文档介绍：Notch信号通路与血管发育
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【关键词】血管形成; Notch信号; 血管发生
血管发育是复杂的血管网络形成的过程, 在个体发育、组织再生、肿瘤发生发展中发挥重要作用, 因此具有重要的研究价值。以往研究已经证明, 血管发育与细胞因子、组织缺氧、基因调控等多种因素有关。现就Notch信号通路在血管发育中的作用的研究进展作一综述。
1 Notch信号通路
Notch信号通路是进化中高度保守的信号转导通路, 其调控细胞增殖、分化和凋亡的功能涉及几乎所有组织和器官[1]。哺乳动物中有4个notch基因, 编码4种Notch受体(Notch1, 2, 3, 4)。Notch前体蛋白经内质网O岩藻糖基转移酶(POFUT1)作用后, 在高尔基体中被Furin蛋白酶裂解成两部分, 二者通过非共价键相连, 形成细胞表面的异二聚体受体。胞外结构域(NECD)含29~36个EGF样重复序列(EGFlike repeats)和3个富含半胱氨酸的Notch/LIN12重复序列(Notch/LIN12 repeats), 其中, EGF样重复序列是配体结合所必需的, 而Notch/LIN12重复序列与抑制配体非依赖的Notch信号活化有关。胞内结构域(NICD)主要由核定位信号序列(NLS), 6个串联的富含天冬酰胺的锚蛋白重复序列(tandem ankyrin repeats)和羧基端的PEST序列组成, 其中锚蛋白重复序列介导胞内结构域与下游信号分子结合, PEST序列有助于加速蛋白水解酶对NICD的降解。
目前在哺乳动物发现5种Notch配体, 分别为Deltalike1、 3、 4(Dll1、 3、 4)和Jagged1、 2(与果蝇Serrate/Lag2蛋白同源), 亦可被共同称为DSL(Delta/Serrate/Lag2)。该配体的胞外部分由氨基端的DSL结构域和下游数目可变的EGF样重复序列构成, DSL结构域主要介导与受体的结合, 该结构域的泛素化是Notch配体活化的关键步骤, 这一过程需要E3泛素连接酶Mindbomb(Mib)的催化。另外, 泛素结合蛋白Epsin的活性是泛素化DSL发生胞吞作用, 进而激活Notch所必需的。
Notch信号的活化需要细胞间的直接接触。当配体与受体结合后, 激活金属蛋白酶家族的肿瘤坏死因子α转换酶(TACE), TACE切去受体的大部分NECD, 由此引发胞内结构域构象变化, 使之易受γsecretase/Presenilins作用发生第二次剪切, 最终释放NICD, NICD随即转移至核内, 与DNA结合蛋白RBPJ(又名CSL, 即哺乳动物中CBF1、果蝇中Su(H) 、线虫中LAG1的合称)结合。RBPJ与NICD结合之前为转录抑制因子, 结合NICD之后, RBPJ募集共激活分子, 进而启动Notch靶基因的转录。目前已知的Notch靶基因多为编码碱性螺旋环螺旋家族转录因子的基因, 包括Hes(Hairy/Enhancer of Split)和Hey(Hesrelated protein)。这些转录因子能够进一步调控下游分子的表达[1]。此外, Notch信号通路还存在一条不依赖RBPJ的途径, 这可能与细胞膜上另一类Notch受体, 即由未经剪切的完整Notch前体蛋白组成的受体有关[2]。
2 血管发育
胚胎发育早期分化出现成血管细胞(angioblasts), 即内皮前体细胞(endothelial precursor cells, EPCs), 融合后形成初级毛细血管丛, 这一过程称为血管发生(vasculogenesis)。随着发育的进行, 初级毛细血管丛改建为由不同等级的动静脉及毛细血管构成的血管网, 这一过程即为血管形成(angiogenesis)。血管形成起始于一部分内皮细胞的极性改变, 伸出丝状伪足, 获得迁移及侵袭能力。这些细胞被称为尖端细胞(tip cell), 而其相邻的内皮细胞不发生此类变化。尖端细胞位于新生血管的最前端, 其丝状伪足向前伸展, 能够充分接受周围组织中各种生长因子的信号, 尤其是血管内皮生长因子A(VEGFA)[3], 并受到周细胞(pericyte)的接触抑制及部分细胞外基质蛋白的调控。同时, 尖端细胞产生血小板源性生长因子(PDGF), 为新生血管募集更多周细胞, 最终形成结构完整的血管[4]。尖端细胞伪足的伸展为血管新生指示了方向, 而真正形成结构完整功能健全的血管则需要管腔化(tubulogenesis)过程。以小鼠视网膜血管为模型的研究提示: 尖端细胞伪