Notch3 在心血管系統(tǒng)疾病中的研究進展

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因素持續(xù)流行的雙重壓力，心血管疾病的負擔將持續(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 介入的機制，探索潛在的治療靶點，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)分子和效應物等組成的［2］。哺乳動物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，通過兩個相鄰細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）進入到胞質(zhì)，并且進入到細胞核，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)錄激活復合體，從而通過該復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)吞作用進入細胞內(nèi)。Notch 受體在細胞內(nèi)的多泡體中進行S3 裂解，釋放NICD 進入細胞質(zhì)，并進入細胞核，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 表達于平滑肌細胞［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)，血管平滑肌細胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）衍生的Notch3 信號通路是主動脈高肌化和血管開放喪失的關鍵中介［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 生長的機會，并以最小的副作用治療心血管疾?。?］。本文通過查閱大量文獻主要就Notch3 在心血管系統(tǒng)疾病中的研究進展進行綜述。

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；還會導致多種心臟功能失調(diào)性疾病，例如：冠狀動脈儲備下降、心律失常、心肌電生理紊亂，甚至會導致猝死等［9］。由于心肌纖維化的嚴重不良后果，尋找病因一直是科學家多年來關注的熱點。

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］通過實驗發(fā)現(xiàn)，過表達小鼠肺成纖維細胞Notch1 蛋白后，肺成纖維細胞轉(zhuǎn)化成肌成纖維細胞有所增加；Bielesz 等［11］通過藥理學、遺傳、體內(nèi)和體外實驗表明，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入大家的視野。心肌纖維化過程中的一個重要機制是心肌成纖維細胞（cardiac fibroblasts，CFs）向肌成纖維細胞（myofibroblasts,MFs）的方向進行分化［13］。鄒倩等［14］通過抑制Notch3 表達后的結(jié)果證實，CFs 向MFs 轉(zhuǎn)化明顯有所增強，α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin,α-SMA）表達增加；黃玉霞等［15］通過檢測CFs 過表達Notch3 后的細胞上清液，結(jié)果其中α-SMA 的表達和羥脯氨酸的含量均顯著減少，從而證明了過表達Notch3 能夠抑制CFs 向MFs 發(fā)生表型轉(zhuǎn)化。上述實驗全面闡釋了Notch3 在心肌成纖維細胞表型轉(zhuǎn)化中的作用，證明減少Notch3 的表達，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因素，但其保護機制尚不完全明確，需進一步研究。而最新研究結(jié)果表明，Notch3 通過負向調(diào)控RhoA/ROCK/Hif1α 軸，對心臟成纖維細胞的增殖、凋亡及向肌成纖維細胞的表型轉(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重程度［17］。這些發(fā)現(xiàn)對于進一步了解心肌纖維化的發(fā)病機制和為將來治療提供新的思路具有重要意義。

2.2 Notch3 在肺動脈高壓中的作用

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是指由多種病因以及不同發(fā)病機制所導致的肺血管結(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、危險因素（剪應力、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，肺小動脈平滑肌細胞內(nèi)Notch3 的過度表達是人類肺動脈高壓的主要特點；而無論是在人類還是鼠類，肺動脈高壓的嚴重程度都與肺內(nèi)Notch 3 蛋白的數(shù)量有著密切的關系［21］。γ-促分泌酶阻斷平滑肌細胞的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)了肺動脈高壓的形成。無論是由于何種病因所導致的PAH，其基本病理基礎均為肺血管重構(gòu)，而且PAH 維持并迅速進展的共同機制也是肺血管重構(gòu)［23］。肺血管重構(gòu)的兩個主要特征為肺血管細胞增殖和肺血管細胞外基質(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 的合成和降解的動態(tài)平衡中起到重要的作用［25］。張永紅等［24］實驗證明，Notch3 可以提高野百合堿誘導的肺動脈高壓大鼠肺血管ECM 重塑中MMP-2/9 的活性。Shimizu 等［26］采用細胞結(jié)合分析的方法，通過實驗得出結(jié)論：Jagged 2 是Notch3 的配體，可以激活Notch3；常成等［27］研究證實，在野百合堿誘導的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，尚需進一步研究。最近，研究證實了這一交叉聯(lián)系的存在，在研究中發(fā)現(xiàn)，人類PAH 的特征是小肺動脈平滑肌細胞中Notch 配體JAGGED-1（jagge 1）的過表達，jagge1 以自分泌的方式選擇性地控制Notch3 信號通路和細胞增殖。相反，Notch配體DELTA-LIKE4 在PAH 個體的小肺動脈平滑肌細胞中呈最低程度表達，抑制Notch3 的裂解和信號傳導，延緩血管平滑肌細胞的增殖［26］。在兩種嚙齒動物疾病模型中，抑制jagge1 誘導的Notch3 信號通路可逆轉(zhuǎn)臨床和病理性肺動脈高壓，且無與非特異性Notch 抑制劑相關的毒副作用［26］。肺動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致的肺血管阻力進行性升高和肺血管重構(gòu)仍是無法逆轉(zhuǎn)，患者預后仍然較差，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脈?。–ADASIL）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CADASIL 家系被報道出來［37］。Notch3 基因由33 個外顯子構(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 個富含半胱氨酸殘基的表皮生長因子樣重復序列（epidermal growth factor like-repeat，EGFR），目前已報道的Notch3 基因突變有200 多個，其中多數(shù)造成了EGFR 中出現(xiàn)奇數(shù)個半胱氨酸殘基，進而影響蛋白質(zhì)的功能，導致小動脈的病變［41］；同時改變半胱氨酸殘基的表達，還會導致細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，確診本病的金標準為Notch3 基因檢測和皮膚活檢［30,42］。迄今為止世界上共報道來自500 多個家系的200 多個突變［39］，隨著基因檢測技術(shù)的發(fā)展和推廣，越來越多導致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，減輕了社會負擔。

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 基因突變導致了CADASIL，因此Notch3 可應用于疾病的診斷；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)疾病患者無疑是個巨大的好消息，需要科研工作者深入研究，為患者提供一個新的治療思路和更好的治療辦法。