙可能在MacTel2的發病機制中起重要作用。Chung等[41]針對Notch信號通路可促進視網膜膠質細胞的分化設計了一種通過促進Notch信號通路活化將人類胚胞胎干細來源的視網膜祖細胞分化為視網膜膠質細胞的方法。該分化方法的應用將有助于干細胞疾病模型的產生，并為研究視網膜疾病及相關的膠質功能障礙的分子機制提供了支持。Xie等[42]發現移植的嗅鞘細胞(olfactory ensheathing cells, OECs)可通過下調Müller細胞中的Notch信號通路抑制視網膜變性中的膠質增生，從而在視網膜再生和自我修復中發揮作用。

4 Notch信號通路與干眼

干眼(dry eye, DE)是眼科臨床上最常見的眼表疾病之一，通常與用眼過度、激素分泌異常、細胞凋亡、炎癥因子、眼表黏蛋白改變等諸多因素有關，影響全世界數百萬人的眼健康。Min等[43]通過小鼠DE模型研究了淋巴管生成(lymphangiogenesis, LGs)的去誘導淋巴管生成，發現DLL4/Notch信號通路的表達水平和淋巴管生成在去誘導的LGs中顯著上調。Liu[44]的研究結果提示，通過Notch信號活化對Klf4進行微調可以極大地增加MUC5AC基因的表達，促進杯狀細胞的分化，從而有助于減輕干眼的癥狀。

5結語

綜上所述，Notch信號通路在眼科疾病的發生發展中發揮著重要作用。不同的眼病與Notch信號通路的調節功能密切相關。從不同維度去深入探討Notch信號通路在眼科疾病發生發展中的作用，對闡釋眼科疾病發生的病理機制具有重要作用，也可為眼科疾病的診斷和治療提供新的分子標志物和作用靶點。