袁雨培 唐其柱

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

【提要】 心肌重構(gòu)是多種心臟疾病的最終共同通路，尋找有效的措施干預(yù)心肌重構(gòu)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(dá)于心臟組織，對(duì)心臟的發(fā)育具有重要作用。Notch受體家族中關(guān)于Notch1的研究最為廣泛，且已被證實(shí)可通過抗氧化、抗凋亡等多種方式參與心肌重構(gòu)的發(fā)生發(fā)展。本文就Notch1與心肌重構(gòu)關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為臨床干預(yù)心肌重構(gòu)提供方向。

心肌重構(gòu)是指在內(nèi)源或外源性因素影響下，正常心肌結(jié)構(gòu)和功能的不斷調(diào)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(gòu)，現(xiàn)已公認(rèn)心肌重構(gòu)是許多嚴(yán)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?bào)告2018》[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?qū)㈦S著中國社會(huì)人口老齡化進(jìn)程的加快而持續(xù)增加。因此，研究心肌重構(gòu)的發(fā)病基礎(chǔ)，尋找有效的干預(yù)措施遏制心肌重構(gòu)，具有重大的意義。

心肌重構(gòu)在功能學(xué)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(xì)胞水平上表現(xiàn)為心肌細(xì)胞凋亡或肥大，成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變等。目前，盡管已有學(xué)者圍繞著心肌重構(gòu)進(jìn)行了大量研究，但其具體機(jī)制仍不明確；細(xì)胞凋亡、炎癥、氧化應(yīng)激、纖維化以及血管生成等過程被證明與心肌重構(gòu)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(diào)節(jié)上述過程，可能對(duì)心肌重構(gòu)的產(chǎn)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(dá)最多的受體[6]。本文就Notch1與心肌重構(gòu)關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)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(dòng)物Notch家族包括4個(gè)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(gè)串聯(lián)排列的表皮生長因子樣重復(fù)序列和3個(gè)Lin/Notch重復(fù)序列，負(fù)責(zé)Notch與配體的結(jié)合[7]。Notch前體蛋白被剪切后，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜形成異二聚體成為成熟的Notch受體；當(dāng)配體與Notch結(jié)合后，Notch蛋白再次被切割，釋放胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)入核內(nèi)，與CSL轉(zhuǎn)錄因子相互作用，調(diào)控靶基因的表達(dá)，發(fā)揮生物學(xué)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(hào)通路。目前對(duì)Notch信號(hào)通路的研究涉及胚胎的發(fā)育、免疫系統(tǒng)功能調(diào)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(duì)于心臟的發(fā)育至關(guān)重要，Notch信號(hào)的突變會(huì)導(dǎo)致心臟瓣膜、傳導(dǎo)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(guān)[8]。Notch在心臟發(fā)育中的重要性已被廣泛證明，但其對(duì)成人心臟的作用尚未被廣泛探討。

2 Notch1的表達(dá)與心肌重構(gòu)

Notch1在新生兒的心臟中表達(dá)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(dá)較少[9]，而在缺血缺氧等應(yīng)激條件下其表達(dá)量會(huì)相對(duì)增加[10]。也有研究顯示，在心肌梗死導(dǎo)致的心衰患者的心臟組織中，Notch1的表達(dá)在早期無明顯改變，但慢性期心肌缺血區(qū)的表達(dá)上升[11]。Notch1的改變?cè)诟鞣N心肌重構(gòu)動(dòng)物模型中也被廣泛探究，其中大量研究顯示，壓力負(fù)荷、缺血、高糖、細(xì)胞毒性等造成的心肌重構(gòu)模型中，相對(duì)于對(duì)照組動(dòng)物，實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物心肌中Notch1的表達(dá)明顯升高[9,12]。但也有研究觀察到不同結(jié)果：Yu等[13]構(gòu)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(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch 1 intracellular domain,N1ICD)的表達(dá)均未見明顯上升；Zhang等[14]發(fā)現(xiàn)在高糖誘導(dǎo)的H9C2細(xì)胞的損傷過程中，N1ICD的表達(dá)降低；Thabassum等[15]在阿霉素介導(dǎo)的H9C2細(xì)胞損傷過程中，甚至觀察到隨著干預(yù)時(shí)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(dá)情況不同，原因可能是受不同的疾病模型的影響，同時(shí)也提示Notch1可能發(fā)揮了不同的作用，但其具體作用及機(jī)制還有待進(jìn)一步探究。

3 Notch1在心肌重構(gòu)中的作用

3.1 Notch1與細(xì)胞凋亡 心肌細(xì)胞凋亡是心肌重構(gòu)的重要過程，可由機(jī)械應(yīng)力、炎癥、氧化應(yīng)激等原因引起；抑制炎癥細(xì)胞因子及活性氧的產(chǎn)生，進(jìn)一步減少心肌細(xì)胞的凋亡已被證明可在一定程度上緩解心肌重構(gòu)的進(jìn)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(jìn)心功能好轉(zhuǎn)；在外源性給予Notch1裂解及活化關(guān)鍵酶γ-分泌酶的抑制劑DAPT后，Notch1活化被抑制，對(duì)抗I/R的作用消失；在H9C2細(xì)胞中，激活Notch1可提高細(xì)胞存活率，即Notch1通過減少細(xì)胞凋亡對(duì)心肌重構(gòu)產(chǎn)生保護(hù)作用[16]。Du等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)建小鼠心肌梗死模型3 d后，Notch1的活性成分N1ICD的表達(dá)較假手術(shù)組明顯增加；進(jìn)一步激活Notch1后，心肌梗死引起的氧化應(yīng)激被抑制，具體表現(xiàn)為心肌組織中的氧化應(yīng)激標(biāo)志物一氧化氮合酶及丙二醛表達(dá)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(dá)升高；同時(shí)脫氧核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP 缺口末端標(biāo)記(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end labeling，TUNEL)陽性細(xì)胞減少，凋亡標(biāo)志分子半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)3轉(zhuǎn)錄及表達(dá)水平降低；心肌梗死面積減少，心肌損傷標(biāo)志物表達(dá)下降，心功能明顯好轉(zhuǎn)，且在使用抑制劑阻斷Notch1的激活后，氧化應(yīng)激及細(xì)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(nèi)氧化應(yīng)激的水平和心肌細(xì)胞凋亡，抑制I/R損傷后心肌重構(gòu)的發(fā)生。另外，Notch1還被證明可作為多種微小RNA激活的靶點(diǎn)，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(yīng)激及凋亡的水平[19-20]。以上研究結(jié)果證明，Notch1可通過抑制氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，發(fā)揮對(duì)抗心肌重構(gòu)的作用，保護(hù)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(dá)明顯增加，且抑制Notch1的表達(dá)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(xì)胞浸潤增加，促炎因子如白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、單核細(xì)胞趨化蛋白1及腫瘤壞死因子α轉(zhuǎn)錄水平增加，心肌細(xì)胞凋亡增加；進(jìn)一步探討其作用機(jī)制發(fā)現(xiàn)，N1ICD可與LKB1結(jié)合，并進(jìn)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(jìn)一步減少心肌細(xì)胞凋亡，抑制心肌重構(gòu)的發(fā)生。

3.2 Notch1與心肌纖維化 心肌纖維化已被公認(rèn)是心肌重構(gòu)發(fā)生的關(guān)鍵過程，心肌成纖維細(xì)胞增殖或分化成肌成纖維細(xì)胞，其可增加膠原蛋白合成，促使細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積導(dǎo)致的心肌纖維化，使心臟順應(yīng)性降低，進(jìn)一步影響心功能。

轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor β1，TGF-β1)是心肌纖維化的重要調(diào)節(jié)因子，其水平升高會(huì)促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，抑制其表達(dá)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(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)，促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖及I型膠原的分泌；但過表達(dá)N1ICD后這些過程均被抑制；進(jìn)一步探討其作用機(jī)制發(fā)現(xiàn)，N1ICD可拮抗TGF-β1誘導(dǎo)的Smad3磷酸化，且N1ICD可直接與Smad3結(jié)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(hào)通路抑制成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)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(dòng)蛋白、基質(zhì)金屬蛋白酶1和基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)以及膠原的合成[24]。另外，在阿霉素誘導(dǎo)的斑馬魚心肌損傷重構(gòu)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(xì)胞肥大。體外凋亡研究中纖維化標(biāo)志物纖維連接蛋白、結(jié)締組織生長因子、TGF-β1、肥厚標(biāo)志物肌球蛋白重鏈7和凋亡標(biāo)志物Caspase3/7的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)可減少心肌重構(gòu)的發(fā)生[15]。這提示Notch1可通過抑制心肌纖維化、心肌細(xì)胞肥大及凋亡來抑制阿霉素引起的心肌損傷，對(duì)心肌重構(gòu)發(fā)揮保護(hù)作用。由此證明，Notch1激活可有效抑制成纖維細(xì)胞的增殖和分化，以及心肌纖維化相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)，并通過減少心肌纖維化的發(fā)生來抑制心肌重構(gòu)。

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(gòu)的過程中，心肌組織需氧量增加，機(jī)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(nèi)血管生成的因素也對(duì)心肌重構(gòu)的發(fā)生具有重要影響。最新研究顯示，Notch1也具有促進(jìn)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(shí)側(cè)支循環(huán)的血流量明顯增加；冠狀動(dòng)脈側(cè)支微循環(huán)儲(chǔ)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?jǐn)?shù)及左室短軸縮短率增加。同樣地，Zhao等[11]的研究結(jié)果顯示Notch1激活可促進(jìn)心臟組織中血管生成相關(guān)蛋白的表達(dá)增加，如堿性成纖維細(xì)胞生長因子和血管內(nèi)皮生長因子，且與血管成熟密切相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物CD31及血管平滑肌細(xì)胞標(biāo)志物平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)同樣升高，即成熟血管密度升高。進(jìn)一步利用正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)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(diào)節(jié)心臟內(nèi)血管生成來對(duì)抗心肌重構(gòu)。

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(nèi)皮細(xì)胞損傷模型中，微小RNA-34a通過抑制Notch1的表達(dá)來增加微血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)炎性細(xì)胞因子如IL-1β、IL-6的表達(dá)，降低與血管生成相關(guān)的血管內(nèi)皮生長因子、堿性成纖維細(xì)胞生長因子以及人生長因子的表達(dá)。而Notch1的激活可抵消上述作用，這驗(yàn)證了Notch1對(duì)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(guān)基因的表達(dá)，可改善I/R引起的心功能下降；進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，Notch1降低了蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)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(qiáng)子結(jié)合蛋白(CCAAT enhancer binding protein,C/EBP)同源蛋白的表達(dá)。它們都是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激過程的關(guān)鍵酶，在糾正和重建內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。既往研究已證實(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是I/R損傷引起心肌重構(gòu)的主要機(jī)制之一[28]，且C/EBP同源蛋白的激活是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)凋亡的主要途徑[29]。由此可見，Notch1的激活抑制了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生，減少了C/EBP同源蛋白通路誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的凋亡。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中得到相似的結(jié)果，Notch1過表達(dá)抑制了H9C2細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，減少細(xì)胞凋亡；抑制劑阻斷Notch1的激活后，Notch1對(duì)I/R造成的H9C2細(xì)胞損傷的保護(hù)作用消失。即Notch1可通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生，減少細(xì)胞凋亡，改善心功能，對(duì)抗I/R引起的心肌重構(gòu)[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(dá)，激活硫氧還蛋白系統(tǒng)，緩解高血糖及I/R引起的心肌細(xì)胞凋亡及氧化應(yīng)激，進(jìn)而緩解心肌損害及重構(gòu)。另外，Notch1還可以通過影響線粒體發(fā)揮抑制心肌重構(gòu)的作用。Zhou等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在原代大鼠心肌細(xì)胞中Notch1過表達(dá)可增加細(xì)胞的ATP生成和線粒體融合，減少線粒體分裂，抑制I/R導(dǎo)致的線粒體自噬，而敲除Notch1得到完全相反的結(jié)果。進(jìn)一步研究證明，Notch1的這一作用是通過抑制Pink1/Mfn2/Parkin信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。

4 小 結(jié)

Notch1作為心臟發(fā)育的重要成分，廣泛地參與體內(nèi)多種生物活動(dòng)，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?qū)е碌男募≈貥?gòu)。目前雖然有大量研究顯示其在抑制心肌重構(gòu)中具有積極作用，但其具體作用和機(jī)制仍不十分清楚。臨床實(shí)踐中，其激動(dòng)劑的有效性和安全性依然需要進(jìn)一步研究評(píng)估。因此深入探究Notch1與心肌重構(gòu)的關(guān)系，探尋相關(guān)的分子作用機(jī)制，早日發(fā)現(xiàn)組織選擇性或靶基因選擇性的Notch1激動(dòng)劑對(duì)心血管疾病的防治具有深遠(yuǎn)意義。