转：Notch信号通路与血管发育

转：Notch信号通路与血管发育

【关键词】血管形成; Notch信号; 血管发生

血管发育是复杂的血管网络形成的过程, 在个体发育、组织再生、肿瘤发生发展中发挥重要作用, 因此具有重要的研究价值。以往研究已经证明, 血管发育与细胞因子、组织缺氧、基因调控等多种因素有关。现就Notch信号通路在血管发育中的作用的研究进展作一综述。

1 Notch信号通路

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蛋白酶裂解成两部分, 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（EGF like repeats）和3个富含半胱氨酸的Notch/LIN12重复序列(Notch/LIN12 repeats), 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赖的Notch信号活化有关。胞内结构域（NICD）主要由核定位信号序列（NLS）, 6个串联的富含天冬酰胺的锚蛋白重复序列（tandem ankyrin repeats）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。

目前在哺乳动物发现5种Notch配体, 分别为Delta like1、 3、4（Dll1、 3、 4）和Jagged1、 2（与果蝇Serrate/Lag2蛋白同源), 亦可被共同称为DSL（Delta/Serrate/Lag2）。该配体的胞外部分由氨基端的DSL结构域和下游数目可变的EGF样重复序列构成, DSL结构域主要介导与受体的结合, 该结构域的泛素化是Notch 配体活化的关键步骤, 这一过程需要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切去受体的大部分NECD, 由此引发胞内结构域构象变化, 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RBP J（又名CSL, 即哺乳动物中CBF1、果蝇中Su(H) 、线虫中LAG1的合称）结合。RBP J与NICD结合之前为转录抑制因子, 结合NICD之后, RBP J 募集共激活分子, 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/Enhancer of Split)和Hey(Hes related protein)。这些转录因子能够进一步调控下游分子的表达［1］。此外, Notch信号通路还存在一条不依赖RBP J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

胚胎发育早期分化出现成血管细胞（angioblasts）, 即内皮前体细胞（endothelial precursor cells, EPCs）, 融合后形成初级毛细血管丛, 这一过程称为血管发生（vasculogenesis）。随着发育的进行, 初级毛细血管丛改建为由不同等级的动静脉及毛细血管构成的血管网, 这一过程即为血管形成（angiogenesis）。血管形成起始于一部分内皮细胞的极性改变, 伸出丝状伪足, 获得迁移及侵袭能力。这些细胞被称为尖端细胞（tip cell）, 而其相邻的内皮细胞不发生此类变化。尖端细胞位于新生血管的最前端, 其丝状伪足向前伸展, 能够充分接受周围组织中各种生长因子的信号, 尤其是血管内皮生长因子A（VEGFA）［3］, 并受到周细胞（pericyte）的接触抑制及部分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

血管募集更多周细胞, 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则需要管腔化（tubulogenesis）过程。以小鼠视网膜血管为模型的研究提示: 尖端细胞伪足间的相互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（stalk cell）, 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］。

3 Notch信号通路与血管发生

3.1 Notch信号与动静脉分化既往认为, 内皮细胞的动静脉分化依赖血流物理学特性的调节。最近研究却表明, 血管内皮细胞的分化主要受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征［6］。Lawson等的研究表明: 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现了EphB4的异位表达。反之, mindbomb在静脉中的过度活化导致ephB4的表达下调。形态学研究发现, 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导致类似的变化, 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, 而非促进动脉分化。在小鼠中, Notch信号通路也被证实为调控动静脉分化的主要通路。Notch通路中某些分子（如Rbpsuh, Hey1, Hey2）的功能缺失突变, 将导致出血, 背主动脉发育缺陷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］。

3.2 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, 血管分支数目增多, 血管密度明显升高, 尖端细胞标志物血小板源性生