notch 信号通路相关的药物

1.上海交通大学附属第一人民医院临床医学院 201620

2.上海交通大学附属第一人民医院呼吸内科 201620

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摘要

近年来大量研究表明Notch通路在支气管哮喘(哮喘)的发生、发展中有十分重要的作用。Notch通路调控肺组织的发生发育，可以决定细胞的分化方向、调控肺泡和肺血管的发育；Notch通路参与T细胞调节，通过改变Th1/Th2平衡，影响Th17、Treg、树突状细胞表达等途径，导致哮喘的发生、发展；Notch通路也通过改变各种炎性细胞如淋巴细胞、嗜酸粒细胞的浸润，促进气道上皮杯状细胞化生与气道黏液分泌等途径，参与了哮喘气道重塑的病理改变。同时针对Notch通路上的靶点，对于哮喘治疗方法、治疗药物的开发也取得了许多新成果，包括γ-分泌酶抑制剂、干细胞、树突状细胞以及我国传统中医药等在不同模型中已被证明对哮喘有效。但对于Notch通路，其各种调控机制并未完全阐明，需要更加深入的研究；其应用于临床治疗的价值仍有待进一步发掘。本文就Notch信号通路与哮喘的相关研究，进行综述如下。

1 Notch通路概述

Notch通路是一种进化上高度保守的信号通路，其经典核心通路组成包括受体、配体、转录因子，此外一些调节因子如γ-分泌酶、去整合素和金属蛋白酶(A disintegrin and metalloprotease，ADAM)对于信号转导有着十分重要的作用。哺乳动物中一共有4种Notch受体(Notch1～4)，5种Notch配体[Jag1、Jag2、Delta样配体1(delta-like ligand 1，Dll1)、Dll3、Dll4]。Notch受体是Ⅰ型跨膜蛋白，包含3个区域：胞外域、跨域和胞内域。在经典通路中，Notch受体接受配体的信号，胞外域与配体相结合，ADAM10和γ-分泌酶水解切割受体，使其释放胞内域至细胞核中，与DNA结合蛋白转录因子免疫球蛋白Kappa-J区重组信号结合蛋白(recombination signal binding protein for immunoglobulin κ-j region，RBP-jκ)结合，募集Mastermind样蛋白家族转录共激活因子激活下游通路，引发靶基因转录，进而产生调控作用[1,2]。在此核心通路外，已发现有许多辅助蛋白可以在不同阶段影响Notch信号。也存在一些有着不同配体的非典型Notch通路[3]。

Notch通路在人体内广泛地起到调控作用，如促进细胞分化、干细胞增殖、细胞运动和周期等[4,5,6]，从而对人体器官、系统的形态和功能产生影响，其信号的异常可导致许多疾病的产生。就呼吸系统而言，Notch通路的变化对哮喘、COPD、肺动脉高压和肺癌等肺部疾病均有不可忽视的作用[7]。

2 Notch通路在哮喘中的作用概述

2.1 Notch通路调控肺组织发生、发育

人体的肺由肺泡、各级气管、血管等组成，其发生、发育始于人胚胎第4周，一直持续到儿童时期。早在2000年，就有研究证实了Notch通路参与小鼠胚胎肺的形成[8]。近年来的研究表明，Notch通路作用于人胎肺的发生、发育的各个方面。

Notch通路可以决定细胞的分化方向。在早期基于小鼠的研究中，研究者发现选择性地敲除发状分裂相关增强子1(hairy and enhancer of spilt-1，HES-1)、RBP-jκ、蛋白O-岩藻糖基转移酶1从而阻断Notch通路可以导致肺上皮中棒状细胞等减少、神经内分泌细胞增加[9,10]。Jag1配体被证明参与了Notch信号通路对于棒状细胞分化的控制[11]。Gomi等[12]的研究发现肺基底细胞中Jag1配体的过表达可以增加分泌细胞的分化，但对纤毛细胞的分化没有影响，提示Jag1对人气道上皮分泌细胞分化具有特异性的调节作用；其另一篇研究报道了Notch1或Notch3的激活对基底细胞向分泌细胞和纤毛细胞的分化有重要影响，但Notch2和Notch4的激活影响不大[13]。Stupnikov等[14]对Notch通路的各种配体展开研究，进一步证明了Jag配体对分泌细胞群分化的调控作用，但对肺神经内分泌微环境的调控没有作用；同时发现Dll配体可以控制肺神经内分泌微环境。

Notch通路可以调控肺泡与肺血管的发育。Tsao等[15]将胚胎中蛋白O-岩藻糖基转移酶1或Notch2受体敲除，发现出生后两者肺部均出现肺气肿样改变，说明Notch通路的激活对于肺泡继发性间隔的形成是必须的。具体对于Notch通路如何参与肺泡发育至今鲜有研究。已知的Notch通路对于血管生成的调控作用主要来自Notch3受体对血管平滑肌生成的调节。Song等[16]的研究表明，Notch3受体活化后，通过Hes-1/p27Kip1信号通路促进肺动脉平滑肌细胞的增殖，进而影响肺血管的完整性。

以上研究均已证明Notch通路在肺发生、发育中重要的作用，而肺组织的结构改变是哮喘发生的重要特征，它们之间可能存在联系。然而，关于Notch通路对于肺发生、发育的调控如何影响哮喘的产生这一命题，仍然没有直接的研究证据，还需要进行更多遗传学相关研究来探讨[17]。

2.2 Notch通路通过T细胞调节影响哮喘的发生与发展

Notch通路最早被发现会影响T淋巴细胞白血病的发生，随着研究的逐渐深入，其被发现广泛地参与到CD4＋T细胞亚群(包括Th1、Th2、Th17、Treg等)分化的调控中。

Th1细胞分泌干扰素γ、肿瘤坏死因子β参与细胞免疫，Th2细胞通过分泌细胞因子参与体液免疫。大多数哮喘患者均有Th2型免疫反应，即Th2过表达，Th1/Th2失衡[18]。Notch通路可以改变Th1/Th2的平衡。研究发现阻断Notch通路可通过抑制Th2极化，促进Th1分化来改善小鼠的过敏[19]。Kleinjan等[20]使用Mastermind蛋白1中提取的稳定的α螺旋肽阻断Notch通路，下调了Th2分化转录因子GATA结合蛋白3的表达，从而减少Th2表达，减轻了小鼠过敏性炎症。糖皮质激素作为哮喘有效的治疗药物，近期Hu等[21]研究使用小鼠卵清白蛋白哮喘模型，发现其Th1表达减少，Th2表达增多，同时Jag1配体表达增多。地塞米松可通过Notch1(NICD1)-RBPj途径增强T-bet表达，但抑制GATA结合蛋白3表达，进而引起Th1和Th2表型变化达到其治疗效果。对于独立的Notch配体，Huang等[22]研究发现抑制Jag1可减轻Th2介导的气道炎症，但抑制了Dll4加重气道炎症。总之，多数学者认为Notch通路在哮喘发病中促进了Th2的分化，阻断通路可以逆转Th2的过表达而减轻哮喘过敏性炎症。

Th17是一种新发现的可以分泌IL-17的T细胞亚群，Notch通路也维持了它的平衡[2]。2017年的一项研究表明，微小颗粒(≤0.18 μm)在肺泡巨噬细胞中上调了Jag1的表达，这些Jag1与特定变应原的T细胞上的Notch4受体结合，促进了Th2和Th17分化[23]。Zeng等[24]使用肥胖小鼠的OVA模型，发现其Notch1受体、NICD、Th17细胞及血清IL-17A、IL-6和IL-1β表达均增加，而抑制Notch信号可以降低肥胖哮喘小鼠Th17的水平，减轻气道高反应性。Qin等[25]发现呼吸道合胞病毒(respiratory syncytical virus，RSV)感染能够活化Notch1/Dll3，进而促进了气道微环境中Th17的分化，这可能是RSV导致哮喘的发病机制之一，同时他也给出了RSV促进Th1、Th2、Th17分化的时间轴。

树突状细胞(dendritic cell，DC)是一种专职的抗原呈递细胞，其活化对诱导T细胞免疫和决定T细胞分化至关重要[26]。早期研究中，Krishnamoorthy等[27]用屋尘螨刺激DC，使得Jag2配体表达上调，促进了Th2细胞的分化。Lee等[28]通过腺病毒转导产生了表达Dll1的DC(Dll1-DC)，其可以促进小鼠Th1细胞发育，改变Th1/Th2平衡。Damle等[29]2018年的研究中选择性敲除了小鼠DC中的ADAM10，发现其IgE生成减少，Th2型免疫反应发生减少，Notch1作为ADAM10的底物，其敲除也达到了类似的效果，表明ADAM10和Notch1信号是DC促进Th2分化的必要条件。对于Notch不同配体和DC之间的作用，最新研究显示Dll1-DC和Dll4-DC能诱导Th1细胞生成干扰素γ来抑制Th2的反应；Jag1-DC促进产生转化生长因子β的调节性T细胞的分化，以改善Th2介导的过敏性哮喘[30]。

早前研究发现了Notch通路中Jag配体过表达可导致调节性T细胞表达增多[31]。有研究发现，Jag1配体通过与CD46结合，可诱导Th1细胞分化并转化为分泌IL-10的调节性T细胞[32]。IL-10可负性调节Th2和Th17介导的炎症反应[33]，因此这一发现间接体现了Notch通路调控调节性T细胞对控制哮喘的作用。

Notch通路介导Th1/Th2失衡导致哮喘发生的机制至今已有许多研究，Th17、DC相关的研究是近年的热点。不同Notch受体和配体独立作用于T细胞调节的课题仍有许多未知值得进一步研究。

2.3 Notch通路通过多种途径参与气道重塑

气道重塑是哮喘重要的病理特征之一，在黏膜层主要表现为上皮增生和杯状细胞化生，黏液分泌增加，在黏膜下层主要表现为平滑肌肥大、胶原沉积和黏液腺增生[17]。Notch通路通过多种途径参与哮喘气道重塑。

哮喘气道重塑的一大特征是众多炎性细胞的浸润。这些细胞包括淋巴细胞、嗜酸粒细胞、中性粒细胞等。前文已述Notch通路对于T细胞的调节作用，其使Th1/Th2失衡，Th2表达过多。Gong等[34]的研究表明，Th2反应中所释放的细胞因子如IL-4、IL-5、IL-13和IL-20可作用于气道平滑肌细胞和上皮细胞，促进气道重塑的发生。嗜酸粒细胞通过分泌转化生长因子β和嗜酸粒细胞阳离子蛋白作用于上皮细胞与肥大细胞，促进哮喘气道重塑。Liu等[35]使用粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子刺激嗜酸粒细胞，发现Notch通路激活，下游Hes-1基因转录，这表明Notch通路可能调控嗜酸粒细胞分泌炎性细胞因子。

在炎性因子驱动下，气道上皮杯状细胞化生导致气道黏液分泌增加、气道重塑。Danahey等[36]发现Notch2是IL-13下游的一个共同节点，也是杯状细胞化生的必要介质，特异性抑制Notch2的抗体可以阻止杯状细胞的化生。但之前的研究则发现Notch在黏液过度分泌和杯状细胞化生中具有抑制作用[11]。有学者认为可能是由于Jag1和Dll-4在过敏性哮喘发病中的不同作用导致此结论的矛盾[22]。

黏膜下分泌腺增生黏液分泌过多是气道重塑的一种表现。气道黏液层中存在着两种产生黏液的黏蛋白，黏蛋白5AC(Mucoprotein 5AC，Muc5AC)和黏蛋白5B，在哮喘中，Muc5AC的表达升高。Ou-Yang等[37]研究指出，Notch信号可以通过Hes-1途径下调Muc5AC的表达。在之前的研究中，关于Notch信号和黏液分泌失调的研究主要聚焦在Notch1和Notch2受体上[6,10]。在最新的研究中，Reid等[38]发现将Notch3受体特异性地敲除可以减少Muc5AC的生成，但总体上关于Notch3受体的研究还较少。

2.4 针对Notch通路对哮喘治疗提供了新手段

临床上对于哮喘的治疗已有许多手段，在这些手段中，糖皮质激素仍是目前治疗哮喘的主要药物，然而糖皮质激素有许多不良反应，研究者们正致力于研发更安全有效的治疗手段。Notch通路对于哮喘发生、发展各阶段的调控为其提供了药物治疗的靶点。

Notch通路抑制剂γ-分泌酶抑制剂(γ-secretase inhibitor，GSI)多年来得到了研究者广泛的研究，不少研究均证实了其对于改善哮喘的有效性。Zeng等[24]研究使用GSI抑制肥胖哮喘小鼠的Notch1通路，减少了其气道高反应性；Hu等[21]建立卵清白蛋白小鼠哮喘模型，比较了糖皮质激素地塞米松和GSI两种药物，发现其均可通过调节Th1/Th2炎症减轻小鼠哮喘炎症，但它们在治疗时没有协同效应。

然而，GSI在治疗时也存在不良反应，而且特异性不足。在GSI之外，不少研究都发现了基于Notch通路靶点的哮喘治疗新手段。Li等[39]使用人胎盘间充质干细胞，抑制了Notch-1、Notch-2受体和Jag1配体的表达，促进Notch-3受体和Dll-4配体的表达，减轻了哮喘气道炎症。间充质干细胞作为近年来哮喘治疗手段的研究热点，其治疗效果已在动物模型中得以证实[40]。Lin等[30]使用腺病毒转染Notch配体至DC，发现Dll1-DC、Dll4-DC、Jag1-DC均可改善Th2介导的过敏性哮喘，在动物模型中表明了Notch配体修饰的DC在哮喘治疗中的可能价值。另外，一些对于中药提取物治疗哮喘的研究也在动物模型中取得了可喜的结论。Hua等[41]使用大黄中提取的大黄素抑制肺组织Notch 1、2、3和Dll4表达，减轻了咳嗽变异性哮喘小鼠气道炎症。在一项研究中，Huang等[42]发现厚朴提取物厚朴酚治疗可减少支气管肺泡灌洗液的炎性细胞浸润、减少Th17细胞的数量、有效调节Notch1通路。橘皮素是一种植物来源的黄酮类化合物，Liu等[43]对其的研究表明其可降低Th2和Th17水平、提高干扰素γ水平、抑制PI3K信号，同时其下调Notch-1受体及其配体Jag1和Jag2的表达，降低了气道高反应性。

上述针对Notch通路靶点的研究均为哮喘的治疗找到了可能的新方法，有着十分广阔的应用前景。然而这些已被研究的药物对于复杂的Notch通路来说只是冰山一角，期待未来能有更多基于Notch通路的治疗哮喘的药物被发现，并被真正应用于临床，造福万千患者。

3 总结与展望

本文集中回顾了近年来Notch通路在哮喘发生、发展与治疗中的相关报道。Notch通路已被证实通过参与T细胞分化的调节，影响哮喘的发生、发展；也被证实参与调节气道上皮黏液分泌与气道重塑。但其中具体的机制仍有许多未明确，不同研究所获得的结论也存在矛盾。Notch通路也已被证实在肺的胚胎发育中起到了举足轻重的作用，但对于其如何直接影响哮喘的产生这一命题，仍需要遗传学等研究的探讨。对于哮喘的治疗，不断有针对Notch通路靶点的新药、新手段被发现，但其有效性、不良反应仍需得到更多地证明。在未来，针对Notch通路与哮喘之间关系的研究会更加深入，如探讨不同受体配体的作用，探讨不同细胞因子在非经典Notch通路中的作用等。研究成果也会更多地向药物转化，向临床转化，最终为哮喘患者找到更好的治疗手段。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献 略