Notch3 在心血管系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

馮旭輝，方義文

1.江西省婦幼保健院，江西 南昌 330006；2.江西省腫瘤醫(yī)院，江西 南昌 330029

《中國心血管健康與疾病報(bào)告（2021 版）》指出，2019 年城市和農(nóng)村心血管疾病分別占死因的44.26%和46.74%。我國正面臨人口老齡化和代謝危險(xiǎn)因素持續(xù)流行的雙重壓力，心血管疾病的負(fù)擔(dān)將持續(xù)增加。Notch 最早是Morgan 及其同事在突變的果蠅中發(fā)現(xiàn)的［1］，在漫長的演化過程中，這類蛋白極為保守。Notch3 是四種Notch 蛋白的其中一種，參與了心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展，深入研究Notch3 介入的機(jī)制，探索潛在的治療靶點(diǎn)，為心血管系統(tǒng)疾病的治療提供新的途徑。

1 Notch 信號通路

1.1 Notch 信號通路的組成

Notch 信號通路是由Notch 受體，Notch 配體，CSL（CBF-1、Suppressor of hairless、Lag 的合稱）DNA 結(jié)合蛋白，其他的調(diào)節(jié)分子和效應(yīng)物等組成的［2］。哺乳動(dòng)物Notch 受體有四種，即Notch1～4；Notch 配體有五種，即Jagged 1、Jagged 2、Delta-like 1、Delta-like 3、Delta-like 4［3］。

1.2 Notch 信號通路的作用機(jī)制

1.2.1 CBF-1/RBP-Jκ 依賴途徑 又稱經(jīng)典的Notch信號通路，通過兩個(gè)相鄰細(xì)胞的受體與配體相結(jié)合，共經(jīng)歷三次酶剪切來激活此條途徑。第一次酶剪切是由類弗林轉(zhuǎn)化酶完成的；第二次酶剪切是由去整合素-金屬蛋白酶（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，釋放Notch 胞內(nèi)片段（Notch intracellular domain,NICD）進(jìn)入到胞質(zhì)，并且進(jìn)入到細(xì)胞核，NICD 通過與CSL和Mastermind 樣蛋白（MAML）等蛋白相結(jié)合，形成了NICD/CSL/MAML 轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合體，從而通過該復(fù)合體激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮典型Notch信號通路的生物學(xué)作用［4］。

1.2.2 非CBF-1/RBP-Jκ 依賴途徑 又稱非經(jīng)典的Notch 信號通路，經(jīng)典的Notch 信號通路是在Notch受體與配體結(jié)合后被激活，而非經(jīng)典的Notch 信號通路是在與E3 泛素連接酶Deltex 結(jié)合后被激活。Notch 受體被Deltex 激活后，通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。Notch 受體在細(xì)胞內(nèi)的多泡體中進(jìn)行S3 裂解，釋放NICD 進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，并進(jìn)入細(xì)胞核，之后的激活過程與經(jīng)典的Notch 信號激活途徑相同［5］。

1.3 Notch3 信號通路

Notch3 表達(dá)于平滑肌細(xì)胞［6］。與具有更明顯多效性作用的Notch 家族的其他成員相比，Notch3 的研究可能沒有那么深入。然而，Notch3 對人類健康的重要性正變得越來越明顯，與其他Notch 蛋白一樣，Notch3 通過突變、改變表達(dá)或者活性或轉(zhuǎn)化失調(diào)與人類疾病有許多聯(lián)系［7］。已有研究發(fā)現(xiàn)，血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）衍生的Notch3 信號通路是主動(dòng)脈高肌化和血管開放喪失的關(guān)鍵中介［8］。Notch3 特異性治療或靶向下游分子通路的治療可能提供最小化VSMCs 生長的機(jī)會，并以最小的副作用治療心血管疾病［8］。本文通過查閱大量文獻(xiàn)主要就Notch3 在心血管系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

2 Notch3 在心血管系統(tǒng)疾病中的作用

2.1 Notch3 在心肌纖維化中的作用

心肌纖維化（MF）是多種心臟疾病發(fā)展到一定階段都會發(fā)生的病理改變，例如：心力衰竭、高血壓以及心肌梗死等；還會導(dǎo)致多種心臟功能失調(diào)性疾病，例如：冠狀動(dòng)脈儲備下降、心律失常、心肌電生理紊亂，甚至?xí)?dǎo)致猝死等［9］。由于心肌纖維化的嚴(yán)重不良后果，尋找病因一直是科學(xué)家多年來關(guān)注的熱點(diǎn)。

Notch 參與了多種組織的纖維化疾病，最早研究的組織包括肺、肝、腎等［10-12］。Liu 等［10］通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)小鼠肺成纖維細(xì)胞Notch1 蛋白后，肺成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化成肌成纖維細(xì)胞有所增加；Bielesz 等［11］通過藥理學(xué)、遺傳、體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明，腎小管間質(zhì)纖維化（TIF）患者和小鼠模型中腎小管上皮細(xì)胞（TECs）中 Notch 通路的激活在TIF 發(fā)育中起作用；Chen 等［12］研究發(fā)現(xiàn)，Notch3 能調(diào)節(jié)肝星狀細(xì)胞的活性，從而可大大降低肝纖維化的發(fā)生率。而后，Notch3 在心肌纖維化中的作用逐漸進(jìn)入大家的視野。心肌纖維化過程中的一個(gè)重要機(jī)制是心肌成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblasts，CFs）向肌成纖維細(xì)胞（myofibroblasts,MFs）的方向進(jìn)行分化［13］。鄒倩等［14］通過抑制Notch3 表達(dá)后的結(jié)果證實(shí)，CFs 向MFs 轉(zhuǎn)化明顯有所增強(qiáng)，α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-smooth muscle actin,α-SMA）表達(dá)增加；黃玉霞等［15］通過檢測CFs 過表達(dá)Notch3 后的細(xì)胞上清液，結(jié)果其中α-SMA 的表達(dá)和羥脯氨酸的含量均顯著減少，從而證明了過表達(dá)Notch3 能夠抑制CFs 向MFs 發(fā)生表型轉(zhuǎn)化。上述實(shí)驗(yàn)全面闡釋了Notch3 在心肌成纖維細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化中的作用，證明減少Notch3 的表達(dá)，可能在抑制心肌纖維化的過程中起到重要作用。Zhang 等［16］研究表明，Notch3 能夠通過抑制TGF-β1/Smad3 信號通路，改善心肌梗死后心肌纖維化，從而也證明了Notch3 是抗心肌纖維化的保護(hù)因素，但其保護(hù)機(jī)制尚不完全明確，需進(jìn)一步研究。而最新研究結(jié)果表明，Notch3 通過負(fù)向調(diào)控RhoA/ROCK/Hif1α 軸，對心臟成纖維細(xì)胞的增殖、凋亡及向肌成纖維細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化起到重要的調(diào)節(jié)作用，從而能夠有效地改善心肌梗死后心功能和心肌纖維化的嚴(yán)重程度［17］。這些發(fā)現(xiàn)對于進(jìn)一步了解心肌纖維化的發(fā)病機(jī)制和為將來治療提供新的思路具有重要意義。

2.2 Notch3 在肺動(dòng)脈高壓中的作用

肺動(dòng)脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是指由多種病因以及不同發(fā)病機(jī)制所導(dǎo)致的肺血管結(jié)構(gòu)或肺血管功能的改變，引起肺血管阻力和肺動(dòng)脈壓力升高的臨床和病理生理綜合征［18］。PAH 的病因包括基因變異、家族史、表觀遺傳變化、性激素水平、危險(xiǎn)因素（剪應(yīng)力、年齡、藥物）、心血管疾病、環(huán)境（缺氧、病毒感染）和營養(yǎng)因素［19-20］。

研究顯示，肺小動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞內(nèi)Notch3 的過度表達(dá)是人類肺動(dòng)脈高壓的主要特點(diǎn)；而無論是在人類還是鼠類，肺動(dòng)脈高壓的嚴(yán)重程度都與肺內(nèi)Notch 3 蛋白的數(shù)量有著密切的關(guān)系［21］。γ-促分泌酶阻斷平滑肌細(xì)胞的Notch 3 活性可以成功地治療小鼠肺高血壓［22］。這些結(jié)果都表明，Notch 3 信號通路參與調(diào)節(jié)了肺動(dòng)脈高壓的形成。無論是由于何種病因所導(dǎo)致的PAH，其基本病理基礎(chǔ)均為肺血管重構(gòu)，而且PAH 維持并迅速進(jìn)展的共同機(jī)制也是肺血管重構(gòu)［23］。肺血管重構(gòu)的兩個(gè)主要特征為肺血管細(xì)胞增殖和肺血管細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）重塑［24］。ECM 的主要降解酶為MMP-2/9，參與肺血管ECM 的重塑，在維持肺血管ECM 的合成和降解的動(dòng)態(tài)平衡中起到重要的作用［25］。張永紅等［24］實(shí)驗(yàn)證明，Notch3 可以提高野百合堿誘導(dǎo)的肺動(dòng)脈高壓大鼠肺血管ECM 重塑中MMP-2/9 的活性。Shimizu 等［26］采用細(xì)胞結(jié)合分析的方法，通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：Jagged 2 是Notch3 的配體，可以激活Notch3；常成等［27］研究證實(shí)，在野百合堿誘導(dǎo)的PAH 大鼠模型肺血管重構(gòu)中，Jagged 2/Notch3-Hes5 信號通路可能具有重要的作用。已證實(shí)Jagged 2 有激活Notch3 的作用［26］，但在此過程中，是否有其他的受體如：Notch1、Notch2、Notch4，其他的配體如：Delta1、3、4、Jagged 1，與Notch3 有交叉聯(lián)系，仍不清楚，尚需進(jìn)一步研究。最近，研究證實(shí)了這一交叉聯(lián)系的存在，在研究中發(fā)現(xiàn)，人類PAH 的特征是小肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中Notch 配體JAGGED-1（jagge 1）的過表達(dá)，jagge1 以自分泌的方式選擇性地控制Notch3 信號通路和細(xì)胞增殖。相反，Notch配體DELTA-LIKE4 在PAH 個(gè)體的小肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中呈最低程度表達(dá)，抑制Notch3 的裂解和信號傳導(dǎo)，延緩血管平滑肌細(xì)胞的增殖［26］。在兩種嚙齒動(dòng)物疾病模型中，抑制jagge1 誘導(dǎo)的Notch3 信號通路可逆轉(zhuǎn)臨床和病理性肺動(dòng)脈高壓，且無與非特異性Notch 抑制劑相關(guān)的毒副作用［26］。肺動(dòng)脈高壓是一種致命性的無法治愈的疾病，長期氧療對PAH患者低氧血癥的治療具有重大的意義，但由于慢性缺氧所導(dǎo)致的肺血管阻力進(jìn)行性升高和肺血管重構(gòu)仍是無法逆轉(zhuǎn)，患者預(yù)后仍然較差，選擇性靶向Notch3 的jagge1 激活可能是治療PAH 的一種有效、安全的策略［28］。

2.3 Notch3 在伴有皮質(zhì)下梗死和白質(zhì)腦病的常染色體顯性遺傳性腦動(dòng)脈病（CADASIL）中的作用

CADASIL 是一種常染色體顯性遺傳的小血管疾病［29-32］，多數(shù)呈家族性，少數(shù)呈散發(fā)性［33］。CADASIL 主要癥狀包括情感障礙、癡呆、偏頭痛等，少部分患者還會出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀［34］。

CADASIL 于1955 年首次以家族性Binswanger腦病被報(bào)道，1993 年被正式命名［35］，1996 年致病因素被確定為Notch3 基因突變［36］，2000 年國內(nèi)首個(gè)CADASIL 家系被報(bào)道出來［37］。Notch3 基因由33 個(gè)外顯子構(gòu)成，而已發(fā)現(xiàn)的CADASIL 的突變基因均出現(xiàn)在2～24 號外顯子中［38］，我國最常見的突變基因位于第3 號和第4 號外顯子，其次位于第11、12、13、14、18 號外顯子［39-40］。Notch3 受體蛋白結(jié)構(gòu)由胞內(nèi)域、跨膜域和胞外域（extracellular domains，ECD）三部分組成。包外域包含34 個(gè)富含半胱氨酸殘基的表皮生長因子樣重復(fù)序列（epidermal growth factor like-repeat，EGFR），目前已報(bào)道的Notch3 基因突變有200 多個(gè)，其中多數(shù)造成了EGFR 中出現(xiàn)奇數(shù)個(gè)半胱氨酸殘基，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的功能，導(dǎo)致小動(dòng)脈的病變［41］；同時(shí)改變半胱氨酸殘基的表達(dá)，還會導(dǎo)致細(xì)胞外間隙的嗜鋨顆粒（granular osomiophilic material，GOM）沉積，GOM 的沉積可通過皮膚活檢檢測出來［30］。因此，確診本病的金標(biāo)準(zhǔn)為Notch3 基因檢測和皮膚活檢［30,42］。迄今為止世界上共報(bào)道來自500 多個(gè)家系的200 多個(gè)突變［39］，隨著基因檢測技術(shù)的發(fā)展和推廣，越來越多導(dǎo)致CADASIL 的Notch3 基因新突變被發(fā)現(xiàn)［43］。目前尚無有效的治療CADASIL 的方法，但如果能盡早地明確診斷，從而采取合理而且有效的治療和干預(yù)手段，可有助于提高患者生活質(zhì)量。因此，現(xiàn)在臨床上已經(jīng)開始通過Notch3 基因檢測對高度懷疑CADASIL 的患者及其家系成員進(jìn)行篩查，這無形中為患者及其家人帶去了福音，減輕了社會負(fù)擔(dān)。

3 總結(jié)

Notch3 有可能參與了某些心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展的過程，并且在此過程中還扮演著舉足輕重的地位。但目前為止其具體的作用機(jī)制尚不完全明確，與其他信號通路的交叉聯(lián)系究竟是否存在，尚需深入研究。一方面，Notch3 基因突變導(dǎo)致了CADASIL，因此Notch3 可應(yīng)用于疾病的診斷；另一方面，Notch3 信號通路特異性藥物聯(lián)合靶向給藥可能會給心血管疾病的治療帶來革命性的變化，且副作用最小，這對于心血管系統(tǒng)疾病患者無疑是個(gè)巨大的好消息，需要科研工作者深入研究，為患者提供一個(gè)新的治療思路和更好的治療辦法。