徐 蓮,莊光彤,秦亞錄△,陽坤袁

(1.成都中醫(yī)藥大學(xué),四川 610075;2.成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三醫(yī)院/第三臨床醫(yī)學(xué)院/成都市郫都區(qū)中醫(yī)醫(yī)院心血管病科,四川 611730)

慢性心力衰竭(chronic heart failure,CHF)是指心臟在多種致病因素下,其收縮或舒張功能出現(xiàn)嚴(yán)重障礙,致使心臟射血功能降低,無法將回流血排出以滿足機(jī)體代謝需要的一系列臨床綜合征[1]。據(jù)2019年流行病學(xué)調(diào)查顯示,我國心力衰竭病發(fā)率約為1.3%,我國心血管病患病例數(shù)約為3.3億,其中心力衰竭患者約為890萬[2-3]。研究發(fā)現(xiàn),心力衰竭的發(fā)病與免疫系統(tǒng)激活導(dǎo)致免疫損傷有關(guān)[4]。免疫激活損傷過程中產(chǎn)生的某些炎癥細(xì)胞因子能促進(jìn)心肌細(xì)胞肥厚、惡化心肌收縮功能及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[5-6]。Notch1/Jagged1信號通路參與多細(xì)胞的調(diào)節(jié)與分化,在免疫細(xì)胞上也廣泛表達(dá)。既往研究發(fā)現(xiàn),該信號通路參與免疫炎癥的調(diào)節(jié),可能導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展。本文就Notch1/Jagged1信號通路在CHF免疫炎癥相關(guān)發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 CHF的免疫炎癥發(fā)病機(jī)制

臨床對心力衰竭發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識不斷改變。心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制主要與交感神經(jīng)張力的持續(xù)過高、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)異常激活引起的血流動力學(xué)紊亂,神經(jīng)體液因子過分分泌、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)激活導(dǎo)致的心臟重塑有關(guān)。

心力衰竭的生理和病理機(jī)制是免疫炎癥反應(yīng),身體出現(xiàn)免疫紊亂后,體內(nèi)炎癥細(xì)胞釋放細(xì)胞因子,導(dǎo)致心力衰竭不斷進(jìn)展和惡化。研究顯示,免疫炎癥參與CHF的發(fā)病主要通過4個方面導(dǎo)致免疫損傷。(1)免疫炎癥直接導(dǎo)致心肌損傷：CHF患者免疫細(xì)胞數(shù)量及活性下降,其與心力衰竭程度呈負(fù)相關(guān)[7]。CHF患者體內(nèi)存在輔助性T細(xì)胞(T helper cell,Th)1/Th2細(xì)胞比例失衡,Th1細(xì)胞增多,Th2基本保持不變,體內(nèi)原有的炎癥反應(yīng)加劇,促進(jìn)了機(jī)體免疫應(yīng)答,最終導(dǎo)致心肌的免疫損傷[8]。表面抗原分化簇4受體(cluster of differentiation 4 receptors,CD4)細(xì)胞水平下降提示人體細(xì)胞免疫功能受損。研究發(fā)現(xiàn),CHF患者的CD4+T細(xì)胞水平隨心功能下降而明顯下降,表明CD4+T細(xì)胞參與了CHF的發(fā)生、發(fā)展過程,CD4細(xì)胞水平下降可能與左心室容量負(fù)荷增加、心肌纖維化、收縮功能失調(diào)及惡化有關(guān)[9-11]。(2)負(fù)性肌力作用：腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)能夠直接損傷心肌纖維,使細(xì)胞間質(zhì)分裂、重新分布,導(dǎo)致心肌收縮功能的下降[12]。研究發(fā)現(xiàn),TNF-α損傷可促進(jìn)白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1β和IL-8等多種細(xì)胞因子的表達(dá)和釋放,這些細(xì)胞因子反向通過增加組織對TNF-α的敏感性,減弱左心室射血分?jǐn)?shù)并加重心肌的損傷[13]。(3)心肌細(xì)胞凋亡：IL-6可促進(jìn)心肌成纖維化細(xì)胞增生,加速心肌細(xì)胞的凋亡[14]。研究表明,IL-18通過調(diào)控心臟骨橋蛋白的表達(dá)來促進(jìn)心肌間質(zhì)纖維化和導(dǎo)致舒張功能障礙,進(jìn)而促進(jìn)心力衰竭的形成[15]。(4)其他：IL-6還可誘導(dǎo)肝臟產(chǎn)生超敏反應(yīng)蛋白,加重炎癥反應(yīng),加速心肌的損傷。WU等[16]研究發(fā)現(xiàn),心肌梗死后發(fā)生心力衰竭的患者熱休克蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)水平明顯升高,其來源于自身損傷的心肌組織。HSP70還可作為細(xì)胞因子刺激單核細(xì)胞,上調(diào)TNF-α、IL-1、IL-6表達(dá),與抗原遞呈細(xì)胞表面CD40+結(jié)合,促進(jìn)T細(xì)胞特異性免疫反應(yīng)。

以上研究證實(shí),心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展與免疫相關(guān),但具體機(jī)制仍然不明確,不同免疫細(xì)胞及細(xì)胞因子之間互相影響,既有聯(lián)合又有拮抗,最終導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生和逐漸加重。

2 Notch信號通路的組成及作用機(jī)制

2.1 Notch1/Jagged1信號通路的組成

Notch信號通路是一個高度保守的信號途徑,它通過與鄰近細(xì)胞間的相互傳導(dǎo)信號來調(diào)節(jié)各譜系細(xì)胞和組織的分化[17]。Notch信號通路不僅能維持干細(xì)胞的儲備數(shù)量,也決定著細(xì)胞的分化、增殖、凋亡[18]。完整的Notch信號通路由Notch受體、Notch配體和細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)分子DNA結(jié)合蛋白等效應(yīng)物、Notch的調(diào)節(jié)分子等組成。哺乳動物包含4種跨膜受體的同工型(Notch1、Notch2、Notch3、Notch4)及5種配體(Jagged1、Jagged2、Delta-like1、Delta-like3和Delta-like4),它們共同形成Delta/Serrate/Lag2(DSL)蛋白家族[19]。

Notch受體是一種Ⅰ型單通跨膜蛋白,所有Notch受體均表現(xiàn)出相同的整體結(jié)構(gòu)：36個同源表皮生長因子樣串聯(lián)重復(fù)序列(epidermal growth factor-like repeats,EGFR)和3個Lin Notch重復(fù)序列(lin notch repeats,LNR)、CSL結(jié)合結(jié)構(gòu)域(C-promoter binding factor-1/suppresor of hairless/Lag1,CSL)RBP-J kappa Associated Molecular(RAM)、Proline/Glutamate/Serine/Threonine(PEST)序列和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域中的7個錨蛋白樣重復(fù)序列(ankyrinrepeat,ANK)。Notch受體主要分布于干細(xì)胞或原始細(xì)胞表面,在T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等免疫細(xì)胞表面也廣泛表達(dá)。

Notch配體也是Ⅰ型跨膜蛋白,包含細(xì)胞外EGF樣重復(fù)序列、一個DSL基序,用于Notch相互作用和短而不同的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。Jagged-l可表達(dá)于骨髓和胸腺上皮,在T細(xì)胞和抗原提呈細(xì)胞表面表達(dá)豐富,并可介導(dǎo)其成熟和分化。Jagged1與臨近細(xì)胞表面的Notch受體的細(xì)胞外結(jié)合域結(jié)合,觸發(fā)Notch信號通路,通過多毛增強(qiáng)子1(hairy and enhancer of split 1,HES1)、鋅指蛋白、神經(jīng)生長因子誘導(dǎo)的基因-B(nerve growthfactor-induced gene-B,NGFI-B)和核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)等轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄[20]。

2.2 Notch1/Jagged1信號通路的作用機(jī)制

Notch信號通路的激活[21]包括3個蛋白質(zhì)裂解步驟。(1)高爾基復(fù)合體中的Furin蛋白酶裂解Notch單鏈前體,形成包含細(xì)胞外區(qū)的大片段和包含跨膜區(qū)、細(xì)胞內(nèi)區(qū)的小片段,這些片段由Ca2+依賴非共價鍵形成成熟的異二聚體受體并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜。(2)當(dāng)成熟受體與配體結(jié)合時,會受到TNF-α轉(zhuǎn)換酶(TACE)或金屬蛋白酶(metal loprotease,ML)的第2次裂解以釋放細(xì)胞外片段。(3)剩余片段包含跨膜結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域,被γ分泌酶第3次裂解以釋放可溶性Notch細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch intra-cellular domain,NICD)并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核。NICD與細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄因子CSL結(jié)合,導(dǎo)致下游基因轉(zhuǎn)錄。大多數(shù)Notch靶基因具有CSL結(jié)合位點(diǎn),既有CSL依賴性激活,也有CSL非依賴性激活。Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與第二信使無關(guān),直接接受鄰近細(xì)胞的信號并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核,啟動下游轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)。

3 Notch1/Jagged1信號通路在部分心血管疾病發(fā)病中的作用

Notch信號在心血管疾病細(xì)胞間信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面發(fā)揮著重要作用,對細(xì)胞的分化、增殖、凋亡等均有影響。有研究發(fā)現(xiàn),Notch1/Jagged1信號通路可能與冠心病、肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)、風(fēng)濕性心臟病,高血壓、Alagille綜合征和先天性主動脈瓣二葉畸形的發(fā)病有關(guān),Notch信號是跨內(nèi)皮的脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)劑,并且是成人心臟中血管生成的必不可少的抑制劑[22]。在RBP-JK突變小鼠中,內(nèi)皮脂肪酶和長鏈脂肪酸向肌細(xì)胞的跨內(nèi)皮轉(zhuǎn)運(yùn)受損,而脂質(zhì)不能轉(zhuǎn)運(yùn)會在血漿和肝臟中積累。內(nèi)皮Notch信號抑制脂肪酶的表達(dá),心肌細(xì)胞的長鏈脂肪酸供應(yīng)減少,伴隨著較高的葡萄糖攝取、糖酵解中間產(chǎn)物濃度增加和雷帕霉素靶蛋白(mTOR)-S6K信號傳導(dǎo)。Notch信號通過控制內(nèi)皮而介導(dǎo)心肌細(xì)胞的代謝和功能。研究表明,再生斑馬魚心臟通過上調(diào)心內(nèi)膜和心外膜的Notch受體對損傷作出相應(yīng)的表達(dá)[23],證明在斑馬魚的心肌細(xì)胞中抑制心內(nèi)膜Notch信號會導(dǎo)致心肌細(xì)胞增殖并刺激纖維化。

ROCCA等[24]通過研究缺血再灌注的大鼠,發(fā)現(xiàn)通過激活Notch1可減少心肌梗死的面積,改善心功能。該研究證實(shí),Notch1可抑制心室重構(gòu),減少心肌細(xì)胞凋亡。在心肌梗死模型小鼠中使用Notch1激活劑后,心臟丙二醛及一氧化氮(NO)合酶含量減少,凋亡細(xì)胞數(shù)目降低,提示Notch1可抑制心臟內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)并改善心功能[25]。有研究使用阿托伐他汀鈣治療的PAH小鼠Notch1基因和蛋白表達(dá)均低于對照組,表明通過抑制Notch1信號的表達(dá)可抑制PAH[26]。

秦亞錄等[27]采用流式細(xì)胞術(shù)研究風(fēng)濕性心臟病患者外周血單個核細(xì)胞表面Notch1/Jagged1與外周血炎癥細(xì)胞因子的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)風(fēng)濕性心臟病患者外周血炎癥細(xì)胞因子IL-1、IL-8、TNF-α高表達(dá),且與外周血淋巴細(xì)胞上Jagged1/Notch2/Notch3/Notch4的表達(dá)呈正比,推測Jagged1通過結(jié)合臨近細(xì)胞表面的Notch2、3、4受體的細(xì)胞外結(jié)合域,觸發(fā)Notch信號通路,從而參與風(fēng)濕性心臟病的發(fā)生和發(fā)展。

高血壓中血管的舒張功能受損可使如可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(soluble guanylate cyclase,sGC)等蛋白質(zhì)水平降低。在自發(fā)性高血壓小鼠中,抑制Notch配體(Jagged1)和Notch3能降低小鼠主動脈中的sGC表達(dá),導(dǎo)致血壓升高[28]。

Notch信號會影響瓣膜的重塑和成熟,并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性先天性心臟病和心臟傳導(dǎo)異常。Notch1信號的異位心肌表達(dá)會導(dǎo)致預(yù)激綜合征[29]。人類Jagged1或Notch2的失活突變會導(dǎo)致Alagille綜合征,后者系一種心臟受累的復(fù)雜肝病,導(dǎo)致瓣膜或瓣下肺動脈狹窄、室間隔缺損、主動脈騎跨和右心室肥厚等[30]。在鈣化性主動脈瓣疾病中,激活Notch1將NO確定為鈣化抑制劑,主動脈瓣間質(zhì)細(xì)胞顯示NO通過S-亞硝基化介導(dǎo)的機(jī)制減少鈣化,并在鈣化過程中暗示泛素特異性肽酶9(ubiquitin-specific protease 9,USP9X)的S-亞硝基化參與Notch調(diào)節(jié)[31]。

4 Notch1/Jagged1信號通路與CHF免疫炎癥反應(yīng)的相關(guān)性

CHF患者大多數(shù)為高血壓、心肌病、冠心病、心臟瓣膜病等心血管疾病的最終階段,而這些疾病一般伴有慢性炎癥。免疫反應(yīng)是一種適應(yīng)性反應(yīng),會選擇最適合的免疫靶向感染相應(yīng)的受體,并產(chǎn)生特異性,有針對性地產(chǎn)生反應(yīng)[32]。Notch信號通路不同的受體、配體在不同免疫細(xì)胞中的作用不同,使免疫細(xì)胞產(chǎn)生的促炎因子和抗炎因子表達(dá)分泌增多[33]。

4.1 Notch1/Jagged1信號通路參與CHF免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)

在免疫細(xì)胞中,自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞、T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells,Tregs)等在CHF中發(fā)揮著重要作用[34]。

NK細(xì)胞是由多能骨髓造血干細(xì)胞發(fā)展而來,為非特異性殺傷病毒感染細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的淋巴細(xì)胞,并限制祖細(xì)胞向次級淋巴組織流動,如淋巴結(jié)和扁桃體。但祖細(xì)胞一旦進(jìn)入次級淋巴組織,就將進(jìn)入NK細(xì)胞發(fā)育中間體(NK cell developmental intermediates ,NKDIs)的連續(xù)階段,在此階段可出現(xiàn)差異性表達(dá)。而NKDIs被Notch信號所調(diào)配,在NKDIs 3期,Notch的激活促進(jìn)NKDIs向非NK先天淋巴細(xì)胞分化,抑制其向NK細(xì)胞分化[35]。

T淋巴細(xì)胞來源于骨髓的多能干細(xì)胞,在胸腺激素的誘導(dǎo)下分化成熟。Jagged1在T淋巴細(xì)胞分化過程中能誘導(dǎo)其向NK細(xì)胞分化。Notch1決定T細(xì)胞、B細(xì)胞的命運(yùn),促進(jìn)T細(xì)胞分化,抑制其向B細(xì)胞分化。而在進(jìn)入胸腺中陽性選擇和陰性選擇階段獲取主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC)限制性識別能力和對自身抗原的耐受性,發(fā)育為表面標(biāo)志是CD4或CD8的單陽性T細(xì)胞(single positive cell,SP)階段[36]。研究證明,Notch1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)被阻斷可抑制CD8+細(xì)胞的發(fā)育,同時Notch信號可調(diào)控胸腺向NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等轉(zhuǎn)化。

Notch信號通路激活,促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌從而產(chǎn)生炎癥反應(yīng),或者巨噬細(xì)胞分泌導(dǎo)致Notch信號通路被激活,進(jìn)一步加劇炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞分為M1和M2型,M1型主要產(chǎn)生炎癥細(xì)胞因子,M2型主要參與免疫調(diào)節(jié)、組織修復(fù)、炎癥消退等。相關(guān)研究顯示,Notch信號通路能調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞向M1型分化,并能激活巨噬細(xì)胞,促進(jìn)炎癥的發(fā)生[37]。此外,γ分泌酶抑制劑是一種Notch信號抑制劑能抑制巨噬細(xì)胞活性,還可以使巨噬細(xì)胞明顯減少[38]。

Tregs具有免疫抑制性及免疫無反應(yīng)性,是心臟組織中的一種免疫抑制細(xì)胞,在心肌損傷時發(fā)揮抗炎保護(hù)作用[39]。一項研究中,CD4+與間充質(zhì)干細(xì)胞同時培養(yǎng)時Notch1活化增加,如果抑制Notch1,則間充質(zhì)干細(xì)胞誘導(dǎo)的CD4+減少[40]。

4.2 Notch1/Jagged1信號通路參與CHF細(xì)胞因子調(diào)節(jié)

Notch信號被激活時,細(xì)胞因子如TNF-α、IL-6、IL-10、IL-17、IL-35等相應(yīng)水平的增加或減少,會加重或抑制炎癥反應(yīng)。

TNF-α在正常機(jī)體中為低表達(dá)水平,當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)炎癥反應(yīng)時會異常升高。在心力衰竭患者心功能持續(xù)降低后,心肌會進(jìn)入缺氧缺血狀態(tài),心肌細(xì)胞大量壞死,原有的炎癥反應(yīng)加重。在缺血再灌注的小鼠中,發(fā)現(xiàn)TNF-α的升高可激活Notch1表達(dá)[41]。運(yùn)用Notch抑制劑或靶向δ樣配體4激活劑處理主動脈瓣膜內(nèi)皮細(xì)胞的模型中,發(fā)現(xiàn)Notch被抑制后,TNF-α的水平也明顯降低,且Notch1的失活導(dǎo)致主動脈瓣狹窄和左心室肥厚[42]。

IL-6是由巨噬細(xì)胞對特定微生物分子反應(yīng)所分泌,存在于細(xì)胞表面和細(xì)胞內(nèi)中,并誘導(dǎo)炎癥的產(chǎn)生。研究表明,Notch1信號誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中IL-6的表達(dá),IL-6反向又可誘導(dǎo)Notch1傳導(dǎo)的激活[43]。FANG等[44]發(fā)現(xiàn),抑制Notch信號傳導(dǎo)標(biāo)靶的表達(dá)后,再灌注損傷小鼠模型的心肌細(xì)胞內(nèi)IL-6表達(dá)下降。

在炎性疾病中存在Tregs和Th17比例失衡。Tregs主要分泌IL-10和IL-35,抑制免疫及炎癥反應(yīng);Th17主要分泌IL-17和IL-22,促進(jìn)免疫及炎癥反應(yīng)[45]。QIN等[46]研究提示,抑制Notch信號通路后,Tregs分泌水平可明顯升高,而Th17則不明顯,提示增強(qiáng)Tregs的免疫抑制功能可進(jìn)一步減少心肌損傷。

5 結(jié)語與展望

綜上所述,心力衰竭的生理病理過程中,炎癥反應(yīng)機(jī)制發(fā)揮了重要作用。Notch1/Jagged1信號通路參與CHF炎癥反應(yīng)機(jī)制,且在不同的階段發(fā)揮不同作用,不僅能促進(jìn)免疫反應(yīng),釋放炎癥細(xì)胞因子加重心力衰竭,也能抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生。Notch1/Jagged1信號通路為治療心力衰竭提供了新的思路,但其介導(dǎo)心力衰竭發(fā)生、發(fā)展機(jī)制中的具體過程仍不明確,還需進(jìn)一步研究。