Notch信號(hào)通路在肝再生中的作用,人體生理學(xué)論文

Notch信號(hào)通路在肝再生中的作用,人體生理學(xué)論文肝臟是損傷后能夠快速再生的本質(zhì)性器官，但是這種再生能力并不是無限的。在很多疾病條件下，由于各種病理因素的影響，其再生能力并不能完全代償肝細(xì)胞及肝功能的缺失，這使得移植還是治療爆發(fā)性肝衰竭及末期慢性肝病的最終選擇，在肝源愈發(fā)短缺的今天研究肝再生非常必要。1肝再生經(jīng)過肝再生經(jīng)過是一個(gè)復(fù)雜的經(jīng)過，不僅生成的構(gòu)造復(fù)雜，而且介入再生的細(xì)胞類型多樣。肝再生經(jīng)過中，肝細(xì)胞是首先進(jìn)行分裂的細(xì)胞類型，在各種因子的刺激下，細(xì)胞表示出多種與再生有關(guān)的基因，由G0期進(jìn)入分裂期，通常在2～3d內(nèi)就能完成1～2次細(xì)胞分裂周期。隨后，肝星狀細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞和膽囊上皮細(xì)胞先后進(jìn)入細(xì)胞分裂周期。同時(shí)，血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，出現(xiàn)血管再生，有助于重建肝臟的血管構(gòu)造。另外，肝臟受損會(huì)激活肝祖細(xì)胞(hepaticprogenitorcell，HPC)，后者能夠分化為肝細(xì)胞或膽管上皮細(xì)胞。當(dāng)肝細(xì)胞啟動(dòng)再生經(jīng)過受阻或肝臟損傷嚴(yán)重時(shí)，肝臟肝細(xì)胞庫將被激活，生成卵原細(xì)胞。生理狀態(tài)下卵原細(xì)胞數(shù)量極少，但是一旦被激活，這些位于門脈周圍的卵圓細(xì)胞將大量增殖。動(dòng)物研究證實(shí)，部分肝切除后約22d，卵原細(xì)胞生成的肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞將逐步恢復(fù)原有的肝組織質(zhì)量。肝再生的經(jīng)過遭到多種因素的影響，華而不實(shí)Notch信號(hào)通路幾乎牽涉所有細(xì)胞的增殖和分化活動(dòng)，因而Notch信號(hào)通路在肝再生中的作用近年來遭到越來越多的重視。2Notch信號(hào)通路Notch指果蠅翅緣缺口(notch)表型，由當(dāng)代遺傳學(xué)的奠基人之一Morgan在果蠅的大規(guī)模突變研究中首先鑒定。當(dāng)代分子生物學(xué)研究表示清楚，果蠅Notch為一個(gè)相對分子質(zhì)量(Mr)約300000的單次1型跨膜受體蛋白，由2條鏈通過二硫鍵連接組成。Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路由受體、配體和DNA結(jié)合蛋白3部分組成。Notch信號(hào)從分泌到釋放出Notch胞內(nèi)段共發(fā)生3次裂解，分別被稱為S1、S2和S3裂解，在發(fā)生S1裂解后構(gòu)成的異源二聚體，共有4個(gè)類型(Notch1～4)，Notch的配體(Delta家族蛋白)共有5類，分別為Dll-1、Dll-3、Dll-4，Jagged-1和Jagged-2，也屬于跨膜蛋白。Notch受體與配體結(jié)合后，首先由腫瘤壞死因子轉(zhuǎn)化酶/去整合素-金屬蛋白酶(tumornecrosisfactor-convertingenzyme/adisintegrinandmetalloprotease，TACE/ADAM)催化產(chǎn)生S2裂解，構(gòu)成的含有羧基末端的產(chǎn)物Notch細(xì)胞外殘端(Notchextracellulartruncation，NEXT)在分泌酶(-secretase)作用下發(fā)生S3裂解，進(jìn)而釋放出Notch胞內(nèi)段(Notchintracellulardomain，NICD)。NICD含有多個(gè)功能構(gòu)造域:從近膜處依次為重組信號(hào)序列結(jié)合蛋白Jkappa(recombinationsignalsequence-bindingproteinJkappa，ＲBP-J)相關(guān)分子(ＲBP-Jassociationmolecule，ＲAM)構(gòu)造域，CDC10/ankyrin重復(fù)序列，轉(zhuǎn)錄激活構(gòu)造域以及脯氨酸-谷氨酸-絲氨酸-蘇氨酸(proline-glutamate-serine-threonine，PEST)構(gòu)造域等。ＲAM構(gòu)造域介導(dǎo)NICD與轉(zhuǎn)錄因子ＲBP-J/Su(H)的結(jié)合，而CDC10/ankyrin重復(fù)序列和轉(zhuǎn)錄激活構(gòu)造域與NICD的轉(zhuǎn)錄激活作用有關(guān)。Notch信號(hào)的下游靶點(diǎn)包括堿性螺旋-環(huán)螺旋(basichelix-loophelix，bHLH)蛋白，如發(fā)狀分裂相關(guān)加強(qiáng)子1(hairyandenhancerofsplit-1，HES-1)和HES-5，后者能夠通過拮抗其他bHLH因子等方式阻礙細(xì)胞特異性分化效應(yīng)基因的表示出，最終影響細(xì)胞的分化、增殖和凋亡，此為ＲBP-J依靠型信號(hào)通路。而另有學(xué)者提出的ＲBP-J非依靠型信號(hào)通路當(dāng)前并沒有清楚的研究。3Notch信號(hào)通路與肝再生多個(gè)研究都證實(shí)Notch信號(hào)通路不僅介入肝臟生成，而且在肝再生中具有重要作用(圖1)。首先，Notch信號(hào)直接介入肝再生。在肝臟中植入2-乙酰胺基氟(2-acetylaminofluorine，2AAF)，而后再進(jìn)行70%的部分肝切除(partialhepatectomy，PH)，制備2AAF-PH模型。利用該模型，研究者發(fā)現(xiàn)2AAF-PH后11d，肝臟出現(xiàn)卵圓細(xì)胞，同時(shí)伴有Notch-1表示出的增高。假如使用分泌酶抑制Notch信號(hào)，卵圓細(xì)胞的分化將遭到抑制，而且生成的肝細(xì)胞功能也遭到影響。Wakabayashi等發(fā)現(xiàn)小鼠部分肝切除后3h，即可出現(xiàn)Notch1轉(zhuǎn)錄的增高，人為降低Notch1的表示出后肝再生的能力下降。Khler等以及Wang等的研究也證實(shí)Notch通路在肝再生中具有重要作用。除此之外，Notch裂解后的胞外段能通過反式內(nèi)吞的方式進(jìn)入肝細(xì)胞，進(jìn)而提高肝細(xì)胞內(nèi)的Notch含量。人體和動(dòng)物研究都證實(shí)Notch信號(hào)在膽管板重塑經(jīng)過中膽道發(fā)育中也具有重要作用。其次，Notch信號(hào)介入肝再生后的重塑。研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)通過改變肝富集轉(zhuǎn)錄因子的表示出控制肝母細(xì)胞及成熟肝細(xì)胞向膽管細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化，肝臟間充質(zhì)細(xì)胞表示出的Jagged-1配體能夠使周圍肝母細(xì)胞中的膽囊特異性標(biāo)記物(如Sox-9和HNF1等)上調(diào)，通過表示出NICD抑制肝祖細(xì)胞向肝細(xì)胞方向分化能使這些細(xì)胞產(chǎn)生典型的膽管上皮細(xì)胞，使用Notch信號(hào)抑制劑能抑制肝祖細(xì)胞構(gòu)成膽囊細(xì)胞表型。臨床發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生膽管疾病時(shí)HPC和反響性膽管細(xì)胞中的Notch信號(hào)發(fā)生活化，假如完全抑制Notch信號(hào)，將不會(huì)產(chǎn)生向膽道細(xì)胞分化的HPC，假如Notch通路被部分阻斷，仍有可能產(chǎn)生向膽道細(xì)胞分化的HPC，但是缺乏以構(gòu)成完好的膽道。另外，肝臟血管內(nèi)皮細(xì)胞也表示出Notch受體，后者在肝再生經(jīng)過中介入肝臟微循環(huán)的重塑。Notch的4種受體在肝臟中都有表示出，Notch-1和Notch-2主要表示出于膽管細(xì)胞和HPC，當(dāng)膽道受損時(shí)表示出量明顯增高，Notch-3和Notch-4主要介入間充質(zhì)細(xì)胞的生物學(xué)活性，內(nèi)皮細(xì)胞中也有表示出。當(dāng)肝臟受損后，膽道周圍血管內(nèi)皮細(xì)胞上的Notch受體(主要是Notch-2和Notch-3)表示出明顯增高，可能與異常的新生血管生成有關(guān)。Notch信號(hào)的4種受體對肝細(xì)胞功能的影響有何不同，Ortica等初次對此進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Notch信號(hào)通路對未分化狀態(tài)下的HPC增殖有重要作用，華而不實(shí)Notch1、2、4受體對其增殖有促進(jìn)作用，而Notch3受體有抑制作用。這些結(jié)果表示清楚，Notch信號(hào)的表示出會(huì)隨著損傷類型的不同而出現(xiàn)不同的改變，并與Wnt或Hedgehog等其他信號(hào)互相配合，以恢復(fù)肝臟的形態(tài)和功能。肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞(liversinusoidalendothelialcells，LSEC)是肝血竇外表內(nèi)層特有的內(nèi)皮細(xì)胞，除了介入調(diào)節(jié)微循環(huán)和新陳代謝之外，還通過與肝細(xì)胞之間復(fù)雜聯(lián)絡(luò)支持肝臟的發(fā)育和再生。小鼠部分肝切除模型顯示，在肝再生中，一方面肝細(xì)胞增殖構(gòu)成無血管的本質(zhì)島，通過血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascularendothelialgrowthfactor，VEGF)等吸引LSEC，另一方面，LSEC能夠通過VEGF受體1(vascularendothelialgrowthfactorreceptor1，VEGFＲ1)信號(hào)對肝細(xì)胞產(chǎn)生保衛(wèi)作用，而且這種作用與血管生成無關(guān)。研究證實(shí)，ＲBP-J介導(dǎo)的Notch信號(hào)通路能通過調(diào)節(jié)LSEC影響肝臟再生。在Wang等的研究中，他們使用ＲBP-J敲除小鼠模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)ＲBP-J缺失會(huì)使得肝臟出現(xiàn)類靜脈閉塞表現(xiàn)(肝血竇內(nèi)類纖維物質(zhì)堆積，Disse間隙水腫和肝細(xì)胞凋亡增加)，肝血竇構(gòu)造異常，由于VEGFＲ1表示出降低，盡管LSEC的增值增加，但無法為肝細(xì)胞提供肝細(xì)胞生長因子(hepatocytegrowthfactor，HGF)等營養(yǎng)因子，因此導(dǎo)致上述病理改變。由此可見，Notch/ＲBP-J信號(hào)通路對肝臟再生的影響可能部分歸功于LSEC中的VEGFＲ1-HGF信號(hào)。VEGFＲ對LSEC和肝細(xì)胞都有調(diào)節(jié)作用，VEGFＲ2介入調(diào)節(jié)LSEC的增殖信號(hào)，而VEGFＲ1抑制VEGFＲ2，并且介導(dǎo)肝細(xì)胞白細(xì)胞介素6(interleukin-6，IL-6)和HGF的產(chǎn)生。另一方面，最近有研究顯示ＲBP-J介導(dǎo)的Notch信號(hào)通路對2種不同種群的內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelialprogenitorcells，EPC)［早期EPC(earlyendothelialprogenitorcells，EEPC)和后期EPC(endothelialoutgrowthcells，EOC)］具有不同的調(diào)節(jié)作用，進(jìn)而影響肝再生。在研究中顯示，ＲBP-J的缺失會(huì)影響EEPC的歸巢，對PH后的小鼠進(jìn)行EEPC灌注，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EEPC對PH誘導(dǎo)的肝再生有較好的作用。EEPC和EOC對PH誘導(dǎo)的肝再生有不同影響，EEPC能夠促進(jìn)肝細(xì)胞增殖，減少肝細(xì)胞凋亡，EEPC的這些功能遭到Notch-ＲBP-J信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。4肝再生中Jagged-1途徑的研究肝臟中的Notch配體只要Jagged-1和Dll-4，正常情況下Jagged-1表示出于HPC和膽管細(xì)胞以及門靜脈基質(zhì)的平滑肌細(xì)胞，在膽管板成熟經(jīng)過中，間充質(zhì)細(xì)胞通過Jagged-1與表示出Notch的肝母細(xì)胞互相協(xié)調(diào)。在膽道發(fā)育經(jīng)過中，肝門間充質(zhì)細(xì)胞表示出Jagged-1，與肝母細(xì)胞上的Notch-2受體互相作用，后者激活與膽道發(fā)育有關(guān)的基因，抑制與肝細(xì)胞分化有關(guān)基因，進(jìn)而促進(jìn)膽道發(fā)育。若Jagged-1基因或Notch-2基因發(fā)生突變，將引起肝臟核因子1(hepaticnuclearfactor1，HNF1)缺乏，導(dǎo)致膽道細(xì)胞無反響及肝膽細(xì)胞無法聚集，影響膽道的修復(fù)，進(jìn)而構(gòu)成Alagille綜合征(Alagillesyndrome，AGS)，臨床表現(xiàn)為嚴(yán)重的膽管發(fā)育不良和膽汁淤積以及多種肝外表現(xiàn)。肝臟受損后Jagged-1的表示出明顯增高，是激活Notch信號(hào)的主要配體。Khler等在對小鼠進(jìn)行部分肝切除后發(fā)現(xiàn)4d內(nèi)Notch1和Jagged-1均在肝細(xì)胞中正向調(diào)節(jié)，NICD的核遷移在15min內(nèi)增加并到達(dá)峰值早期激活了Notch通路，HES-1的表示出在30～60min升高并在60min時(shí)到達(dá)峰值。還發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞同時(shí)表示出Notch和Jagged兩種蛋白，二者可能通過近分泌環(huán)路機(jī)制激活某些下游通路，可以能影響肝細(xì)胞附近的其他細(xì)胞。在肝細(xì)胞的Jagged配體刺激下，部分肝切除72～144h后肝血竇內(nèi)皮細(xì)胞開場進(jìn)入新生的肝組織內(nèi)。徐洪雨等通過研究也證實(shí)在肝臟被部分切除后，Notch/Jagged信號(hào)通路能夠促進(jìn)膽管的構(gòu)成和構(gòu)造維持，有助于新生血管的構(gòu)成及肝細(xì)胞的增殖。體外研究發(fā)現(xiàn)，Jagged-1是肝細(xì)胞的有絲分裂原，在部分肝切除2d內(nèi)假如沉默Notch和Jagged-1，則將明顯抑制肝切除后第2～4天肝細(xì)胞的增殖。在對Notch靶向基因調(diào)節(jié)研究顯示，Notch激活后HES-1的表示出早期即升高，并在60min到達(dá)峰值，12h恢復(fù)正常水平，HES-5在1～6h有稍微升高，在12～48h之間會(huì)減少85%。假如選擇性沉默Notch-1基因，則肝細(xì)胞的再生能力將遭到影響。EPC在人體內(nèi)介入了血管生成和促進(jìn)組織再生，并與肝再生之間有較為密切的關(guān)系，而在Notch信號(hào)通路中Jagged-1對EPC的調(diào)節(jié)起到了核心作用。有研究顯示小鼠部分肝切除后的肝再生經(jīng)過中Jagged-1蛋白有較為明顯的變化，而Jagged-2蛋白幾乎找不到。因而，Notch的Jagged-1途徑一方面通過促進(jìn)肝細(xì)胞的有絲分裂和增殖促進(jìn)肝再生，另一方面則很有可能通過對EPC的調(diào)節(jié)進(jìn)而促進(jìn)肝再生。5小結(jié)與瞻望肝再生在解決肝臟疾病方面極具潛力并日益遭到重視，其與Notch信號(hào)通路有密切的關(guān)系。Jagged-1途徑通過增加肝細(xì)胞的有絲分裂和增殖，對EPC的正向調(diào)節(jié)進(jìn)而促進(jìn)肝再生，ＲBP-J途徑則因調(diào)節(jié)LSEC以及通過CXCＲ4表示出調(diào)節(jié)EEPC發(fā)動(dòng)遷移促進(jìn)肝再生。然而，這一方面的研究當(dāng)前仍正處于起步階段，EPC在血管發(fā)生及組織再生中的詳細(xì)分子機(jī)制不明，Notch通路怎樣調(diào)節(jié)CXCＲ4的分子機(jī)制仍未說明，各方面研究未夠深切進(jìn)入。因而，在將來的研究中，隨著研究的逐步深切進(jìn)入，肝再生中Notch信號(hào)通路的完好分子機(jī)制必會(huì)展現(xiàn)，并盡快進(jìn)入臨床應(yīng)用進(jìn)而獲得更大的價(jià)值和收益。以下為參考文獻(xiàn):［1］DeLeveLD．Liversinusoidalendothelialcellsandliverregeneration［J］．JClinInvest，2020，123(5):1861－1866．［2］FiorottoＲ，ＲaiznerA，MorellCM，etal．Notchsignalingregulatestubularmorphogenesisdur-ingrepairfrombiliarydamageinmice［J］．JHepatol，2020，59(1):124－130．［3］NewsomePN，HussainMA，TheiseND．Hepaticovalcells:Helpingredefineaparadigminstemcellbiology［J］．CurrTopDevBiol，2004，61:1－28．［4］GreenwaldI，KovallＲ．Notchsignaling:geneticsandstructure［J/OL］．WormBook，2020:1－28．［5］梁潔，韓驊．Notch信號(hào)通路與血管發(fā)育［J］．細(xì)胞與分子免疫學(xué)雜志，2008，24(12):1225－1227．［6］BakerNE．PatterningsignalsandproliferationinDrosophilaimaginaldiscs［J］．CurrOpinGenetDev，2007，17(4):287－293．［7］DarwicheH，OhSH，Steiger-LutherNC，etal．InhibitionofNotchsignalingaffectshepaticovalcellresponseinratmodelof2AAF-PH［J/OL］．HepatMed，2018，3:89－98．［8］WakabayashiN，ShinS，SlocumSL，etal．Ｒegulationofnotch1signalingbynrf2:implicationsfortissueregeneration［J/OL］．SciSignal，2018，3(130):ra52．［9］KhlerC，BellAW，BowenWC，etal．ExpressionofNotch-1anditsligandjagged-1inratliverduringliverregeneration［J］．Hepatology，2004，39(4):1056－1065．［10］WangL，WangCM，HouLH，etal．Disruptionofthetranscriptionfactorrecombinationsignal-bindingprotein-Jkappa(ＲBP-J)leadstoveno-occlusivediseaseandinterferedliverregenerationinmice［J］．Hepatology，2018，49(1):268－277．［11］ParksAL，KluegKM，StoutJＲ，etal．LigandendocytosisdrivesreceptordissociationandactivationintheNotchpathway［J］．Development，2000，127(7):1373－1385．［12］ZongY，StangerBZ．Molecularmechanismsofbileductdevelopment［J］．IntJBiochemCellBiol，2018，43(2):257－264．［13］ZongY，PanikkarA，XuJ，etal．Notchsignalingcontrolsliverdevelopmentbyregulatingbiliarydifferentiation［J］．Development，2018，136(10):1727－1739．［14］YangerK，ZongY，MaggsLＲ，etal．Ｒobustcellularreprogrammingoccursspontaneouslyduringliverregeneration［J］．GenesDev，2020，27(7):719－724．［15］BoulterL，GovaereO，BirdTG，etal．Macrophage-derivedWntopposesNotchsignalingtospecifyhepaticprogenitorcellfateinchronicliverdisease［J］．NatMed，2020，18(4):572－579．［16］DAmorePA，NgYS．Wontyoubemyneighbor?Localinductionofarteriogenesis［J］．Cell，2002，110(3):289－292．［17］OrticaS，TarantinoN，AulnerN，etal．The4Notchreceptorsplaydistinctandantagonisticrolesintheproliferationandhepatocyticdifferentiationofliverprogenitors［J］．FASEBJ，2020Oct21．［Epubaheadofprint］［18］DiehlAM．Neighborhoodwatchorchestratesliverregeneration［J］．NatMed，2020，18(4):497－499．［19］FaustoN，CampbellJS，ＲiehleKJ．Liverregeneration［J］．Hepatol，2006，43(2Suppl1):S45－S53．［20］LeCouterJ，MoritzDＲ，LiB，etal．Angiogenesis-independentendothelialprotectionofliver:roleofVEGFＲ-1［J］．Science，2003，299(5608):890－893．［21］ChenJY，F(xiàn)engL，ZhangHL，etal．Differentialregulationofbonemarrow-derivedendothelialprogenitorcellsandendothelialoutgrowthcellsbytheNotchsignalingpathway［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