程 萍 ，郭傳勇

上海市同濟大學附屬第十人民醫(yī)院消化科，上海200072

1917年，Morgan在果蠅體內發(fā)現(xiàn)某種基因的部分功能缺失會在果蠅翅膀的邊緣造成缺口(notch)，80年代命名此基因為Notch基因。隨后大量的研究表明Notch信號途經(jīng)在神經(jīng)細胞的分化、脊椎動物體節(jié)的發(fā)育等過程中發(fā)揮著重要作用，尤其在肝臟發(fā)育成熟過程中作用巨大［1］。Notch信號通路主要通過介導細胞的分化抑制信號，從而達到調控肝臟生長發(fā)育的目的。

1 Notch信號通路簡介

Notch信號通路有4個核心組件，分別為:DSL配體(Jagged1，Jagged2，Delta-like 1，Delta-like 3，Deltalike 4)、轉錄因子(CBF-l，Suppressor of hairless，Lag 1)、Notch 受體(Notch1-4)和靶基因(HES、Hey)［2］。其信號通路途經(jīng)可概括為:Delta→Notch→酶切→NICD→進入細胞核→CSL-NICD復合體→基因轉錄。Notch及其配體均為單次跨膜蛋白，當配體(如Delta)和相鄰細胞的Notch受體結合后，Notch信號被激活，在G分泌酶(GSI)的酶切作用下，釋放出具有核定位信號的細胞內區(qū)域NICD(Notch intracellular domain，NICD)，NICD進而被轉運至細胞核內，并與CSL家族轉錄因子結合，激活Notch靶基因的表達［3］。CSL能識別并結合位于Notch誘導基因的啟動子上的特定的DNA 序列(GTGGGAA)［4］。當 NICD 不存在時，CSL為轉錄抑制因子。當結合NICD時，CSL能誘導相關靶基因的表達，從而引發(fā)后續(xù)分子事件［5］。Notch信號會上調細胞膜表面的Notch分子，同時下調其配體Delta的表達［6］;Delta表達的下調又會上調細胞自身Notch分子的表達。這種正反饋機制使細胞Notch及其配體表達的細微差別在發(fā)育過程中被逐漸放大，從而決定了細胞的不同分化方向［7］。同時，Notch信號轉導能不借助第二信使和蛋白激酶的參與，直接接受鄰近細胞的信號并傳到細胞核，激活相關轉錄因子的表達［8］。這兩種特性為細胞分化起始過程的精確調控奠定了不可或缺的基礎。

2 Notch信號通路在肝臟發(fā)育各個階段的作用

肝臟作為最重要的器官之一，在其發(fā)育中經(jīng)歷了復雜的過程:包括內胚層階段肝臟的特化、肝祖細胞(hepatoblasts)的形成、肝芽(liver bud)的出現(xiàn)和增殖細胞命運的選擇(肝向和膽管方向的分化)以及最后細胞的成熟等。包括Notch信號通路在內的各種相關細胞信號通路和轉錄因子共同發(fā)揮作用調控這一過程。

2.1 Notch在胚胎肝臟的形成時的作用 哺乳動物的肝臟特化起源于腹側壁前腸末端內胚層，隨著肝細胞相關基因的激活，在胚胎發(fā)育到14～20體節(jié)期腹側壁上皮細胞增生向外突起形成肝芽［即形成了肝臟區(qū)域(小鼠約在胚胎8.5 d)］，構成肝芽的這些細胞稱之為肝祖細胞，是構成肝臟的主要原始細胞。肝臟祖細胞具有雙向分化潛能，能夠向肝臟細胞和膽管上皮細胞分化。作為細胞發(fā)育過程中的方向盤，Notch信號通路對細胞命運選擇有著極其重要的引導作用。在肝向和膽管方向的分化過程中，Notch信號通路被激活，抑制肝臟祖細胞的肝向分化，肝臟祖細胞和肝細胞的表面標志物如白蛋白的表達下調，而膽管細胞標志物如 ck7、ck19、整合素 β4 和 HNF-1β 表達上調［9］。由此我們推測Notch信號通路控制肝臟祖細胞向膽向分化。而后續(xù)的研究也證實Notch信號通路在肝臟祖細胞中的激活抑制其向肝臟分化并誘導其向膽管細胞特點分化。Geisler等［10］的研究發(fā)現(xiàn)，Notch-Delta信號通路通過改變胎肝時期肝臟祖細胞中特定轉錄因子的表達水平促進其向膽管細胞分化，而Notch信號下調則可以誘導肝臟祖細胞向肝細胞分化。此外NICD在肝臟祖細胞中的異常高表達，下調白蛋白的表達，不僅可以誘導其向膽管細胞分化而且有效的抑制肝母細胞向肝細胞分化。Croquelois等［11］用Notch基因敲除小鼠模型也證明了這一點，Notch1的缺失導致肝細胞持續(xù)增殖，進而發(fā)展為結節(jié)性再生性增生，這表明Notch信號通路可以抑制肝細胞的增殖。另外體外實驗也表明，Jagged-Notch途徑控制著膽向發(fā)育。如Notch功能缺失突變則造成小鼠膽管結構異常，功能紊亂。肝臟祖細胞在肝實質分化為成熟的肝細胞，在門靜脈區(qū)周圍則分化為膽管細胞。我們推斷門靜脈周圍的某種物質對肝臟祖細胞分化為膽管細胞起著促進作用。研究發(fā)現(xiàn)，Jagged1蛋白聚集在胚胎肝臟的門靜脈周圍，Notch2蛋白在包括肝臟祖細胞在內的大多數(shù)肝細胞中表達。肝臟祖細胞與Jagged1的細胞在門靜脈周圍區(qū)互相作用，從而促進膽管方向的分化［12］。膽管板亦是從這兩種細胞的邊界形成的。這些結果均表明Notch信號在門靜脈區(qū)肝臟祖細胞中的激活導致肝臟祖細胞向膽管細胞分化。Notch信號通路在肝臟祖細胞分化過程中起的重要作用可見一斑。但是有趣的是，HES-1和Notch2的失活只會導致膽管異型［13］，并不能擾亂膽管分化。解釋這一現(xiàn)象有兩個假說:(1)這是Notch信號通路在胚胎期肝臟表達時有一個或多個突變基因的備份［14］。(2)Notch2基因在膽管分化形成后便會失去作用［15］。

除了Notch信號下調則可以誘導肝祖細胞向肝細胞分化外，抑瘤蛋白M(oncostatin M，OSM)信號通路也可以促進肝臟祖細胞向肝臟細胞分化并進一步成熟為具有代謝功能的成熟肝臟細胞［16］。

2.2 Notch信號通路在肝臟發(fā)育成熟階段的作用肝細胞的成熟受時間和空間各因素調節(jié)，肝臟在胚胎期和出生后都是個不斷成熟的持續(xù)過程［17］。Kyrmizi等［18］研究表明，調節(jié)肝細胞成熟的有核心六因子(core of 6 factor)，包括肝細胞核因子(HNF)-1α、HNF-1β、蛋白質 FoxA2、HNF-4α1、HNF-6 和核受體同源蛋白 LRH-1 等。Vanderpool等［19］通過 HNF-6、RBP-J基因缺失小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)肝細胞的發(fā)育受核心因子和Notch信號通路等共同調控。Croquelois等［11］研究發(fā)現(xiàn)，成年小鼠條件性剔除受體Notch1后，肝細胞的增殖能力可升高8倍，進而導致肝臟重量/體質量的指數(shù)增加40%，由此看來Notch信號會抑制成年小鼠肝細胞的增殖。而 Kohler等［20］研究提示，Notch/Jagged途徑在肝臟再生過程中可被激活，Notch配體Jagged1可以促進肝細胞的增殖，從而提示Notch信號對肝細胞增殖存在正性調控?？梢奛otch對肝細胞的調控是一個十分復雜的過程，受到內因和外因的共同作用。

膽管細胞的發(fā)育也是一個持續(xù)分化成熟的過程，而且我們了解到膽管細胞根據(jù)各自所在的分支導管位置，在形態(tài)上以及功能異質性上持續(xù)發(fā)生變化［21］，但是其中具體的調控過程尚未明朗。研究發(fā)現(xiàn)Notch1或者Notch2的異常表達會導致膽管上皮細胞的異常分化和異位［22］。由此我們推測膽管細胞的發(fā)育與Notch信號通路相關。Kodama等［14］研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號通路的靶基因HES-1的缺陷會導致小鼠膽管結構缺乏，而這個過程則與Jagged1及其受體Notch2信號通路息息相關。Jagged1在旁門靜脈間質、門靜脈成纖維細胞以及星狀細胞中表達，且已有研究證實，膽管細胞與Notch2作用后，可以刺激表達HES-1，促進膽管細胞的增殖，直接調節(jié)了膽管形成。

3 Notch信號通路與肝臟再生及發(fā)育異常

Notch信號通路在肝臟胚胎發(fā)育和成熟過程中都起了重要作用。不僅如此，Notch與肝臟再生和發(fā)育異常也有很大關系。肝臟損傷或肝部分切除后，剩余肝臟會代償性再生，肝臟再生的實質就是肝血竇內皮細胞(liver sinusoidal endothelial cell，LSEC)所分泌的肝細胞生長因子(hepatocytegrowth factor，HGF)和白細胞介素6(interleukin-6，IL-6)的作用致使肝細胞的不斷增殖、擴增［23］。Zong等［15］通過成功構建 Notch/RBP-J信號缺失的小鼠模型及進行體外研究均發(fā)現(xiàn)阻斷Notch信號則會導致肝再生功能的障礙，肝細胞、LSEC增殖能力減弱，肝臟失代償性增大，LSEC去分化，肝血竇阻塞，肝細胞合成、分泌白蛋白能力減弱。Notch信號缺失會導致肝臟發(fā)育異常具體表現(xiàn)在肝臟穩(wěn)態(tài)的喪失，肝細胞、LSEC的異常增殖，正常肝小葉結構遭到破壞。由此可見Notch信號通路在肝臟再生和發(fā)育進程中扮演著重要角色，可以直接調控肝細胞、LSEC的生物學活性而改變肝再生的進程。Tanimizu等［9］研究表明，Notch信號通路可以作用于下游效應物Jagged1蛋白，進而調節(jié)肝祖細胞發(fā)育的相關轉錄因子的表達水平來控制這一過程。Jagged1基因突變會使Notch信號通路異常，導致肝內膽管發(fā)育缺陷，引發(fā)Alagille綜合征。Alagille綜合征是一種常染色體顯性遺傳的多臟器發(fā)育異常，累及的臟器包括心、肝、骨骼、眼等［24］。染色體分析發(fā)現(xiàn)，人類 Jagged1基因(JAG1)與該病密切相關，Alagile綜合征患者的一個JAG1等位基因發(fā)生了多種移碼突變，不能產(chǎn)生正常的翻譯產(chǎn)物，使體內JAG1的水平低于正常，提示該綜合征是JAG1分子單倍體性缺乏(haploinsufieiency)所致［25］。另有研究發(fā)現(xiàn)Notch2是除了JAG1外導致該病的第二大基因［26］。而 Nijjar等［27］在多個病肝小膽管處發(fā)現(xiàn)Jagged1表達增強更提示Notch信號在肝臟膽管缺陷中有著重要作用。介于Notch途徑在胚胎發(fā)育中所起得重要作用，其他多種先天性發(fā)育異常疾病可能也與此途徑有關。

綜上所述，Notch信號通路在肝臟發(fā)育成熟過程中的重要性已經(jīng)明確。雖然對于Notch信號通路在肝臟組織細胞間如何相互作用，調節(jié)細胞的發(fā)育成熟的具體機制尚未明了。但是這些理論大大促進了分子生物學的進展，也啟迪了很多臨床實際運用，如使干細胞體外肝向誘導成為可能，促進了肝臟膽管疾病的分析研究和基因治療，為肝臟疾病的治療提供新的思路。甚至我們可以期望應用到肝臟疾病的再生治療，作為器官移植的來源途徑之一。同時我們也相信，隨著時間的推移和對Notch信號調控研究的深入，我們有能力利用Notch信號通路打開調控細胞命運之門。

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