Notch信號和核因子-κB信號通路與心肌梗死后心室重構之間關系的研究進展

晉金蘭綜述，韋建瑞審校

Notch信號和核因子-κB信號通路與心肌梗死后心室重構之間關系的研究進展

晉金蘭綜述，韋建瑞審校

心室重構是急性心肌梗死進展為心力衰竭的重要原因，如何預防和（或）逆轉心肌梗死后心室重構是心力衰竭防治的熱點問題，但目前心室重構發病機制仍未徹底闡明。Notch信號和核因子-κB信號與心肌梗死后心室重構關系密切。本文就這兩個信號通路與心室重構之間關系的研究進展做一綜述。

Notch信號；核因子-κB信號；心室重構

急性心肌梗死后發生的心室重構是導致該類患者進展為心力衰竭（心衰）的重要原因，心衰患者的5年死亡率接近50%。尋找有效預防和（或）逆轉心室重構的方法對于心衰的防治具有十分重要的意義，并且成為近年來心血管研究領域的熱點問題[1,2]。Notch信號通路在心血管系統的發生、發育、生理和病理過程中發揮重要作用。近年研究發現，這一信號通路在心室重構過程中發揮調控作用。核因子-κB（NF-κB）是一種具有轉錄調節作用的序列特異性脫氧核糖核酸結合蛋白，它有多向調節功能，廣泛參與多個基因的轉錄調控。最近研究提示，NF-κB信號通路也在心室重構過程中起重要作用。本文就Notch信號和NF-κB信號通路在心肌梗死后心室重構中的作用及相互關系的研究進展做一綜述。

1 Notch信號通路簡述

1917年Morgan報道了一個果蠅突變體，因其翅膀邊緣出現缺刻而得名“notch”[3]。20世紀80年代，Young[4]和Wharton[5]實驗室各自獨立發現了Notch基因及其編碼的蛋白質。隨后的研究表明，Notch基因從無脊椎動物到哺乳動物等多個物種廣泛表達，是一個進化上高度保守的跨膜受體蛋白家族。

Notch信號通路由Notch受體、Notch配體和核效應物三部分組成。在哺乳動物中共發現4類Notch受體，分別是Notch1、Notch2、Notch3和Notch4，配體有Jagged1、Jagged2、Delta-like 1、Delta-like 3和Delta-like 4五種。當配體與Notch胞外區結合以后，釋放可溶性的Notch信號胞內部分（NICD）。NICD被轉移至細胞核內，活化Notch信號的初級效應分子CSL[即脊椎動物中的CBF1、果蠅中的Su（H）及線蟲中的Lag-1等轉錄因子的縮寫]，進而激活相關基因的表達。

2 Notch信號通路與心肌梗死后心室重構之間關系的研究

Notch受體在心血管系統有表達[6]。小鼠胚胎發育第11天時Notch1已在心臟開始表達，這種表達在胚胎12周時達到高峰。Notch2和Notch3表達與Notch1相似。Notch4在心臟中的表達在胚胎2周時達到最高峰。JAG1的表達相對比較恒定。Notch1在流出道、房室管、室壁小梁以及心外膜表達，在心房和心室肌致密層不表達。Notch2在小鼠交配后12.5天不表達，但是在房室管、肺動脈和主動脈表達。Notch3在肺動脈和主動脈表達，Notch4在主動脈內皮層表達。Notch信號對于室壁小梁心肌細胞的增殖和分化起著非常關鍵的作用[7]。

我們對于Notch信號下游的效應基因（靶基因）所知甚少[8]，眾所周知的靶基因包括Hes和Hey家族的轉錄因子[9]。在Hes家族中，目前知道只有Hes1、Hes5、Hes7受到Notch信號通路的調節。在Hey家族中，目前只有Hey1、Hey2和HeyL受到Notch信號通路的調節。原位雜交表明，Hey2主要在心肌致密層表達。

最近研究發現，Notch信號在心衰的發生過程中也起著重要作用。研究表明，乳鼠心肌細胞上表達有Notch信號受體Notch1和配體Jagged1，隨著年齡增長，Notch1的表達逐漸減弱[10]。在小鼠心衰模型心肌細胞上Notch1及Jagged1 的表達水平增加，而敲除了Notch1基因的小鼠心衰模型心臟肥大反應加劇、心肌細胞纖維化程度增加、心功能下降、心肌細胞死亡率增加，提示Notch1信號對小鼠心衰模型的心臟具有保護作用。在心肌梗死組織上，Notch信號通路下游效應物Hes1表達升高，研究表明心肌梗死后注射攜帶有Notch1

受體胞內段基因（NICD1）的腺病毒可改善心臟的血液動力學，提示心肌損傷后Notch基因的重新表達是繼發于心肌損傷后的一種適應性反應，Notch1限制了非心肌梗死區域心肌細胞肥大反應，并且與存活心肌細胞修復再生密切相關[11]。

為了進一步揭示Notch1信號通路在心肌梗死后心衰發病機制中的作用，有學者進行了深入研究。2008年Gude等[11]的研究顯示，用心肌梗死組織或肝細胞生長因子處理體外培養的心肌細胞可上調心肌細胞上Hes1和Akt的表達。2011年Li等[12]發現，半合缺失Notch1基因（N1±）的小鼠心肌梗死面積較對照組大，心臟功能惡化。將N1±小鼠的骨髓間充質細胞移植給野生型小鼠，與將野生型小鼠的骨髓間充質細胞進行自身移植相比，心肌梗死面積增大，心臟功能惡化，心肌梗死邊緣區新生血管的數量減少，而將野生小鼠的骨髓間充質細胞移植給N1±小鼠會改善心臟損傷；與野生型小鼠的骨髓間充質細胞相比，注射N1±小鼠的間充質細胞進入心肌梗死區心肌組織會導致損傷心肌增加，而注射過表達NICD的間充質細胞則可減少心肌梗死面積和改善心臟功能。2013年You等[13]發現，通過激活DLL4/ Notch1信號通路，奧美沙坦可改善主動脈縮窄術所致慢性壓力負荷過重小鼠模型的心室重構，從而改善其心功能。2014年Merino等[14]發現，移植多能干細胞可通過上調Notch1、Hes1的表達改善阿霉素在治療過程中引起的心室重構副作用，從而改善心功能。上述研究從不同角度證實了Notch信號在心肌梗死后心室重構過程中起重要作用，并推測Notch1信號的激活可能是心肌細胞對損傷的一種適應性反應，在心肌梗死后心室重構過程中起保護心臟的作用，具體機制有待進一步研究。

人們除了對Notch1信號進行了深入研究外，還對Notch信號的其他成員在心衰過程中的表達變化也進行了研究。2010年?ie等[15]在實驗中檢測到大鼠心肌細胞上主要表達Notch3受體和Notch4受體，在大鼠慢性心衰模型心肌細胞上，Notch3、Notch4、NICD3及NICD4的表達水平均升高，說明心衰時Notch信號被激活。此實驗結果也提示，Notch信號可能在心肌梗死后心室重構過程中起重要作用，但該研究并未闡明Notch3和Notch4在心衰時心肌細胞中表達的意義。目前關于其他Notch信號受體及配體是否也在心肌梗死后心室重構過程中起作用尚不清楚。此外，2011年Sassoli等[16]將離體乳鼠心肌細胞與間充質干細胞共培養發現，心肌細胞上Notch1受體被鄰近間充質干細胞上的Jagged1配體激活后，心肌細胞的增殖能力增強。

3 核因子-κB信號通路簡述

NF-κB是廣泛存在于細胞內的一種具有多向性調節作用的轉錄因子，廣泛參與多個基因的轉錄調控。NF-κB 家族中有5個成員，包括NF-κB1（P50/P105）、NF-κB2（P52/ P100）、RelA（P65）、RelB和c-Rel。P50和P65亞基在細胞中廣泛存在，RelB僅在胸腺和淋巴結中表達，而c-Rel僅在造血細胞和淋巴細胞中表達。NF-κB以二聚體形式廣泛存在于各種組織細胞漿中。通常所說的NF-κB蛋白是指P65和P50亞基形成的NF-κB1二聚體蛋白及RelB和P52亞基形成的NF-κB2二聚體蛋白。靜息狀態下，NF-κB以同源或異源二聚體形式與其天然的阻遏蛋白IκB結合，以無活性狀態存在于細胞漿。當細胞受到外源性刺激如腫瘤壞死因子-α和白細胞介素-1等細胞因子刺激時，引起一系列酶促反應，導致IκB經磷酸化、泛素化和蛋白酶途徑降解，導致NF-κB-IκB復合物解體，此時NF-κB得以活化，借助于被暴露出來的核定位信號發生“核易位”進入細胞核，在細胞核內與靶基因的特異序列相結合，發揮其轉錄調節作用。目前已發現它可調節200多種靶基因的表達，大多數參與宿主的免疫和炎癥反應。

4 核因子-κB信號通路與心肌梗死后心室重構之間關系的研究

近年來研究表明，NF-κB信號通路參與心血管病的病理生理過程。1996年，人動脈粥樣硬化斑塊中首次被證實存在 NF-κB的激活，說明NF-κB 在動脈粥樣硬化的炎癥反應、免疫應答及細胞增生中起重要作用。此后大量研究表明，NF-κB信號與心臟的多種病理狀態有關[17]，包括缺血再灌注損傷、細胞凋亡等病理生理過程。

最近研究發現，NF-κB信號通路在心室重構過程中起重要作用。研究發現，在因心肌缺血或擴張型心肌病導致心衰的患者移植換下來的心臟和大鼠心衰模型的心肌細胞上，NF-κB都明顯被激活[18]。Frantz等[19]發現，敲除NF-κB亞單位P50/NF-κB1的小鼠在心肌梗死后8周時，心室膨脹程度較對照組輕，并且保留了心室的收縮性能，心臟的膠原含量、基質金屬蛋白酶（MMP）-9的表達均較低，據此他們認為，NF-κB亞單位P50的缺乏可改善心肌梗死后心衰。Onai等[20]在實驗中給大鼠心肌梗死模型腹腔注射新型IκB磷酸化抑制劑IMD-0354來抑制NF-κB信號通路，28天后，與對照組相比，腹腔注射了IMD-0354的大鼠組心肌梗死面積與對照組相比雖無明顯差異，但其心室重構和左室舒張功能得到改善，非心肌梗死區心肌纖維化、巨噬細胞聚集和β1轉化生長因子、單核細胞趨化蛋白1、MMP-9、MMP-2受到顯著抑制。此研究結果提示，NF-κB受抑制時，可能通過減輕前炎癥反應以及調節細胞外基質阻止心肌梗死后心室重構的惡化。Trescher等[21]也發現，抑制NF-κB信號通路可減輕心肌梗死后細胞外基質重塑，其機制可能與MMP-2、MMP-9表達降低及基質金屬蛋白酶組織抑制劑（TIMP）-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4表達升高有關。另有研究發現，阻斷NF-κB信號通路可降低小鼠心肌梗死模型心臟破裂發生率，改善心功能從而提高存活率[22]。Sarman等[17]發現，當NF-κB信號通路受到抑制時，因血管緊張素Ⅱ誘導而增加的SD大鼠左心室重量/體重比值、平均左心室壁厚度和心肌細胞橫斷面積均顯著降低，同時NF-κB信號通路抑制劑吡咯烷二硫代氨基甲酸鹽可對抗血管緊張素Ⅱ誘導的心肌細胞凋亡和間質細胞纖維化，降低心臟膠原蛋白Ⅰ基因的表達。上述研究結果均提示，NF-κB信號通路在心肌梗死后心室重構過程中確實起重要作用，抑制NF-κB信號通路有望成為心衰防治的新靶點。

5 Notch信號通路與核因子-κB信號通路的相互關系

研究表明，Notch信號通路與NF-κB信號通路之間存在密切關系[23]。一方面，Notch信號對NF-κB信號存在調節作用。Notch1可上調鼠骨髓造血前體細胞中P50、P65、RelB、c-Rel等亞基的表達[24]。通過這一效應，Notch1調控脂多糖誘導的B細胞增殖及粒細胞—巨噬細胞集落刺激因子誘導的樹突狀細胞增殖。在人宮頸癌細胞上，Notch1可

與IKK信號復合體相互作用刺激NF-κB活化[25]。Oakley等[26]在肝臟星形細胞中發現，未與NICD結合的CSL作為IκB a的表達抑制物而存在，因此，NICD進入細胞核并與CSL結合后對IκB a的表達抑制作用降低，從而起到降低NF-κB活性的作用。Curry等[27]的研究結果亦提示，Notch信號對NF-κB活性具有抑制作用。另一方面，NF-κB信號對Notch信號亦存在調節作用。在B細胞中，NF-κB可上調Notch信號配體Jagged1的轉錄[19]，在發育中的B細胞上，NF-κB可刺激Notch信號作用靶基因Hes5和Deltex-1的表達[28]。近期Quillard等[29]發現，腫瘤壞死因子-α可下調動脈內皮細胞上Notch2受體和Notch4受體的表達，當NF-κB信號通路受到抑制時，這一效應不再出現。由此可見，Notch信號通路和NF-κB信號通路存在多個水平上的串話關系，在不同的組織器官中，兩個信號通路的相互作用亦不相同。

6 存在的問題及展望

雖然已有實驗研究提示，Notch信號通路和NF-κB信號通路在心肌梗死后心室重構過程中起重要作用，但具體作用機制目前尚未完全闡明。根據前人的研究成果，我們知道Notch信號通路和NF-κB信號通路在多個水平上存在密切關系，而關于心衰時心肌細胞上這兩個信號通路之間相互關系的研究罕有報道。從Notch信號通路和NF-κB信號通路之間的相互作用為切入點，研究它們在心肌梗死后心室重構中的作用及機制，探索它們在預測心肌梗死后心衰和心衰干預治療的臨床和基礎研究中的作用，有望為預防和（或）逆轉心室重構提供一個潛在的新靶點。

[1] 楊躍進. 應當重視急性心肌梗塞左心室重構的防治. 中國循環雜志, 2000, 15: 323-324.

[2] 崔貞玉, 韓素霞, 馮磊, 等. 氯沙坦影響大鼠心肌梗死后心室重構的機制研究. 中國循環雜志, 2014, 29: 629-633.

[3] 甄一松, 王曉建, 惠汝太. 心肌肥厚和擴張型心肌病中的Notch信號通路. 中國分子心臟病學雜志, 2010, 10: 370-373.

[4] Kidd S, Kelley MR, Young MW. Sequence of the notch locus of Drosophila melanogaster: relationship of the encoded protein to mammalian clotting and growth factors. Mol Cell Biol, 1986, 6: 3094-3108.

[5] Wharton KA, Johansen KM, Xu T, et al. Nucleotide sequence from the neurogenic locus notch implies a gene product that shares homology with proteins containing EGF-like repeats. Cell, 1985, 43: 567-581.

[6] Loomes KM, Taichman DB, Glover CL, et al. Characterization of Notch receptor expression in the developing mammalian heart and liver. Am J Med Genet, 2002, 112: 181-189.

[7] Grego-Bessa J, Luna-Zurita L, del Monte G, et al. Notch signaling is essential for ventricular chamber development. Dev Cell, 2007, 12: 415-429.

[8] High FA, Epstein JA. The multifaceted role of Notch in cardiac development and disease. Nat Rve Genet, 2008, 9: 49-61.

[9] Iso T, Kedes L, Hamamori Y. HES and HERP families: multiple effectors of the Notch signaling pathway. J Cell Physiol, 2003, 194: 237-255.

[10] Collesi C, Zentilin L, Sinagra G, et al. Notch1 signaling stimulates proliferation of immature cardiomyocytes. J Cell Biol, 2008, 183:117-128.

[11] Gude NA, Emmanuel G, Wu W, et al. Activation of Notch-mediated protective signaling in the myocardium. Circ Res, 2008, 102: 1025-1035.

[12] Li Y, Hiro Y, Ngoy S, et al. Notch1 in bone marrow-derived cells mediates cardiac repair after myocardial infarction. Circulation, 2011, 123: 866-876.

[13] You J, Wu J, Jiang G, et al. Olmesartan attenuates cardiac remodeling through DLL4/Notch1 pathway activation in pressure overload mice. J Cardiovasc Pharmacol, 2013, 61: 142-151.

[14] Merino H, Singla DK. Notch-1 mediated cardiac protection following embryonic and induced pluripotent stem cell transplantation in doxorubicin-induced heart failure. PLoS One, 2014, 9: e101024.

[15] ?ie E, Sandberg WJ, Ahmed MS, et al. Activation of Notch signaling in cardiomyocytes during post-infarction remodeling. Scand Cardiovasc J, 2010, 44: 359-366.

[16] Sassoli C, Pini A, Mazzanti B, et al. Mesenchymal stromal cells affect cardiomyocyte growth through juxtacrine Notch-1/Jagged-1 signaling and paracrine mechanisms: clues for cardiac regeneration. J Mol Cell Cardiol, 2011, 51: 399-408.

[17] Sarman B, Skoumal R, Leskinen H, et al. Nuclear factor-kappaB signaling contributes to severe, but not moderate, angiotensin II-induced left ventricular remodeling. J Hypertens, 2007, 25: 1927-1939.

[18] Frantz S, Fraccarollo D, Wagner H, et al. Sustained activation of nuclear factor kappa B and activator protein 1 in chronic heart failure. Cardiovasc Res, 2003, 57: 749-756.

[19] Frantz S, Hu K, Bayer B, et al. Absence of NF-kappaB subunit p50 improves heart failure after myocardial infraction. FASEB J, 2006, 20: 1918-1920.

[20] Onai Y, Suzuki J, Maejima Y, et al. Inhibition of NF-{kappa}B improves left ventricular remodeling and cardiac dysfunction after myocardial infraction. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2007, 292: 530-538.

[21] Trescher K, Bernecker O, Fellner B, et al. Inflammation and postinfarct remodeling: overexpression of IkappaB prevents ventricular dilation via increasing TIMP levels. Cardiovasc Res, 2006, 69: 746-754.

[22] Kawano S, Kubato T, Monden Y, et al. Blockade of NF-κB improves cardiac function and survival after myocardial infraction. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2006, 291: 1337-1344.

[23] 謝蒼桑, 林玲. Notch與NF-κB信號通路串話的研究進展. 福建醫藥雜志, 2009, 31: 89-91.

[24] Cheng P, Zlobin A, Volgina V, et al. Notch-1 regulates NF-kappaB activity in hemopoietic progenitor cells. J Immunol, 2001, 167: 4458-4467.

[25] Song LL, Peng Y, Yun J, et al. Notch-1 associates with IKKalpha and regulates IKK activity in cervical cancer cells. Oncogene, 2008, 27: 5833-5844.

[26] Oakley F, Mann J, Ruddell RG, et al. Basal expression of IkappaBalpha is controlled by the mammalian transcriptional repressor RBP-J（CBF1）and its activator Notch1. J Biol Chem, 2003, 278: 24359-24370.

[27] Curry CL, Reed LL, Broude E, et al. Notch inhibition in Kaposi’s sarcoma tumor cells leads to mitotic catastrophe through nuclear factor-kappaB signaling. Mol Cancer Ther, 2007, 6: 1983-1992.

[28] Moran ST, Cariappa A, Liu H, et al. Synergism between NF-kappa B1/p50 and Notch2 during the development of marginal zone B lymphocytes. J Immunol, 2007, 179: 195-200.

[29] Quillard T, Devalliere J, Coupel S, et al. Inflammation dysregulates Notch signaling in endothelial cells: implication of Notch2 and Notch4 to endothelial dysfunction. Biochem Pharmacol, 2010, 80: 2032-2041

.

2015-03-02）

（編輯：朱柳媛）

廣東省建設中醫藥強省科研課題（20141217）；廣東省醫學科研基金項目（B2012034）；廣州市醫藥衛生科技項目（20151A011015）；廣州市醫藥衛生科技項目（20141A011019）

510220 廣東省廣州市，暨南大學醫學院第四附屬醫院 廣州市紅十字會醫院

晉金蘭 副主任醫師 博士 研究方向為心室重構發病機制研究 Email：jinjinlan@163.com 通訊作者：韋建瑞 Email：jianruiw@163.com

R54

A

1000-3614（2015）07-0718-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2015.07.026