Notch信号通路在组织血管化中的作用(1)
组织移植中的血管新牛是冉牛血管化基础，国内外在促进移植组织再生血管化这一临床难题上已经进行了大量的研究，有关基础研究集中在外源因子促进ECs增殖。但是，至今尚未阐明组织移植血管化过程中ECs的信号调控机制。当前，血管形成过程中的Notch信号通路在细胞分化、增殖、迁移等方面功能的研究已非常深入。因此，本文对此进行综述，希望透过信号网络的视角能够为移植组织冉牛血管化研究提供一些思路。
1 血管新生(neovasculor ization)的基本过程
根据血管形成中内皮细胞来源的不同，血管新生包含两个基本过程和形式：即血管发牛(vasculo-genesis)和血管牛成(angiogcnesis)。前者丰要见于胚胎发育时，血管内皮细胞来源于其前体即内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)，这种血管新牛方式由中胚层的成血管细胞发育成血管系统。这种形式的血管发牛可分为五个步骤：首先，内皮祖细胞分化为内皮细胞；之后，内皮细胞形成原始聚合体建立细胞间连接；冉次，新牛内皮管腔形成；进而，新牛内皮管腔形成原始血管网；最后，周细胞、血管平滑肌细胞形成。以往认为，血管发牛不在胚胎时期的器官形成之外过程的发牛。但亦有报道在成人中发现了来源于骨髓中的EPCs被动员到外周血中，随后参与血管化过程。在皮肤移植的血管化研究中也发现了上述类似的现象。这些发现表明出牛后的血管化不仅依靠血管牛成(an-giogcnesis)，也可能依靠EPCs血管发牛(vasculo-genesis)。血管牛成(angiogcnesis)是指已经存在的微血管内皮细胞通过出芽亦或非出芽或套叠等方式牛长血管。出芽是常见的血管牛成方式，即原始血管丛形成后，已形成的血管内皮细胞外基质降解，内皮细胞趋化、迁移至外基质降解处，并增殖形成有功能的管腔。与血管发牛不同，血管牛成形态发牛分为：①原代血管的扩张，减少内皮细胞接触；②原代血管基底膜被降解；③形成新牛血管起始端；④毛细血管腔样结构形成；⑤基底膜合成；⑥周细胞和血管平滑肌细胞的形成。已牛成的交换毛细血管柱或者细胞外基质柱分裂形成腔隙的过程则认为是非出芽或套叠方式的血管牛成。
尽管血管形成调控机制庞杂，但业已明确血管内皮牛长因子(vascular endothelial growthfac tor，VEGF)及其受体(VEGF receptors，VEGFR)在其中发挥着关键作用，控制着血管内皮细胞的增殖、牛存和迁移，并最终导致血管形成。在VEGF等多种信号通路的共同训控下，血管内皮细胞发牛分化产牛极性改变。根据其特性和位置，在血管形成中的部分呈丝状伪足改变的内皮细胞称为尖端细胞(tip cell)，另一类重要的血管内皮细胞称为柄细胞。血管形成中，尖端细胞对于血管芽牛及促成分支起作用，柄细胞随之跟进完成新牛血管的增殖。不同部位的内皮细胞存在不同浓度梯度的VEGF-A。尖端细胞感受到特定方向VEGF-A的刺激后，在特定方位通过丝状伪足获得延伸。紧随细胞不断增殖以满足血管芽延伸和血管腔形成，最终形成成熟血管。最后，位置相邻的尖端细胞之间相互融合，进一步形成血管网。这样，从最初的EPCs分化为成熟的内皮细胞，到新的毛细血管从原先存在的血管牛出，这些细胞在无血管的区域增殖并且创造了第一个初始的血管网络。这个过程由多种元素共同参与和相互作用而产牛，包括各种类犁的细胞、黏附蛋白、牛长因子、连接分子、内源性抑制剂等。此外，具有牛理功能血管的形成，不仅需时间顺序上的精确调节，也要在其成熟后抑制内皮细胞的过度牛长，从而抑制过多的营养和氧气供应到组织。越来越多的研究表明，Notch信号通路在整个血管新牛的过程中起关键的调控作用。
2 Notch信号通路的基本组成
1914年，有研究者发现果蝇翅膀边缘缺口(notch)是由其体内某一基因的部分功能缺陷所导致，该基因即被命名为Notch基因。后续的研究中人们把与这一现象相关的信号通路称之为Notch信号通路。均为单次跨膜蛋白的Notch信号受体和配体直接介导了细胞间的相互作用。该通路丰要由四部分组成：受体、配体、下游转录调控分子以及靶基因。哺乳动物存在四种Notch受体，即Notchl、Notch2、Notch3、Notch4，均为多肽段构成的异二聚体。四种受体均有胞内区、胞外区及跨膜区。其中胞外区域包含有29～36个表皮牛长因子EGFR样的重复序列，而且第11～12个EGFR序列介导了受体与配体间的相互作用。Notch的胞外区域最丰要的功能就是与配体结合并且负责将Notch信号向细胞内传递而导致Notch信号通路激活，而Notch信号胞内区域的丰要作用就是将Notch信号传送到细胞核内。哺乳动物中共发现5个Notch配体：即Dleta样配体D114、D113、Dlll，Serrate样配体Jagged-l、Jagged-2。Notch的配体同样也具有EGFR样的重复序列。D114是定位于人染色体15q14、基因编码长度为685个氨基酸的单链跨膜蛋白。DLL4编码蛋白在鼠和人中具有87%的同源序列。提示DLL4在牛物进化过程中保持了高度的保守性。在5个Notch配体中，有作者发现DLL4是唯一特异性表达于内皮细胞，在病理性新牛血管牛长过程中及血管和淋巴管的新牛、发育和成熟过程中起关键作用。
3 Notch信号通路血管生成中的作用机制
研究表明，相邻细胞的Notch受体与其配体可相H结合从而激活Notch信号通路，扩大并造成细胞之间的分子水平差异，并最终导致细胞命运、器官形成和形态发牛关键变化。
3.1 Notch信号通路作用的基本模式
Notch信号通路参与诱导和挑选尖端细胞，是血管密度的一个关键调控因子，在血管发牛中扮演着重要作用，并与VEGF信号通路存在正负反馈调节，使血管协调高效的形成。D114与Notch受体结合后，下调VEGFR的表达，抑制VEGF-A的效应，显示出抑制血管分支效应。阻断DLL4/Notch信号通路后，表现为尖端细胞形态特征突出，血管分支增加，血管密度大幅增高。从而表明DLL4/Notch信号通路对VEGF诱导激活尖端细胞的作用形成重要的负反馈调节，即Notch信号的异位激活或缺失分别导致血管密度的减少或增加。柄细胞中的Notch信号负反馈抑制细胞核内VEGF受体的表达，通过降低柄细胞与VEGF-A之间的响应来抑制其向尖端细胞表犁分化趋势，从而维持自身表型。同时，降低柄细胞中D114的表达水平，导致尖端细胞只能接受较低活性的Notch信号，自身表型也得以维持。在柄细胞中高表达的Notch配体Jagged-1能拈抗其的D114，阻碍尖端细胞接受Notch信号，参与调控尖端细胞的挑选过程。上述说明，内皮细胞中的Notch信号活性和VEGF-VEGFR/D114-Notch这一信号回路处于动态平衡，从而保证了正常的血管萌芽和血管网络构建。 (刘虎仙 雷永红 综述 韩岩 审校)
1 血管新生(neovasculor ization)的基本过程
根据血管形成中内皮细胞来源的不同，血管新生包含两个基本过程和形式：即血管发牛(vasculo-genesis)和血管牛成(angiogcnesis)。前者丰要见于胚胎发育时，血管内皮细胞来源于其前体即内皮祖细胞(endothelial progenitor cells，EPCs)，这种血管新牛方式由中胚层的成血管细胞发育成血管系统。这种形式的血管发牛可分为五个步骤：首先，内皮祖细胞分化为内皮细胞；之后，内皮细胞形成原始聚合体建立细胞间连接；冉次，新牛内皮管腔形成；进而，新牛内皮管腔形成原始血管网；最后，周细胞、血管平滑肌细胞形成。以往认为，血管发牛不在胚胎时期的器官形成之外过程的发牛。但亦有报道在成人中发现了来源于骨髓中的EPCs被动员到外周血中，随后参与血管化过程。在皮肤移植的血管化研究中也发现了上述类似的现象。这些发现表明出牛后的血管化不仅依靠血管牛成(an-giogcnesis)，也可能依靠EPCs血管发牛(vasculo-genesis)。血管牛成(angiogcnesis)是指已经存在的微血管内皮细胞通过出芽亦或非出芽或套叠等方式牛长血管。出芽是常见的血管牛成方式，即原始血管丛形成后，已形成的血管内皮细胞外基质降解，内皮细胞趋化、迁移至外基质降解处，并增殖形成有功能的管腔。与血管发牛不同，血管牛成形态发牛分为：①原代血管的扩张，减少内皮细胞接触；②原代血管基底膜被降解；③形成新牛血管起始端；④毛细血管腔样结构形成；⑤基底膜合成；⑥周细胞和血管平滑肌细胞的形成。已牛成的交换毛细血管柱或者细胞外基质柱分裂形成腔隙的过程则认为是非出芽或套叠方式的血管牛成。
尽管血管形成调控机制庞杂，但业已明确血管内皮牛长因子(vascular endothelial growthfac tor，VEGF)及其受体(VEGF receptors，VEGFR)在其中发挥着关键作用，控制着血管内皮细胞的增殖、牛存和迁移，并最终导致血管形成。在VEGF等多种信号通路的共同训控下，血管内皮细胞发牛分化产牛极性改变。根据其特性和位置，在血管形成中的部分呈丝状伪足改变的内皮细胞称为尖端细胞(tip cell)，另一类重要的血管内皮细胞称为柄细胞。血管形成中，尖端细胞对于血管芽牛及促成分支起作用，柄细胞随之跟进完成新牛血管的增殖。不同部位的内皮细胞存在不同浓度梯度的VEGF-A。尖端细胞感受到特定方向VEGF-A的刺激后，在特定方位通过丝状伪足获得延伸。紧随细胞不断增殖以满足血管芽延伸和血管腔形成，最终形成成熟血管。最后，位置相邻的尖端细胞之间相互融合，进一步形成血管网。这样，从最初的EPCs分化为成熟的内皮细胞，到新的毛细血管从原先存在的血管牛出，这些细胞在无血管的区域增殖并且创造了第一个初始的血管网络。这个过程由多种元素共同参与和相互作用而产牛，包括各种类犁的细胞、黏附蛋白、牛长因子、连接分子、内源性抑制剂等。此外，具有牛理功能血管的形成，不仅需时间顺序上的精确调节，也要在其成熟后抑制内皮细胞的过度牛长，从而抑制过多的营养和氧气供应到组织。越来越多的研究表明，Notch信号通路在整个血管新牛的过程中起关键的调控作用。
2 Notch信号通路的基本组成
1914年，有研究者发现果蝇翅膀边缘缺口(notch)是由其体内某一基因的部分功能缺陷所导致，该基因即被命名为Notch基因。后续的研究中人们把与这一现象相关的信号通路称之为Notch信号通路。均为单次跨膜蛋白的Notch信号受体和配体直接介导了细胞间的相互作用。该通路丰要由四部分组成：受体、配体、下游转录调控分子以及靶基因。哺乳动物存在四种Notch受体，即Notchl、Notch2、Notch3、Notch4，均为多肽段构成的异二聚体。四种受体均有胞内区、胞外区及跨膜区。其中胞外区域包含有29～36个表皮牛长因子EGFR样的重复序列，而且第11～12个EGFR序列介导了受体与配体间的相互作用。Notch的胞外区域最丰要的功能就是与配体结合并且负责将Notch信号向细胞内传递而导致Notch信号通路激活，而Notch信号胞内区域的丰要作用就是将Notch信号传送到细胞核内。哺乳动物中共发现5个Notch配体：即Dleta样配体D114、D113、Dlll，Serrate样配体Jagged-l、Jagged-2。Notch的配体同样也具有EGFR样的重复序列。D114是定位于人染色体15q14、基因编码长度为685个氨基酸的单链跨膜蛋白。DLL4编码蛋白在鼠和人中具有87%的同源序列。提示DLL4在牛物进化过程中保持了高度的保守性。在5个Notch配体中，有作者发现DLL4是唯一特异性表达于内皮细胞，在病理性新牛血管牛长过程中及血管和淋巴管的新牛、发育和成熟过程中起关键作用。
3 Notch信号通路血管生成中的作用机制
研究表明，相邻细胞的Notch受体与其配体可相H结合从而激活Notch信号通路，扩大并造成细胞之间的分子水平差异，并最终导致细胞命运、器官形成和形态发牛关键变化。
3.1 Notch信号通路作用的基本模式
Notch信号通路参与诱导和挑选尖端细胞，是血管密度的一个关键调控因子，在血管发牛中扮演着重要作用，并与VEGF信号通路存在正负反馈调节，使血管协调高效的形成。D114与Notch受体结合后，下调VEGFR的表达，抑制VEGF-A的效应，显示出抑制血管分支效应。阻断DLL4/Notch信号通路后，表现为尖端细胞形态特征突出，血管分支增加，血管密度大幅增高。从而表明DLL4/Notch信号通路对VEGF诱导激活尖端细胞的作用形成重要的负反馈调节，即Notch信号的异位激活或缺失分别导致血管密度的减少或增加。柄细胞中的Notch信号负反馈抑制细胞核内VEGF受体的表达，通过降低柄细胞与VEGF-A之间的响应来抑制其向尖端细胞表犁分化趋势，从而维持自身表型。同时，降低柄细胞中D114的表达水平，导致尖端细胞只能接受较低活性的Notch信号，自身表型也得以维持。在柄细胞中高表达的Notch配体Jagged-1能拈抗其的D114，阻碍尖端细胞接受Notch信号，参与调控尖端细胞的挑选过程。上述说明，内皮细胞中的Notch信号活性和VEGF-VEGFR/D114-Notch这一信号回路处于动态平衡，从而保证了正常的血管萌芽和血管网络构建。 (刘虎仙 雷永红 综述 韩岩 审校)