楊 曦, 陳 鵬, 蔣 霞, 潘敏慧, 魯 成

(西南大學, 家蠶基因組生物學國家重點實驗室, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蠶桑生物學與遺傳育種重點實驗室, 重慶 400715)

細胞是生命體構(gòu)成的基本單位，細胞間通訊是多細胞生物的基本生命活動，調(diào)節(jié)著細胞分裂、分化、增殖和凋亡等重要的發(fā)育過程。信號通路往往作為細胞間通訊的橋梁，在單個細胞內(nèi)部與相鄰細胞之間，或是在細胞群、組織間傳達信號，進而完成一定的生物學進程(Lajtha, 1979)。信號通路最早被稱為信號轉(zhuǎn)換(signal transmission)(Penn and Hagins, 1969)，隨后Rodbell等提出的信號轉(zhuǎn)導(signal transduction)這個概念被大家熟知并廣泛運用(Nielsenetal., 1980)，后來也被稱為信號通路(signal pathway)。當今生物學領(lǐng)域中被人們熟知的信號通路有Notch信號通路、mTOR信號通路、MAPK信號通路、Wnt信號通路、PI3K/AKT信號通路、JAK/STAT信號通路和Hippo信號通路等。其中Notch信號通路憑借其在生物胚胎發(fā)育及細胞生命周期中的強大作用而備受關(guān)注。

Notch信號通路最先于1917年在果蠅Drosophila中被發(fā)現(xiàn)。研究表明，Notch信號通路的功能非常廣泛，因為它在脊椎動物和無脊椎動物體內(nèi)發(fā)育的組織和器官的細胞命運決定中起著基礎(chǔ)性的作用(Guruharshaetal., 2012)。Notch信號通路在大部分生物的形態(tài)發(fā)生過程中都會調(diào)控細胞的分化。簡單地說，一個細胞可以通過Notch信號的傳遞影響與其直接相鄰細胞的命運。隨著生命科學技術(shù)的發(fā)展，Notch信號通路在現(xiàn)代人類腫瘤醫(yī)學和分子治療中的作用也得到深入挖掘。

從在果蠅中發(fā)現(xiàn)以來，基于昆蟲的Notch信號通路研究一直十分活躍且收獲頗豐。除了普遍使用的黑腹果蠅Drosophilamelanogaster外，在小紅蛺蝶Vanessacardui、赤擬谷盜Triboliumcastaneum、德國小蠊Blattellagermanica、家蠶Bombyxmori和西方蜜蜂Apismellifera等昆蟲中都進行過Notch信號通路研究。研究表明，Notch信號通路在各物種間是相對保守的(Bray, 2016)，而正是由于這種高度保守性，昆蟲Notch信號通路的研究結(jié)果不僅利于昆蟲學領(lǐng)域的發(fā)展，還可以為其他動物發(fā)育機制的解析帶來新的方法和思路。本文將對昆蟲Notch信號通路的研究進展進行詳細的闡述。

1 Notch信號通路

Notch基因的第一個突變體是在1914年由Dexter在果蠅中分離出來的，Dexter描述了該基因的致命性和單倍體不足而造成的翅缺刻(notch)，從而將該基因命名為Notch(Fiuza and Arias, 2007)。直至1983年，果蠅的Notch基因才被成功克隆出來。而在人類發(fā)育和疾病中的相關(guān)研究是在1991年隨著Notch1被發(fā)現(xiàn)與T細胞敏感性淋巴細胞白血病相關(guān)才開始的(Schroeteretal., 1998)。人們在后續(xù)研究中認識到Notch信號可以被數(shù)百個基因影響，這表明該通路的調(diào)控是一個異常復雜的網(wǎng)絡(luò)(Kankeletal., 2007)。這個高度互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)與我們傳統(tǒng)意義上認為Notch通路是簡單的線性通路的觀點形成了鮮明對比，它的作用與其他保守的信號通路高度相關(guān)。

1.1 組成

圖1 Notch信號通路模式圖

1.2 特征

Notch蛋白可以同時作為跨膜受體和轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用，這是它最重要的特征。Notch與其配體的相互作用會導致細胞內(nèi)區(qū)域作為轉(zhuǎn)錄因子被激活。然而該通路的配體和受體之間存在順式和反式相互作用的區(qū)別。順式相互作用是在同一細胞膜上的配體和受體之間的作用，而反式相互作用發(fā)生在一個細胞上表達的配體和鄰近細胞上的受體之間，導致受體活化。這種順反作用的機制仍有待闡明。其實同一研究對象的所有細胞最初都同時表達受體和配體，內(nèi)部細胞存在的順式-反式相互作用的比例是一個重要的調(diào)控機制(Kovall and Blacklow, 2010)。在果蠅和線蟲中的研究表明，順式、反式互作反饋機制可以放大Notch和DSL(Delta, Serrate, Lag2)配體表達的微小差異，導致不同細胞中配體或受體的表達發(fā)生定向變化。因此，兩個相鄰的細胞中哪一個成為信號發(fā)送細胞，哪一個作為信號接收細胞，可能取決于順式和反式相互作用之間的動態(tài)競爭(Fiuza and Arias, 2007)。

Notch蛋白對通路基因有劑量敏感性，這與信號的強度有關(guān)，因此信號過多或過少都會導致基因功能的改變。Notch信號通路不使用第二信使，其信號活性水平完全依賴于NICD的核內(nèi)濃度。使Notch具有靶基因表達特異性的是CSL轉(zhuǎn)錄因子。與其他的信號通路依賴于酶促級聯(lián)放大信號的特性不同，Notch信號通路缺少這一種特征，而是依賴于該通路各因子特別是受體與配體之間的化學劑量相互作用(Guruharshaetal., 2012)，這一點與1.1節(jié)中提到的內(nèi)容相符合。

2 昆蟲Notch信號通路的作用機制

在果蠅的Notch信號通路中，受體-配體相互作用是由Notch受體的特定EGF重復序列和配體保守的細胞外區(qū)域介導的。配體的細胞外DSL結(jié)構(gòu)域在一個細胞的表面表達，總是與另一個鄰近細胞上的Notch胞外結(jié)構(gòu)域(extracellular domain of Norch, NECD)相互作用。Delta是一種跨膜配體，它的作用具有非自主性和短距離性，只影響表達受體相鄰細胞的活性(Jiaetal., 2015)。

受體-配體的結(jié)合能夠引起Notch蛋白發(fā)生兩次連續(xù)的蛋白剪切，分別由γ-分泌酶復合物和Kuzbanian (Kuz)/ADAM10完成。Kuz介導的剪切(S2 cleavage)發(fā)生在細胞外的近膜區(qū)域，并去除NECD。NECD的脫落通過γ-分泌酶觸發(fā)跨膜區(qū)域內(nèi)的第2次剪切(S3 cleavage)，使NICD得以釋放。NICD進入細胞核，與CSL轉(zhuǎn)錄抑制因子及輔因子共同激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄(Louvi and Artavanis-Tsakonas, 2012)。

CSL包含3個明顯的結(jié)構(gòu)域，N端結(jié)構(gòu)域(N-terminal domain, NTD)、β-折疊結(jié)構(gòu)域(β-trefoil domain, BTD)和C端結(jié)構(gòu)域(C-terminal domain, CTD)。NTD與BTD構(gòu)成序列特異性的DNA結(jié)合位點RAM。NICD均通過RAM結(jié)構(gòu)域和ANK重復序列與BTD和CTD結(jié)合(Maier, 2019)。CSL之一的Su(H)單獨存在時是一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，NICD與之結(jié)合使其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)錄激活因子，激活Notch誘導基因(Notch-inducible genes)的轉(zhuǎn)錄。NICD-Su(H)復合物直接誘導轉(zhuǎn)錄的靶基因是E(spl)(Enhancerofsplit),E(spl)是堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix, bHIH)類轉(zhuǎn)錄因子，它又調(diào)節(jié)其他與細胞分化直接相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄(魯茁壯等, 2004)。

Notch介導的細胞間信號傳遞的強弱本質(zhì)取決于附著在細胞中的配體和受體的表達差異。在同時表達Delta和Notch的細胞中，一個細胞中的配體數(shù)量相對于另一個細胞有少量增加，就可能有利于其發(fā)揮更強的信號作用。在果蠅中的實驗表明，Notch信號存在一種反饋調(diào)節(jié)機制，Delta的功能缺失會下調(diào)Notch的表達，而表達Notch的激活蛋白又會抑制Delta的表達。這種現(xiàn)象可能是由Su(H)介導的E(spl)基因上調(diào)造成的(Artavanis-Tsakonasetal., 1999)。

任何影響Notch通路組分數(shù)量和活性的機制都可能調(diào)節(jié)其信號，這暗示著該信號通路可能存在一個復雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。其實影響生物合成、運輸、降解和許多其他分子功能的基因已被確定為通路的調(diào)節(jié)因子。特別是受體或配體的翻譯后修飾，如磷酸化、糖基化和泛素化，這些都是調(diào)控Notch信號的關(guān)鍵步驟(Stanley and Okajima, 2010)。例如蛋白質(zhì)降解就是一種非常有效的信號調(diào)節(jié)方法，它被用來保持NICD水平略高于功能閾值。其中一個解釋是，對于連續(xù)信號，需要連續(xù)的增量輸入。然而，還有其他方法來調(diào)控NICD的量，例如內(nèi)吞作用的“吞入流量”也是調(diào)控Notch水平和活性的一個關(guān)鍵因素(Andersenetal., 2012)。

3 Notch信號通路重要分子在昆蟲中的功能

Notch信號通路調(diào)控著一系列對生命至關(guān)重要的發(fā)育過程，如胚胎發(fā)育及器官形成中的細胞分化、增殖和凋亡(Hunteretal., 2016)。在早期Notch信號通路研究中，人們發(fā)現(xiàn)Notch基因位點突變的雜合體或純合體果蠅在胚胎期死亡，在死亡的胚胎中，神經(jīng)組織取代了上皮組織從而使神經(jīng)組織異常豐富，雌性的雜合體果蠅翅發(fā)生各式各樣的缺失，次剛毛(minor bristle)發(fā)育異常(Allmanetal., 2002)。Notch通路直接參與果蠅背部翅原基邊界的形成以及翅細胞的增殖分化(Baonza and Garcia-Bellido, 2000)。隨后在哺乳動物中的實驗表明，Notch信號通路對哺乳動物的神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等發(fā)育有重要作用(Jingetal., 2017)。于是更多的實驗結(jié)果揭示出Notch信號通路在昆蟲當中的功能多樣性。以下將從Notch, Delta, Fringe和Su(H)等不同的Notch信號通路組成分子出發(fā)，分別闡述它們在昆蟲中行使的功能。

3.1 Notch

Notch基因在哺乳動物中有多種同源體，且各物種間相對保守。Notch蛋白由胞外域可變數(shù)量的EGFR(epidermal growth factor receptor)串聯(lián)序列與物種特異LNR(Lin-12/Notch repeat)序列以及胞內(nèi)多種結(jié)構(gòu)域組成，是個接近300 kD的跨膜蛋白。由于分子量大，全長克隆難度高，人們對Notch基因的研究往往采取重要結(jié)構(gòu)域敲除、RNA干擾、通路抑制劑處理等方法。主要研究重點聚焦在NICD上。

Notch信號通路抑制劑DAPT是通過抑制γ-分泌酶，使Notch蛋白的核內(nèi)區(qū)域不能正常剪切，失去與下游靶基因的結(jié)合，從而抑制通路作用的(Fengetal., 2019)。研究發(fā)現(xiàn)Notch信號通常維持蜜蜂處于一個不活躍的繁殖狀態(tài)中。蜂王上顎腺信息素(queen mandibular gland pheromone, QMP)通過刺激Notch信號通路作用于卵巢中的生殖細胞而使工蜂處于不育狀態(tài)。使用Notch信號的化學抑制劑DAPT，抑制Notch信號可以消除蜂后QMP對工蜂卵巢活動的抑制作用。后續(xù)研究則證明在沒有蜂后的情況下，工蜂卵巢中儲存生殖干細胞和早期卵母細胞區(qū)域的Notch受體會退化(Duncanetal., 2016)。同樣地，在果蠅雄性精囊中的生殖干細胞也受到Notch信號通路的影響，在將配體基因Delta干擾后或者敲除Notch會直接導致生殖干細胞的死亡(Ngetal., 2019)。而在埃及伊蚊Aedesaegypti雌性個體中，沉默其Notch基因會導致卵子核孔減少、抑制受精作用，從而直接影響個體繁殖，并且還會使埃及伊蚊卵子黑化，但黑化機制有待研究(Changetal., 2018)。

在對德國小蠊的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)NICD的表達在卵泡細胞離開生殖細胞時會消失，直到成熟卵細胞中才會再次出現(xiàn)(Irlesetal., 2016)。這與果蠅中Notch信號一直伴隨卵子發(fā)生過程是不一樣的。在德國小蠊的卵巢中，Notch信號對于卵泡細胞維持有絲分裂活性與保持未成熟狀態(tài)是必需的。當Notch信號耗竭時，會引起卵泡細胞有絲分裂停止，組織進入核內(nèi)周期，細胞與細胞核都變小。卵泡細胞核內(nèi)周期的進入需要Notch信號的減弱，但它在維持細胞的存活是很重要的，因為它有一定抑制凋亡的作用(Irlesetal., 2016)。而Irles的另外一個研究揭示了在昆蟲卵子發(fā)生過程中，卵泡上皮細胞同時經(jīng)歷細胞增殖和凋亡，從而調(diào)節(jié)卵泡的生長(Irles and Piulachs, 2014)。Hippo通路是這些過程中發(fā)揮作用的關(guān)鍵，并且已經(jīng)在果蠅的卵巢中進行了深入的研究(Chenetal., 2011)。但是與黑腹果蠅的分生型卵巢不同的是，在德國小蠊泛型卵巢中，Hippo途徑似乎通過作為Notch抑制劑來調(diào)節(jié)卵泡細胞的增殖，從而觸發(fā)卵泡細胞中有絲分裂向核內(nèi)周期的轉(zhuǎn)變(Irles and Piulachs, 2014)。其實在果蠅或德國小蠊卵巢中，生殖干細胞的生長同時受到Hippo信號通路、EGFR信號通路和Notch信號通路的共同調(diào)控，3條通路相互平衡與制約保證了細胞數(shù)量處于正常值(Elshaer and Piulachs, 2015)。Notch特別是NICD對于組織發(fā)育、細胞周期調(diào)控都具有重要作用。因為Notch信號通路發(fā)揮作用總是從NICD的產(chǎn)生開始的，所以相關(guān)研究圍繞于此展開，也是這樣才得以成功發(fā)明信號通路抑制劑DAPT，給許多Notch信號通路下游基因的研究打下了基礎(chǔ)。

3.2 Delta

Delta(Dl)是Notch信號通路DSL配體中的一員，其具有MNNL配體保守結(jié)構(gòu)域、不定數(shù)的EGFR重復序列以及受體-配體結(jié)合區(qū)域DSL結(jié)構(gòu)域，其中DSL結(jié)構(gòu)域各物種間高度保守。Notch信號通路的起始總是從一個細胞上的Delta結(jié)合上另一個細胞上的Notch開始的，所以將其稱為該通路的“最上游”也是合理的。Delta要做到通過與細胞外受體結(jié)合來激活Notch通路這一點，首先需要自己被激活(Le Borgneetal., 2005)。通常Delta需要泛素化來激活它的全部功能。然而在沒有泛素的情況下，Delta仍然可以發(fā)揮它的部分作用。Neur和Delta可以不依賴泛素而共同發(fā)送一些信號，Delta甚至可以自己發(fā)送信號。但如果沒有泛素，Serrate就不能工作。所以Neur被證明能夠以一種與泛素無關(guān)的方式激活Delta(Berndtetal., 2017)。作為Notch通路中被研究的最多且最深的幾個信號通路組成分子之一，Delta被研究者挖掘出了不少重要功能，內(nèi)容涉及多項生命進程，下面舉例說明。

在昆蟲中，Delta的功能大體可以總結(jié)為兩種。其第1種功能是介導體節(jié)的形成與發(fā)育。Notch通路在家蠶、蟑螂等昆蟲中介導分節(jié)發(fā)育，就像脊椎動物中的體細胞發(fā)生一樣，它是分子震蕩的核心，類似一種前進波，推動著細胞分化及發(fā)生(Chipman and Akam, 2008)。在無脊椎動物中Notch通路在中胚層或內(nèi)胚層誘導和成型中起中心作用，當該通路被阻斷時，整個胚層幾乎缺失。而在兩側(cè)對稱動物中，Notch信號幫助建立和細化中胚層細胞的組織分化邊界(Appeletal., 2003)。家蠶的體節(jié)形成研究發(fā)現(xiàn)，BmdeltaRNAi后胚胎會產(chǎn)生兩種缺陷型：Ⅰ型的腹部中間對稱足融合，頭部神經(jīng)外露，腦發(fā)育紊亂。Ⅱ型胚胎節(jié)數(shù)被截短，A4后端完全消失，附足融合，階段邊界無法分清。類似現(xiàn)象也發(fā)生在蟑螂中(Pueyoetal., 2008)。Notch信號在果蠅腿關(guān)節(jié)形成和腿部正常發(fā)育中是必要的，這由配體Delta和Serrate在腿關(guān)節(jié)處的精確空間定位決定，并且這一過程還是與Hippo信號通路協(xié)同作用的(Córdoba and Estella, 2020)。

Delta的第2種功能是影響昆蟲體細胞的細胞周期進程。核內(nèi)有絲分裂是多個物種中存在的一種細胞周期變體。進行這種周期形式的細胞會部分或完全跳過M期，從而產(chǎn)生細胞染色質(zhì)倍性升高，細胞體積變大，胞質(zhì)分裂異常等現(xiàn)象(Edgaretal., 2014)。大量研究證據(jù)表明Notch信號通路在有絲分裂與核內(nèi)有絲分裂的轉(zhuǎn)換中起重要作用。Notch信號控制著上皮細胞在果蠅背部的細胞周期進程模式，細胞分裂的延遲導致了不同細胞命運的產(chǎn)生(Cohenetal., 2010)。Notch信號通過控制G2期的進入與否完成了這個過程。大量相關(guān)的實驗在果蠅卵巢中進行，DeltaRNAi后，卵泡細胞會提前進入核內(nèi)周期，影響卵腔的發(fā)育和模式形成。并且卵泡細胞的終期細胞及分裂莖部細胞消失了，這說明Notch信號通路對于卵泡細胞群的形成也是至關(guān)重要的(Assa-Kuniketal., 2007)。在赤擬谷盜中有相反的作用，Delta基因是保持卵泡在未成熟狀態(tài)下處于休眠期所必需的。而在大多數(shù)情況下，Notch信號維持未分化或防止特化的細胞命運。因此，Notch在赤擬谷盜中的作用可能反映了Notch信號在昆蟲卵子發(fā)生中的祖先功能(B?umeretal., 2012)。

除此之外，Delta還有一些其他功能，比如在果蠅中腸干細胞中調(diào)節(jié)Delta表達水平，可以進一步控制Notch轉(zhuǎn)錄調(diào)控的激活，從而可能促進干細胞終末分化選擇(Perdigotoetal., 2011)。后有證據(jù)證明由Delta激活的Notch通路與EGFR信號通路協(xié)同控制果蠅中腸干細胞的增殖、凋亡或死亡等生理過程(Reiffetal., 2019)。在果蠅眼盤中Delta與轉(zhuǎn)錄因子Dorsocross互作，導致細胞死亡、錐體細胞產(chǎn)生缺陷和眼睛變小(Pauletal., 2018)。而過表達Delta可以挽救鹽誘導蛋白激酶Sik2缺失造成的眼睛發(fā)育異常缺陷(ahinetal., 2020)。在果蠅神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中Delta也充當著重要的角色。在幼齡果蠅體內(nèi)敲除Delta會使腹部神經(jīng)干細胞終止凋亡，從而影響神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育(Desplanetal., 2020)。在果蠅的肌肉由祖細胞(FCs)和具有融合能力的成肌細胞(FCMs)組成。通過Notch通路中的Delta與Ras通路中的Argos不同表達，會誘導等效肌細胞簇中的細胞發(fā)育成為祖細胞或成肌細胞(Artero, 2003)。

3.3 Su(H)

Su(H)是CSL轉(zhuǎn)錄因子的一員，全名是Suppressor of hairless。和Notch位點一樣，Hairless(H)位點在1923年被Bridges和Morgan發(fā)現(xiàn)，是果蠅的單倍體不足突變形成的(Borggrefe and Oswald, 2016)?；蛳嗷プ饔帽砻?，H以劑量依賴的方式拮抗Notch信號。對比所有已知的CSL相互作用因子，H與Su(H)的結(jié)合親和力最高(Kovall and Hendrickson, 2004)。哺乳動物中沒有直接的Hairless同源體，但有研究提出功能性同源物SHARP，可直接與CSL結(jié)合并與其上的CTD相互作用，類似于Hairless。Su(H)通過與抑制因子Hairless(H)形成復合物來抑制轉(zhuǎn)錄。此復合物不僅與NICD競爭，還會參與組裝局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)(Yuanetal., 2016)。

從功能上來看，Su(H)基因參與的生命進程也不少，且大多與Delta相關(guān)或相近。推測這是由于Delta與Notch結(jié)合后釋放的NICD首先就是與Su(H)結(jié)合發(fā)揮作用的原因。將Su(H)與NICD的結(jié)合位點突變后，果蠅出現(xiàn)了翅原基變小，成蟲翼葉缺失，以及Wingless(Wg)蛋白不表達等生理缺陷(Praxenthaleretal., 2017)。這反映了Su(H)與NICD的結(jié)合在某些器官發(fā)育中的重要作用。比如果蠅心臟細胞的分化和發(fā)育過程受到Wnt信號通路、EGFR信號通路、Notch信號通路等通路的共同調(diào)控。其中Notch通路中的Su(H)分別在與NICD結(jié)合的激活狀態(tài)和與抑制因子結(jié)合的抑制狀態(tài)下會造成心肌細胞不對稱分裂，而產(chǎn)生子代分別成為心肌細胞和圍心細胞(Ahmad, 2017)。

另外，在細胞調(diào)控周期方面，Su(H)也充當著不可或缺的角色。Notch基因的缺失，或它的下游轉(zhuǎn)錄因子基因Su(H)，以及它的配體基因Delta的缺失，都會干擾從有絲分裂到核內(nèi)周期的正常轉(zhuǎn)變，會造成細胞的過度增殖。在果蠅腦亞神經(jīng)膠質(zhì)(subperineurial glia， SPG)細胞中，對Su(H)進行干擾會使細胞發(fā)生缺陷，血腦屏障破裂。對Su(H),Delta和Notch進行干擾均能使SPG細胞核數(shù)增加，倍性減少，細胞從核內(nèi)周期轉(zhuǎn)換為核內(nèi)有絲分裂(Von Stetinaetal., 2018)。作為轉(zhuǎn)錄因子，Su(H)的作用一定遠不止這些，利用轉(zhuǎn)錄因子研究方法，尋找它調(diào)控的靶基因，會是進一步研究該基因的重要思路。

3.4 Fringe

Fringe(Fng)是一種糖基轉(zhuǎn)移酶，它會對NECD的EGF-R進行糖基化(Kojika and Griffin, 2001)，在Notch信號通路中屬于“修飾分子”。Fringe對Notch的糖基化修飾能改變Notch受體對不同配體的敏感性，例如：果蠅中Fng使神經(jīng)膠質(zhì)上的Notch對神經(jīng)索上Delta的敏感性大于對Serrate的，這將會誘導轉(zhuǎn)錄因子Pros特異高表達。這種通過配體受體結(jié)合增強神經(jīng)膠質(zhì)內(nèi)細胞間的通訊，是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中亞型膠質(zhì)細胞的分子多樣性所必需的(Thomas and van Meyel, 2007)。

Fng的功能與發(fā)育相關(guān)，但在昆蟲細胞、胚胎和器官發(fā)育中的作用不盡相同。在家蠶中，fl突變體由于缺失Fng基因而出現(xiàn)成蟲期翅無法正常發(fā)育的情況，表明Fng在家蠶翅的形成過程中起著至關(guān)重要的作用(Satoetal., 2008)；miRNA-2在家蠶中通過維持Bmawd和Bmfng的表達水平來保證翅的正常發(fā)育，而敲除Bmfng后，Notch信號通路的激活被抑制，翅不能正常發(fā)育(Lingetal., 2015)。在果蠅中，F(xiàn)ng參與翅原基在背部/腹部邊界的形成(Wu and Rao, 1999)，且Fng缺失突變導致胚胎后期死亡(Correiaetal., 2003)。此外，F(xiàn)ng還同時影響著果蠅的眼睛、附肢發(fā)育等，但家蠶Fng功能缺失只影響翅形態(tài)發(fā)生，表明Fng在不同昆蟲組織分化中的作用存在差異(Satoetal., 2008)。

另外，F(xiàn)ng在卵子發(fā)生早期的Notch激活中起著關(guān)鍵作用，并為極性細胞在生殖細胞分裂成單個卵泡細胞的功能方面奠定了基礎(chǔ)(Grammont and Irvine, 2001)。Fng的異常表達或Notch的異常激活會產(chǎn)生一個額外的極性細胞。另外，缺乏Fng會破壞Notch蛋白在果蠅眼球赤道系統(tǒng)的表達，導致眼睛的發(fā)育失常。Fng的特異高表達以及隨后在赤道系統(tǒng)上的Notch信號對于果蠅組織鏡像對稱性和眼睛形態(tài)的形成至關(guān)重要(Cho and Choi, 1998)。Fng也能影響沙漠蝗Schistocercagregaria的胚胎節(jié)段形態(tài)形成(Deardenetal., 2000)。

3.5 其他分子及功能

除了以上昆蟲Notch信號通路幾個關(guān)鍵基因之外，還有很多相關(guān)研究中涉及到該通路的其他分子。例如，Groucho (gro)作為輔抑制因子與Smart和Hairless等共同抑制CSL活性，從而參與Notch信號通路，并通過與其他配對蛋白的相互作用在發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，包括胚胎分節(jié)、神經(jīng)發(fā)生和性別決定(Liu, 2012)。在家蠶胚胎中，通過RNAi使gro表達量下調(diào)導致蠶體出現(xiàn)典型的對稱表型，其奇數(shù)段完全缺失，表明Bmgro在家蠶的體節(jié)形成過程中起著直接的作用。然而，對Bmnotch的RNAi產(chǎn)生了腹中線對稱融合的缺陷型，這說明gro行使的功能不是由Notch信號直接介導的。

另外，Notch信號通路在細胞周期調(diào)控方面，與上述的Notch,Delta和Su(H)的作用都有關(guān)，而Fringe對于Notch聯(lián)合周期轉(zhuǎn)換調(diào)控不是必要的(Dengetal., 2001)。在Notch,Delta和Su(H) 3種基因缺失突變體果蠅中，都觀察到Cut表達量的上調(diào)以及周期轉(zhuǎn)換異常的現(xiàn)象；為了誘導有絲分裂至核內(nèi)周期的轉(zhuǎn)換，Notch信號不僅通過上調(diào)Fzr促進M期退出，還抑制了G2/M進展所需的Cdc25同源基因String和G1期Dacapo的下調(diào)，保證了S期的進入(Sun and Deng, 2005)。Notch信號通路的功能遠不止我們所了解的這些，相信在后續(xù)的相關(guān)研究中，能夠繼續(xù)探索擴大Notch信號通路調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，尋找到更多的相關(guān)基因以及其他的生物學功能。

4 小結(jié)與展望

昆蟲Notch信號通路的研究取得了不少成果，鑒于Notch信號通路在昆蟲的發(fā)育和調(diào)節(jié)中的重要作用，了解其功能以及它如何與細胞和生命過程相聯(lián)系具有相當大的價值。Notch信號通路在昆蟲中已報道的功能給予我們?nèi)缦聠l(fā)：在細胞分化及去分化，在組織重塑、昆蟲變態(tài)發(fā)育過程中，Notch通路的各種組分是如何分別行使調(diào)控作用的？參考其對果蠅唾液腺細胞周期的調(diào)控作用，推測Notch信號通路對于泌絲經(jīng)濟昆蟲家蠶的重要器官——絲腺的細胞周期，是否也有類似的功能？Notch信號通路的功能探究還不止于此，研究前景還很深遠。

Notch信號通路在正常發(fā)育的細胞中具有廣泛的作用，所以它的研究對象也從昆蟲擴展到了更多物種。近年來在哺乳動物的研究中表明，Notch信號通路不僅與神經(jīng)病理性疼痛相關(guān)，還與阿茲海默癥等神經(jīng)退行性疾病、腦損傷有關(guān)。Notch受體與配體的異常表達往往會直接影響腫瘤細胞的發(fā)生，與其他通路的基因互作使Notch通路在不同情況下行使促癌或抑癌作用(Qinetal., 2019)。這些功能與Notch信號通路參與細胞、組織的發(fā)育和分化有關(guān)，基于該通路的干細胞、T細胞與疾病研究也成為目前醫(yī)學界的研究熱點。

本文從Notch信號通路的構(gòu)成、特征、作用機制，以及幾個關(guān)鍵通路組成分子在昆蟲中的生物學功能等方面介紹了昆蟲Notch信號通路研究進展。對Notch信號通路的更深一步研究，有利于我們加強對昆蟲胚胎發(fā)育、器官發(fā)育的了解，幫助尋找靶基因從而提升經(jīng)濟產(chǎn)能，協(xié)助經(jīng)濟昆蟲產(chǎn)業(yè)上的病害防治等。所以昆蟲Notch信號通路的研究，不僅有益于昆蟲學研究及經(jīng)濟昆蟲產(chǎn)業(yè)應用，并且還能給予人類Notch信號通路研究提供新的思路和參考。隨著研究的深入，復雜而精密的Notch信號通路一些待解決的問題也顯現(xiàn)出來，例如: Notch受體在完整的狀態(tài)下以及被剪切后是以何種方式傳遞信號的?完整的Notch是怎樣通過不依賴CSL的信號途徑來發(fā)揮作用的？在意識到Notch信號通路不是一個簡單的線性通路后，它與其他信號通路互作的分子機制也將成為今后研究人員攻關(guān)的方向。