徐 蓮,莊光彤,秦亞錄△,陽坤袁

(1.成都中醫(yī)藥大學,四川 610075;2.成都中醫(yī)藥大學附屬第三醫(yī)院/第三臨床醫(yī)學院/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體代謝需要的一系列臨床綜合征[1]。據(jù)2019年流行病學調查顯示,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)激活導致免疫損傷有關[4]。免疫激活損傷過程中產(chǎn)生的某些炎癥細胞因子能促進心肌細胞肥厚、惡化心肌收縮功能及誘導細胞凋亡[5-6]。Notch1/Jagged1信號通路參與多細胞的調節(jié)與分化,在免疫細胞上也廣泛表達。既往研究發(fā)現(xiàn),該信號通路參與免疫炎癥的調節(jié),可能導致心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展。本文就Notch1/Jagged1信號通路在CHF免疫炎癥相關發(fā)病機制中的研究進展做一綜述。

1 CHF的免疫炎癥發(fā)病機制

臨床對心力衰竭發(fā)病機制的認識不斷改變。心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展機制主要與交感神經(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紊亂,神經(jīng)體液因子過分分泌、神經(jīng)內分泌系統(tǒng)激活導致的心臟重塑有關。

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

以上研究證實,心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展與免疫相關,但具體機制仍然不明確,不同免疫細胞及細胞因子之間互相影響,既有聯(lián)合又有拮抗,最終導致心力衰竭的發(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,它通過與鄰近細胞間的相互傳導信號來調節(jié)各譜系細胞和組織的分化[17]。Notch信號通路不僅能維持干細胞的儲備數(shù)量,也決定著細胞的分化、增殖、凋亡[18]。完整的Notch信號通路由Notch受體、Notch配體和細胞內效應分子DNA結合蛋白等效應物、Notch的調節(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)出相同的整體結構：36個同源表皮生長因子樣串聯(lián)重復序列(epidermal growth factor-like repeats,EGFR)和3個Lin Notch重復序列(lin notch repeats,LNR)、CSL結合結構域(C-promoter binding factor-1/suppresor of hairless/Lag1,CSL)RBP-J kappa Associated Molecular(RAM)、Proline/Glutamate/Serine/Threonine(PEST)序列和細胞內結構域中的7個錨蛋白樣重復序列(ankyrinrepeat,ANK)。Notch受體主要分布于干細胞或原始細胞表面,在T細胞、B細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞等免疫細胞表面也廣泛表達。

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

2.2 Notch1/Jagged1信號通路的作用機制

Notch信號通路的激活[21]包括3個蛋白質裂解步驟。(1)高爾基復合體中的Furin蛋白酶裂解Notch單鏈前體,形成包含細胞外區(qū)的大片段和包含跨膜區(qū)、細胞內區(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移到細胞膜。(2)當成熟受體與配體結合時,會受到TNF-α轉換酶(TACE)或金屬蛋白酶(metal loprotease,ML)的第2次裂解以釋放細胞外片段。(3)剩余片段包含跨膜結構域和細胞內結構域,被γ分泌酶第3次裂解以釋放可溶性Notch細胞內結構域(Notch intra-cellular domain,NICD)并轉移到細胞核。NICD與細胞核中的轉錄因子CSL結合,導致下游基因轉錄。大多數(shù)Notch靶基因具有CSL結合位點,既有CSL依賴性激活,也有CSL非依賴性激活。Notch信號轉導與第二信使無關,直接接受鄰近細胞的信號并轉移到細胞核,啟動下游轉錄因子的表達。

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胞間信號轉導方面發(fā)揮著重要作用,對細胞的分化、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,Notch信號是跨內皮的脂肪酸轉運的調節(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,內皮脂肪酶和長鏈脂肪酸向肌細胞的跨內皮轉運受損,而脂質不能轉運會在血漿和肝臟中積累。內皮Notch信號抑制脂肪酶的表達,心肌細胞的長鏈脂肪酸供應減少,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。Notch信號通過控制內皮而介導心肌細胞的代謝和功能。研究表明,再生斑馬魚心臟通過上調心內膜和心外膜的Notch受體對損傷作出相應的表達[23],證明在斑馬魚的心肌細胞中抑制心內膜Notch信號會導致心肌細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,Notch1可抑制心室重構,減少心肌細胞凋亡。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,凋亡細胞數(shù)目降低,提示Notch1可抑制心臟內氧化應激反應并改善心功能[25]。有研究使用阿托伐他汀鈣治療的PAH小鼠Notch1基因和蛋白表達均低于對照組,表明通過抑制Notch1信號的表達可抑制PAH[26]。

秦亞錄等[27]采用流式細胞術研究風濕性心臟病患者外周血單個核細胞表面Notch1/Jagged1與外周血炎癥細胞因子的相關性,發(fā)現(xiàn)風濕性心臟病患者外周血炎癥細胞因子IL-1、IL-8、TNF-α高表達,且與外周血淋巴細胞上Jagged1/Notch2/Notch3/Notch4的表達呈正比,推測Jagged1通過結合臨近細胞表面的Notch2、3、4受體的細胞外結合域,觸發(fā)Notch信號通路,從而參與風濕性心臟病的發(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,導致血壓升高[28]。

Notch信號會影響瓣膜的重塑和成熟,并導致結構性先天性心臟病和心臟傳導異常。Notch1信號的異位心肌表達會導致預激綜合征[29]。人類Jagged1或Notch2的失活突變會導致Alagille綜合征,后者系一種心臟受累的復雜肝病,導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,主動脈瓣間質細胞顯示NO通過S-亞硝基化介導的機制減少鈣化,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調節(jié)[31]。

4 Notch1/Jagged1信號通路與CHF免疫炎癥反應的相關性

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。免疫反應是一種適應性反應,會選擇最適合的免疫靶向感染相應的受體,并產(chǎn)生特異性,有針對性地產(chǎn)生反應[32]。Notch信號通路不同的受體、配體在不同免疫細胞中的作用不同,使免疫細胞產(chǎn)生的促炎因子和抗炎因子表達分泌增多[33]。

4.1 Notch1/Jagged1信號通路參與CHF免疫細胞調節(jié)

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

NK細胞是由多能骨髓造血干細胞發(fā)展而來,為非特異性殺傷病毒感染細胞和腫瘤細胞的淋巴細胞,并限制祖細胞向次級淋巴組織流動,如淋巴結和扁桃體。但祖細胞一旦進入次級淋巴組織,就將進入NK細胞發(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。而NKDIs被Notch信號所調配,在NKDIs 3期,Notch的激活促進NKDIs向非NK先天淋巴細胞分化,抑制其向NK細胞分化[35]。

T淋巴細胞來源于骨髓的多能干細胞,在胸腺激素的誘導下分化成熟。Jagged1在T淋巴細胞分化過程中能誘導其向NK細胞分化。Notch1決定T細胞、B細胞的命運,促進T細胞分化,抑制其向B細胞分化。而在進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)育為表面標志是CD4或CD8的單陽性T細胞(single positive cell,SP)階段[36]。研究證明,Notch1信號轉導被阻斷可抑制CD8+細胞的發(fā)育,同時Notch信號可調控胸腺向NK細胞、巨噬細胞等轉化。

Notch信號通路激活,促進巨噬細胞分泌從而產(chǎn)生炎癥反應,或者巨噬細胞分泌導致Notch信號通路被激活,進一步加劇炎癥反應。巨噬細胞分為M1和M2型,M1型主要產(chǎn)生炎癥細胞因子,M2型主要參與免疫調節(jié)、組織修復、炎癥消退等。相關研究顯示,Notch信號通路能調節(jié)巨噬細胞向M1型分化,并能激活巨噬細胞,促進炎癥的發(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胞活性,還可以使巨噬細胞明顯減少[38]。

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

4.2 Notch1/Jagged1信號通路參與CHF細胞因子調節(jié)

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

TNF-α在正常機體中為低表達水平,當機體出現(xiàn)炎癥反應時會異常升高。在心力衰竭患者心功能持續(xù)降低后,心肌會進入缺氧缺血狀態(tài),心肌細胞大量壞死,原有的炎癥反應加重。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[41]。運用Notch抑制劑或靶向δ樣配體4激活劑處理主動脈瓣膜內皮細胞的模型中,發(fā)現(xiàn)Notch被抑制后,TNF-α的水平也明顯降低,且Notch1的失活導致主動脈瓣狹窄和左心室肥厚[42]。

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

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;Th17主要分泌IL-17和IL-22,促進免疫及炎癥反應[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Tregs的免疫抑制功能可進一步減少心肌損傷。

5 結語與展望

綜上所述,心力衰竭的生理病理過程中,炎癥反應機制發(fā)揮了重要作用。Notch1/Jagged1信號通路參與CHF炎癥反應機制,且在不同的階段發(fā)揮不同作用,不僅能促進免疫反應,釋放炎癥細胞因子加重心力衰竭,也能抑制炎癥反應的發(fā)生。Notch1/Jagged1信號通路為治療心力衰竭提供了新的思路,但其介導心力衰竭發(fā)生、發(fā)展機制中的具體過程仍不明確,還需進一步研究。