Notch1 與 心 肌 重 構 關 系 的 研 究 進 展▲

袁雨培 唐其柱

(武漢大學人民醫(yī)院心內科，湖北省武漢市 430060，電子郵箱：yyp1992123@163.com)

【提要】 心肌重構是多種心臟疾病的最終共同通路，尋找有效的措施干預心肌重構具有重要的意義。Notch受體家族是一種高度保守的膜蛋白受體，廣泛表達于心臟組織，對心臟的發(fā)育具有重要作用。Notch受體家族中關于Notch1的研究最為廣泛，且已被證實可通過抗氧化、抗凋亡等多種方式參與心肌重構的發(fā)生發(fā)展。本文就Notch1與心肌重構關系的研究進展進行綜述，為臨床干預心肌重構提供方向。

心肌重構是指在內源或外源性因素影響下，正常心肌結構和功能的不斷調整。高血壓、心肌缺血、瓣膜病和心肌疾病等多種心血管疾病均可引起心肌重構，現(xiàn)已公認心肌重構是許多嚴重心血管疾病發(fā)展為心力衰竭的最后共同通路?！吨袊难懿蟾?018》[1]顯示，我國心血管疾病現(xiàn)患人數(shù)2.9億，其中高血壓病2.45億，心力衰竭450萬，且心力衰竭的發(fā)病率或將隨著中國社會人口老齡化進程的加快而持續(xù)增加。因此，研究心肌重構的發(fā)病基礎，尋找有效的干預措施遏制心肌重構，具有重大的意義。

心肌重構在功能學水平上表現(xiàn)為心肌舒張和收縮功能受損，在組織水平上表現(xiàn)為肌絲斷裂、排列紊亂，心肌膠原堆積增加，在細胞水平上表現(xiàn)為心肌細胞凋亡或肥大，成纖維細胞向肌成纖維細胞轉變等。目前，盡管已有學者圍繞著心肌重構進行了大量研究，但其具體機制仍不明確；細胞凋亡、炎癥、氧化應激、纖維化以及血管生成等過程被證明與心肌重構的發(fā)生密不可分[2-4]。近期有研究顯示，Notch家族蛋白可參與調節(jié)上述過程，可能對心肌重構的產生具有抑制作用[5]；而Notch1被證明是Notch受體家族中在心臟表達最多的受體[6]。本文就Notch1與心肌重構關系的研究進展進行綜述。

1 Notch家族概述

Notch受體家族是一種高度保守的膜蛋白受體，哺乳動物Notch家族包括4個成員：Notch1、Notch2、Notch3、Notch4。Notch由胞外亞基和跨膜亞基組成。胞外亞基包含39個串聯(lián)排列的表皮生長因子樣重復序列和3個Lin/Notch重復序列，負責Notch與配體的結合[7]。Notch前體蛋白被剪切后，轉運到細胞膜形成異二聚體成為成熟的Notch受體；當配體與Notch結合后，Notch蛋白再次被切割，釋放胞內結構域，胞內結構域轉入核內，與CSL轉錄因子相互作用，調控靶基因的表達，發(fā)揮生物學作用。此外，Notch受體家族還可通過非CSL依賴的方式激活多種信號通路。目前對Notch信號通路的研究涉及胚胎的發(fā)育、免疫系統(tǒng)功能調控、腫瘤的發(fā)生、神經(jīng)退行性變以及炎癥等病理生理過程。在心血管方面，Notch家族被證明對于心臟的發(fā)育至關重要，Notch信號的突變會導致心臟瓣膜、傳導系統(tǒng)甚至心室腔的發(fā)育異常，與多種先天性心臟病密切相關[8]。Notch在心臟發(fā)育中的重要性已被廣泛證明，但其對成人心臟的作用尚未被廣泛探討。

2 Notch1的表達與心肌重構

Notch1在新生兒的心臟中表達最高，隨著年齡的增長而逐漸降低。正常生理情況下，成年人心臟中Notch1表達較少[9]，而在缺血缺氧等應激條件下其表達量會相對增加[10]。也有研究顯示，在心肌梗死導致的心衰患者的心臟組織中，Notch1的表達在早期無明顯改變，但慢性期心肌缺血區(qū)的表達上升[11]。Notch1的改變在各種心肌重構動物模型中也被廣泛探究，其中大量研究顯示，壓力負荷、缺血、高糖、細胞毒性等造成的心肌重構模型中，相對于對照組動物，實驗組動物心肌中Notch1的表達明顯升高[9,12]。但也有研究觀察到不同結果：Yu等[13]構建的小鼠缺血/再灌注(ischemia-reperfusion，I/R)模型中，心臟中Notch1及其活性成分Notch1胞內結構域(Notch 1 intracellular domain,N1ICD)的表達均未見明顯上升；Zhang等[14]發(fā)現(xiàn)在高糖誘導的H9C2細胞的損傷過程中，N1ICD的表達降低；Thabassum等[15]在阿霉素介導的H9C2細胞損傷過程中，甚至觀察到隨著干預時間改變，Notch1出現(xiàn)先激活后抑制的情況。上述不同研究中Notch1的表達情況不同，原因可能是受不同的疾病模型的影響，同時也提示Notch1可能發(fā)揮了不同的作用，但其具體作用及機制還有待進一步探究。

3 Notch1在心肌重構中的作用

3.1 Notch1與細胞凋亡 心肌細胞凋亡是心肌重構的重要過程，可由機械應力、炎癥、氧化應激等原因引起；抑制炎癥細胞因子及活性氧的產生，進一步減少心肌細胞的凋亡已被證明可在一定程度上緩解心肌重構的進展。

研究顯示，激活Notch1可抑制I/R造成的大鼠心肌損害，減小心肌梗死面積，促進心功能好轉；在外源性給予Notch1裂解及活化關鍵酶γ-分泌酶的抑制劑DAPT后，Notch1活化被抑制，對抗I/R的作用消失；在H9C2細胞中，激活Notch1可提高細胞存活率，即Notch1通過減少細胞凋亡對心肌重構產生保護作用[16]。Du等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在構建小鼠心肌梗死模型3 d后，Notch1的活性成分N1ICD的表達較假手術組明顯增加；進一步激活Notch1后，心肌梗死引起的氧化應激被抑制，具體表現(xiàn)為心肌組織中的氧化應激標志物一氧化氮合酶及丙二醛表達降低，但抗氧化的超氧化物歧化酶及谷胱甘肽過氧化物酶表達升高；同時脫氧核苷酸末端轉移酶介導的dUTP 缺口末端標記(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling，TUNEL)陽性細胞減少，凋亡標志分子半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)3轉錄及表達水平降低；心肌梗死面積減少，心肌損傷標志物表達下降，心功能明顯好轉，且在使用抑制劑阻斷Notch1的激活后，氧化應激及細胞凋亡水平均升高，梗死面積增加。同樣地，Yu等[13]和Pei等[18]分別證明，激活的Notch1可通過降低心肌內氧化應激的水平和心肌細胞凋亡，抑制I/R損傷后心肌重構的發(fā)生。另外，Notch1還被證明可作為多種微小RNA激活的靶點，如微小RNA-29b和微小RNA-208a，它們均可通過激活Notch1，抑制I/R小鼠心臟氧化應激及凋亡的水平[19-20]。以上研究結果證明，Notch1可通過抑制氧化應激和細胞凋亡，發(fā)揮對抗心肌重構的作用，保護心功能。

另一方面，Yang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠心肌梗死后Notch1的表達明顯增加，且抑制Notch1的表達后，心肌梗死引起的心功能異常程度加重，梗死面積增加，巨噬細胞浸潤增加，促炎因子如白細胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、單核細胞趨化蛋白1及腫瘤壞死因子α轉錄水平增加，心肌細胞凋亡增加；進一步探討其作用機制發(fā)現(xiàn)，N1ICD可與LKB1結合，并進一步激活腺苷酸活化蛋白激酶，且在敲除腺苷酸活化蛋白激酶基因后Notch1抑制心臟炎癥和凋亡的作用均被抵消。即Notch1還可通過抑制心臟的炎癥，進一步減少心肌細胞凋亡，抑制心肌重構的發(fā)生。

3.2 Notch1與心肌纖維化 心肌纖維化已被公認是心肌重構發(fā)生的關鍵過程，心肌成纖維細胞增殖或分化成肌成纖維細胞，其可增加膠原蛋白合成，促使細胞外基質過度沉積導致的心肌纖維化，使心臟順應性降低，進一步影響心功能。

轉化生長因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)是心肌纖維化的重要調節(jié)因子，其水平升高會促進成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化，抑制其表達即可有效抑制纖維化的發(fā)生，改善心功能[22]。Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1明顯增加了肌成纖維細胞標志物的表達，促進成纖維細胞的增殖及I型膠原的分泌；但過表達N1ICD后這些過程均被抑制；進一步探討其作用機制發(fā)現(xiàn)，N1ICD可拮抗TGF-β1誘導的Smad3磷酸化，且N1ICD可直接與Smad3結合而發(fā)揮抑制纖維化的作用。由此證明，Notch1可通過拮抗TGF-β1/Smad信號通路抑制成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化。Notch1還被證明可被小檗堿和橙皮苷激活，抑制TGF-β1引起的平滑肌肌動蛋白、基質金屬蛋白酶1和基質金屬蛋白酶9的表達以及膠原的合成[24]。另外，在阿霉素誘導的斑馬魚心肌損傷重構模型中，給予Notch1激活劑丹皮酚后，可明顯減少阿霉素引起的膠原沉積，抑制心肌細胞肥大。體外凋亡研究中纖維化標志物纖維連接蛋白、結締組織生長因子、TGF-β1、肥厚標志物肌球蛋白重鏈7和凋亡標志物Caspase3/7的轉錄及表達可減少心肌重構的發(fā)生[15]。這提示Notch1可通過抑制心肌纖維化、心肌細胞肥大及凋亡來抑制阿霉素引起的心肌損傷，對心肌重構發(fā)揮保護作用。由此證明，Notch1激活可有效抑制成纖維細胞的增殖和分化，以及心肌纖維化相關標志物的表達，并通過減少心肌纖維化的發(fā)生來抑制心肌重構。

3.3 Notch1與血管生成 心臟在受到各種刺激后出現(xiàn)心肌重構的過程中，心肌組織需氧量增加，機體為維持供氧及心臟功能，須生成新的血管以增加局部血液循環(huán)，因此影響心臟內血管生成的因素也對心肌重構的發(fā)生具有重要影響。最新研究顯示，Notch1也具有促進心臟血管生成的作用。例如，Liu等[25]發(fā)現(xiàn)，Notch1激活后，心肌梗死大鼠缺血心肌灌注水平上升，缺血心肌體積減小，同時側支循環(huán)的血流量明顯增加；冠狀動脈側支微循環(huán)儲備血管數(shù)目減少，管腔直徑增大；心肌梗死面積減小，纖維化減少，射血分數(shù)及左室短軸縮短率增加。同樣地，Zhao等[11]的研究結果顯示Notch1激活可促進心臟組織中血管生成相關蛋白的表達增加，如堿性成纖維細胞生長因子和血管內皮生長因子，且與血管成熟密切相關的內皮細胞標志物CD31及血管平滑肌細胞標志物平滑肌肌動蛋白的表達同樣升高，即成熟血管密度升高。進一步利用正電子發(fā)射計算機斷層掃描檢測局部心肌血流發(fā)現(xiàn)，除血管生成增加外，心臟血流灌注也增加。以上研究證明，Notch1的激活還可能通過調節(jié)心臟內血管生成來對抗心肌重構。

Li等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在同型半胱氨酸刺激的心臟微血管內皮細胞損傷模型中，微小RNA-34a通過抑制Notch1的表達來增加微血管內皮細胞的凋亡，促進炎性細胞因子如IL-1β、IL-6的表達，降低與血管生成相關的血管內皮生長因子、堿性成纖維細胞生長因子以及人生長因子的表達。而Notch1的激活可抵消上述作用，這驗證了Notch1對血管形成的重要作用。

3.4 其他 Zhang等[27]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠激活的Notch1抑制凋亡相關基因的表達，可改善I/R引起的心功能下降；進一步探究發(fā)現(xiàn)，Notch1降低了蛋白激酶R樣內質網(wǎng)激酶和α亞基的真核起始因子2的磷酸化水平以及CCAAT增強子結合蛋白(CCAAT enhancer binding protein,C/EBP)同源蛋白的表達。它們都是內質網(wǎng)應激過程的關鍵酶，在糾正和重建內質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)揮關鍵作用。既往研究已證實，內質網(wǎng)應激是I/R損傷引起心肌重構的主要機制之一[28]，且C/EBP同源蛋白的激活是內質網(wǎng)應激誘導凋亡的主要途徑[29]。由此可見，Notch1的激活抑制了內質網(wǎng)應激的發(fā)生，減少了C/EBP同源蛋白通路誘導的心肌細胞的凋亡。在細胞實驗中得到相似的結果，Notch1過表達抑制了H9C2細胞的內質網(wǎng)應激反應，減少細胞凋亡；抑制劑阻斷Notch1的激活后，Notch1對I/R造成的H9C2細胞損傷的保護作用消失。即Notch1可通過抑制內質網(wǎng)應激的發(fā)生，減少細胞凋亡，改善心功能，對抗I/R引起的心肌重構[27]。Yu等[30]還發(fā)現(xiàn)Notch1/Hes1/蛋白激酶可降低心肌中硫氧還蛋白互作蛋白的表達，激活硫氧還蛋白系統(tǒng)，緩解高血糖及I/R引起的心肌細胞凋亡及氧化應激，進而緩解心肌損害及重構。另外，Notch1還可以通過影響線粒體發(fā)揮抑制心肌重構的作用。Zhou等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在原代大鼠心肌細胞中Notch1過表達可增加細胞的ATP生成和線粒體融合，減少線粒體分裂，抑制I/R導致的線粒體自噬，而敲除Notch1得到完全相反的結果。進一步研究證明，Notch1的這一作用是通過抑制Pink1/Mfn2/Parkin信號通路實現(xiàn)的。

4 小 結

Notch1作為心臟發(fā)育的重要成分，廣泛地參與體內多種生物活動，可通過抗氧化、抗炎、抗凋亡、抗纖維化、促血管生成等多種方式抑制各種原因導致的心肌重構。目前雖然有大量研究顯示其在抑制心肌重構中具有積極作用，但其具體作用和機制仍不十分清楚。臨床實踐中，其激動劑的有效性和安全性依然需要進一步研究評估。因此深入探究Notch1與心肌重構的關系，探尋相關的分子作用機制，早日發(fā)現(xiàn)組織選擇性或靶基因選擇性的Notch1激動劑對心血管疾病的防治具有深遠意義。