Notch信号通路与血管发育Word文档格式.docx

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　　Notch信号通路是进化中高度保守的信号转导通路,其调控细胞增殖、分化和凋亡的功能涉及几乎所有组织和器官［1］。

哺乳动物中有4个notch基因,编码4种Notch受体（Notch1,2,3,4）。

Notch前体蛋白经内质网O岩藻糖基转移酶（POFUT1）作用后,在高尔基体中被Furin蛋白酶裂解成两部份,二者通过非共价键相连,形成细胞表面的异二聚体受体。

胞外结构域（NECD）含29～36个EGF样重复序列（EGFlikerepeats）和3个富含半胱氨酸的Notch/LIN12重复序列（Notch/LIN12repeats）,其中,EGF样重复序列是配体结合所必需的,而Notch/LIN12重复序列与抑制配体非依托的Notch信号活化有关。

胞内结构域（NICD）要紧由核定位信号序列（NLS）,6个串联的富含天冬酰胺的锚蛋白重复序列（tandemankyrinrepeats）和羧基端的PEST序列组成,其中锚蛋白重复序列介导胞内结构域与下游信号分子结合,PEST序列有助于加速蛋白水解酶对NICD的降解。

　　目前在哺乳动物发觉5种Notch配体,别离为Deltalike一、3、4（Dll一、3、4）和Jagged一、2（与果蝇Serrate/Lag2蛋白同源）,亦可被一起称为DSL（Delta/Serrate/Lag2）。

该配体的胞外部份由氨基端的DSL结构域和下游数量可变的EGF样重复序列组成,DSL结构域要紧介导与受体的结合,该结构域的泛素化是Notch配体活化的关键步骤,这一进程需要E3泛素连接酶Mindbomb（Mib）的催化。

另外,泛素结合蛋白Epsin的活性是泛素化DSL发生胞吞作用,进而激活Notch所必需的。

　　Notch信号的活化需要细胞间的直接接触。

当配体与受体结合后,激活金属蛋白酶家族的肿瘤坏死因子α转换酶（TACE）,TACE切去受体的大部份NECD,由此引发胞内结构域构象转变,使之易受γsecretase/Presenilins作用发生第二次剪切,最终释放NICD,NICD随即转移至核内,与DNA结合蛋白RBPJ（又名CSL,即哺乳动物中CBF一、果蝇中Su（H）、线虫中LAG1的合称）结合。

RBPJ与NICD结合之前为转录抑制因子,结合NICD以后,RBPJ召募共激活分子,进而启动Notch靶基因的转录。

目前已知的Notch靶基因多为编码碱性螺旋环螺旋家族转录因子的基因,包括Hes（Hairy/EnhancerofSplit）和Hey（Hesrelatedprotein）。

这些转录因子能够进一步伐控下游分子的表达［1］。

另外,Notch信号通路还存在一条不依托RBPJ的途径,这可能与细胞膜上另一类Notch受体,即由未经剪切的完整Notch前体蛋白组成的受体有关［2］。

　　2血管发育

　　胚胎发育初期分化显现成血管细胞（angioblasts）,即内皮前体细胞（endothelialprecursorcells,EPCs）,融合后形成低级毛细血管丛,这一进程称为血管发生（vasculogenesis）。

随着发育的进行,低级毛细血管丛改建为由不同品级的动静脉及毛细血管组成的血管网,这一进程即为血管形成（angiogenesis）。

血管形成起始于一部份内皮细胞的极性改变,伸出丝状伪足,取得迁移及侵袭能力。

这些细胞被称为尖端细胞（tipcell）,而其相邻的内皮细胞不发生此类转变。

尖端细胞位于新生血管的最前端,其丝状伪足向前伸展,能够充分同意周围组织中各类生长因子的信号,尤其是血管内皮生长因子A（VEGFA）［3］,并受到周细胞（pericyte）的接触抑制及部份细胞外基质蛋白的调控。

同时,尖端细胞产生血小板源性生长因子（PDGF）,为新生血管召募更多周细胞,最终形成结构完整的血管［4］。

尖端细胞伪足的伸展为血管新生指示了方向,而真正形成结构完整功能健全的血管那么需要管腔化（tubulogenesis）进程。

以小鼠视网膜血管为模型的研究提示:

尖端细胞伪足间的彼此接触及随即发生的胞体间的接触有可能形成一个桥样结构,在这一结构中尖端细胞失去原有的特性,形成连通的管道。

组成管道壁的内皮细胞被称为茎细胞（stalkcell）,紧邻尖端细胞位于其后方,能够进行增殖,促使血管芽及血管网的延长［5］。

　　3Notch信号通路与血管发生

　　Notch信号与动静脉分化既往以为,内皮细胞的动静脉分化依托血流物理学特性的调剂。

最近研究却说明,血管内皮细胞的分化要紧受Notch信号调控,内皮细胞在有血流灌注之前即已形成其动静脉分化特点［6］。

Lawson等的研究说明:

斑马鱼mindbomb基因的功能缺失突变抑制动静脉分化,表现为动脉标记物EphrinB2在动脉内皮细胞中表达缺失。

EphrinB2是一种相对分子质量较小的跨膜蛋白,其受体EphB4为酪氨酸激酶受体,通常作为静脉标记物仅表达于静脉系统,而在mindbomb突变体的动脉内皮中却发觉了EphB4的异位表达。

反之,mindbomb在静脉中的过度活化致使ephB4的表达下调。

形态学研究发觉,mindbomb突变体存在明显动静脉畸形［7］。

斑马鱼gridlock基因的功能缺失突变也能致使类似的转变,gridlock与哺乳动物hey2同源［8］。

由于gridlock基因仅抑制静脉标记物的表达,而并未增加动脉标记物的表达,提示gridlock的功能在于抑制静脉分化,而非增进动脉分化。

在小鼠中,Notch信号通路也被证明为调控动静脉分化的要紧通路。

Notch通路中某些分子（如Rbpsuh,Hey1,Hey2）的功能缺失突变,将致使出血,背主动脉发育缺点及动脉标志物的表达减少。

类似的表现可见于敲除O岩藻糖基转移酶、Dll4或Jagged1基因的小鼠［9］。

　　Notch信号与尖端细胞Notch信号通路在尖端细胞的选择中起重要作用。

Dll4在新生血管尖端有较高活性。

尽管多数Dll4突变型个体在胚胎期即已死亡,少数存活的个体却表现出内皮细胞过度增生,血管分支数量增多,血管密度明显升高,尖端细胞标志物血小板源性生长因子b（Pdgfb）和神经生长因子受体（Netrinreceptor,Unc5b）上调。

应用重组可溶性Dll4/Fc蛋白或Dll4mAb封锁Dll4分子,或应用γsecretase抑制剂DAPT抑制NICD形成也能够产生类似结果［10,11］。

在Rbpsuh水平阻断Notch信号的活化也能够致使尖端细胞数量增多,新生血管显现异样分支,同时,实时影像研究显示,生长中的斑马鱼体节间血管表现出增强的伸展行为［12］。

上述研究提示,Dll4Notch通路能够抑制尖端细胞的形成,从而减少由尖端细胞引导的血管分支的产生。

　　为了进一步了解Notch信号对尖端细胞结构功能的阻碍,应用三维体外细胞培育系统的研究说明,活化的Dll4Notch信号能够抑制VEGFA诱导的内皮出芽［13］。

在过表达Dll4的实验性肿瘤中,瘤体血流灌注良好,血管分支及内皮细胞增生减少［14］。

以上研究结果提示,在血管发生进程中,新生血管尖端的缺氧环境及VEGFA诱导一部份内皮细胞表达Dll4,Dll4作用于相邻内皮细胞膜上的Notch受体,通过下调VEGFAR的表达维持此类细胞的静止状态,而表达Dll4的细胞那么取得尖端细胞的特性,形成丝状伪足进一步同意更多VEGFA信号,并引导新生血管沿VEGFA浓度梯度生长。

Dll4与Notch协同作用保证血管发生适度而有序的进行。

Notch信号在新生血管管腔化进程中的作用也取得了实验结果的支持,过表达Notch4NICD的小鼠表现出明显的血管腔扩大［15］,提示Notch信号对血管出芽及分支的抑制作用可能增进了管腔化,进而在血管发育进程中和谐整合这两个进程。

　　Notch信号与血管滑腻肌细胞的分化既往研究结果说明,Notch抑制体外培育的滑腻肌细胞分化,这一作用可能与Hey2有关。

但是,最近更多的研究却提示:

Notch信号能够诱导滑腻肌细胞分化。

Jagged1介导的Notch信号增进人主动脉滑腻肌细胞及小鼠胚胎纤维母细胞的分化［16］。

滑腻肌细胞中的肌球蛋白重链及α肌动蛋白均被证明为Notch信号作用的靶分子。

　　当血管受损时,血管滑腻肌中各类Notch通路的分子表达水平发生转变,如Notch一、Notch3、Jagged一、Jagged二、Hey1和Hey2。

与未受损的对照组相较,这些分子在损伤后最初2d内表达下调,在7～14d内上调。

体外培育完全敲除hey2的主动脉滑腻肌细胞增生速度较野生型慢,而过表达Hey1或Hey2的细胞增生速度加速,同时细胞周期依托性蛋白激酶抑制剂P27kip1（Cdkn1b）减少,提示Hey2蛋白直接作用于P27kip1启动子抑制其转录［17］。

在模拟循环血流的机械牵拉作用下,体外培育的血管滑腻肌细胞中Notch1和Notch3表达明显下调,血管滑腻肌分化标志物表达升高,同时,细胞增生减少,凋亡增多。

过表达Notch1或Notch3能够使上述细胞的增生及凋亡水平恢复［18］。

上述研究提示,循环血流机械牵拉作用抑制血管滑腻肌细胞增生及增进凋亡的作用受到Notch信号通路的调剂。

　　Notch信号与成体动脉形成在成体循环系统中,当局部动脉血流受阻时（如血栓栓塞,动脉粥样硬化性血管狭小等）,受阻动脉发出侧支血管,以重建缺血组织的血流供给,这一进程被称为动脉形成（arteriogenesis）,它以局部增加的血流剪应力为起始因素,还涉及炎细胞活化,内皮增生及细胞外基质重塑等［19］。

最近的研究说明,Dll1是动脉形成的关键调控分子。

Dll1仅在动脉内皮中表达,并于局部缺血诱导的新生动脉中表达上调。

在Dll1杂合子的后肢缺血模型中发觉其动脉侧枝生成减少,血流重建不完全［20］,同时,由缺血诱导的Notch信号活化及EphrinB2表达上调均受到抑制。

类似的表现也显现于Notch1杂合子中［21］。

　　Notch信号与肿瘤血管生成在多数实体瘤中,VEGFA表达明显升高。

应用VEGFAmAb能够抑制啮齿动物肿瘤的生长。

但是在前期临床实验中,VEGFAmAb与传统化疗结合应用仅能提高患者整体生存率,部份肿瘤耐药［22］。

鉴于Notch信号通路在血管发育中的关键作用,及Dll4在VEGFA依托的新生肿瘤血管中的高水平表达,可将Dll4作为抗肿瘤药物的新靶点。

在小鼠异种移植肿瘤模型中,应用Dll4mAb,Dll4/Fc融合蛋白,或γsecretase抑制剂均能够抑制瘤体生长,新生肿瘤血管尽管分支数量增加,血管密度增大,可是血管功能低下,致使肿瘤组织血流灌注减少,呈缺氧状态。

另外,抗Dll4医治也可抑制VEGF抑制剂耐药实体瘤的生长［14］。

　　Notch信号与血管病变Alagillesyndrome（AGS）是一种常染色体遗传性疾病。

病变要紧累及肝脏、心脏、眼和骨骼。

多数AGS患者存在JAG1基因突变,少部份为Notch2突变［23］。

发病机