馬菡 ，李晶

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院針灸研究所，天津 300193；2.國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300193）

Notch信號(hào)通路是脊椎動(dòng)物和非脊椎動(dòng)物跨膜、進(jìn)化保守的細(xì)胞間信號(hào)通路[1]。Notch通路的多個(gè)組成部分在血管系統(tǒng)中表達(dá)，缺乏這些組成部分的小鼠表現(xiàn)出胚胎致死性和血管重塑缺陷[2]。有研究表明，Notch通路的激活可能對(duì)腦梗死缺血后的神經(jīng)血管單元具有一定調(diào)節(jié)和控制作用，在腦梗死的病程中起到多重腦保護(hù)作用[3]。本文對(duì)Notch信號(hào)通路的調(diào)節(jié)過程及其在腦梗死中的促進(jìn)血管新生及調(diào)節(jié)神經(jīng)功能的相關(guān)研究綜述如下。

1 Notch信號(hào)通路概述

1.1 Notch信號(hào)通路的構(gòu)成與傳導(dǎo) Notch信號(hào)通路由Notch受體、Notch配體及細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)器分子3個(gè)部分組成。在哺乳動(dòng)物中，已經(jīng)描述有4種Notch蛋白受體：Notch1、Notch2、Notch3、Notch4，Notch 配體由 Jagged（JAG1 和 JAG2）和 Delta-like（DLL1、DLL3、DLL4）基因家族編碼，細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)分子是Notch信號(hào)在核內(nèi)活化的轉(zhuǎn)錄因子[4]。

Notch信號(hào)是由細(xì)胞間直接相互作用介導(dǎo)的，這種相互作用有助于Notch配體Delta或Jagged與相應(yīng)細(xì)胞上的Notch受體之間的結(jié)合，觸發(fā)受體的3次連續(xù)蛋白水解。S1分裂：在弗林蛋白（Furin）轉(zhuǎn)化酶的作用下產(chǎn)生胞外區(qū)和跨膜片段2個(gè)亞基，在細(xì)胞膜表面形成非共價(jià)連接的Notch異二聚體受體[5]。S2分裂：與配體結(jié)合后，由TNF-α-轉(zhuǎn)化酶（TACE）和解聚素金屬蛋白酶（ADAM17）進(jìn)行的蛋白水解酶裂解為胞外區(qū)的N端裂解產(chǎn)物和跨膜區(qū)的C端裂解產(chǎn)物[6]。S3分裂：C端裂解產(chǎn)物在γ-分泌酶的作用下第3次被剪切，并將Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（NICD）釋放到胞漿中[7]。NICD進(jìn)入細(xì)胞核，與轉(zhuǎn)錄因子相互作用形成轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物，激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄，這種信號(hào)機(jī)制被認(rèn)為是典型的Notch通路[8-9]。

1.2 Notch信號(hào)通路在大腦生理功能中的作用

1.2.1 維持神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化 Notch信號(hào)通路與調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞的分化與自我更新密切相關(guān)，使神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化維持在相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。早老素1（PS1）是調(diào)控Notch信號(hào)活性的關(guān)鍵因子，在缺乏PS1的胚胎腦中，神經(jīng)干細(xì)胞也會(huì)衰竭，僅存的神經(jīng)干細(xì)胞自我更新能力較弱，而NICD的引入挽救了神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新能力[10-11]。Hes1是Notch信號(hào)中重要的下游效應(yīng)分子，Hes1缺失的神經(jīng)干細(xì)胞會(huì)過早分化為神經(jīng)元，導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞的減少或消耗從而引發(fā)腦發(fā)育障礙[12]。由此可見，對(duì)于維持神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化來說，Notch信號(hào)通路廣泛參與其中并扮演重要角色。

1.2.2 Notch信號(hào)與膠質(zhì)細(xì)胞生成 神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞廣泛分布于中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)，Notch信號(hào)能促進(jìn)膠質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生，如視網(wǎng)膜中的Müller膠質(zhì)細(xì)胞、新皮質(zhì)中的放射狀膠質(zhì)細(xì)胞和海馬中的星形膠質(zhì)細(xì)胞[13]。Gaiano等[14]在神經(jīng)發(fā)育前的胚胎皮層中將激活的Notch1（NIC）引入小鼠前腦。在胚胎發(fā)育過程中，NIC感染的細(xì)胞變?yōu)榉派錉钅z質(zhì)細(xì)胞，這是前腦中第1個(gè)明顯的特殊細(xì)胞類型。出生后，許多NIC感染的細(xì)胞變成腦室周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞，這些細(xì)胞以前被證明是成人的神經(jīng)干細(xì)胞。這些結(jié)果提示Notch1在胚胎發(fā)育過程中促進(jìn)了橈神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的識(shí)別。綜上可見，Notch信號(hào)參與膠質(zhì)細(xì)胞的活化過程，對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育有十分重要的作用。

1.2.3 參與神經(jīng)元遷徙 神經(jīng)元遷移是大腦發(fā)育的一個(gè)基本組成部分，絡(luò)絲蛋白（Reelin）是大腦皮層發(fā)育過程中神經(jīng)定位的關(guān)鍵。Hashimoto等[15]發(fā)現(xiàn)Reelin基因缺陷小鼠的NICD裂解形式水平降低，遷移神經(jīng)元中Notch信號(hào)的丟失導(dǎo)致遷移神經(jīng)元的板層和形態(tài)異常；NICD的過量表達(dá)則減輕了Reelin基因缺陷小鼠由于遷移失敗而導(dǎo)致的皮質(zhì)神經(jīng)元異常層疊。也有證據(jù)表明，在果蠅的研究中存在一種非果蠅促神經(jīng)發(fā)生基因Su（H）介導(dǎo)的Notch信號(hào)通路，利用Abl信號(hào)成分促進(jìn)軸突生長和引導(dǎo)。具體來說，Notch似乎與DAB基因和Abl途徑效應(yīng)器Trio相互作用，并通過調(diào)節(jié)生長錐來指導(dǎo)軸突生長導(dǎo)向和動(dòng)態(tài)模式形成[16]。這與DAB1和Notch1之間的相互作用是一致的，該相互作用發(fā)生在大腦皮層發(fā)育的新皮質(zhì)神經(jīng)元遷移期間[15]。

2 Notch信號(hào)通路在腦梗死中的保護(hù)作用

腦梗死是一種常見的臨床疾病，由腦缺血和缺氧引起的神經(jīng)元變性和壞死往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)功能缺損?；謴?fù)受影響區(qū)域的血液供應(yīng)是缺血性腦梗死治療的關(guān)鍵，它不僅可以挽救缺血半暗帶中瀕臨死亡的神經(jīng)元，還可以為內(nèi)源性干細(xì)胞和移植干細(xì)胞的存活、增殖、分化和功能重塑提供必要的條件，使其恢復(fù)神經(jīng)功能。研究表明在右側(cè)雙結(jié)扎頸總動(dòng)脈的新生小鼠中，Notch2受體在同側(cè)海馬的顆粒層和錐體層表達(dá)強(qiáng)烈增加，Notch通路的下游效應(yīng)基因Hes5在缺血后的海馬中也上調(diào)，表明缺血損傷后，Notch信號(hào)通路可能被激活[17]。隨后的研究證實(shí)，腦梗死后，Notch信號(hào)通路在促進(jìn)血管新生、促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖及減輕炎癥反應(yīng)方面起著重要作用。

2.1 促進(jìn)血管新生 血管新生可以在缺血性腦損傷后迅速發(fā)生，以達(dá)到修復(fù)組織損傷、改善神經(jīng)功能恢復(fù)的目的。血管新生受多種因素調(diào)控，Notch信號(hào)通路可能在腦梗死后血管生成過程起重要作用。Lou等[18]發(fā)現(xiàn)Notch1信號(hào)分子在成年大鼠缺血腦皮質(zhì)中顯著上調(diào)，其中miRNA-210的表達(dá)也增加。使用miRNA-210重組慢病毒載體轉(zhuǎn)染人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞HUVE-12結(jié)果顯示，miRNA-210過表達(dá)導(dǎo)致Notch1蛋白表達(dá)顯著增加，進(jìn)一步增強(qiáng)了內(nèi)皮細(xì)胞遷移形成毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)。這些研究表明，miRNA-210的上調(diào)可激活Notch信號(hào)通路，可能是調(diào)控缺血皮質(zhì)誘導(dǎo)血管生成的分子基礎(chǔ)。Alhajzen等[19]通過小鼠缺血模型的研究發(fā)現(xiàn)，Notch配體DLL4在正常灌注的微血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)較弱，而缺血后在發(fā)芽的毛細(xì)血管最前端表達(dá)增強(qiáng)。DLL4-Notch信號(hào)通過干預(yù)血管分支形態(tài)發(fā)生來調(diào)節(jié)側(cè)支血管的形成。DLL4還通過干預(yù)動(dòng)脈功能和結(jié)構(gòu)來影響血管灌注，其信號(hào)激活在再灌注期間血管分支的重組中非常重要[20]。大腦中動(dòng)脈閉塞（MCAO）模型大鼠中，缺血皮質(zhì)Notch1和Hes1的表達(dá)增強(qiáng)，缺血性腦組織在腦梗死后可觀察到中度代償性血管生成，骨髓基質(zhì)細(xì)胞（MSCs）移植后梗死區(qū)周圍的內(nèi)皮細(xì)胞明顯增多，缺血皮質(zhì)Notch1陽性內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量和Notch1蛋白水平顯著增加，并顯著提高了Hes1 mRNA水平，表明MSCs移植通過激活缺血腦組織內(nèi)皮細(xì)胞的Notch信號(hào)通路促進(jìn)血管生成[21]。隨后在人腦梗死樣本中發(fā)現(xiàn)，與正常腦相比，梗死腦缺血區(qū)內(nèi)皮細(xì)胞中Notch1、NICD及配體jagged1的表達(dá)明顯增加，Hes1蛋白在內(nèi)皮細(xì)胞核中表達(dá)增加。人缺血性腦梗死周圍區(qū)的腦血管長度、體積、面積、血管終末部分、血管節(jié)段和血管分支部分均明顯高于正常腦。進(jìn)一步建立MCAO模型大鼠發(fā)現(xiàn)，梗死區(qū)腦血管內(nèi)Notch1、NICD和Hes1的蛋白水平在第3天和第7天顯著增加，血管面積和長度隨著時(shí)間推移明顯增多。Notch1基因敲除抑制了內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，減少了腦血管的面積和長度，表明Notch信號(hào)在腦缺血誘導(dǎo)的血管生成中起關(guān)鍵作用[22]。

2.2 促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖 神經(jīng)干細(xì)胞在成年嚙齒動(dòng)物和人腦中主要分布在側(cè)腦室下區(qū)（SVZ）和海馬齒狀回的顆粒下區(qū)（SGZ），正常情況下，神經(jīng)干細(xì)胞處于靜息狀態(tài)，腦梗死或其他誘因下，神經(jīng)干細(xì)胞可被激活并增殖分化，由此產(chǎn)生的新生細(xì)胞遷移到缺血受損的腦區(qū)[23]。Wang等[24]發(fā)現(xiàn)腦缺血后在SVZ細(xì)胞中也表達(dá)出Notch1的激活形式及其下游轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)Hes1，Notch1信號(hào)的激活增加了SVZ細(xì)胞的增殖，從而抑制Notch1信號(hào)則導(dǎo)致SVZ細(xì)胞增殖減少。局灶性腦缺血后4 h和24 h，SVZ內(nèi)NICD、Hes1和音猬因子（SHH）水平升高，缺血誘導(dǎo)的SVZ細(xì)胞增殖被Notch1信號(hào)通路的抑制所阻斷。體外研究表明，用針對(duì)Notch的siRNA或γ-分泌酶抑制劑可阻斷Notch信號(hào)通路，從而抑制腦缺血增加的神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新。通過注射Notch配體DLL4激活Notch通路可以減少神經(jīng)干細(xì)胞死亡進(jìn)而促進(jìn)缺血大腦中的神經(jīng)發(fā)生[25]。進(jìn)一步用DLL4和NICD對(duì)腦切片進(jìn)行染色發(fā)現(xiàn)，在SVZ內(nèi)NICD+細(xì)胞常常與DLL4+細(xì)胞相鄰，神經(jīng)干細(xì)胞通過DLL4/Notch信號(hào)向臨近細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，DLL4的上調(diào)導(dǎo)致相鄰神經(jīng)干細(xì)胞中Notch信號(hào)的增強(qiáng)，誘導(dǎo)他們增殖和分化為新的神經(jīng)元[26]。這些結(jié)果表明Notch信號(hào)通路通過增強(qiáng)腦梗死后神經(jīng)干細(xì)胞增殖進(jìn)一步恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)的受損功能。

2.3 減輕炎癥反應(yīng) 腦缺血后1～2 d內(nèi)，缺血區(qū)產(chǎn)生的白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等細(xì)胞因子將激活腦血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)黏附分子，介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞的相互作用，使白細(xì)胞浸潤缺血腦組織。缺血區(qū)白細(xì)胞浸潤可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞將促進(jìn)炎癥因子的表達(dá)，進(jìn)一步加重腦損傷。Notch1表達(dá)上調(diào)可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化，降低IL-1β、TNF-α等細(xì)胞因子的表達(dá)，從而減輕腦缺血后的炎癥反應(yīng)[27]。在腦損傷的早期階段，梗死區(qū)反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的出現(xiàn)可通過維持修復(fù)血腦屏障和減少免疫細(xì)胞浸潤來限制細(xì)胞退化。Hu等[28]發(fā)現(xiàn)Notch1及其配體Jagged1參與腦缺血后星形膠質(zhì)細(xì)胞活化的調(diào)控，Jagged1通過誘導(dǎo)有利于神經(jīng)前體細(xì)胞向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化的基因表達(dá)來激活Notch通路。Shimada等[29]發(fā)現(xiàn)Notch1是卒中后梗死周圍區(qū)域星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)性增殖所必需的關(guān)鍵因子，并且增殖的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞可能通過減少免疫細(xì)胞對(duì)梗死周圍組織的侵襲而在腦卒中后保護(hù)大腦方面發(fā)揮特殊的作用。

3 針刺對(duì)Notch信號(hào)通路的作用

針刺療法在臨床治療腦梗死方面具有廣泛應(yīng)用，通過調(diào)控Notch信號(hào)通路改善腦梗死后神經(jīng)功能損傷也得到了越來越多的研究支持。在腦缺血/再灌注損傷大鼠模型中，電針百會(huì)、大椎可以明顯提高缺血側(cè)海馬區(qū)Notch1表達(dá)，改善模型大鼠神經(jīng)缺損癥狀。Notch1蛋白表達(dá)及神經(jīng)干細(xì)胞含量在14 d達(dá)到峰值，表明電針百會(huì)、大椎可以通過維持Notch1表達(dá)，使神經(jīng)干細(xì)胞維持高水平，為神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元分化提供充足的細(xì)胞來源[30]?；萁s等[31]對(duì)局灶性腦缺血大鼠進(jìn)行電針外關(guān)、陽陵泉，發(fā)現(xiàn)大鼠缺血側(cè)海馬區(qū)Jagged1蛋白含量表達(dá)明顯增加，電針可促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)因子，通過修復(fù)神經(jīng)元并促進(jìn)其再生來促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。電針曲池、足三里穴同樣可以通過調(diào)控Notch信號(hào)通路對(duì)腦缺血損傷大鼠發(fā)揮腦保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)腦缺血損傷大鼠連續(xù)7 d電針曲池、足三里可活化大鼠缺血周圍區(qū)皮質(zhì)、缺血側(cè)室管膜下區(qū)Notch1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，上調(diào)活化NICD蛋白，激活Hes1和Hes5的表達(dá)，從而促進(jìn)缺血損傷后神經(jīng)干細(xì)胞增殖，減少神經(jīng)凋亡和抑制炎癥反應(yīng)[32]，同時(shí)促進(jìn)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的分泌，實(shí)現(xiàn)對(duì)腦缺血的治療作用[33]。連續(xù)14 d電針干預(yù)可明顯縮小腦梗死面積，改善神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)及形態(tài)[34]。最新研究表明，microRNA-25可減少腦缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖，miRNA-223靶點(diǎn)人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因（PTEN）的表達(dá)會(huì)減弱海馬神經(jīng)元的再生能力。電針外關(guān)、足三里可促進(jìn)Notch1介導(dǎo)miRNAs的激活并抑制PTEN的表達(dá)，誘導(dǎo)SVZ和海馬組織神經(jīng)干細(xì)胞增殖并抑制其凋亡，促進(jìn)缺血腦組織功能修復(fù)[35]。針刺療法對(duì)腦梗死的療效確切，通過調(diào)控Notch信號(hào)通路可促進(jìn)神經(jīng)元增殖、遷移和分化，減少神經(jīng)凋亡，抑制炎癥反應(yīng)，改善神經(jīng)缺損癥狀，減少梗死面積，從而促進(jìn)腦缺血后的神經(jīng)功能恢復(fù)。

4 中醫(yī)藥對(duì)Notch信號(hào)通路的作用

研究表明，中國腦梗死患病率為7.9%，其中缺血性腦梗死占91.7%[36]。中醫(yī)認(rèn)為腦梗死屬于中風(fēng)范疇，多由過度勞累、起居不節(jié)引起的氣機(jī)逆亂，瘀血阻滯腦脈而成，病位多與肝、脾、腎相關(guān)[37]。中風(fēng)病機(jī)多由風(fēng)、火、痰、瘀所累，眾多中醫(yī)研究者經(jīng)過大量臨床經(jīng)驗(yàn)積累，總結(jié)其治法以祛痰開竅，活血祛瘀為主?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，祛風(fēng)活血類中藥對(duì)缺血性腦梗死有顯著的療效。Guan等[38]利用蛇床子提取物蛇床子素干預(yù)大鼠大腦中動(dòng)脈阻塞再灌注模型，證明其可增強(qiáng)Notch1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)活性，降低缺血再灌注誘導(dǎo)的腦梗死，降低海馬神經(jīng)元損傷和細(xì)胞凋亡。燈盞花作為祛風(fēng)活血常用中藥，在臨床中得到廣泛應(yīng)用。Yuan等[39]發(fā)現(xiàn)燈盞花有效成分燈盞乙素可明顯抑制Notch-1、NICD和Hes1在活化小膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)，并且降低了單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP-1）的表達(dá)，增加小膠質(zhì)細(xì)胞的黏附能力，減少小膠質(zhì)細(xì)胞的遷移。另外，相關(guān)研究表明應(yīng)用中藥單體干預(yù)Notch信號(hào)通路在治療缺血性腦梗死方面有著不遜于西藥的效果[40]，從分子機(jī)制方面證明了中藥的安全性和有效性。補(bǔ)陽還五湯在改善中風(fēng)后遺癥、降低致殘率等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用，其補(bǔ)氣活血通絡(luò)的功效可能與Notch通路的激活有關(guān)。周勝強(qiáng)等[41]發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)陽還五湯能促進(jìn)腦缺血小鼠缺血側(cè)海馬Notch1、Hes1 mRNA和蛋白的表達(dá)及NICD的釋放，激發(fā)Notch通路活性以進(jìn)一步促進(jìn)缺血海馬神經(jīng)干細(xì)胞增殖來修復(fù)受損神經(jīng)功能。王俊杰等[42]對(duì)腦缺血再灌注大鼠注射地黃飲子低、中、高3種劑量，連續(xù)給藥28 d后發(fā)現(xiàn)中劑量及高劑量組大鼠Jagged1、Hes1 mRNA水平明顯增加，神經(jīng)元細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生，腦組織可見壞死灶相比模型組明顯減少，提示地黃飲子作為中藥復(fù)方通過激活Notch信號(hào)通路加速腦缺血后的神經(jīng)再生和修復(fù)，參與調(diào)控腦缺血再灌注損傷發(fā)生的多個(gè)環(huán)節(jié)。中醫(yī)藥通過調(diào)控Notch信號(hào)通路展現(xiàn)了顯著的療效，為臨床研究治療缺血性腦梗死提供了客觀證據(jù)支持。

5 展望

缺血性腦卒中后，缺血和缺氧會(huì)導(dǎo)致大量神經(jīng)元的變性和壞死，立即誘導(dǎo)缺血腦組織血管生成、恢復(fù)腦血流灌注及最大限度挽救可逆性神經(jīng)元對(duì)缺血性卒中的治療至關(guān)重要。近年來對(duì)Notch信號(hào)通路的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些Notch通路在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和腦梗死缺血后血管新生及神經(jīng)發(fā)生中的重要作用。在腦梗死臨床治療中，針刺療法及中醫(yī)藥對(duì)腦梗死的治療顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢，通過激活Notch信號(hào)通路有助于改善腦梗死患者預(yù)后。然而腦梗死是一個(gè)極其復(fù)雜的病理過程，進(jìn)一步研究并闡明Notch信號(hào)通路促進(jìn)腦梗死缺血區(qū)血管新生及調(diào)控神經(jīng)發(fā)生的具體機(jī)制，對(duì)于腦卒中后保護(hù)神經(jīng)血管單元及改善卒中預(yù)后都有重要意義。